[科普中国]-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。它可以随时读写（刷新时除外），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。RAM工作时可以随时从任何一个指定的地址写入（存入）或读出（取出）信息。它与ROM的最大区别是数据的易失性，即一旦断电所存储的数据将随之丢失。RAM在计算机和数字系统中用来暂时存储程序、数据和中间结果。1

简介存储器是数字系统中用以存储大量信息的设备或部件，是计算机和数字设备中的重要组成部分。存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。

随机存取存储器（RAM）既可向指定单元存入信息又可从指定单元读出信息。任何RAM中存储的信息在断电后均会丢失，所以RAM是易失性存储器。

ROM为只读存储器，除了固定存储数据、表格、固化程序外，在组合逻辑电路中也有着广泛用途。2

特点随机存取所谓“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。3

当RAM处于正常工作时，可以从RAM中读出数据，也可以往RAM中写入数据。与ROM相比较，RAM的优点是读/写方便、使用灵活，特别适用于经常快速更换数据的场合。4

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）。3

RAM的工作特点是通电后，随时可在任意位置单元存取数据信息，断电后内部信息也随之消失。5

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。3

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。3

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。3

组成RAM由存储矩阵、地址译码器、读/写控制器、输人/输出、片选控制等几部分组成。6

（1）存储矩阵。如图所示，RAM的核心部分是一个寄存器矩阵，用来存储信息，称为存储矩阵。6

（2）地址译码器。地址译码器的作用是将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号，从而选中该存储单元。6

（3）读/写控制器。访问RAM时，对被选中的寄存器进行读操作还是进行写操作，是通过读写信号来进行控制的。读操作时，被选中单元的数据经数据线、输入/输出线传送给CPU（中央处理单元）；写操作时，CPU将数据经输入/输岀线、数据线存入被选中单元。6

（4）输入/输出。RAM通过输入/输岀端与计算机的CPU交换数据，读出时它是输岀端，写入时它是输入端，一线两用。由读/写控制线控制。输入/输出端数据线的条数，与一个地址中所对应的寄存器位数相同，也有的RAM芯片的输入/输出端是分开的。通常RAM的输出端都具有集电极开路或三态输出结构。6

（5）片选控制。由于受RAM的集成度限制。一台计算机的存储器系统往往由许多RAM组合而成。CPU访问存储器时，一次只能访问RAM中的某一片（或几片），即存储器中只有一片（或几片）RAM中的一个地址接受CPU访问，与其交换信息，而其他片RAM与CPU不发生联系，片选就是用来实现这种控制的。通常一片RAM有一根或几根片选线，当某一片的片选线接入有效电平时，该片被选中，地址译码器的输出信号控制该片某个地址的寄存器与CPU接通；当片选线接入无效电平时，则该片与CPU之间处于断开状态。6

类别根据存储单元的工作原理不同， RAM分为静态RAM和动态RAM。7

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。SRAM存放的信息在不停电的情况下能长时间保留，状态稳定，不需外加刷新电路，从而简化了外部电路设计。但由于SRAM的基本存储电路中所含晶体管较多，故集成度较低，且功耗较大。7

SRAM特点如下：

●存储原理：由触发器存储数据。8

●单元结构：六管NMOS或OS构成。8

●优点：速度快、使用简单、不需刷新、静态功耗极低；常用作Cache。8

●缺点：元件数多、集成度低、运行功耗大。8

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

动态随机存储器（DRAM）DRAM利用电容存储电荷的原理保存信息，电路简单，集成度高。由于任何电容都存在漏电，因此，当电容存储有电荷时，过一段时间由于电容放电会导致电荷流失，使保存信息丢失。解决的办法是每隔一定时间（一般为2ms）须对DRAM进行读出和再写入，使原处于逻辑电平“l”的电容上所泄放的电荷又得到补充，原处于电平“0”的电容仍保持“0”，这个过程叫DRAM的刷新。7

DRAM的刷新操作不同于存储器读/写操作，主要表现在以下几点：

（1）刷新地址由刷新地址计数器产生，不是由地址总线提供。7

（2）DRAM基本存储电路可按行同时刷新，所以刷新只需要行地址，不需要列地址。7

（3）刷新操作时存储器芯片的数据线呈高阻状态，即片内数据线与外部数据线完全隔离。7

DRAM与SRAM相比具有集成度高、功耗低、价格便宜等优点，所以在大容量存储器中普遍采用。DRAM的缺点是需要刷新逻辑电路，且刷新操作时不能进行正常读，写操作。7

DRAM特点如下：

●存储原理：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）。8

●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。8

●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）。8

●优点： 集成度远高于SRAM、功耗低，价格也低。8

●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。8

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。8

区别与只读存储器区别在计算机中，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。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。8

与内存区别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（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。8

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？IA架构的服务器普遍使用的是Registered ECC SDRAM。8

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？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，因此需要额外设一个电路进行内存刷新操作。8

本词条内容贡献者为:

周红平 - 副研究员 - 合肥工业大学