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，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。

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，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：

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。

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 x2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Rambus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，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2MB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，即速度更快。向二级缓存的最高传输速率约为10MB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通常会有两个的访问端口，而非单一端口，允许CPU和图形处理器同时访问RAM。VRAM位于图形卡上，且种类繁多，其中很多享有专利权。VRAM的大小往往能决定显示器的分辨率和色深度。VRAM还可以用来保存一些图形专用信息，例如3D几何数据和质素图。真正的多端口VRAM往往价格不菲，因而当今的图形卡使用SGRAM(同步图形RAM)作为替代品。两种显存性能相差无几，而SGRAM价格更为便宜。常言道，银子永远不嫌多，这同样适用于RAM，对于那些从事高强度图形工作的人，还有电脑游戏玩家来说，更是如此。RAM是影响计算机性能的最重要因素之一，其重要性几乎不亚于CPU本身。如果内存不足，增加RAM的效果比更换CPU还要明显！如果您的系统响应迟缓，还要不停地访问硬盘，就应该增加RAM。如果您使用Windows XP系统，微软公司向你建议的最低内存要求是128MB。如果内存只有MB，使用应用程序时您就会频繁地遇到问题。对于普通台式机应用程序使用者来说，若想获得理想性能，建议使用256MB内存。如果您使用Windows 95/98系统，您只需32MB内存，如果您的电脑内存有MB，性能就会大大提升。Windows NT/2000系统最低内存要求为MB，而内存对于系统来说多多益善，所以您可能需要128MB或更多的内存。

Linux系统只需4MB RAM就能愉快地工作。如果您打算添加X-Windows或是有更重要的工作要做，您可能需要MB。Mac OS X系统的内存最低要求是128MB，达到理想性能则需要512MB。

以上列出的各系统所需RAM数量的估值，仅针对一般性的用途--访问互联网、文字处理、普通家庭或办公应用程序以及较为简单的娱乐程序。如果您从事计算机辅助设计(CAD)、3D建模或动画、高强度数据处理，或者是一位发烧级游戏玩家，那么您一定还要追加RAM。如果您使用的电脑是一台服务器(包括网页、数据库、应用程序、FTP、或网络等各类服务器)，您同样需要更多RAM。

另外一个问题是，您的显卡需要多少VRAM。几乎所有您能买到的显卡都有至少16MB RAM。一般来讲，这足够应付普通的办公环境了。如果您想要做下面的事情，最好还是购买32MB或显存更高的图形卡：

玩仿真电脑游戏采集、编辑视频创建3D图形在高分辨率、全彩色环境下工作设计全彩色图示购买显卡时，切记一点：您的显示器和主机必须能支持您选择的显卡。如何安装RAM

多数情况，安装RAM是非常简单而又直截了当的过程。关键是要做好调研功课。下面是您应该了解的几件事：

您有多少RAM内存您想要增加多少RAM内存形状系数RAM类型所需工具保修协议内存条应安装在哪里RAM通常以16兆字节的倍数出售：16、32、、128、256、512、1024(相当于1GB)。这意味着，如果您眼下使用的系统有MB内存，而您想将内存总数添加到至少100MB RAM，那么您应该再追加一个MB的模组。

知道需要多少RAM之后，就该关注一下您所需内存的形状系数(内存条类型)。在随机附送的操作手册中您应该能找到形状系数，如果找不到的话，可以联系生产商。有一点须知：您的选择取决于你电脑的构造。当今市场上出售的多数家用或办公用计算机采用DIMM插槽。高端系统开始普遍使用RIMM技术，而这种技术终将占领普通台式机市场。由于DIMM和RIMM两种插槽外观十分接近，所以请注意，一定要搞清楚您的电脑用的是哪一种。插入槽内的内存条如果类型有误，就可能导致系统受损，还会毁掉内存条。

您还应当知道所需RAM的类型。有些计算机操作要求的RAM类型非常特殊。例如，或许您的电脑只能使用60-70纳秒的奇偶校验EDO RAM。多数电脑不会如此苛刻，但多少还是有所。为了达到理想性能，添加到您电脑上的RAM应当同原有的RAM在速度、奇偶校验和类型等指标上能够匹配。当今市面上最常见的内存类型是SDRAM。

另外，有些电脑支持双通道RAM配置，这种配置有时是可选的，有时则是必需的。双通道的含义是，RAM模组必须配对地安装到电脑中去，也就是说如果您安装了一个512MB RAM内存条，必须在旁边再安装一个512MB内存条。当双通道是一个可选配置时，配对安装RAM能提升某些应用程序的性能。当双通道为必需配置时，例如使用Mac G5芯片的计算机，如果不以配对形式安装RAM芯片，电脑就会发生功能异常。

打开机箱之前，应当确认一下您会不会违反保修协议。有些生产商将机箱密封起来，用户必须经由授权的技术人员来安装RAM。如果您执意要打开机箱，要先断电，并且拔掉计算机电源。请使用防静电板或防静电腕带，将你身上的静电放给大地。根据你电脑的实际情况，借助螺丝刀或螺母刀打开机箱。当今市面上有很多系统采用免工具机箱，靠手旋螺母或简易扣栓来固定机箱盖。

安装更多RAM时，先要找到计算机主板上的内存模组。左图为Macintosh G4，右图为PC机。实际中安装内存模组不需要任何工具。主板上有一排长槽，称为内存插槽，RAM就安装在这里。内存模组的一面有刻痕，如果安装的方向有误，就无法将模组插入长槽。安装SIMM和部分DIMM时，您应当沿约45度角将模组插入长槽。然后将其扶正，直至它与主板相垂直，并且要让两端的金属夹能够卡紧。如果金属夹没能卡紧插槽，请检查一下内存上的刻痕在不在正确的一端，还要看看内存条有没有固定好。很多DIMM模组没有金属夹；它们靠摩擦力把自己固定在适当位置上。我们还是要请您再次确认一下模组有没有固定好。

只要内存模组安装完毕，就可以盖上机箱盖、接通电源，然后开机。当计算机开始进行POST自检时，就能自动识别内存。这就算是大功告成了！

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