计算机 - 随机存取存储器 (RAM)

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什么是RAM（随机存取存储器）？

RAM是计算机的易失性内存，用于临时存储数据；一旦电源关闭，RAM中的数据就会被擦除。它也被称为主存储器或临时存储器。RAM存储在程序或指令执行期间正在积极使用的数据。在系统启动过程中，操作系统会积极使用RAM以及执行文件或程序所需应用程序。它通过提供快速的数据和指令访问来加速CPU处理。

RAM被积极用于程序或指令的执行。一旦我们启动计算机；系统必需的文件、程序和操作系统文件将加载到RAM中，以确保计算机的顺利运行。计算机拥有的RAM越多，它处理多任务的能力就越强，运行应用程序的速度就越快，因为可以更快地访问数据。

RAM是如何工作的？

RAM由一个单元格网格组成，每个单元格都有一个唯一的地址，允许以任何顺序读取或写入数据，CPU请求来自RAM的数据，这些数据以高速传递，使其成为多任务处理和运行复杂应用程序必不可少的组件。

RAM是计算机的内部内存，根据需要存储不同类型的数据和信息。它也被认为是读/写内存。RAM中的数据访问是随机的。这意味着我们可以访问内存中的任何随机位置，而无需知道先前位置的地址。由于RAM是易失性内存，因此大多数系统都以不间断电源 (UPS) 的形式提供备份。此外，系统的速度和性能与RAM的大小成正比。

RAM的特性

下面描述了RAM的关键特性：

• 多任务处理 - RAM执行多任务处理并快速执行指令或程序。
• 防止系统崩溃 - RAM在执行密集型任务时防止系统崩溃和速度下降。
• 高性能 - 它为游戏和视觉应用程序的执行提供高性能，在这些应用程序中，必须快速处理大量数据。
• 系统支持 - RAM可以执行写入和擦除操作。
• 增加RAM - 为了维持系统的速度和性能；可以增加额外的RAM。
• 更快的访问数据 - 它通过快速访问数据来促进CPU，从而支持更快的执行。RAM比SSD更快。
• 成本 - 与SSD相比，RAM的成本并不高。

随机存取存储器的类型

下图对不同类型的RAM进行了分类

SRAM（静态随机存取存储器）

静态RAM是一种使用触发器进行主要存储的易失性RAM类型。它是一种半导体存储器。每个比特都使用双稳态锁存电路存储，使其速度极快，因此被称为缓存内存。它通常用作CPU缓存，并且通常位于L2或L3中。只要计算机处于开启状态，它就会将数据存储在锁存器中。SRAM比DRAM更昂贵，并且需要更多的功耗。它充当计算机系统中的缓存内存。SRAM比DRAM需要更多的晶体管。由于锁存机制，它比DRAM更快。SRAM每个数据位使用6个晶体管，而DRAM每个位使用1个晶体管。

SRAM的特性

SRAM的一些关键特性如下：

• SRAM有一个存储单元，它包含6个晶体管。
• SRAM包含触发器来存储数据单元。
• SRAM专为CPU设计，并作为缓存内存工作。
• 它在更短的时间内访问数据；比DRAM快，并且访问数据所需的时间非常少。
• 在一个芯片上存储大量数据是不可能的，因此需要更多芯片。
• SRAM价格昂贵。
• 它需要定期供电才能存储数据。
• SRAM产生更多热量。
• 内容保持不变，直到电源打开。

SRAM的类型

SRAM可以进一步分类为以下类型：

• 同步 - 同步SRAM与时钟信号协同工作。它与时钟同步读取和写入，使其速度更快，适用于高速应用。
• 异步 - 它的工作不依赖于时钟信号；一旦地址和控制信号稳定，它就会执行读写操作。
• 伪SRAM - PSRAM是一种兼具DRAM和SRAM特性的内存。该设备使用DRAM单元，但包含一个内部刷新电路，因此向外部系统呈现为SRAM。
• 非易失性SRAM - nvSRAM将小型非易失性内存与SRAM单元集成在一起，即使在断电时也能保留数据。

SRAM的优点

SRAM的优点如下：

• SRAM之所以受欢迎，因为它速度更快。
• 它不需要刷新。
• 它提供更快的读写操作。
• 它在CPU中充当缓存内存。
• 它不太容易受到刷新过程引起的错误和数据损坏的影响。
• 它非常可靠，因此被用作缓存内存。

SRAM的缺点

DRAM的缺点如下：

• 它价格昂贵。
• 它具有复杂的单元结构；因此SRAM的设计和布局更加复杂。
• 由于其易失性，当电源关闭时，所有数据都会丢失。
• 与DRAM相比，它的存储容量较低。
• 设计复杂，不易构建或理解。
• 它不适用于大型内存应用

总的来说，速度和可靠性使得SRAM价格昂贵，特别是在CPU缓存等应用中。然而，与DRAM相比，其更高的成本和更低的密度限制了它在较小的高性能内存应用中的使用。

DRAM（动态随机存取存储器）

它是另一种用作主内存的RAM类型；即使在计算机通电时，它也能在电容器中短时间（几毫秒）存储数据。每个存储单元都是一个DRAM芯片，包含一个数据位，并由晶体管和电容器组成。在此内存控制器中，数据可以被读取然后重写，从而不断更新它。定期刷新数据以确保其完整性。DRAM价格更便宜，但可以存储大量数据。此外，它比SRAM慢，并且功耗更低。

然而，DRAM比SRAM便宜，使其适合用作CPU的主内存。它比SRAM慢，并且可以直接连接到CPU总线。笔记本电脑的DRAM通常在4GB到16GB之间，小型设备的DRAM通常在1GB到2GB之间。

DRAM的特性

DRAM的一些关键特性如下：

• 它充当系统的内存。
• 它由存储数据的电容器组成，因此我们需要多次刷新它。
• 它价格低廉，因此DRAM在当今的笔记本电脑或PC中随处可见。
• 它需要更少的空间和更少的功耗。
• 它每毫秒刷新一次以保持数据一致性。
• 它比SRAM更节能。
• DRAM可以在单个芯片上存储多个位。

DRAM的类型

DRAM可以进一步分类为以下类型：

• SDRAM - 与总线时钟同步；通用计算。
• DDR SDRAM - 与SDRAM相比，它具有更高的数据传输速率。
• DDR2 SDRAM - 它具有更高的速度、更低的功耗和更低的延迟。
• GDDR - 它针对图形处理单元 (GPU) 进行了优化。
• LPDDR - 它专为移动和嵌入式应用而设计。
• RDRAM - 专为特定高性能应用的创新设计而设计。
• EDO DRAM - 它允许通过重叠操作来加快读取周期。

DRAM的优点

DRAM的优点如下：

• DRAM的访问时间比SRAM慢
• 它的设计简单，不复杂，因为它只包含一个晶体管。
• 它体积小巧。
• 与SRAM相比，它的成本低廉
• 它具有很高的拥塞率。
• 它具有很大的内存空间。
• 它具有高密度，使其适用于大型内存应用。

DRAM的缺点

DRAM的缺点如下：

• 它是易失性的，因此需要持续刷新才能保持数据一致性。
• 它的制造工艺复杂。

• 它比SRAM慢。
• 与SRAM相比，它具有更高的延迟。