Computer Fundamentals 简明教程

Computer - Random Access Memory (RAM)

What is RAM (Random Access Memory)?

RAM 是计算机的易失性存储器，用于临时存储数据；一旦关闭电源，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 存储程序或指令执行期间正在主动使用的那些数据。在系统的启动过程中，操作系统主动使用 RAM 和文件或程序执行所必需的应用程序。它通过提供快速数据和指令访问来加速 CPU 处理。

random access memory

RAM 主动用于程序或指令执行。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被加载到 RAM 中以实现计算机的平稳运行。计算机的 RAM 越多，它可以更好地处理多任务并且可以更快地运行应用程序，因为可以更快地访问数据。

How does RAM Work?

RAM 由网格单元组成，每个单元都有一个唯一地址，允许以任何顺序读写数据，CPU 从 RAM 请求数据，RAM 以高速传送数据，这对于多任务处理和运行复杂应用程序至关重要。

RAM 是计算机的内部存储器，可根据要求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。这意味着我们无需了解前一个位置的地址，就可以访问内存中的任何随机位置。由于 RAM 是易失性存储器，因此大多数系统中都以不间断电源 (UPS) 的形式存在备份。此外，系统的速度和性能与 RAM 的大小成正比。

Characteristics of RAM

RAM 的主要特性如下所述 −

  1. Multitasking − RAM 执行多任务处理和快速执行指令或程序。

  2. Prevents system crashes − RAM 可在执行繁重任务期间防止系统崩溃和变慢。

  3. High-performance − 它为执行游戏和可视化应用程序提供高性能，其中必须快速处理大量数据。

  4. System Support − RAM 可执行写入和擦除操作。

  5. Additional RAM − 为维持系统的速度和性能，可以添加额外的 RAM。

  6. Faster data accessing − 它通过快速访问数据来协助 CPU 进行更快的执行。RAM 比 SSD 更快。

  7. Cost − 与 SSD 相比，RAM 的成本不那么高。

Types of Random Access Memory

不同类型的 RAM 在下图中进行分类

types of ram

SRAM (Static Random Access Memory)

静态 RAM 是一种使用触发器进行主存储的 RAM，并且是易失性的。它是一种半导体存储器。使用双稳态锁存电路存储每一位，因此速度极快，因此称为高速缓存存储器。它通常用作 CPU 高速缓存，通常位于 L2 或 L3 中。它在计算机开启时将数据存储在锁存器中。SRAM 更昂贵，并且比 DRAM 需要更多的功率。它充当计算机系统中的高速缓存存储器。SRAM 比 DRAM 需要更多的晶体管。由于锁存机制，它比 DRAM 更快。SRAM 每位数据使用 6 个晶体管，而 DRAM 每位使用一个晶体管。

SRAM 的一些主要特征如下 −

  1. SRAM 具有由 6 个晶体管组成的存储单元。

  2. SRAM 由触发器组成，用于存储数据单位。

  3. SRAM 专为 CPU 设计，并作为高速缓存存储器工作。

  4. 它在更短时间内访问数据；比 DRAM 快，并且访问数据所需的时间非常少。

  5. 无法在一个芯片上存储大量数据，因此需要更多芯片。

  6. SRAM is expensive.

  7. 它需要一个规则的电源来存储数据。

  8. SRAM generates more heat.

  9. 在电源开启前内容仍保持原样。

SRAM 可进一步分为以下类型：

  1. Synchronous − 同步 SRAM 与时钟信号共同工作。它与时钟同步读写，速度快且适用于高速应用。

  2. Asynchronous − 其工作与时钟信号无关；在地址和控制信号稳定后，它执行读写操作。

  3. Pseudo SRAM − PSRAM 是一种同时具有 DRAM 和 SRAM 特性的内存。该器件使用 DRAM 单元，但包含一个内部刷新电路，因此对于外部系统来说表现为 SRAM。

  4. Non-Volatile SRAM − nvSRAM 集成了一个小的非易失性存储器与 SRAM 单元，即使在断电时也能保持数据。

SRAM 的优点如下：

  1. SRAM 更快，因此更受欢迎。

  2. 它不需要刷新。

  3. 它提供更快的读写操作。

  4. 它在 CPU 中用作高速缓存。

  5. 它不易发生由刷新过程导致的错误和数据损坏。

  6. 它非常可靠，因此用于高速缓存。

DRAM 的缺点如下：

  1. It is expensive.

  2. 它具有复杂的单元结构；因此 SRAM 的设计和布局更加复杂。

  3. 由于其易失的特性，在断电时会丢失所有数据。

  4. 与 DRAM 相比，它的存储容量较低。

  5. 设计复杂，难以构建或理解。

  6. 它不适用于大容量内存应用。

总体来说，高速度和可靠性让 SRAM 变得非常昂贵，特别是在诸如 CPU 缓存等应用中。然而，与 DRAM 相比，其较高的成本和较低的密度限制了其在较小的、高性能内存应用程序中的应用。

DRAM (Dynamic Random Access Memory)

这是另一种用作主存储器的 RAM 类型；它将数据存储在电容器中，即使计算机已打开电源，也能存储很短时间（几毫秒）。每个存储单元都是一个包含一位数据且由晶体管和电容器组成的 DRAM 芯片。在此存储控制器中，数据可以被读取，然后被重写，不断更新它。可以定期刷新数据以确保其完整性。DRAM 的成本较低，但它可以存储更多数据。此外，它比 SRAM 更慢，但所需的功率更低。

然而，DRAM 比 SRAM 更便宜，因而适合用作 CPU 的主存储器。它比 SRAM 慢，但可以与 CPU 总线直接连接。笔记本电脑的 DRAM 通常范围从 4GB 到 16GB，而小设备的 DRAM 通常范围从 1GB 到 2GB。

以下列出了 DRAM 的部分主要特性−

  1. 作为系统的内存时运作。

  2. 它由存储数据的电容器组成，因此我们必须多次刷新它。

  3. 它很便宜，因此今天的大多数笔记本电脑或电脑都装有 DRAM。

  4. 它需要的空间较小，而且所需的功率更低。

  5. 它每毫秒刷新一次以保持数据的一致性。

  6. 它比 SRAM 更节能。

  7. DRAM 可以将多位存储在一个芯片上。

DRAM 可以进一步分类为以下类型：

  1. SDRAM − 与总线时钟同步；通用计算。

  2. DDR SDRAM − 与 SDRAM 相比，它具有更高的数据传输速率。

  3. DDR2 SDRAM − 它具有更快的速度、更低的功耗和更低的延迟。

  4. GDDR − 它经过优化，适用于图形处理器 (GPU)。

  5. LPDDR − 它专门设计用于移动设备和嵌入式应用程序。

  6. RDRAM − 专门设计进行创新设计，以满足特定高性能应用程序的需求。

  7. EDO DRAM − 它允许通过重叠操作来实现更快的读取周期。

DRAM 的优势如下所示：

  1. DRAM 的访问时间比 SRAM 慢

  2. 它的设计简单，不复杂，因为它仅由一个晶体管组成。

  3. 体积较小。

  4. 与 SRAM 相比，成本低

  5. 拥塞率高。

  6. 内存空间大。

  7. 密度高，使其适用于大型内存应用。

DRAM 的缺点如下：

  1. 它是易失性的，因此需要连续刷新以保持数据一致。

  2. 制造工艺复杂。

  3. 它比 SRAM 慢。

  4. 与 SRAM 相比，延迟更高。