随机存储器

随机存储器

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此条目介绍的是计算机内部的一种储存装置。关于移动存储装置,请见“记忆卡”。

“Random Access Memory”的各地常用译名中国大陆随机存储器[1]、随机存取存储器[2]内存[注 1]、“运行内存/运存”[注 2] 港澳随机存取记忆体、随机接达记忆体[4] 台湾随机存取记忆体[5]

主存储器和计算机存储器类型(维基数据:Q125005976)

易失性存储器

RAM

DRAM

SDRAM

移动DDR

RDRAM

GDDR

XDR DRAM

DDR SDRAM

HBM

SRAM

发展中

可控硅随机存储器(英语:T-RAM)

Z-RAM

历史上

威廉姆斯管(1946-47年)

延迟线存储器(1947年)

选数管(1953年)

冷阴极计数管

非易失性存储器

ROM

Mask ROM(英语:Mask ROM)

PROM

EPROM

EEPROM

闪存

固态存储

非挥发性随机存取记忆体

RRAM

早期非易失性随机存取存储器

nvSRAM(英语:nvSRAM)

FeRAM

MRAM

PRAM

磁式

磁带

硬盘

光学式

光盘驱动器

发展中

3D XPoint

CBRAM

SONOS

赛道记忆体

NRAM

Millipede

FJG RAM(英语:FJG RAM)

历史上

纸张数据存储(英语:Paper data storage)(1725年)

磁鼓存储器(1932年)

磁芯记忆体(1949年)

磁镀线存储器(1957年)

Core rope memory(英语:Core rope memory)(1960年代)

薄膜存储器(英语:Thin-film memory)(1962年)

磁扭线存储器(~1968年)

磁泡存储器(~1970年)

软盘(1971年)

查论编

随机存储器(英语:Random-access memory,简称RAM),又称RAM存储器[6],是一种可随机读写的存储器[2],与只读存储器(ROM)一起构成主存储器[6],与中央处理器(CPU)直接交换数据[7]。它可以随时读写(重新整理时除外,见下文),而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程式的临时资料存储媒介。

主记忆体(Main memory)即电脑内部最主要的记忆体,用来载入各式各样的程式与资料以供中央处理器直接执行与运用。由于 DRAM 的性价比很高,且扩展性也不错,是现今一般电脑主记忆体的最主要部分。2011 年生产电脑所用的主记忆体主要是 DDR3 SDRAM,而 2016 年开始 DDR4 SDRAM 逐渐普及化,笔电厂商开始在笔电以 DDR4 记忆体取代 DDR3L。[来源请求]

分类[编辑]

RAM 记忆体可以进一步分为挥发性记忆体和非挥发性随机存取记忆体两大类。而挥发性记忆体又可分为静态随机存取记忆体(SRAM)和动态随机存取记忆体(DRAM)两类。SRAM 具有快速存取的优点,但生产成本较为昂贵,一个典型的应用是缓存。而 DRAM 由于具有较低的单位容量价格,所以被大量的采用作为系统的主记忆体。

动态随机存取记忆体(DRAM)[编辑]

主条目:动态随机存取存储器

随机存取[编辑]

所谓“随机存取”,指的是当存储器中的讯息被读取或写入时,所需要的时间与这段信息所在的位置无关。相对地,有串行访问存储器包括顺序存取存储器(如:磁带)和直接访问存储器(如:磁盘),这些存储设备的数据不能随机访问,只能按顺序访问,阻碍了高速运行。

挥发性[编辑]

当电源关闭时 RAM 不能保留数据。如果需要保存数据,就必须把它们写入一个长期的储存设备中(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 则不会。

较高的存取速度[编辑]

参见:双通道

现代的随机访问存储器几乎是所有存取装置中写入和读取速度最快的,存取延迟也和其他涉及机械运作的储存装置(如硬盘、光盘驱动器)相比,也显得微不足道。但速度仍然不如作为 CPU 快取用的 SRAM。

需要刷新[编辑]

现代的随机访问存储器依赖记忆体储存资料。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,电荷会渐渐随时间流失而使资料发生错误。刷新是指重新为电容器充电,弥补流失了的电荷。DRAM 的读取即有刷新的功效,但一般的定时刷新并不需要作完整的读取,只需作该晶片的一个列(Row)选择,整列的资料即可获得刷新,而同一时间内,所有相关记忆晶片均可同时作同一列选择,因此,在一段期间内逐一做完所有列的刷新,即可完成所有记忆体的刷新。需要刷新正好解释了随机访问存储器的易失性。

对静电敏感[编辑]

正如其他精细的集成电路,随机访问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,引致资料流失,甚至烧坏电路。故此触碰随机访问存储器前,应先用手触摸金属接地。

内存的使用[编辑]

电脑运行时,电脑的主内存按照被使用情况可分类为:[8]

可利用(Available)物理内存:可立即分配给程序使用的内存。包括:

空闲(Free)物理内存:完全未被使用,内容为全 0

缓存(Cached)物理内存

备用(standby)物理内存:操作系统预先把可能要用到的硬盘数据加载所占用的内存,还没被用户进程所使用,因此可随时丢弃从新初始化为 0

已修改(modified)物理内存:已被修改过的 caching 用途的内存,可在任意时刻写回硬盘文件(不是分页文件)然后被重用。由于硬盘 I/O,已修改(modified)物理内存不能计入空闲(Free)物理内存

