RAM 是如何工作的？

什么是計算機內(nèi)存？

隨機存取存儲器，通常稱為 RAM，是一個臨時存儲位置，可以在其中以任何順序檢索或重寫數(shù)據(jù)，以支持計算機和移動應(yīng)用程序的實時工作。

如果沒有快速存儲和檢索數(shù)據(jù)的能力，任何應(yīng)用程序或其他功能都無法正常運行。這就是 RAM 發(fā)揮作用的地方。RAM 或隨機存取存儲器是計算機系統(tǒng)的重要組成部分之一。它是一個短期存儲庫，其中存放必須快速檢索的數(shù)據(jù)。

RAM 保持數(shù)據(jù)隨時可用，以便中央處理器單元 (CPU) 可以找到它，而無需訪問長期存儲來執(zhí)行緊急處理任務(wù)。

RAM 包含在所有計算設(shè)備中，包括臺式電腦（在 Windows、MacOS 和 Linux 上運行）、平板電腦和智能手機（在 Android 或 iOS 上運行），甚至物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備（如智能電視）。

RAM 也用于指代設(shè)備的短期記憶。它讀取程序或操作系統(tǒng)在不久的將來可能需要的數(shù)據(jù)，并臨時存儲這些數(shù)據(jù)，以便 CPU、顯卡和任何其他可能需要它的組件輕松訪問。此信息在 RAM 中保持可用，直到應(yīng)用程序或設(shè)備關(guān)閉或重新啟動。然后清理 RAM 并準備好接受新的、適當?shù)臄?shù)據(jù)。

每當您打開新的瀏覽器選項卡時，RAM 都會阻止其他組件訪問速度較慢的存儲設(shè)備，例如硬盤驅(qū)動器或固態(tài)驅(qū)動器 (SSD)。雖然當前的存儲速度比舊驅(qū)動器快，但它仍然比 RAM 慢得多。然而，這些存儲組件是必需的，因為它們允許在 RAM 未處于完全功能狀態(tài)時進行更長期的數(shù)據(jù)存儲。

為什么 RAM 被稱為隨機存?。?/span>

RAM 被稱為隨機訪問，因為如果識別出在該單元重疊的行和列，則可以直接訪問任何存儲單元。

另一方面，串行存取存儲器 (SAM) 將數(shù)據(jù)存儲為一系列存儲塊，只能連續(xù)檢索（如盒式磁帶）。如果信息不在當前位置，則檢查每個塊，直到找到所需的數(shù)據(jù)。SAM 非常適用于數(shù)據(jù)通常按使用順序存儲的存儲庫。相反，RAM 數(shù)據(jù)可以按任何順序檢索。

多少 RAM 是理想的？

構(gòu)建 Pentium CPU 上的硬件時，用戶很少需要超過 8 MB 的 RAM，如果系統(tǒng)用于業(yè)務(wù)，則需要 32 MB。這足以運行 Windows 95、最早的 Microsoft Word 版本和早期的 PC 游戲。目前，打開多個選項卡的 Web 瀏覽器可能很容易占用 2.2 GB 的 RAM，因此 PC RAM 的最低要求為 4 GB，移動設(shè)備的最低要求為 3 GB。

所需的 RAM 量取決于您的應(yīng)用程序和用戶同時打開的窗口數(shù)量以及所需的用戶體驗。系統(tǒng)擁有的 RAM 越多，運行速度就越快。當設(shè)備過時時，可能需要更換 RAM 或其他組件。所有活動的應(yīng)用程序，包括瀏覽器選項卡，都使用 RAM。

當計算機的工作需求超過可用 RAM 的數(shù)量時，操作系統(tǒng)必須將程序轉(zhuǎn)移到硬盤驅(qū)動器。當您返回程序時，它必須在您繼續(xù)工作之前檢索數(shù)據(jù)。這稱為分頁或轉(zhuǎn)移，這需要一些時間。該過程導致延遲和功能受損。

購買 PC 的客戶將有多種 RAM 容量選擇—4GB、8GB、16GB，如果他們使用高級編輯工具或圖形應(yīng)用程序（如 CAD），甚至可以選擇額外的內(nèi)存（32GB、64GB）。

