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随机存取存储器

随机存取存储器(英语:Random Access Memory,缩写:RAM),也叫主存,是与CPU直接交换数据的内部存储器。[1]它可以随时读写(刷新时除外,见下文),而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。

主存(Main memory)即计算机内部最主要的存储器,用来加载各式各样的程序与数据以供CPU直接运行与运用。由于DRAM的性价比很高,且扩展性也不错,是现今一般计算机主存的最主要部分。2014年生产计算机所用的主存主要是DDR3 SDRAM,而2016年开始DDR4 SDRAM逐渐普及化,笔电厂商如华硕及宏开始在笔电以DDR4存储器取代DDR3L。

随机存取

所谓“随机存取”,指的是当存储器中的数据被读取或写入时,所需要的时间与这段信息所在的位置或所写入的位置无关。相对的,读取或写入顺序访问(Sequential Access)存储设备中的信息时,其所需要的时间与位置就会有关系。它主要用来存放操作系统、各种应用程序、数据等。

易失性

当电源关闭时RAM不能保留数据。如果需要保存数据,就必须把它们写入一个长期的存储设备中(例如硬盘)。RAM和ROM相比,两者的最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失,而ROM不会自动消失,可以长时间断电保存。

对静电敏感

正如其他精细的集成电路,随机存取存储器对环境的静电荷非常敏感。静电会干扰存储器内电容器的电荷,引致数据流失,甚至烧坏电路。故此触碰随机存取存储器前,应先用手触摸金属接地。

访问速度

现代的随机存取存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的,存取延迟和其他涉及机械运作的存储设备相比,也显得微不足道。

需要刷新(再生)

现代的随机存取存储器依赖电容器存储数据。电容器充满电后代表1(二进制),未充电的代表0。由于电容器或多或少有漏电的情形,若不作特别处理,数据会渐渐随时间流失。刷新是指定期读取电容器的状态,然后按照原来的状态重新为电容器充电,弥补流失了的电荷。需要刷新正好解释了随机存取存储器的易失性。

根据存储单元的工作原理不同, RAM分为静态RAM和动态RAM。

静态随机存储器(SRAM)

静态存储单元是在静态触发器的基础上附加门控管而构成的。因此,它是靠触发器的自保功能存储数据的。

动态随机存储器(DRAM)
  动态RAM的存储矩阵由动态MOS存储单元组成。动态MOS存储单元利用MOS管的栅极电容来存储信息,但由于栅极电容的容量很小,而漏电流又不可能绝对等于0,所以电荷保存的时间有限。为了避免存储信息的丢失,必须定时地给电容补充漏掉的电荷。通常把这种操作称为“刷新”或“再生”,因此DRAM内部要有刷新控制电路,其操作也比静态RAM复杂。尽管如此,由于DRAM存储单元的结构能做得非常简单,所用元件少,功耗低,已成为大容量RAM的主流产品。

RAM电路由地址译码器、存储矩阵和读写控制电路三部分组成,如图所示。

存储矩阵由触发器排列而成,每个触发器能存储一位数据(0或1)。通常将每一组存储单元编为一个地址,存放一个“字”;每个字的位数等于这一组单元的数目。存储器的容量以“字数×位数”表示。地址译码器将每个输入的地址代码译成高(或低)电平信号,从存储矩阵中选中一组单元,使之与读写控制电路接通。在读写控制信号的配合下,将数据读出或写入。

ROM-read only memory只读存储器

①简单地说,在计算机中,RAM 、ROM都是数据存储器。RAM 是随机存取存储器,它的特点是易挥发性,即掉电失忆。ROM 通常指固化存储器(一次写入,反复读取),它的特点与RAM 相反。ROM又分一次性固化、光擦除和电擦除重写三种类型。举个例子来说也就是,如果突然停电或者没有保存就关闭了文件,那么ROM可以随机保存之前没有储存的文件但是RAM会使之前没有保存的文件消失。

在计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器和辅助存储器,主存储器又称内存储器(简称内存),辅助存储器又称外存储器(简称外存)。外存通常是磁性介质或光盘,像硬盘,软盘,磁带,CD等,能长期保存信息,并且不依赖于电来保存信息,但是由机械部件带动,速度与CPU相比就显得慢的多。内存指的就是主板上的存储部件,是CPU直接与之沟通,并用其存储数据的部件,存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。

从一有计算机开始,就有内存。内存发展到今天也经历了很多次的技术改进,从最早的DRAM一直到FPMDRAM、EDODRAM、SDRAM等,内存的速度一直在提高且容量也在不断的增加。今天,服务器主要使用的是什么样的内存呢?IA架构的服务器普遍使用的是REGISTEREDECCSDRAM。

既然内存是用来存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,那么它是怎么工作的呢?我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存(即DRAM),动态内存中所谓的“动态”,指的是当我们将数据写入DRAM后,经过一段时间,数据会丢失,因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。具体的工作过程是这样的:一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷,有电荷代表1,无电荷代表0。但时间一长,代表1的电容会放电,代表0的电容会吸收电荷,这就是数据丢失的原因。刷新操作定期对电容进行检查,若电量大于满电量的1/2,则认为其代表1,并把电容充满电;若电量小于1/2,则认为其代表0,并把电容放电,藉此来保持数据的连续性。 [1]

静态存储单元(SRAM)

●存储原理:由触发器存储数据

●单元结构:六管NMOS或OS构成

●优点:速度快、使用简单、不需刷新、静态功耗极低;常用作Cache

●缺点:元件数多、集成度低、运行功耗大

●常用的SRAM集成芯片:6116(2K×8位),6264(8K×8位),62256(32K×8位),2114(1K×4位)

动态存储单元(DRAM)

●存贮原理:利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理,需刷新(早期:三管基本单元;之后:单管基本单元)

●刷新(再生):为及时补充漏掉的电荷以避免存储的信息丢失,必须定时给栅极电容补充电荷的操作

●刷新时间:定期进行刷新操作的时间。该时间必须小于栅极电容自然保持信息的时间(小于2ms)。

●优点: 集成度远高于SRAM、功耗低,价格也低

●缺点:因需刷新而使外围电路复杂;刷新也使存取速度较SRAM慢,所以在计算机中,DRAM常用于作主存储器。

尽管如此,由于DRAM存储单元的结构简单,所用元件少,集成度高,功耗低,所以已成为大容量RAM的主流产品。 [1]


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