什么是RAM？

RAM，即随机访问存储器，是一种硬件设备，通常位于计算机的主板上，并作为CPU的内部存储器。当你开启计算机时，它允许CPU存储数据、程序和程序结果。它是计算机的读写存储器，这意味着信息既可以写入它，也可以从中读取。

RAM是一种易失性存储器，这意味着它不能永久存储数据或指令。当您打开计算机时，来自硬盘的数据和指令存储在RAM中，例如，当计算机重新启动或打开程序时，操作系统（OS）和程序通常是从硬盘驱动器（HDD）或固态硬盘（SSD）加载到RAM中。 CPU利用此数据执行所需的任务。当您关闭计算机时，RAM将失去数据。因此，只要计算机开启，数据就会一直存储在RAM中，并且关闭计算机时会丢失。将数据加载到RAM中的好处在于从RAM中读取数据比从硬盘驱动器中读取要快得多。

简单来说，RAM就像人的短期记忆，而硬盘存储则像人的长期记忆。短期记忆只能在任何给定时间内记住有限数量的事实，但它集中在即时任务上。大脑的长期记忆中保存的事实可以用来补充短期记忆，当它变满时。计算机也是这样工作的；当RAM填满时，处理器会访问硬盘驱动器，用新数据覆盖RAM中的旧数据。这就像一张可重复使用的备忘录纸，您可以用铅笔在上面写笔记、数字等。如果纸上的空间用完了，您可以擦去不再需要的内容；RAM的行为也类似，当它填满时，不需要的数据将被删除，并用当前操作所需的新数据从硬盘中替换。

RAM以芯片的形式单独安装在主板上，或以多个芯片的形式连接到主板上的一个小板上。它是计算机的主要内存。与硬盘驱动器（HDD）、固态硬盘（SSD）、光驱等其他内存相比，RAM的写入和读取速度更快。

计算机的性能主要取决于RAM的大小或存储容量。如果RAM（随机存取存储器）不足以运行操作系统和软件程序，那么性能将变慢。因此，计算机的RAM越多，工作速度就越快。在RAM中存储的信息是随机访问的，不像CD或硬盘上按顺序访问。因此，它的访问时间要快得多。

RAM的功能

由于其易失性，RAM没有存储永久数据的潜力。硬盘可以与人的长期记忆相比，而RAM可以与人的短期记忆相比。短期记忆一次只能记住有限数量的事实，但它专注于即时任务。保留在大脑的长期记忆中的事实可以用来补充短期记忆。

这也是计算机的工作方式。当RAM填满时，计算机的CPU必须不断访问硬盘驱动器，用新数据覆盖RAM中的旧数据。这个过程会减慢计算机的性能。

与计算机的硬盘驱动器不同，RAM不会因为内存不足而运行不了。然而，RAM和存储内存都可能会用完空间。

RAM是如何工作的？

“随机访问”这个术语是指RAM中用来描述任何存储位置的术语，有时也被称为可以直接访问的任何存储地址。通常，随机存取存储器最初用于描述脱机存储器，与普通的核心存储器相对应。

在大多数情况下，“脱机存储器”指的是磁带，只有通过按顺序查找地址才能访问其中的特定数据，从磁带的起始位置开始。由于RAM的组织和控制，可以直接保存和检索数据到指定的位置。

尽管这些其他存储介质，包括硬盘和CD-ROM，都可以直接和随机访问，但并不使用“随机访问”一词来描述它们。

RAM很像一组盒子，每个盒子都可以存储0或1。您可以通过给行和列编号来找到每个盒子的特定地址。数组是RAM盒子的集合，单个RAM盒子在数组中被称为单元。

RAM控制器通过刻在芯片上的细电线将列和行地址传输到特定的单元。在RAM数组中，每行和每列都有自己的地址线。任何读取数据都会通过另一条数据线返回。

RAM被包含在微芯片中，并且在物理上很小。此外，它的存储容量有限。一台普通的笔记本电脑可能有8GB的RAM，而硬盘可以存储10TB的数据。

另一方面，硬盘驱动器将数据存储在磁性涂层的表面上，看起来像一张乙烯基唱片。相比之下，固态硬盘将数据存储在非易失性的内存芯片中，与随机存取存储器不同。它们不需要连续供电，如果断电也不会丢失信息。RAM微芯片同时被收集到内存模块中。这些内存模块插入计算机的主板槽中。主板槽和处理器通过总线连接在一起，总线是一组电路路径的网络。

用户通常可以在PC上增加RAM模块，直到达到指定的数量。RAM更多的行使是减少处理器从硬盘读取信息的时间，后者较慢，而不是读取RAM中的信息。存储内存的访问时间以毫秒为单位测量，而RAM的访问时间以纳秒为单位测量。