請記住，RAM 與存儲不同：計算機關(guān)閉時，RAM 中存儲的信息會丟失，而長期存儲設(shè)備（SSD 或 HDD）中的數(shù)據(jù)會保留。

內(nèi)存的使用

RAM 執(zhí)行以下關(guān)鍵功能：

1. 充當臨時存儲位置

這是 RAM 的主要用途。當用戶保存文件或任何其他數(shù)據(jù)類型時，信息會傳輸?shù)接脖P驅(qū)動器或其他形式的長期存儲中。此外，當您退出應(yīng)用程序時，操作系統(tǒng)會將其從 RAM 中刪除，釋放計算機短期內(nèi)存中的空間，以便您可以開始下一個任務(wù)。

RAM 僅用于臨時存儲。因此，如果用戶沒有將文件保存到硬盤驅(qū)動器并且斷電，他們的所有工作都可能丟失。但是，現(xiàn)代應(yīng)用程序可能有一種機制可以將文件的副本存儲在嵌入式備份系統(tǒng)中，以幫助以后恢復它。

2. 可以更快地讀取文件

RAM 用于快速檢索讀取任何文件內(nèi)容所需的數(shù)據(jù)。根據(jù)技術(shù)和工作的不同，隨機存取存儲器處理數(shù)據(jù)的速度可能比存儲在硬盤上的數(shù)據(jù)快 20 到 100 倍。

如果用戶打開以前存儲在系統(tǒng)上的文檔，操作系統(tǒng)會在其長期存儲中識別該文件并將其內(nèi)容復制到 RAM 中。一旦數(shù)據(jù)存儲在 RAM 中，由于 RAM 閃電般的速度，用戶幾乎可以立即進行讀寫。

但是，由于數(shù)據(jù)是分布式的，因此嘗試直接從硬盤驅(qū)動器訪問文件會花費大量時間。要讀取文件，計算機的硬盤驅(qū)動器每分鐘必須旋轉(zhuǎn)數(shù)百次，從而造成延遲。

為了加快速度，計算機系統(tǒng)將文件的副本存儲在 RAM 中以供讀取。

3. 提高應(yīng)用性能

RAM 還用于加快以前訪問過的應(yīng)用程序的加載。當用戶第一次打開他們的計算機并運行任何程序時，如 PowerPoint 或數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DBMS) 軟件，如 Access，加載需要一些時間。但是，當程序關(guān)閉并重新啟動時，它幾乎會立即打開，因為加載應(yīng)用程序所需的數(shù)據(jù)存儲在 RAM 中而不是硬盤驅(qū)動器中。

應(yīng)用程序數(shù)據(jù)保留在 RAM 中，直到 PC 重新啟動或應(yīng)用程序從任務(wù)管理器（或其非 Windows 等效項）強制關(guān)閉。對于移動 RAM，它甚至可以在后臺動態(tài)刷新應(yīng)用程序數(shù)據(jù)以提升設(shè)備性能。

RAM 是如何工作的？

讓我們首先了解隨機存取存儲器的物理結(jié)構(gòu)和功能。RAM 在概念上類似于一系列盒子，每個盒子可以存儲一個 0 或一個 1。每個盒子都有一個特定的地址，可以通過跨列和向下計數(shù)來確定。

RAM 盒子的集合稱為數(shù)組，每個盒子稱為單元格。RAM 控制器將列和行地址向下傳輸?shù)叫酒械囊桓‰娋€中，以定位特定的單元格。在 RAM 陣列中，每一行和每一列都分配有不同的地址線。任何檢索到的數(shù)據(jù)都在不同的數(shù)據(jù)行上返回。

RAM 物理上緊湊并存儲在微芯片上，這一點至關(guān)重要。它可以存儲的信息量也有限?；镜墓P記本電腦可能有 8 GB 的 RAM，而硬盤驅(qū)動器可能包含 10 TB。

