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1、随机存取存储器（RAM）的工作原理随机存取存储器（RAM）是计算机存储器中最为人熟知的一种。之所以RAM被称为“随机存储”，是因为您可以直接访问任一个存储单元，只要您知道该单元所在记忆行和记忆列的地址即可。与RAM形成鲜明对比的是顺序存取存储器（SAM）。SAM中的数据存储单元按照线性顺序排列，因而只能依顺序访问（类似于盒式录音带）。如果当前位置不能找到所需数据，就必须依次查找下一个存储单元，直至找到所需数据为止。SAM非常适合作缓冲存储器之用，一般情况下，缓存中数据的存储顺序与调用顺序相同（显卡中的质素缓存就是个很好的例子）。而RAM则能以任意的顺序存取数据。在本文中，您会了解到RAM究竟是
2、什么，您应该购买哪一型的RAM，以及RAM的安装方法。类似于微处理器，存储器芯片也是一种由数以百万计的晶体管和电容器构成的集成电路（IC）。计算机存储器中最为常见的一种是动态随机存取存储器（DRAM），在DRAM中晶体管和电容器合在一起就构成一个存储单元，代表一个数据位元。电容器保存信息位0或1（有关位的信息，请参见位和字节）。晶体管起到了开关的作用，它能让内存芯片上的控制线路读取电容上的数据，或改变其状态。电容器就像一个能够储存电子的小桶。要在存储单元中写入1，小桶内就充满电子。要写入0，小桶就被清空。电容器桶的问题在于它会泄漏。只需大约几毫秒的时间，一个充满电子的小桶就会漏得一干二净。因此
3、，为了确保动态存储器能正常工作，必须由CPU或是由内存控制器对所有电容不断地进行充电，使它们在电子流失殆尽之前能保持1值。为此，内存控制器会先行读取存储器中的数据，然后再把数据写回去。这种刷新操作每秒钟要自动进行数千次。动态RAM存储单元中的电容器就像是一个漏水的小桶。它需要定时刷新，否则电子泄漏会使它变为0值。动态RAM正是得名于这种刷新操作。动态RAM需要不间断地进行刷新，否则就会丢失它所保存的数据。这一刷新动作的缺点就是费时，并且会降低内存速度。存储单元由硅晶片蚀刻而成，位于由记忆列（位线）和记忆行（字线）组成的阵列之中。位线和字线相交，就形成了存储单元的地址。 将位元排列在二维栅格中，
4、就构成了内存。在上图中，红色的存储单元代表1值，而白色的存储单元代表0值。在演示动画片中，先选出一个记忆列，然后对记忆行进行充电以将数据写入指定的记忆列中。DRAM工作时会向选定的记忆列（CAS）发送电荷，以激活该记忆列上每个位元处的晶体管。写入数据时，记忆行线路会使电容保持应有状态。读取数据时，由灵敏放大器测定电容器中的电量水平。如果电量水平大于50%，就读取1值；否则读取0值。计数器会跟踪刷新序列，即记录下哪些行被访问过，以及访问的次序。完成全部工作所需的时间极短，需要以纳秒（十亿分之一秒）计算。存储器芯片被列为70纳秒级的意思是，该芯片读取单个存储单元并完成再充电总共需要70纳秒。如果没
5、有读写信息的策略作为支持，存储单元本身是毫无价值的。所以存储单元拥有一整套由其他类型的专用电路构成的底层设施。这些电路具有下列功能： 判别记忆行和记忆列的地址（行选址和列选址） 记录刷新序列（计数器） 从存储单元中读取、恢复数据（灵敏放大器） 告知存储单元是否接受电荷（写保护） 内存控制器要执行其他一些任务，包括识别存储器的类型、速度和容量，以及检错等等。静态RAM使用了截然不同的技术。静态RAM使用某种触发器来储存每一位内存信息（有关触发器的详细信息，请查见布尔逻辑的应用）。存储单元使用的触发器是由引线将4-6个晶体管连接而成，但无须刷新。这使得静态RAM要比动态RAM快得多。但由于构造比较
