随机存储器的特点与结构介绍

早期的计算机使用继电器、机械计数器或延迟线来实现主存储器功能。超声波延迟线是串行设备，只能按写入顺序复制数据。鼓内存可以以相对较低的成本扩展，但有效检索内存项需要了解鼓的物理布局以优化速度。锁存器由真空管三极管构成，后来由分立晶体管构成，用于更小和更快的存储器，例如寄存器。此类寄存器相对较大且成本过高，无法用于处理大量数据;通常只能提供几十或几百位这样的存储器。

随机存取存储器的第一种实用形式是1947年开始使用的威廉姆斯管。它将数据存储为阴极射线管表面的带电点。由于CRT的电子束可以任意顺序读写管子上的点，因此存储器是随机存取的。威廉姆斯管的容量从几百位到一千位左右，但与使用单独的真空管锁存器相比，它更小、更快、更节能。在英国曼彻斯特大学开发的威廉姆斯管提供了在曼彻斯特婴儿计算机中实现第一个电子存储程序的媒介，该计算机于1948年6月21日首次成功运行程序。

随机存取存储器

1.什么是随机存储器

随机存取存储器(RAM)是一种形式的计算机存储器，可以以任何顺序被读取和改变，通常用于存储工作数据和机器代码。随机存取存储器设备允许在几乎相同的时间量数据项被读出或写入，并且无需担忧存储器内的数据的物理位置，在与其他直接访问数据存储介质的对比度(例如作为硬盘、CD-RW、DVD-RW和更旧的磁带和鼓式存储器)，由于介质旋转速度和臂移动等机械限制，读取和写入数据项所需的时间因它们在记录介质上的物理位置而异。RAM包含多路复用和多路分解电路，用于将数据线连接到寻址存储器以读取或写入条目。通常同一个地址访问不止一位的存储，而RAM设备往往有多条数据线，被称为“8位”或“16位”等设备。

在当今的技术中，随机存取存储器采用具有MOS(金属氧化物半导体)存储单元的集成电路(IC)芯片的形式。RAM通常与易失性类型的存储器(例如动态随机存取存储器(DRAM)模块)相关联，其中存储的信息在断电时会丢失，尽管也已开发出非易失性RAM。存在其他类型的非易失性存储器，允许随机访问读取操作，但不允许写入操作或对它们有其他类型的限制。这些包括大多数类型的ROM和一种闪存称为NOR-Flash。

2.基本结构

RAM一般由存储矩阵、地址译码器、片选控制和读/写控制电路等组成，如图1所示。存储器有三类信号线，即数据线、地址线和控制线。

图1RAM结构示意图

2.1存储矩阵

一个存储器内有许多存储单元，一般按矩阵形式排列，排成咒行和m列，存储器以字为单位组织内部结构，一个字含有若干个存储单元，一个字所含位数称为字长。实际应用中，常以字数乘字长表示存储器容量。例如，一个容量为256×4(256个字，每个字有4个存储单元)的存储器，共有1024个存储单元，可以排成32行×32列的矩阵，如图所示。图中每四列连接到一个共同的列地址译码线上，组成一个字列。每行可存储8个字，每列可存储32个字，因此需要8根列地址选择线(Y1˜Y7)、32根行地址选择线(X0˜X31)。

2.2地址译码

通常存储器以字为单位进行数据的读写操作，每次读出或写入一个字，将存放同一个字的存储单元编成一组，并赋予一个号码，称为地址。不同的字存储单元被赋予不同的地址码，从而可以对不同的字存储单元按地址进行访问。字(存储)单元也称为地址单元。

通过地址译码器对输入地址译码，并选择相应的地址单元。在大容量存储器中，一般采用双译码结构，即有行地址和列地址，分别由行地址译码器和列地址译码器译码。行地址和列地址共同决定一个地址单元。地址单元个数N与二进制地址码的位数n有N=2n的关系，即2n个(字)存储单元需要咒位(二进制)地址。图2中，256个字单元被赋于一个8位地址(5位行地址和3位列地址)，再经各自地址译码器译成32根行地址线和8根列地址线，只有被行地址选择线和列地址选择线选中的地址单元才能对其进行数据读写操作。

