内存概述及内存的分类

一. 内存概述

内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。 内存(Memory)也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。内存的特点是存取速率快。

内存是电脑中的主要部件，它是相对于外存而言的。我们平常使用的程序，如Windows操作系统、打字软件、游戏软件等，一般都是安装在硬盘等 外存上的，但仅此是不能使用其功能的，必须把它们调入内存中运行，才能真正使用其功能，我们平时输入一段文字，或玩一个游戏，其实都是在内存中进行的。通常我们把要永久保存的、大量的数据存储在外存上，而把一些临时的或少量的数据和程序放在内存上，当然内存的好坏会直接影响电脑的运行速度。

二. 内存分类

内存可以根据存储能力与电源的关系可以分为以下两类：易失性存储器，非易失性存储器。

非易失性存储器（Non-volatile memory）是指即使电源供应中断，存储器所存储的数据并不会消失，重新供电后，就能够读取内存数据的存储器。主要为RAM(Random access memory，随机访问存储器)，存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。

RAM主要的作用就是存储代码和数据供CPU在需要的时候调用。但是这些数据并不是像用袋子盛米那么简单，更像是图书馆中用有格子的书架存放书籍一样，不但要放进去还要能够在需要的时候准确的调用出来，虽然都是书但是每本书是不同的。对于RAM等存储器来说也是一样的，虽然存储的都是代表0和1的代码，但是不同的组合就是不同的数据。

让我们重新回到书和书架上来，如果有一个书架上有10行和10列格子（每行和每列都有0-9的编号），有100本书要存放在里面，那么我们使用一个行的编号＋一个列的编号就能确定某一本书的位置。如果已知这本书的编号87，那么我们首先锁定第8行，然后找到第7列就能准确的找到这本书了。在RAM存储器中也是利用了相似的原理。

现在让我们回到RAM存储器上，对于RAM存储器而言数据总线是用来传入数据或者传出数据的。因为存储器中的存储空间是如果前面提到的存放图书的书架一样通过一定的规则定义的，所以我们可以通过这个规则来把数据存放到存储器上相应的位置，而进行这种定位的工作就要依靠地址总线来实现了。对于CPU来说，RAM就象是一条长长的有很多空格的细线，每个空格都有一个唯一的地址与之相对应。如果CPU想要从RAM中调用数据，它首先需要给地址总线发送地址数据定位要存取的数据，然后等待若干个时钟周期之后，数据总线就会把数据传输给CPU。下面的示意图可以帮助你很好的理解这个过程。

上图中的小园点代表RAM中的存储空间，每一个都有一个唯一的地址线同它相连。当地址解码器接收到地址总线送来的地址数据之后，它会根据这个数据定位CPU想要调用的数据所在的位置，然后数据总线就会把其中的数据传送到CPU。

上面所列举的例子中CPU在一行数据中每次知识存取一个字节的数据，但是在现实世界中是不同的，通常CPU每次需要调用32bit或者是64bit的数据（这是根据不同计算机系统的数据总线的位宽所决定的）。如果数据总线是64bit的话，CPU就会在一个时间中存取8个字节的数据，如果每次还是存取1个字节的数据，64bit总线将不会显示出来任何的优势，我们工作的效率将会降低很多。

如果RAM对于CPU来说仅仅是一条“线”的话，还不能体现实际的运行情况。因为如果实际情况真的是这样的话，在实际制造芯片的时候，会有很多实际的困难，特别是在需要设计大容量的RAM的时候。所以，一种更好的能够降低成本的方法是让存储信息的“空格”排列为很多行－－每个“空格”对应一个bit存储的位置。这样，从“线”到“矩阵”，如果要存储1024bits的数据，那么你只要使用32x32的矩阵就能够达到这个目的了。很明显，一个32x32的矩阵比一个1024bit的行设备更紧凑，实现起来也更加容易。请看下图：

知道了RAM的基本结构是什么样子的，我们就下面谈谈当存储字节的过程是怎样的：

上面的示意图显示的也仅仅是最简单状态下的情况，也就是当内存条上仅仅只有一个RAM芯片的情况。对于X86处理器，它通过地址总线发出一个具有22位二进制数字的地址编码－－其中11位是行地址，另外11位是列地址，这是通过RAM地址接口进行分离的。行地址解码器（row decoder）将会首先确定行地址，然后列地址解码器（column decoder）将会确定列地址，这样就能确定唯一的存储数据的位置，然后该数据就会通过RAM数据接口将数据传到数据总线。

按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。

静态存储单元（SRAM）

优点：速度快、使用简单、不需刷新、静态功耗极低；常用作Cache

缺点：元件数多、集成度低、运行功耗大

常用的SRAM集成芯片：6116(2K×8位)，6264(8K×8位)，62256(32K×8位)，2114(1K×4位)

动态存储单元（DRAM）

优点： 集成度远高于SRAM、功耗低，价格也低

缺点：因需刷新而使外围电路复杂；刷新也使存取速度较SRAM慢，所以在计算机中，DRAM常用于作主存储器。

由于DRAM存储单元的结构简单，所用元件少，集成度高，功耗低，所以目前已成为大容量RAM的主流产品。

同步动态随机存储器（SDRAM）

SDRAM是Synchronous Dynamic RAM（同步动态随机存储器）的简称。SDRAM将CPU与RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使RAM和CPU能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作。SDRAM基于双存储体结构，内含两个交错的存储阵列，当CPU从一个存储体或阵列访问数据时，另一个就已为读写数据做好了准备，通过这两个存储阵列的紧密切换，读取效率就能得到成倍的提高。

SDRAM还有突发读/写功能。突发(Burst)是指在同一行中相邻的存储单元连续进行数据传输的方式，连续传输所涉及到的存储单元(列)的数量就是突发长度(Burst Lengths，BL)。这种读/写方式在高速缓存、多媒体等许多应用中非常有用。因此SDRAM不仅可用作主存储器，在显示卡上的显存方面也有广泛应用。

非易失性存储器（Non-volatile memory）是指即使电源供应中断，存储器所存储的数据并不会消失，重新供电后，就能够读取内存数据的存储器。主要有以下的类型：

ROM（Read-only memory，只读存储器） ，包括PROM（Programmable ROM，可编程只读存储器），EPROM（Erasable programmable ROM，可擦可编程只读存储器），EEPROM （Electrically erasable programmable ROM，可电擦可编程只读存储器）;Flash memory（闪存）。ROM所存数据，一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。

RAM易挥发性随机存取存储器，高速存取，读写时间相等，且与地址无关，如计算机内存等。

ROM只读存储器。断电后信息不丢失，如计算机启动用的BIOS芯片。存取速度很低，（较RAM而言）且不能改写。由于不能改写信息，不能升级，现已很少使用。

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