RAM 的工作取決于以下關(guān)鍵功能：

1. 內(nèi)存主板

所有 RAM 硬件組件都焊接在該電路板上。它由基于硅的集成電路組成，可提供跨內(nèi)存組件的連接以及與計算機的接口，以便 CPU 和內(nèi)存控制器可以訪問 RAM。

2. 實際數(shù)據(jù)存儲的內(nèi)存庫

這部分包含存儲數(shù)據(jù)的實際內(nèi)存模塊或單元。RAM 總是由兩個或多個存儲體組成，使一個存儲體可以在另一個存儲體充電時訪問。這減少了銀行預(yù)充電的延遲，從而加快了傳輸速度。它還降低了每個存儲體的粒度，從而以更低的成本提高了內(nèi)存容量和性能。

3. 計時

RAM 中的內(nèi)存操作與時鐘信號同步。這簡化了控制器接口并消除了模擬信號生成的需要。它還降低了內(nèi)存組件的制造成本，因為可以以相同的成本生成更快的內(nèi)存。

4. 模式寄存器組件

該寄存器配置核心器件操作。它調(diào)節(jié)列地址選通 (CAS) 延遲、突發(fā)持續(xù)時間和突發(fā)類型。它通常在機器啟動時配置。高級用戶通常需要 4,000MHz RAM 和 CAS 15-18 或更低的延遲才能獲得最佳性能。

5.SDP 芯片

SPD 是「串行存在檢測」的縮寫。RAM 配備內(nèi)置 SPD 芯片，可存儲有關(guān)內(nèi)存大小、類型、頻率和訪問時間線的信息。該芯片使計算機能夠在啟動階段的開機測試周期中獲取此信息。

6. RAM 的突發(fā)計數(shù)器

突發(fā)計數(shù)器是存儲列地址信息的片上計數(shù)器。它通過采用順序和交錯的突發(fā)類型以及不同的突發(fā)持續(xù)時間來提供高頻突發(fā)訪問。模式寄存器允許對這些設(shè)置進行編程。

大多數(shù) PC 允許用戶安裝特定容量的 RAM 單元。具有更多 RAM 的計算機減少了 CPU 必須從硬盤驅(qū)動器讀取數(shù)據(jù)的次數(shù)，這是一個比從 RAM 讀取數(shù)據(jù)更慢的過程。RAM 訪問時間以納秒為單位，而存儲器訪問持續(xù)時間以毫秒為單位。

RAM 與閃存

閃存和 RAM 均由固態(tài)半導體組成。然而，由于它們的構(gòu)造、性能標準和價格的差異，它們在計算機系統(tǒng)中的職責也不同。閃存用于存儲。RAM 用作活動存儲器，它處理從存儲器獲得的數(shù)據(jù)。

RAM 與閃存之間的一個根本區(qū)別在于，信息必須從后者的完整塊中擦除。這使它比 RAM 慢，其中可能會刪除單個位。

然而，與 RAM 相比，閃存要便宜得多且具有非易失性。與 RAM 不同，它即使在電源關(guān)閉時也可以保存數(shù)據(jù)。由于其降低速度、非易失性和成本降低，閃存通常用于長期存儲。

計算機內(nèi)存的類型

隨機存取存儲器可以是以下類型：

1. 靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）

對于每個存儲單元，靜態(tài)隨機存取存儲器需要許多晶體管，通常為四到六個。然而，每個電池不包含電容器。它通常用于緩存。如果電源可用，SRAM 會將數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中，這與必須經(jīng)常更新的動態(tài) RAM DRAM 形成對比。因此，SRAM 速度更快但成本更高，使 DRAM 成為計算機中更常見的內(nèi)存類型。

2. 動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）

DRAM 通常用作計算機中的主內(nèi)存。每個 DRAM 存儲單元的電容器中都保留一個數(shù)據(jù)字節(jié)，由集成電路中的晶體管和電容器組成。由于晶體管不斷泄漏少量，電容器將逐漸耗盡，導致其中包含的數(shù)據(jù)丟失。為了維護數(shù)據(jù)，DRAM 必須每隔幾毫秒更新一次。