需要多少RAM？

• 1947年，威廉斯管引入了第一种类型的RAM。它用于CRT（阴极射线管），数据存储为在屏幕上的带电点。
• 1947年，磁核内存被发明。它由微小的金属环和连接到每个环的电线组成。一个环存储一个数据位，可以随时访问。
• 我们今天所知道的RAM，即固态存储器，是由罗伯特·丹纳德在1968年於IBM Thomas J Watson研究中心发明的。它被具体称为动态随机存取存储器（DRAM），并具有存储数据位的晶体管。需要持续供电以维持每个晶体管的状态。
• 1969年10月，Intel推出了其第一款DRAM，Intel 1103。这是Intel首次商用化的DRAM。
• 1993年，三星推出KM48SL2000同步DRAM（SDRAM）。
• 1996年，DDR SDRAM开始商用化。
• 1999年，RDRAM用于计算机。
• 2003年，DDR2 SDRAM开始销售。
• 2007年6月，DDR3 SDRAM开始销售。
• 2014年9月，DDR4在市场上可用。

RAM的类型：

集成的RAM芯片可以是两种类型：

1. 静态RAM（SRAM）：
2. 动态RAM（DRAM）：

这两种类型的RAM都是易失性存储器，当电源关闭时，数据内容都会丢失。

1）静态RAM：

动态随机存取存储器 (DRAM) 是一种保留数据位状态或在接收到电源时保持数据的类型的随机访问存储器。它由存储单元组成，并被称为动态随机存储器，因为它不需要定期刷新，就不需要防止泄漏的电源，而不像静态随机存储器。因此，它比DRAM更快。

它具有特殊的晶体管排列，形成一个叫做触发器的类型的存储单元。一个存储单元存储一个数据位。大多数现代SRAM存储单元由六个CMOS晶体管组成，但是缺少电容。SRAM芯片的访问时间可低至10纳秒。而DRAM的访问时间通常保持在50纳秒以上。

此外，它的周期时间比DRAM要短得多，因为它在访问之间不会暂停。由于使用SRAM的这些优点，它主要用于系统高速缓存存储器、高速寄存器和小型存储器库，如图形卡上的帧缓冲区。

静态随机存储器之所以快速是因为其电路的六个晶体管配置将电流保持在一个方向或另一个方向(0或1)。0或1状态可以立即写入和读取，无需等待电容充满或放空。早期的异步静态随机存储器芯片按顺序执行读取和写入操作，但现代的同步静态随机存储器芯片可以重叠读取和写入操作。

静态随机存储器的缺点是，与DRAM存储单元相比，它的存储单元在芯片上占用更多的空间，提供的存储空间（内存）相同，因为它的部件比DRAM更多。因此，它每个芯片提供的内存较少。

2) 动态随机存取存储器：

动态随机存取存储器(DRAM)也由内存单元组成。它是由数以百万计的非常小型的晶体管和电容器制成的集成电路(IC)，每个晶体管与一个电容器相连，以创建非常紧凑的存储单元，使得数百万个存储单元可以适应一个单一的存储芯片上。因此，DRAM的一个存储单元具有一个晶体管和一个电容器，每个单元通过集成电路中的电容器来表示或存储一个数据位。

电容器以0或1的形式保存这个数据位的信息或数据。晶体管也存在于存储单元中，充当一个开关，允许内存芯片上的电路读取电容器并改变其状态。

电容器需要在定期间隔后进行刷新，以保持电容器中的电荷。这就是为什么它被称为动态RAM，因为它需要不断地刷新以保持其数据，否则它会忘记自己所保存的内容。这是通过将内存放置在一个刷新电路上实现的，该电路每秒重写数据数百次。DRAM的存取时间约为60纳秒。

我们可以说电容器就像一个储存电子的盒子。要在存储单元中存储“1”，盒子会被电子充满。而要存储“0”，则会将盒子清空。缺点是盒子有漏电。在几毫秒内，完全充满的盒子就变空了。因此，为了使动态内存工作，CPU或内存控制器必须在盒子放电之前重新充电。为了实现这一点，内存控制器读取内存然后立即写回。这被称为刷新内存，并且这个过程每秒自动进行数千次。因此，这种类型的RAM需要始终进行动态刷新。

DRAM的类型：

i) 异步DRAM:

