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。[1]它可以隨時讀寫（刷新時除外，見下文），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。

主存（Main memory）即計算機內部最主要的存儲器，用來載入各式各樣的程式與數據以供CPU直接運行與運用。由於DRAM的性價比很高，且擴展性也不錯，是現今一般計算機主存的最主要部分。2014年生產計算機所用的主存主要是DDR3 SDRAM，而2016年開始DDR4 SDRAM逐漸普及化，筆電廠商如華碩及宏碁開始在筆電以DDR4存儲器取代DDR3L。

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

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。

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和ROM相比，兩者的最大區別是RAM在斷電以後保存在上面的數據會自動消失，而ROM不會自動消失，可以長時間斷電保存。

靜態隨機存取存儲器

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。

筆記本電腦記憶體

需要刷新（再生）

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。

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(SRAM)

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。

動態隨機存儲器(DRAM)
動態RAM的存儲矩陣由動態MOS存儲單元組成。動態MOS存儲單元利用MOS管的柵極電容來存儲信息，但由於柵極電容的容量很小，而漏電流又不可能絕對等於0，所以電荷保存的時間有限。為了避免存儲信息的丟失，必須定時地給電容補充漏掉的電荷。通常把這種操作稱為“刷新”或“再生”，因此DRAM內部要有刷新控制電路，其操作也比靜態RAM複雜。儘管如此，由於DRAM存儲單元的結構能做得非常簡單，所用元件少，功耗低，已成為大容量RAM的主流產品。

組成

RAM電路由地址解碼器、存儲矩陣和讀寫控制電路三部分組成，如圖所示。

圖1

存儲矩陣由觸發器排列而成，每個觸發器能存儲一位數據(0或1)。通常將每一組存儲單元編為一個地址，存放一個“字”；每個字的位數等於這一組單元的數目。存儲器的容量以“字數×位數”表示。地址解碼器將每個輸入的地址代碼譯成高(或低)電平信號，從存儲矩陣中選中一組單元，使之與讀寫控制電路接通。在讀寫控制信號的配合下，將數據讀出或寫入。

區別

唯讀存儲器

ROM-read only memory唯讀存儲器

①簡單地說，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。ROM又分一次性固化、光擦除和電擦除重寫三種類型。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

記憶體

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，存放當前正在使用的（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。

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呢？IA架構的伺服器普遍使用的是REGISTEREDECCSDRAM。

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呢？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，因此需要一個額外設電路進行記憶體刷新操作。具體的工作過程是這樣的：一個DRAM的存儲單元存儲的是0還是1取決於電容是否有電荷，有電荷代表1，無電荷代表0。但時間一長，代表1的電容會放電，代表0的電容會吸收電荷，這就是數據丟失的原因。刷新操作定期對電容進行檢查，若電量大於滿電量的1/2，則認為其代表1，並把電容充滿電；若電量小於1/2，則認為其代表0，並把電容放電，藉此來保持數據的連續性。

存儲單元

靜態存儲單元（SRAM）

●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)

動態存儲單元（DRAM）

●存貯原理：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。