被使用(used)物理内存:已经被进程使用的内存

用户进程使用的物理内存,即工作集(Working set)。Working Set 包含了可能被其他程序共享的内存,例如DLL。所以所有进程的Working Set加起来有可能大于实际的被使用(used)的物理内存。Private Bytes 是只被本进程提交(commit)的虚拟地址空间,不包括其他进程共享的内存。Virtual Byte 是整个进程占用的全部虚拟地址空间。32 位 Windows 用户模式下,进程最大可以使用 2GiB,可以通过修改 Boot.ini 文件扩展为最大可以使用到 3GiB。任务管理器中的 Memory Usage 对应的是 working set,VM Size 对应的是 private bytes

核心进程使用的物理内存

分页的核心进程使用的物理内存:可以交换到分页文件中,从而可被回收的物理内存

未分页(Non paged)的核心进程使用的物理内存:不能交换到分页文件的内存,总是要保留在物理内存中

硬件保留(hardware reserved)的物理内存:被 CPU 中的 GPU 核心或者其他外设硬件占用的,不由操作系统使用的内存

记忆体墙[编辑]

“记忆体墙”是指CPU与CPU晶片外的记忆体之间的速度差距越来越大,其中一个造成差距的重要原因是晶片边界之外的通讯频宽有限,又称为频宽墙。从1986年到2000年,CPU所提升速度的年变率达55%,记忆体速度却只提高了10%。由此趋势可预料记忆体延迟将成为电脑性能的巨大瓶颈。[9]

CPU速度提升明显放缓,一部分原因是由于重大的物理屏障,一部分原因则是目前的CPU设计已经在某种意义上撞上了记忆体墙。英特尔在一份2005年的文件中总结了这些原因。[10]

首先,随著晶片几何尺寸缩小及时脉频率提高,电晶体漏电流会增加,导致超额的功耗和热量...其次,因为记忆体的存取时间无法跟上时脉频率的成长,导致更高的时脉速度所带来的优势被记忆体的延迟抵消。第三,对于某些应用,随著处理器速度的提高(由于所谓的冯·诺依曼瓶颈),传统的序列架构变得越来越低效,进一步削弱了频率提高可带来的收益。此外,部分原因是由于固态元件内产生电感的方法受到限制,讯号传输中的电阻-电容延迟(英语:RC_time_constant)会随著特征尺寸的缩小而增加,这就额外带来了频率增加也无法解决的瓶颈。

相关条目[编辑]

电脑记忆体

唯读记忆体(ROM)

DRAM

SRAM

缓存(Cache)

双埠随机存取记忆体(DPRAM)

NVDIMM

注释[编辑]

^ “内存”在全国科学技术名词审定委员会审定的《计算机科学技术名词》中是“主存储器”(main memory)的别称[2],但在许多场合(如Windows 11任务管理器)中常直接指代RAM。

^ 手机非专业交流中有时将内置外存称作“内存”,为避免混乱,故将RAM称作“运行内存”以示区分[3]

参考文献[编辑]

^ 全国科学技术名词审定委员会.术语在线: 随机存储器 (页面存档备份,存于互联网档案馆) [OL].北京:北京市电通电话技术开发有限公司 [2024].

^ 2.0 2.1 2.2 全国科学技术名词审定委员会,审定.计算机科学技术名词 [M]. 3版.北京:科学出版社, 2018: 121. 科学文库.

^ Fairyex.运行内存都在运行什么? [EB/OL] (2021-11-19) [2024]. 少数派.

^ 存档副本. [2024-05-07]. (原始内容存档于2024-12-15).

^ random-access memory. 乐词网. 国家教育研究院 (中文(台湾)).

^ 6.0 6.1 教育部教育考试院.全国计算机等级考试二级教程:公共基础知识 [M].北京:高等教育出版社, 2022 (2023-05): 7-8.

^ 张广渊; 李晶皎; 王爱侠; 王彩云; 崔立民; 马骥. 存储子系统. 张广渊 (编). 计算机组装与维护教程 (M)使用|format=需要含有|url= (帮助). 新华书店. 2004年11月: 149. ISBN 978-7-81094-579-0 /TP·354. 使用|accessdate=需要含有|url= (帮助)

^ MSDN:The usable memory may be less than the installed memory on Windows 7-based computers

^ The term was coined in Archived copy (PDF). [2011-12-14]. (原始内容存档 (PDF)于2012-04-06). .

^ Platform 2015: Intel® Processor and Platform Evolution for the Next Decade (PDF). March 2, 2005. (原始内容存档 (PDF)于April 27, 2011).

外部链接[编辑]

维基共享资源上的相关多媒体资源:随机存储器

查论编数字电路数字电路概要{{数字系统}}概念

数字信号

布尔代数

开关

组合逻辑电路

时序逻辑电路

同步

异步

真值表

卡诺图

有限状态机

米利机

摩尔机

硬件模块

逻辑闸

与非

或非

异或

同或

蕴含

TTL

74190

CMOS

加法器

乘法器

编码器

译码器

数据选择器

锁存器

寄存器

触发器

RS

D

JK

T

储存装置

ROM

RAM

类比数位转换器

数位类比转换器

IC、VLSI

定制程度(半、全)

PLD

PAL

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轨迹球

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声音处理器(英语:Sound chip)

摄像头

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输出设备

显示器

萤幕

盲文显示机

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扬声器(英语:Computer speakers)

声卡

显示卡

移动存储

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软盘

光碟

CD

DVD

BD

闪存

记忆卡

闪存盘

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微处理器

主板

记忆体

随机存取

BIOS

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硬盘

固态硬盘

混合固态硬盘

电源供应器

开关模式电源

金属氧化物半导体场效电晶体

功率

电压调节模组

网卡

传真数据机(英语:Fax modem)

扩充卡

接口

以太网

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并列

序列

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Thunderbolt

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SATA

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德国

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