这种类型的DRAM与CPU时钟不同步。因此，这种RAM的缺点是CPU无法准确知道数据何时可从RAM输入输出总线中获得。下一代RAM克服了这个限制，这种RAM被称为同步DRAM。

ii) 同步DRAM：

SDRAM（同步DRAM）首次出现在1996年末。在SDRAM中，RAM与CPU时钟同步。它允许CPU或者确切地说是内存控制器，知道数据将在总线上可用的精确时钟周期、定时或周期数。因此，CPU不需要进行内存访问，因此内存读取和写入速度可以提高。SDRAM也被称为单数据速率SDRAM（SDR SDRAM），因为数据仅在每个时钟周期的上升沿传输。请参见以下描述中的图像。

iii）DDR SDRAM：

同步动态随机存取存储器的下一代被称为DDR内存。它是为了克服SDRAM的限制而开发的，并在2000年初被用于PC内存。在DDR SDRAM（DDR RAM）中，数据在每个时钟周期中传输两次；在正边沿（上升沿）和负边沿（下降沿）期间。因此，它被称为双倍数据速率的SDRAM。

有不同的DDR SDRAM代，包括DDR1，DDR2，DDR3和DDR4。如今，我们在台式机、笔记本电脑、移动设备等中使用的内存主要是DDR3或DDR4 RAM。DDR SDRAM的类型：

a）DDR1 SDRAM：

DDR2 SDRAM是SDRAM的第一种先进版本。在这种RAM中，电压从3.3V降至2.5V。数据在时钟周期的上升沿和下降沿同时传输。因此，在每个时钟周期中，预取2位数据，这通常称为2位预取。它通常在133MHz到200MHz的范围内操作。

此外，输入输出总线上的数据速率是时钟频率的两倍，因为数据在上升沿和下降沿传输。因此，如果DDR1 RAM在133MHz运行，数据速率将是其两倍，即266百万次传输每秒。

ii) DDR2 SDRAM:

这是DDR1的高级版本。它的工作电压为1.8伏而不是2.5伏。由于在每个周期内预取的位数增加，它的数据率是上一代的两倍；预取4位而不是2位。这种RAM的内部总线宽度增加了一倍。例如，如果输入-输出总线宽度为64位，它的内部总线宽度将等于128位。因此，一个周期可以处理两倍的数据量。

iii) DDR3 SDRAM：

在这个版本中，电压从1.8 V 进一步降低到了 1.5 V。数据速率相比上一代 RAM 翻倍，因为预取的位数从 4 位增加到了 8 位。我们可以说 RAM 的内部数据总线宽度是上一代的两倍。

iv) DDR4 SDRAM:

在这个版本中，操作电压进一步降低到1.2 V，但是可以预取的位数与上一代相同，每个周期8位。RAM的内部时钟频率是上一版本的两倍。如果您以400 MHz的频率运行，输入输出总线的时钟频率将是它的四倍，即1600 MHz，并且传输速率将等于每秒3200兆传输。

静态RAM与动态RAM的区别：

SRAM	DRAM
它是一种静态存储器，因为它不需要反复刷新。	它是一种动态存储器，因为它需要持续刷新，否则会丢失数据。
它的存储单元由6个晶体管构成。因此，它的单元在芯片上占据更大空间，并且提供的存储容量（内存）比相同物理尺寸的DRAM少。	它的存储单元由一个晶体管和一个电容器组成。因此，它的单元在芯片上占据较少空间，并且提供的内存比相同物理尺寸的SRAM多。
它比DRAM更贵，在处理器或处理器与主存储器之间。	它比SRAM便宜，并且大多数位于主板上。
它有较低的访问时间，例如10纳秒。因此，它比DRAM更快。	它有更高的访问时间，例如超过50纳秒。因此，它比SRAM更慢。
它使用双稳态锁存电路来存储信息。它需要定期供电，因此消耗更多功率。	信息或每个数据位存储在集成电路中的单独电容器内，因此消耗更少功率。
它比DRAM更快，因为其存储单元不需要刷新，始终可用。因此，它主要用于CPU的寄存器和各种设备的缓存内存中。	由于其存储单元需要持续刷新，它不像SRAM那样快。但仍然被用于主板，因为它更便宜制造且需要更少空间。
它的循环时间较短，因为不需要在访问和刷新之间暂停。	它的循环时间较SRAM的循环时间更长。
示例：CPU中的L2和LE高速缓存。	示例：移动电话、计算机中的DDR3、DDR4等。
大小范围从1MB到16MB。	在智能手机上范围从1GB到3GB，在笔记本电脑上范围从4GB到16GB。

RAM vs. 虚拟内存

当用户同时运行多个应用程序时，计算机系统的内存可能不足。操作系统可以添加虚拟内存来弥补物理内存的不足。数据暂时从RAM移动到磁盘存储器中的虚拟内存，并利用活动的RAM内存和闲置的HDD内存扩展虚拟地址空间，以创建可以携带程序及其数据的连续地址。使用虚拟内存可以将更大或同时运行多个程序加载到系统中，使每个程序在没有更多RAM的情况下能够像具有无限容量一样运行。