3. 擴展數(shù)據(jù)輸出隨機存取存儲器（EDO RAM）

EDO RAM 是為提高 1990 年代使用的 RAM 芯片的效率而開發(fā)的 DRAM 的早期示例。它不會等到對第一位的分析完成后再繼續(xù)下一位。在確定第一位的位置后，EDO DRAM 開始搜索下一塊。

4. 同步 DRAM（SDRAM）

這種形式的 RAM 使內(nèi)存速率與中央處理器 (CPU) 的時鐘速度同步。因此，內(nèi)存控制器知道數(shù)據(jù)包可用的精確時鐘周期。這使得 CPU 每單位時間可以執(zhí)行更多的指令。SDRAM 通常以高達 133 MHz 的速度傳輸數(shù)據(jù)，比 DRAM 快得多。

5. Rambus 動態(tài)隨機存取存儲器（RDRAM）

Rambus DRAM 及其后代 Concurrent Rambus DRAM 和 Direct Rambus DRAM 是 1990 年代和 2000 年代初期創(chuàng)建的一種同步動態(tài)隨機存取存儲器。這種 RAM 芯片并行運行，使數(shù)據(jù)傳輸速度在 800 MHz 和 1,600 Mbps 之間變化。然而，由于它們以如此高的速度工作，它們會散發(fā)出更多的熱量。

6. 單數(shù)據(jù)速率同步動態(tài)隨機存取存儲器（SDR SDRAM）

這種 RAM 最初使用的是單數(shù)據(jù)速率技術(shù)，這就是為什么這種 RAM 被稱為 SDR 的原因。隨著 SDRAM 在 1990 年代的首次亮相，時鐘速率首次同步。通過將計算機內(nèi)存與處理器輸入同步，機器可以更快地完成任務(wù)。然而，到 20 世紀 90 年代后期，SDR RAM 已經(jīng)達到了極限，讓位給了下一代 RAM。

7. 雙倍數(shù)據(jù)速率同步動態(tài)隨機存取存儲器（DDR SDRAM）

雙倍數(shù)據(jù)速率同步隨機存取存儲器 (DDR SRAM) 于 2000 年左右發(fā)明。它在開始和結(jié)束時在單個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行兩次數(shù)據(jù)傳輸。DDR SDRAM 已被重新設(shè)計三到四次，從 DDR2 到 DDR3 再到 DDR4，并且在每次迭代中，數(shù)據(jù)傳輸速率都提高了，功耗也降低了。然而，事實證明，DDR 的每一次迭代都與之前的其他迭代不兼容，PC 制造商不得不跟上步伐。DDR 仍然是當今計算機中使用最廣泛的 RAM。

8. 圖形雙倍數(shù)據(jù)速率同步動態(tài)隨機存取存儲器（GDDR SDRAM）

GDDR SDRAM 用于視頻和圖形設(shè)備。與 DDR SDRAM 相同，此架構(gòu)允許在 CPU 時鐘周期內(nèi)在多個位置傳輸數(shù)據(jù)。但是，與 DDR SDRAM 相比，它的運行功率更高，時序要求也沒有那么嚴格。

GDDR 可以實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計 (CAD) 或 3D 建模等圖形密集型任務(wù)的 GPU 性能所需的速度、內(nèi)存和帶寬級別。與 DDR 相比，GDDR 經(jīng)歷了多個發(fā)展階段，每次迭代都會帶來性能提升和功耗降低。圖形內(nèi)存的最新迭代是 GDDR6。

9. 視頻隨機存取存儲器（VRAM）

VideoRAM 僅供視頻適配器和 3D 加速器使用。它通常有兩個獨立的訪問端口而不是一個（多端口），使 CPU 和圖形處理器能夠同時訪問 RAM。計算機顯示器的分辨率和顏色深度由顯存 (VRAM) 的數(shù)量決定。此外，VRAM 用于存儲特定于圖形的數(shù)據(jù)，例如 3D 幾何數(shù)據(jù)或紋理貼圖。

真正的多端口 VRAM 通常很昂貴，這就是為什么許多圖形卡采用同步圖形 RAM (SGRAM) 的原因。性能具有可比性；但是，SGRAM 更便宜。