什么是RAM？

本文概述

• RAM的历史
• RAM类型
• DRAM类型

RAM代表随机存取存储器, 是一种通常位于计算机主板上的硬件设备, 并充当CPU的内部存储器。当你打开计算机时, 它允许CPU存储数据, 程序和程序结果。它是计算机的读写存储器, 这意味着可以将信息写入计算机以及从计算机读取信息。

RAM是易失性存储器, 这意味着它不会永久存储数据或指令。当你打开计算机电源时, 硬盘中的数据和指令会存储在RAM中, 例如, 计算机重新启动时以及打开程序时, 操作系统（OS）和程序均会加载到RAM中, 通常来自HDD或SSD。 CPU利用此数据执行所需的任务。一旦关闭计算机, RAM就会丢失数据。因此, 只要计算机处于打开状态, 数据就会保留在RAM中, 而计算机关闭时数据将丢失。将数据加载到RAM的好处是, 从RAM读取数据比从硬盘驱动器读取数据快得多。

简单来说, 我们可以说RAM就像一个人的短期记忆, 而硬盘驱动器就像一个人的长期记忆。短期记忆可在短时间内记忆事物, 而长期记忆则可长时间记忆事物。可以使用存储在大脑长期记忆中的信息来刷新短期记忆。一台计算机也可以这样工作。当RAM填满时, 处理器将转到硬盘, 以用新数据覆盖Ram中的旧数据。就像可重复使用的草稿纸, 你可以在上面用铅笔写便笺, 数字等。如果纸张空间不足, 则可能会擦除不再需要的纸张。 RAM的行为也是如此, RAM上的不必要数据在填满后会被删除, 并用当前操作所需的硬盘上的新数据替换。

RAM以单独安装在主板上的芯片的形式出现, 或者以与主板相连的小板上的几个芯片的形式出现。它是计算机的主存储器。与其他存储器（例如硬盘驱动器（HDD）, 固态驱动器（SSD）, 光盘驱动器等）相比, 写入和读取速度更快。

计算机的性能主要取决于RAM的大小或存储容量。如果它没有足够的RAM（随机存取存储器）来运行OS和软件程序, 则会导致性能降低。因此, 计算机拥有的RAM越多, 其运行速度就越快。 RAM中存储的信息是随机访问的, 而不是按CD或硬盘驱动器上的顺序访问。因此, 其访问时间要快得多。

RAM的历史

• 第一种RAM是在1947年与Williams管一起推出的。它被用于CRT（阴极射线管）中, 并且数据以带电斑点的形式存储在脸上。
• 第二种类型的RAM是1947年发明的磁芯存储器。它由微小的金属环和连接到每个环的导线制成。环存储一位数据, 并且可以随时对其进行访问。
• 我们今天所知的RAM, 即固态存储器, 是Robert Dennard于1968年在IBM Thomas J Watson研究中心发明的。它特别被称为动态随机存取存储器（DRAM）, 并具有用于存储数据位的晶体管。需要恒定的电源来维持每个晶体管的状态。
• 1969年10月, 英特尔推出了其首款DRAM, 即Intel1103。这是其首款商用DRAM。
• 1993年, 三星推出了KM48SL2000同步DRAM（SDRAM）。
• DDR SDRAM于1996年商用。
• 在1999年, RDRAM可用于计算机。
• DDR2 SDRAM在2003年开始销售。
• 2007年6月, DDR3 SDRAM开始销售。
• 2014年9月, DDR4进入市场。

RAM类型

集成的R​​AM芯片可以有两种类型：

1. 静态RAM（SRAM）：
2. 动态RAM（DRAM）：

两种类型的RAM都是易失性的, 因为在关闭电源时它们都会丢失其内容。

1）静态RAM：

静态RAM（SRAM）是一种随机存取存储器, 只要获得电源, 它就保留其数据位状态或保存数据。它由存储单元组成, 称为静态RAM, 因为它不需要定期刷新, 因为与动态RAM不同, 它不需要电源来防止泄漏。因此, 它比DRAM快。

它具有特殊的晶体管排列方式, 使得触发器成为一种存储单元。一个存储单元存储一位数据。大多数现代SRAM存储器单元由六个CMOS晶体管制成, 但缺少电容器。 SRAM芯片中的访问时间可以低至10纳秒。而DRAM中的访问时间通常保持在50纳秒以上。

此外, 它的周期时间比DRAM的周期时间短得多, 因为它在两次访问之间不会暂停。由于使用SRAM具有这些优点, 因此它主要用于系统高速缓存, 高速寄存器以及小型存储体, 例如图形卡上的帧缓冲器。

静态RAM的速度很快, 因为其电路的六晶体管配置可维持一个方向或另一个方向（0或1）的电流。可以立即写入和读取0或1状态, 而无需等待电容器充满或耗尽。早期的异步静态RAM芯片顺序执行读取和写入操作, 但是现代同步静态RAM芯片与读取和写入操作重叠。

