什么是RAM?

RAM（Random Access Memory）中文称为随机存取存储器。为什么要强调随机存取呢？因为在此之前，一些存储器都是顺序存储（Direct-Access），比如光盘、旧式磁带、磁带驱动器等。随机存取存储器的特点是，访问数据的时间与数据在存储器中的物理位置无关。

什么是随机读写？

随机读写和顺序读写是存储器的两种输入输出方式。存储的数据在磁盘中占据空间。对于一个新的磁盘，在操作系统将数据文件按顺序写入磁盘时，如果某些数据被删除，会释放出原始数据所占用的存储空间。随着时间的推移，不断写入和删除数据，会导致许多不连续的存储空间上存在一个较大的数据文件。当我们对这部分数据进行读写时，就是随机读写。磁头必须不断调整以访问不同位置上的数据，相比于在连续空间上的顺序读写，随机读写需要更多时间。在开机时或启动大型程序时，计算机必须读取大量小文件，而这些文件也不是连续存放的，属于随机读取范畴。

改进方法包括进行磁盘碎片整理，合并碎片文件。但这只解决了表面问题，碎片化仍会导致磁盘读写性能下降，并且不能解决小文件的随机存取问题。更好的解决办法是更换固态硬盘（Solid State Drive，SSD）。SSD消除了机械硬盘的磁头移动，大大提高了对随机数据的读写能力。

举个例子，SSD的随机读取延迟仅为几毫秒，而7200RPM硬盘的随机读取延迟约为7毫秒，5400RPM硬盘的随机读取延迟甚至高达9毫秒，这在性能上表现为开关机速度的差异。

随机存取存储器（RAM）是最为人熟知的存储器之一。之所以RAM被称为“随机存储”，是因为它可以直接访问任何一个存储单元，只需知道该单元所在的行X和列Y地址即可进行定位。

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（显卡中的缓存就是个很好的例子）。而RAM则能以任意的顺序存取数据。

SRAM和DRAM的区别？

RAM的另一个特点是易失性（Volatile),虽然业界也有非易失(non-volatile）的RAM，例如，利用电池来维持RAM中的数据等方法。

RAM主要的两种类别是SRAM（Static RAM）和DRAM（Dynamic RAM）。

SRAM的S是Static的缩写，全称是静态随机存取存储器。而DRAM的D是Dynamic的缩写，全称是动态随机存取存储器。

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SRAM的结构，6场效应管组成一个存储bit单元的结构：

工作原理相对比较简单，我们先看写0和写1操作。

写0操作

写0的时候，首先将BL输入0电平，（～BL）输入1电平。

然后，相应的Word Line（WL）选通，则M5和M6将会被打开。

0电平输入到M1和M2的G极控制端

1电平输入到M3和M4的G极控制端

因为M2是P型管，高电平截止，低电平导通。而M1则相反，高电平导通，低电平截止。

所以在0电平的作用下，M1将截止，M2将打开。（～Q)点将会稳定在高电平。

同样，M3和M4的控制端将会输入高电平，因NP管不同，M3将会导通，而M4将会截止。Q点将会稳定在低电平0。

最后，关闭M5和M6，内部M1,M2,M3和M4处在稳定状态，一个bit为0的数据就被锁存住了。

此时，在外部VDD不断电的情况下，这个内容将会一直保持。

DRAM（Dynamic RAM）是指动态随机存取存储器。与SRAM最大的不同是，DRAM需要通过刷新操作来保持其存储的内容。让我们先来看看其一个bit存储单元（Cell）的结构：

其核心部件是4号位的电容C，这个电容大小在pF级别，用来存储0和1的内容。

由于电容会慢慢放电，其保存的电量将会随时间推移而慢慢漏电流漏掉。为了保证其内容的完整性，我们需要把里面的内容定期读出来再填写回去。这个操作称为刷新操作（Refresh）。

SDRAM 只有通过刷新命令(Refresh)操作才能保证数据的可靠性，SDRAM 的刷新操作是周期性的，在两次刷新的间隔可以进行数据的相关操作。我们在看SDRAM芯片参数时，经常会看到4096 Refresh Cycles/64ms或8192 Refresh Cycles/64ms的标识，这里的4096与8192就代表 这个芯片中每个Bank的行数。

刷新命令一次仅对一行有效，也就是说在64ms内这两种规格的 芯片分别需要完成4096次和8192次刷新操作。这4096操作可以平均15.625μs刷新一次，也可以一次全部刷新完，取决于你的数据读写时序。

当需要写1的时候，先将BL（Bit Line）输入高电平1，然后选中对应的Word Line（同一时间将只有一根WL被选中）,打开相应的MOS管，如图中所示3号位。此时，外部驱动能力很强，通过一定的时间，4号位的电容将会被充满。此时，关闭3号位的MOS管。内容1将在一定时间内被保存在4号位的电容中。写0的操作与之相反，不同的是将4号位电容中的电荷通过Bit Line放光。然后关闭3号位的MOS管，锁存相应数据。

而读操作相对来说，较为复杂。4号位电容非常小，只有pF级别，而Bit Line往往都很长，上面挂了非常多个存储单元（cell），我们可以通过5号位的电容来表示。所以当我们直接把3号位的MOS管打开，Bit Line上将基本看不到什么变化。

采用放大器来放大4号位电容的效果。结构图如下图所示：

我们可以定Vref为1/2的VDD电压，在读取电容里数据之前，我们先将所有Bit Line预充1/2 VDD的电压。然后，打开Word Line让选中的电容连接到Bit Line上面，如果原本的内容是1，则Bit line的总电压将会小幅攀升。否则，则会小幅下降。再通过差分放大器，将结果放大从而实现读操作。

这套方案是可以工作的，但Bit Line的数量不能太大。否则会导致距离Vref供电处较远的放大器Vref的值偏低，而导致差分放大器工作异常。同时，对于所谓的1/2 VDD预充，也存在不准的情况。

为了解决这个问题，有人提出，不如将原来的一根Bit Line设计成一对Bit Line，当其中一根Bit Line上的Cell被选中时，另一根Bit Line将不会有Cell被选中。从而没有Cell被选中的Bit Line可以充当放大器的Vref输入，其长度，负载以及寄生参数将会和另一根Bit Line十分一致，这样一来，放大器的工作就更加稳定了。结构图如下所示：

当读操作之前，我们先将1/2 VDD电压同时注入到BL和（~BL）上，这个动作被称为（pre-charge预充电）然后其中一根作为参考，来观察另一根Bit Line在某个Cell导通后的变化。

最后，我们总结一下区别：

成本对比：SRAM成本比较高（6个场效应管组成一个存储单元），DRAM成本较低（1个场效应管加一个电容）。另外随着DDR~DDR5的高速发展，SDRAM的发展更快，接口速率更高，生态更好，工艺更先进。所以SDRAM的成本原来越有优势。

存取速率：照道理来说，SRAM存取速度比较快，DRAM存取速度较慢（电容充放电时间）。

数据地址分开，SRAM不需要PreCharge，不需要Refresh。所以接口效率也越高。

但是随着DRAM发展更好，所以DRAM的接口速率发展越来越快。最终的综合表现还是DDR胜出。

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