6、复杂，静态RAM单元要比动态RAM占据更多的芯片空间。所以单个静态RAM芯片的存储量会小一些，这也使得静态RAM的价格要贵得多。静态RAM速度快但价格贵，动态RAM要便宜一些，但速度更慢。因此，静态RAM常用来组成CPU中的高速缓存，而动态RAM能组成容量更大的系统内存空间。台式机所用的内存芯片最早采用一种称为双列直插式封装（DIP）的引脚构造。这种引脚构造可以焊接到计算机主板上的焊孔内，也可以将其插入焊接在主板上的插槽内。采用这种方法，在主机只有一两兆字节的内存时还能运转良好，但随着内存需求的增加，所需的芯片数目就要增加，因而会占据更多的主板空间。解决这一问题的方法是，将内存芯片连同其支持组
7、件一起，装配到一快单独的印刷电路板（PCB）上，而这块板可以插入主板上一种特定的连接器（内存插槽）中。这类芯片中的绝大多数采用小外形J接脚（SOJ）构造，但还是有少数生产商采用薄型小外形封装（TSOP）构造。新型的引脚构造同早先的DIP构造相比，最关键的区别在于SOJ和TSOP芯片是贴装到PCB板上的。换言之，引脚是直接焊接到电路板上的，而非插入槽中或孔中。通常内存芯片只能以部分内存卡的形式出售，称之为模组。您也许见到过一些标注着8x32或4x16的内存。这些数字代表着芯片的数目乘以每片芯片的容量，以兆比特（Mb，即一百万比特）为单位。将乘积除以8，就能得到该模组的兆字节数。举例来说，4x32
8、意味着模组有4片32兆比特的芯片。4乘以32得到128兆比特。我们知道1字节等于8比特，所以还需将乘积128再除以8。结果是16兆字节！在过去几年间，台式机使用的RAM内存条及其引线技术有了长足的进步。最早几型的内存享有专利权，亦即不同的电脑生产商依其特有的技术体系进行内存条的研发。随后出现了SIMM，意为单列直差式内存模组。这种内存条采用30针引脚，大小约为9 x 2厘米。对于多数的计算机来说，您应当安装一对容量相同、速度相等的SIMM内存条。这是因为总线的带宽大于单个SIMM内存条的带宽。例如，您可以安装两条8兆字节（MB）的SIMM内存条以获得16MB的RAM容量。单个SIMM内存条一次
9、可以传送8位数据，而系统每次可以处理16位数据。后期的SIMM内存条要略大一些，约为11x2.5厘米，使用72针引脚以获取更大的带宽，并把RAM容量提升到256MB。 由上而下依次是：SIMM、DIMM和SODIMM内存模组随着处理器速度和处理带宽的提升，计算机行业采用了一种新的内存标准双列直插式内存模组（DIMM）。DIMM采用加长的168针或184针引脚，大小约为14x2.5厘米，每个模组的容量从8MB到1GB不等，还能支持单模组安装，无需配对使用。多数PC机内存模组以及Mac G5系统使用的内存模组的工作电压为2.5伏，而老一些的Mac G4系统工作电压一般为3.3伏。另一种标准是Ram
10、bus直插式内容模组（RIMM），在大小和引脚构造方面同DIMM区别不大，但RIMM采用了独特的内存总线设计，大大提高了处理速度。很多笔记本电脑品牌都使用享有专利权的内存模组，但还是有几家生产商采用了小外形双列直插式内存模组（SODIMM）的RAM构造。SODIMM内存卡很小，只有约5x2.5厘米，采用144针或200针引脚。每个模组的容量范围从16MB 到1GB。为了节省空间，苹果iMac台式电脑采用了SODIMM内存条，以替代传统的DIMM内存条。亚笔记本电脑采用更小的DIMM内存条，称为MicroDIMM，有144针或172针两种引脚。目前市面上可见的多数内存是非常可靠的。多数内存系统只
11、是靠内存控制器在启动时进行检错工作，并且相当依赖这种机制。具有内置检错功能的内存芯片通常会采用一种称为奇偶校验的检错机制。奇偶校验芯片在每8位数据后会附加一位数据。其工作原理很简单。我们先来看偶校验。当芯片接收到一个字节中的8位数据时，就会计算其中1的总数。如果1的总数是奇数，奇偶校验位就设为1。如果总数为偶数，校验位就设为0。再次读取数据时，系统还会计算总和，并将其同奇偶校验位作比较。如果总和是奇数，而校验位为1，则数据被判为有效，并将其传送给CPU。但如果总和是奇数，而校验位为0，芯片就会知道在这8位数据中的某一位出现了错误，数据则会被丢弃。奇校验的工作方式与此相似，只是当每个字节中有偶数
