隨機存取存儲器

隨機存取存儲器（英語：Random Access Memory，縮寫：RAM），也叫主存，是與CPU直接交換數據的內部存儲器。它可以隨時讀寫（刷新時除外），而且速度很快，通常作為作業系統或其他正在運行中的程式的臨時數據存儲介質。RAM工作時可以隨時從任何一個指定的地址寫入（存入）或讀出（取出）信息。它與ROM的最大區別是數據的易失性，即一旦斷電所存儲的數據將隨之丟失。RAM在計算機和數字系統中用來暫時存儲程式、數據和中間結果。

基本介紹

• 中文名：隨機存取存儲器
• 外文名：random access memory
• 存儲原理：由觸發器存儲數據
• 單元結構：六管NMOS或OS構成
• 簡稱：RAM

簡介

存儲器是數字系統中用以存儲大量信息的設備或部件，是計算機和數字設備中的重要組成部分。存儲器可分為隨機存取存儲器（RAM）和唯讀存儲器（ROM）兩大類。

隨機存取存儲器（RAM）既可向指定單元存入信息又可從指定單元讀出信息。任何RAM中存儲的信息在斷電後均會丟失，所以RAM是易失性存儲器。

ROM為唯讀存儲器，除了固定存儲數據、表格、固化程式外，在組合邏輯電路中也有著廣泛用途。

特點

隨機存取

所謂“隨機存取”，指的是當存儲器中的數據被讀取或寫入時，所需要的時間與這段信息所在的位置或所寫入的位置無關。相對的，讀取或寫入順序訪問（Sequential Access）存儲設備中的信息時，其所需要的時間與位置就會有關係。它主要用來存放作業系統、各種應用程式、數據等。

靜態隨機存取存儲器

當RAM處於正常工作時，可以從RAM中讀出數據，也可以往RAM中寫入數據。與ROM相比較，RAM的優點是讀/寫方便、使用靈活，特別適用於經常快速更換數據的場合。

易失性

當電源關閉時，RAM不能保留數據。如果需要保存數據，就必須把它們寫入一個長期的存儲設備中（例如硬碟）。

RAM的工作特點是通電後，隨時可在任意位置單元存取數據信息，斷電後內部信息也隨之消失。

對靜電敏感

正如其他精細的積體電路，隨機存取存儲器對環境的靜電荷非常敏感。靜電會干擾存儲器內電容器的電荷，引致數據流失，甚至燒壞電路。故此觸碰隨機存取存儲器前，應先用手觸摸金屬接地。

訪問速度

現代的隨機存取存儲器幾乎是所有訪問設備中寫入和讀取速度最快的，存取延遲和其他涉及機械運作的存儲設備相比，也顯得微不足道。

需要刷新

現代的隨機存取存儲器依賴電容器存儲數據。電容器充滿電後代表1（二進制），未充電的代表0。由於電容器或多或少有漏電的情形，若不作特別處理，數據會漸漸隨時間流失。刷新是指定期讀取電容器的狀態，然後按照原來的狀態重新為電容器充電，彌補流失了的電荷。需要刷新正好解釋了隨機存取存儲器的易失性。

組成

RAM由存儲矩陣、地址解碼器、讀/寫控制器、輸入/輸出、片選控制等幾部分組成。

RAM工作原理

（1）存儲矩陣。如圖所示，RAM的核心部分是一個暫存器矩陣，用來存儲信息，稱為存儲矩陣。

（2）地址解碼器。地址解碼器的作用是將暫存器地址所對應的二進制數譯成有效的行選信號和列選信號，從而選中該存儲單元。

（3）讀/寫控制器。訪問RAM時，對被選中的暫存器進行讀操作還是進行寫操作，是通過讀寫信號來進行控制的。讀操作時，被選中單元的數據經數據線、輸入/輸出線傳送給CPU（中央處理單元）；寫操作時，CPU將數據經輸入/輸岀線、數據線存入被選中單元。

（4）輸入/輸出。RAM通過輸入/輸岀端與計算機的CPU交換數據，讀出時它是輸岀端，寫入時它是輸入端，一線兩用。由讀/寫控制線控制。輸入/輸出端數據線的條數，與一個地址中所對應的暫存器位數相同，也有的RAM晶片的輸入/輸出端是分開的。通常RAM的輸出端都具有集電極開路或三態輸出結構。

（5）片選控制。由於受RAM的集成度限制。一台計算機的存儲器系統往往由許多RAM組合而成。CPU訪問存儲器時，一次只能訪問RAM中的某一片（或幾片），即存儲器中只有一片（或幾片）RAM中的一個地址接受CPU訪問，與其交換信息，而其他片RAM與CPU不發生聯繫，片選就是用來實現這種控制的。通常一片RAM有一根或幾根片選線，當某一片的片選線接入有效電平時，該片被選中，地址解碼器的輸出信號控制該片某個地址的暫存器與CPU接通；當片選線接入無效電平時，則該片與CPU之間處於斷開狀態。