静态RAM的缺点是, 在相同数量的存储空间（内存）中, 其内存单元比DRAM内存单元占用更多的芯片空间, 因为它比DRAM具有更多的部件。因此, 它为每个芯片提供更少的内存。

2）动态RAM：

动态内存（DRAM）也由存储单元组成。它是由数百万个尺寸非常小的晶体管和电容器组成的集成电路（IC）, 每个晶体管都与一个电容器对齐以形成非常紧凑的存储单元, 因此数百万个晶体管可以安装在单个存储芯片上。因此, DRAM的存储单元具有一个晶体管和一个电容器, 并且每个单元在集成电路内的电容器中表示或存储单个数据位。

电容器将信息或数据的该位保持为0或1。该单元中也存在的晶体管用作开关, 该开关允许存储芯片上的电路读取电容器并更改其状态。

定期间隔后需要刷新电容器以保持电容器中的电荷。这就是它被称为动态RAM的原因, 因为它需要不断刷新以保持其数据, 否则它会忘记它所保存的内容。这是通过将内存放在刷新电路上实现的, 每秒刷新数据数百次。 DRAM中的访问时间约为60纳秒。

可以说, 电容器就像一个储存电子的盒子。要存储“ 1”？在存储单元中, 盒子充满了电子。而要存储一个“ 0”, 则将其清空。缺点是盒子有泄漏。在短短的几毫秒内, 整个方框就会变空。因此, 要使动态内存正常工作, CPU或内存控制器必须在所有电容器放电之前对其充电。为此, 内存控制器先读取内存, 然后再将其写回。这称为刷新内存, 此过程每秒自动继续数千次。因此, 这种类型的RAM需要一直动态刷新。

DRAM类型

i）异步DRAM：

这种DRAM与CPU时钟不同步。因此, 此RAM的缺点是CPU无法从输入输出总线上的RAM知道数据可用的确切时序。下一代RAM（称为同步DRAM）克服了这一限制。

ii）同步DRAM：

SDRAM（同步DRAM）于1996年末开始出现。在SDRAM中, RAM与CPU时钟同步。它允许CPU或精确的内存控制器知道确切的时钟周期或时序或周期数, 之后数据将在总线上可用。因此, CPU不需要进行存储器访问, 因此可以提高存储器的读写速度。由于仅在时钟周期的每个上升沿传输数据, 因此SDRAM也称为单数据速率SDRAM（SDR SDRAM）。请参阅以下说明中的图像。

iii）DDR SDRAM：

下一代同步DRAM被称为DDR RAM。它是为克服SDRAM的局限性而开发的, 并于2000年初用于PC存储器。在DDR SDRAM（DDR RAM）中, 每个时钟周期数据传输两次。在周期的上升沿（上升沿）和下降沿（下降沿）期间。因此, 它被称为双倍数据速率SDRAM。

DDR SDRAM有不同的一代, 包括DDR1, DDR2, DDR3和DDR4。今天, 我们在台式机, 笔记本电脑, 移动设备等内部使用的内存主要是DDR3或DDR4 RAM。 DDR SDRAM的类型：

a）DDR1 SDRAM：

DDR1 SDRAM是SDRAM的第一个高级版本。在此RAM中, 电压从3.3 V降低至2.5V。在时钟周期的上升沿和下降沿都传输数据。因此, 在每个时钟周期中, 将预取2位而不是1位, 这通常称为2位预取。它主要工作在133 MHz至200 MHz的范围内。

此外, 输入输出总线上的数据速率是时钟频率的两倍, 这是因为在上升沿和下降沿都传送数据。因此, 如果DDR1 RAM工作在133 MHz, 则数据速率将是每秒266 Mega传输的两倍。

ii）DDR2 SDRAM：

它是DDR1的高级版本。它的工作电压为1.8 V, 而不是2.5V。由于每个周期中预取的位数增加, 其数据速率是上一代数据速率的两倍。预取4位而不是2位。该RAM的内部总线宽度已加倍。例如, 如果输入输出总线为64位宽, 则其内部总线宽度将等于128位。因此, 一个周期可以处理两倍的数据量。

iii）DDR3 SDRAM：

在此版本中, 电压进一步从1.8 V降至1.5V。由于预取的位数已从4位增加到8位, 因此数据速率已比上一代RAM翻了一番。可以说, RAM的内部数据总线宽度比上一代增加了2倍。

iv）DDR4 SDRAM：

在该版本中, 工作电压从1.5 V进一步降低至1.2 V, 但可预取的位数与上一代相同；每个周期8位。 RAM的内部时钟频率是先前版本的两倍。如果你以400 MHz的频率运行, 则输入输出总线的时钟频率将是1600 MHz的四倍, 并且传输速率将等于每秒3200 Mega传输。

静态RAM和动态RAM之间的区别：