計算機 - 隨機存取儲存器 (RAM)

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什麼是RAM（隨機存取儲存器）？

RAM是計算機的易失性記憶體，用於臨時儲存資料；一旦電源關閉，RAM中的資料就會被擦除。它也被稱為主儲存器或臨時儲存器。RAM儲存在程式或指令執行期間正在積極使用的資料。在系統啟動過程中，作業系統會積極使用RAM以及執行檔案或程式所需應用程式。它透過提供快速的資料和指令訪問來加速CPU處理。

RAM被積極用於程式或指令的執行。一旦我們啟動計算機；系統必需的檔案、程式和作業系統檔案將載入到RAM中，以確保計算機的順利執行。計算機擁有的RAM越多，它處理多工的能力就越強，執行應用程式的速度就越快，因為可以更快地訪問資料。

RAM是如何工作的？

RAM由一個單元格網格組成，每個單元格都有一個唯一的地址，允許以任何順序讀取或寫入資料，CPU請求來自RAM的資料，這些資料以高速傳遞，使其成為多工處理和運行復雜應用程式必不可少的元件。

RAM是計算機的內部記憶體，根據需要儲存不同型別的資料和資訊。它也被認為是讀/寫記憶體。RAM中的資料訪問是隨機的。這意味著我們可以訪問記憶體中的任何隨機位置，而無需知道先前位置的地址。由於RAM是易失性記憶體，因此大多數系統都以不間斷電源 (UPS) 的形式提供備份。此外，系統的速度和效能與RAM的大小成正比。

RAM的特性

下面描述了RAM的關鍵特性：

• 多工處理 - RAM執行多工處理並快速執行指令或程式。
• 防止系統崩潰 - RAM在執行密集型任務時防止系統崩潰和速度下降。
• 高效能 - 它為遊戲和視覺應用程式的執行提供高效能，在這些應用程式中，必須快速處理大量資料。
• 系統支援 - RAM可以執行寫入和擦除操作。
• 增加RAM - 為了維持系統的速度和效能；可以增加額外的RAM。
• 更快的訪問資料 - 它透過快速訪問資料來促進CPU，從而支援更快的執行。RAM比SSD更快。
• 成本 - 與SSD相比，RAM的成本並不高。

隨機存取儲存器的型別

下圖對不同型別的RAM進行了分類

SRAM（靜態隨機存取儲存器）

靜態RAM是一種使用觸發器進行主要儲存的易失性RAM型別。它是一種半導體儲存器。每個位元都使用雙穩態鎖存電路儲存，使其速度極快，因此被稱為快取記憶體。它通常用作CPU快取，並且通常位於L2或L3中。只要計算機處於開啟狀態，它就會將資料儲存在鎖存器中。SRAM比DRAM更昂貴，並且需要更多的功耗。它充當計算機系統中的快取記憶體。SRAM比DRAM需要更多的電晶體。由於鎖存機制，它比DRAM更快。SRAM每個資料位使用6個電晶體，而DRAM每個位使用1個電晶體。

SRAM的特性

SRAM的一些關鍵特性如下：

• SRAM有一個儲存單元，它包含6個電晶體。
• SRAM包含觸發器來儲存資料單元。
• SRAM專為CPU設計，並作為快取記憶體工作。
• 它在更短的時間內訪問資料；比DRAM快，並且訪問資料所需的時間非常少。
• 在一個晶片上儲存大量資料是不可能的，因此需要更多晶片。
• SRAM價格昂貴。
• 它需要定期供電才能儲存資料。
• SRAM產生更多熱量。
• 內容保持不變，直到電源開啟。

SRAM的型別

SRAM可以進一步分類為以下型別：

• 同步 - 同步SRAM與時鐘訊號協同工作。它與時鐘同步讀取和寫入，使其速度更快，適用於高速應用。
• 非同步 - 它的工作不依賴於時鐘訊號；一旦地址和控制訊號穩定，它就會執行讀寫操作。
• 偽SRAM - PSRAM是一種兼具DRAM和SRAM特性的記憶體。該裝置使用DRAM單元，但包含一個內部重新整理電路，因此向外部系統呈現為SRAM。
• 非易失性SRAM - nvSRAM將小型非易失性記憶體與SRAM單元整合在一起，即使在斷電時也能保留資料。

SRAM的優點

SRAM的優點如下：

• SRAM之所以受歡迎，因為它速度更快。
• 它不需要重新整理。
• 它提供更快的讀寫操作。
• 它在CPU中充當快取記憶體。
• 它不太容易受到重新整理過程引起的錯誤和資料損壞的影響。
• 它非常可靠，因此被用作快取記憶體。

SRAM的缺點

DRAM的缺點如下：

• 它價格昂貴。
• 它具有複雜的單元結構；因此SRAM的設計和佈局更加複雜。
• 由於其易失性，當電源關閉時，所有資料都會丟失。
• 與DRAM相比，它的儲存容量較低。
• 設計複雜，不易構建或理解。
• 它不適用於大型記憶體應用

總的來說，速度和可靠性使得SRAM價格昂貴，特別是在CPU快取等應用中。然而，與DRAM相比，其更高的成本和更低的密度限制了它在較小的高效能記憶體應用中的使用。

DRAM（動態隨機存取儲存器）

它是另一種用作主記憶體的RAM型別；即使在計算機通電時，它也能在電容器中短時間（幾毫秒）儲存資料。每個儲存單元都是一個DRAM晶片，包含一個數據位，並由電晶體和電容器組成。在此記憶體控制器中，資料可以被讀取然後重寫，從而不斷更新它。定期重新整理資料以確保其完整性。DRAM價格更便宜，但可以儲存大量資料。此外，它比SRAM慢，並且功耗更低。

然而，DRAM比SRAM便宜，使其適合用作CPU的主記憶體。它比SRAM慢，並且可以直接連線到CPU匯流排。筆記型電腦的DRAM通常在4GB到16GB之間，小型裝置的DRAM通常在1GB到2GB之間。

DRAM的特性

DRAM的一些關鍵特性如下：

• 它充當系統的記憶體。
• 它由儲存資料的電容器組成，因此我們需要多次重新整理它。
• 它價格低廉，因此DRAM在當今的筆記型電腦或PC中隨處可見。
• 它需要更少的空間和更少的功耗。
• 它每毫秒重新整理一次以保持資料一致性。
• 它比SRAM更節能。
• DRAM可以在單個晶片上儲存多個位。

DRAM的型別

DRAM可以進一步分類為以下型別：

• SDRAM - 與匯流排時鐘同步；通用計算。
• DDR SDRAM - 與SDRAM相比，它具有更高的資料傳輸速率。
• DDR2 SDRAM - 它具有更高的速度、更低的功耗和更低的延遲。
• GDDR - 它針對圖形處理單元 (GPU) 進行了最佳化。
• LPDDR - 它專為移動和嵌入式應用而設計。
• RDRAM - 專為特定高效能應用的創新設計而設計。
• EDO DRAM - 它允許透過重疊操作來加快讀取週期。

DRAM的優點

DRAM的優點如下：

• DRAM的訪問時間比SRAM慢
• 它的設計簡單，不復雜，因為它只包含一個電晶體。
• 它體積小巧。
• 與SRAM相比，它的成本低廉
• 它具有很高的擁塞率。
• 它具有很大的記憶體空間。
• 它具有高密度，使其適用於大型記憶體應用。

DRAM的缺點

DRAM的缺點如下：

• 它是易失性的，因此需要持續重新整理才能保持資料一致性。
• 它的製造工藝複雜。

• 它比SRAM慢。
• 與SRAM相比，它具有更高的延遲。