虚拟内存的处理能力是RAM的两倍。程序的数据和指令最初存储在虚拟位置，执行时会被转换为物理内存地址。虚拟内存的缺点在于它会使计算机的性能变慢，因为数据必须在物理内存和虚拟内存之间转换。当只使用物理内存时，程序直接从RAM运行。

RAM vs. 闪存存储器

固态芯片既用于RAM又用于闪存存储器。然而，由于设计、性能需求和价格的差异，它们在计算机系统中具有不同的功能。当从存储器中检索数据时，计算是在作为活动内存的RAM中进行的。

闪存存储器必须以整个块的形式删除数据，这是闪存存储器与RAM之间的一个关键区别。因此，它比RAM更慢，因为RAM可以逐位删除数据。

然而，与RAM相比，NAND闪存存储器是非易失性的，成本更低。与RAM不同，即使断电，它也可以保存数据。尽管速度较慢、非易失性和价格较低，闪存通常被用作SSD中的存储内存。

RAM vs. ROM

只能读取而不能写入的计算机内存称为只读存储器或ROM。当计算机启动时，每次都会使用ROM中的引导程序。在大多数情况下，它无法重新编程或更改。

ROM中的数据在断电后不会丢失，因为它是非易失性的。因此，只读存储器用于永久保存数据。另一方面，随机存取内存只能暂时存储信息，这意味着计算机关机时数据会丢失。尽管RAM通常具有几个千兆字节的存储空间，而ROM通常具有几兆字节的存储空间。

趋势和未来方向

非易失性存储器被称为电阻式随机存取存储器（RRAM或ReRAM），它具有改变其固体介质的电阻的能力。使用ReRAM的设备具有基于施加电压的电阻变化的记忆电阻器。ReRAM会产生金属氧化物层中的晶格缺陷，这些缺陷在二进制系统中代表两个值，就像半导体中的电子和空穴一样。

相比于其他非易失性存储技术（如NAND闪存），ReRAM具有更快的切换速度。此外，它承诺比NAND闪存使用更少的功耗，并具有更高的存储密度。因此，ReRAM是工业、汽车和物联网应用中传感器的优秀内存选择。多年来，为了开发ReRAM技术并将芯片投入生产，供应商们一直在努力。现在，有少数卖家开始出售这种产品。

未来，像英特尔的Optane一样的3D XPoint技术可以弥合动态RAM和NAND闪存之间的差距。3D XPoint的交叉点设计中，选择器和存储单元存在于垂直导线的交汇处，其中缺少晶体管。虽然3D XPoint是非易失性存储器，但它比DRAM速度慢。

购买RAM时需要注意什么？

最新的DDR4 RAM代数工作频率约为2400MHz。对于玩家来说，他们需要运行在约3600MHz的DDR4内存（适用于AMD处理器）或3200MHz的DDR4内存（适用于Intel处理器）。疯狂玩家、专业程序员、多媒体编辑等用户可能更喜欢来自专门供应商（如G.Skill或Corsair）的更高频的内存，速度可达4800MHz。

除了频率，延迟-在进入和执行内存中的命令之间的时间间隔-是购买RAM时需要考虑的另一个重要因素。性能随着延迟的减少而提高。

为了获得高水平的性能，您将需要运行在4000MHz或以上，并且具有15至18或更低的CAS（列地址 strobe或 signal）时延的内存。当您要购买RAM时，您可能会看到这被描述为CL 16（例如，列延迟为16）。玩家应该注意这一点，尽管普通用户可能不太会注意到太多的区别。

此外，如果您是Mac用户并想要升级系统中的RAM，请在购买之前确保您可以这样做。

请记住32位Windows版本

最后，仅仅将无限数量的RAM安装到计算机系统中并不能使其功能正常。在系统中使用超过4GB的RAM需要运行64位的Windows版本；32位版本只能使用3.5GB。如果您是Windows 7的32位版本用户，需要从32位版本升级到64位版本以使用4GB或更多的RAM。

然而，请记住，如果您有一台旧的计算机系统，并在此计算机上安装64位版本的Windows，可能会产生负面影响。现在，Windows的地址长度为64位，而不仅仅是32位。这导致每个应用程序的内存占用增加。根据您使用的应用程序，Windows 64位使用的RAM数量可能增加20-50％。因此，只有在系统具有更多内存时，使用64位版本才有意义。

以简单方式获得更多的RAM

如果您正在升级或手动清理RAM，这可能会很麻烦。有一种称为睡眠模式的独特技术可以在资源不被使用时识别并关闭占用资源的应用程序，从而提高系统性能。

例如，您可以下载一个免费的杀毒软件，如Avast Cleanup，然后查找后台和启动程序。一旦将您不需要主动使用的程序设置为休眠状态，您将立即注意到性能的改善。