[電腦硬體] 介紹電腦的記憶體裝置-DRAM(動態隨機存取記憶體)

MuLong PuYang
5 min readMar 17, 2019

當我們在講解電腦的基礎架構的時候,總是會分成三大部分: CPU、記憶體與硬碟。事實上這裡的記憶體是我們一種比較省略的說法,這裡的記憶體代表的是動態隨機存取記憶體,也就是所謂的DRAM。

但是這畢竟是在講解電腦基礎架構的分類法,因為就廣義的定義而言,具有記憶存儲的硬體,我們都可以稱之為記憶體,所以這時候我們將目光看到中文維基百科的記憶體頁面,就可以看到期時DRAM以及硬碟都是電腦記憶體的一種。

一條DDR4 16GB容量的記憶體外觀

在我們正式介紹DRAM之前,我們先來看電腦記憶體的兩大分類: 揮發性記憶體以及非揮發性記憶體

維基電腦記憶體頁面中關於記憶體的分類

揮發性記憶體

揮發性記憶體的特性就是當電流中斷的時候,裡面的資料也會隨之消失。目前的兩大揮發性記憶體類別就是DRAM以及SRAM。

非揮發性記憶體

與揮發性記憶體的特性相反,當電流中斷的時候,裡面的資料也不會消失,只要再次通電,就可以讀取記憶體裡面的資料。

不過值得一提的是,雖然就定義上來講,硬碟雖然可以算是非揮發性記憶體,但就目前市面上一般講到非揮發性記憶體的時候,並不會用來指硬碟,而是指目前的兩大主流分類: 唯讀記憶體(ROM)以及快閃記憶體(flash)

各位讀者可能會發,既然揮發性記憶體有著斷電資料就消失的特性,那為什麼還會存在揮發性記憶體呢?主要是因為目前的揮發性記憶體存取速度還是要遠快於非揮發性記憶體的,這裡就拿我們以前文章講過的電腦基礎架構: CPU、記憶體以及硬碟為例,如果我們的CPU直接存取硬碟的資料的話,那麼存取的速度會常慢,縱使使用以快閃記憶體技術為基底的固態硬碟來說,雖然速度較傳統硬碟為快,但是事實上存取的速度還是遠低於DRAM的。迫於事實上的存取速度限制,我們目前的電腦運算架構,依然還是會從揮發性記憶體(傳統硬碟或者是固態硬碟)將資料仔入DRAM中,來供給CPU更快的存取速度來達成更快的運算時間。

那麼那麼,我想很多讀者都跟我一樣,想說會不會未來的某一日,我們可以徹底的屏棄DRAM這種多一步的存儲架構,直接由非揮發性記憶體抽取資料來進行運算。我想這是有可能的,不過這還是有賴眾多的科學家與工程師們共同的努力。

直接使用非揮發性記憶體與CPU溝通運算而非透過”多一步”的揮發性記憶體,是未來運算架構的希望目標之一

不同的記憶體種類,適用於不同的地方。像是非揮發性記憶的DRAM適用於一般電腦或伺服器的運算框架,SRAM適用於晶片內的更高速存取運算。揮發性記憶體的EEPROM適用於小型的存儲空間,快閃記憶的NAND flash家族是用電腦架構中更高快速的非揮發性性質的資料存取,但是快閃記憶體的價錢和較低的壽命限制的兩大原因,使很多人在存儲一般的基本資料時,還是會使用硬碟。

我們知道,CPU是吃二進位資料的,所以記憶體同時也是存儲二進位資料的。不同的記憶體形成二進位資料的方式不同,SRAM、ROM與快閃記憶體都是使用電晶體的電流特性,來達成0與1的表達。硬碟是使用巨磁阻效應來達成0與1的表達。

傳統硬碟外觀,傳統硬碟使用巨磁阻效應來代表0與1

而DRAM呢,是使用電晶體與電容的搭配來代表0與1。首先我們先看到下圖,下圖是維基百科中的DRAM電路圖。

維基DRAM頁面中的DRAM電路圖

現在,我們擷取整個DRAM最基礎的單位,一個bit的區塊,也就是一個電晶體以及一個電容的區塊

以下的圖我們標出電晶體以及電容的位置,電晶體在這裡的功用是用來控制讀取以及寫入,並不像其他種類的記憶體,是用來代表0與1的,在DRAM中,真正代表0與1的就是電容,用電容目前內部電荷的多寡來代表0與1

以上,就是DRAM的基本介紹。

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