類別

根據存儲單元的工作原理不同， RAM分為靜態RAM和動態RAM。

靜態隨機存儲器

靜態存儲單元是在靜態觸發器的基礎上附加門控管而構成的。因此，它是靠觸發器的自保功能存儲數據的。SRAM存放的信息在不停電的情況下能長時間保留，狀態穩定，不需外加刷新電路，從而簡化了外部電路設計。但由於SRAM的基本存儲電路中所含電晶體較多，故集成度較低，且功耗較大。

SRAM特點如下：

●存儲原理：由觸發器存儲數據。

●單元結構：六管NMOS或OS構成。

●優點：速度快、使用簡單、不需刷新、靜態功耗極低；常用作Cache。

●缺點：元件數多、集成度低、運行功耗大。

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

動態隨機存儲器

DRAM利用電容存儲電荷的原理保存信息，電路簡單，集成度高。由於任何電容都存在漏電，因此，當電容存儲有電荷時，過一段時間由於電容放電會導致電荷流失，使保存信息丟失。解決的辦法是每隔一定時間（一般為2ms）須對DRAM進行讀出和再寫入，使原處於邏輯電平“l”的電容上所泄放的電荷又得到補充，原處於電平“0”的電容仍保持“0”，這個過程叫DRAM的刷新。

DRAM的刷新操作不同於存儲器讀/寫操作，主要表現在以下幾點：

（1）刷新地址由刷新地址計數器產生，不是由地址匯流排提供。

（2）DRAM基本存儲電路可按行同時刷新，所以刷新只需要行地址，不需要列地址。

（3）刷新操作時存儲器晶片的數據線呈高阻狀態，即片內數據線與外部數據線完全隔離。

DRAM與SRAM相比具有集成度高、功耗低、價格便宜等優點，所以在大容量存儲器中普遍採用。DRAM的缺點是需要刷新邏輯電路，且刷新操作時不能進行正常讀，寫操作。

DRAM特點如下：

●存儲原理：利用MOS管柵極電容可以存儲電荷的原理，需刷新（早期：三管基本單元；之後：單管基本單元）。

●刷新（再生）：為及時補充漏掉的電荷以避免存儲的信息丟失，必須定時給柵極電容補充電荷的操作。

●刷新時間：定期進行刷新操作的時間。該時間必須小於柵極電容自然保持信息的時間（小於2ms）。

●優點： 集成度遠高於SRAM、功耗低，價格也低。

●缺點：因需刷新而使外圍電路複雜；刷新也使存取速度較SRAM慢，所以在計算機中，DRAM常用於作主存儲器。

儘管如此，由於DRAM存儲單元的結構簡單，所用元件少，集成度高，功耗低，所以已成為大容量RAM的主流產品。

相關概念

與唯讀存儲器區別

在計算機中，RAM 、ROM都是數據存儲器。RAM 是隨機存取存儲器，它的特點是易揮發性，即掉電失憶。ROM 通常指固化存儲器（一次寫入，反覆讀取），它的特點與RAM 相反。舉個例子來說也就是，如果突然停電或者沒有保存就關閉了檔案，那么ROM可以隨機保存之前沒有儲存的檔案但是RAM會使之前沒有保存的檔案消失。

動態隨機存取存儲器

與記憶體之間的關係

在計算機的組成結構中，有一個很重要的部分，就是存儲器。存儲器是用來存儲程式和數據的部件，對於計算機來說，有了存儲器，才有記憶功能，才能保證正常工作。存儲器的種類很多，按其用途可分為主存儲器和輔助存儲器，主存儲器又稱記憶體儲器（簡稱記憶體），輔助存儲器又稱外存儲器（簡稱外存）。外存通常是磁性介質或光碟，像硬碟，軟碟，磁帶，CD等，能長期保存信息，並且不依賴於電來保存信息，但是由機械部件帶動，速度與CPU相比就顯得慢的多。記憶體指的就是主機板上的存儲部件，是CPU直接與之溝通，並用其存儲數據的部件，存放當前正在使用（即執行中）的數據和程式，它的物理實質就是一組或多組具備數據輸入輸出和數據存儲功能的積體電路，記憶體只用於暫時存放程式和數據，一旦關閉電源或發生斷電，其中的程式和數據就會丟失。

筆記本電腦記憶體

從一有計算機開始，就有記憶體。記憶體發展到今天也經歷了很多次的技術改進，從最早的DRAM一直到FPMDRAM、EDODRAM、SDRAM等，記憶體的速度一直在提高且容量也在不斷的增加。今天，伺服器主要使用的是什麼樣的記憶體？IA架構的伺服器普遍使用的是Registered ECC SDRAM。

快速周期隨機存取存儲器

既然記憶體是用來存放當前正在使用的（即執行中）的數據和程式，那么它是怎么工作的？我們平常所提到的計算機的記憶體指的是動態記憶體（即DRAM），動態記憶體中所謂的“動態”，指的是當我們將數據寫入DRAM後，經過一段時間，數據會丟失，因此需要額外設一個電路進行記憶體刷新操作。