12、个1时，校验位会设为1。奇偶校验的问题是，它只能检错而没有纠错的能力。如果一个字节的数据没有通过奇偶校验，那么这一字节会被丢弃，并且系统会重试一次。重要部门的计算机需要更高的容错水平。高端服务器通常会采用一种称为纠错码（ECC）的检错方式。类似于奇偶校验，ECC同样采取附加校验位的方法来监测每个字节的数据。区别在于ECC的校验位有好几位（具体数目取决于总线宽度），而不是1位。ECC内存采用特定的算法，不仅能检测出一位错误，而且还能纠正之。ECC内存还能检测出一个字节中出现超过一位错误的情形。这种错误非常罕见，即便使用ECC也难以纠正。目前市面上的电脑主要采用非奇偶校验内存芯片。这些芯片不提供任
13、何内置的检错机制，而是依靠内存控制器进行检错。下面是常见的几种RAM类型： SRAM：静态随机存取存储器采取多重晶体管设计，通常每个存储单元使用4-6只晶体管，但没有电容器。SRAM主要用于缓存。 DRAM：动态随机存取存储器中每个存储单元由配对出现的晶体管和电容器构成，需要不断地刷新。 FPM DRAM：快速页模式动态随机存取存储器是最早的一种DRAM。在存储器根据行列地址进行位元定位的全程中，FPM DRAM必须处于等待状态，数据读取之后才能开始处理下一位数据。向二级缓存的最高传输速率约为176MB每秒。 EDO DRAM：扩展数据输出动态随机存取存储器在处理前一位数据的过程中无需全程等待
14、，就可以开始处理下一位数据。只要前一位数据的地址定位成功，EDO DRAM就开始为下一位数据寻址。它比FPM快5%左右。向二级缓存的最高传输速率约为264MB每秒。 SDRAM：同步动态随机存取存储器利用了爆发模式的概念，大大提升了性能。这种模式在读取数据时首先锁定一个记忆行，然后迅速扫过各记忆列，与此同时读取列上的位元数据。之所以有这种设计思想，是因为多数时候CPU请求的数据在内存中的位置是相邻的。SDRAM比EDO RAM快5%左右，已成为当今台式机内存中应用最广的一种。向二级缓存的最高传输速率约为528MB 每秒。 DDR SDRAM：双倍速率同步动态RAM与SDRAM相似，但带宽更高，
15、即速度更快。向二级缓存的最高传输速率约为1064MB每秒。（133兆赫兹DDR SDRAM）。 RDRAM：Rambus动态随机存取存储器同先前的DRAM体系有着根本性的区别。由Rambus公司设计的RDRAM采用了Rambus直插式内存模组（RIMM），在外形尺寸和引脚构造方面类似于标准的DIMM。RDRAM与众不同之处在于它采取一种特殊的高速数据总线设计，称为Rambus信道。RDRAM内存芯片在并行模式下工作频率可达800兆赫（数据速率1600兆字节）。由于操作速率很高，RDRAM产生的热量要大大多于其他类型的芯片。为了驱散多余的热量，Rambus芯片配有散热器，这种散热器看上去就像是又
16、长又薄的圆片。正如DIMM有其小外形版本一样，生产商还为笔记本电脑设计了小外形RIMM。 信用卡内存：信用卡内存是一种享有专利权的独立DRAM内存模组，使用时要将其插入笔记本电脑的特制长槽中。 PCMCIA内存卡：另一种用于笔记本电脑的独立DRAM内存模组，这种内存卡不享有专利权，只要系统总线能与内存卡设置相互匹配，即可用于各种笔记本电脑。 CMOS RAM：CMOS RAM这一术语是指用于电脑和其他设备中的一种小容量存储器，用来存储硬盘设置等信息有关详细信息，请查见为什么计算机需要电池？一文。这种内存需要一个小型电池来供电，以维持存储器的内容。 VRAM：视频RAM，亦称多端口动态随机存取存储器（MPDRAM），为显示适配器和3D加速卡所专用。所谓“多端口”是指VRAM通常会有两个独立的访问端口，而非单一端口，允许CPU和