图2256×4储存矩阵

2.3输入/输出

控制RAM中的输入/输出控制电路除了对存储器实现读或写操作的控制外，为了便于控制，还需要一些其他控制信号。图3给出了一个简单输入/输出控制电路，它不仅有读/写控制信号R/W，还有片选控制信号CS。

图3输入/输出控制电路

当片选信号CS=1时，G4，G5输出为0，三个三态缓冲器G1，G2，G3处于高阻状态，输入/输出(I/O)端与存储器内部隔离，不能对存储器进行读/写操作。当CS=0时，存储器使能;若R/W，G5为1，G3门打开，G1，G2处于高阻状态，存储的数据D经G3输出，即实现对存储器读操作;若R/W，G4为1，G1，G2打开，输入数据经缓冲后以互补形式出现在内部数据线上，实现对存储器写操作。

3.特点

3.1随机存取

所谓“随机存取”，指的是当存储器中的消息被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。相对的，读取或写入顺序访问(SequentialAccess)存储设备中的信息时，其所需要的时间与位置就会有关系(如磁带)。

3.2易失性

当电源关闭时RAM不能保留数据。如果需要保存数据，就必须把它们写入静态随机存储器一个长期的存储设备中(例如硬盘)。RAM和ROM相比，两者的最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失，而ROM不会。

3.3高访问速度

现代的随机存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的，取存延迟也和其他涉及机械运作的存储设备相比，也显得微不足道。

3.4需要刷新

现代的随机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储器的易失性。

3.5对静电敏感

正如其他精细的集成电路，随机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。故此触碰随机存储器前，应先用手触摸金属接地。

随机存储器

4.关于随机存储器的常见问题

4.1随机存储器的简称是什么?

随机存取存储器(英语：RandomAccessMemory，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。

4.2随机存储器与只读存储器最大的区别是什么?

RAM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。

4.3什么是RAM及其工作原理?

计算机内存或随机存取存储器(RAM)是您系统的短期数据存储;它存储您的计算机正在使用的信息，以便可以快速访问。您的系统运行的程序越多，您需要的内存就越多。

4.4什么是随机存取存储器的示例?

随机存取设备包括硬盘驱动器、CD(光盘)刻录机和DVD(数字多功能光盘)RAM(随机存取存储器)设备。硬盘驱动器通常具有20GB的存储容量和超过10兆字节(MB)每秒的数据传输速率。

4.5随机存取存储器(RAM)的常见类型有哪些?

静态RAM(SRAM)

动态内存(DRAM)

同步动态RAM(SDRAM)

单数据速率同步动态RAM(SDRSDRAM)

双倍数据速率同步动态RAM(DDRSDRAM、DDR2、DDR3、DDR4)

图形双倍数据速率同步动态RAM(GDDRSDRAM、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5)

闪存

4.6如何查看电脑使用的是哪种类型的随机存取存储器(RAM)?

首先，在您PC上启动任务管理器，然后单击性能选项卡。现在，从左栏中选择内存选项，然后查看右上角。它将显示您拥有多少RAM以及您使用的RAM类型。

4.7RAM的主要缺点是什么?

它的访问速度太慢，它的矩阵尺寸太大，它是易变的。如遇停电，所存内容便全部丢失。

4.8哪种类型的RAM最适合移动设备?

市场上有不同RAM容量的智能手机。最高可达12GBRAM，您可以购买适合您预算和使用情况的RAM。此外，4GBRAM被认为是Android手机的不错选择。

结语

以上就是随机存储器的特点与结构介绍了。与只读存储器(ROM)相比，随机存储器最大的优点是存取方便、使用灵活，既能不破坏地读出所存信息，又能随时写入新的内容。它可以在任意时刻，对任意选中的存储单元进行信息的存入(写入)或取出(读出)操作。两种主要类型的易失性随机存取半导体存储器是静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)。半导体RAM的商业用途可以追溯到1965年，当时IBM为其System/36095型计算机引入了SP95SRAM芯片，而东芝将DRAM存储单元用于其ToscalBC-1411电子计算器，两者均基于双极晶体管。基于MOS晶体管的商用MOS存储器是在1960年代后期开发的，此后一直是所有商用半导体存储器的基础。第一个商用DRAMIC芯片Intel1103于1970年10月推出。随机存取存储器(SDRAM)后来在1992年与三星KM48SL2000芯片一起首次亮相。

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