计算机内存

计算机是一种电子设备，它接收原始数据作为输入，然后对其进行处理，最后提供所需的结果。它能够快速、准确地执行编程计算。换句话说，计算机接收输入（如数据），并将其与指令一起存储在内存中（需要时使用）。然后，数据被处理并转换为有价值的信息。之后，它根据输入提供结果。这里的输入是指我们希望机器处理并给出响应的未处理数据，而输出是指机器处理未处理数据的结果，可能包括数据分析、搜索、分发、存储等。因此，计算机也被称为数据处理系统。

什么是内存?

计算机内存保存处理原始数据和生成输出所需的数据和指令。它就像人类的大脑，存储着数据、信息和指令。它是一种数据存储设备或数据存储组件，用于保存处理数据的指令以及需要处理的数据。输入和输出都可以保存在这里。

计算机内存被划分为大量的称为“单元”的小部分。每个单元都有一个唯一的地址，范围从0到内存大小减一。计算机内存有两种类型：易失性（RAM）和非易失性（ROM）。二次存储器（硬盘）被称为存储而不是内存。

主内存的特点

• 它作为计算机的主内存。
• 与二次存储器相比，它是更快的计算机内存。
• 通常，它是一种易失性内存。
• 没有主内存，计算机系统就无法运行。
• 这些内存是半导体。

但是，如果按照空间或位置对内存进行分类，则有四种类型

• 寄存器内存
• 缓存存储器
• 主内存
• 辅助内存

计算机内存层级结构基础

每个计算机的核心组件是内存层级结构，这是一种分层形式，根据访问速度、容量和成本对内存进行分类。这种层级结构通常包括寄存器、缓存、RAM（随机存取存储器）和存储设备，包括HDD和SSD。

• 寄存器： 寄存器是最快、最小的内存，位于CPU（中央处理器）内部。它们保存CPU当前正在使用或操作的数据。寄存器提供了最快的访问存储数据的途径。然而，它们的容量有限，意味着它们只能保存少量数据。
• 缓存内存： 缓存内存是寄存器和RAM之间的中介。它比RAM快，但比寄存器大。CPU使用缓存内存来保存经常访问的数据和指令，从而减少从较慢的RAM中获取数据所需的时间。
• RAM（随机存取存储器）： RAM是易失性内存。它允许快速的读写操作。然而，即使计算机断电，其内容也会被擦除。RAM对于多任务处理至关重要，可以快速地在各种应用程序之间切换。
• 存储设备： 除了RAM之外，我们还会遇到硬盘驱动器和固态驱动器等存储设备。它们提供非易失性内存，即使断电也能保留数据。虽然存储设备在RAM方面容量很大，但它们在信息访问方面需要更快。

计算机内存如何工作？

当程序打开时，它会从二次存储器加载到主内存中。内存和存储有多种类型，例如，程序从固态驱动器（SSD）移动到RAM（随机存取存储器）。打开的软件将能够以更快的速度与计算机的处理器通信，因为主存储器的访问速度更快。主内存或主内存可以从临时内存插槽等存储位置快速访问。

由于内存是易失性的，因此保存在内存中的数据只能临时保存。当计算机关闭时，保存在易失性内存中的数据将立即被擦除。当文件保存时，它会被传输到二次存储器进行永久存储。

计算机中存在多种类型的内存。根据所使用的主内存，其性能会有所不同，但通常与半导体内存相关。用于制造半导体内存的将是基于硅的、使用金属氧化物半导体（MOS）晶体管的集成电路。

计算机内存的功能

• 数据存储： 计算机内存的主要作用是存储数据。这包括操作系统、软件程序和用户生成的文件。分层结构确保了最常访问的数据存储在速度最快、容量最小的内存类型中。
• 程序执行： 当启动软件时，它会加载到RAM中以供执行。CPU从RAM获取指令和数据，并在可能的情况下，利用更快的缓存内存执行关键计算。这个过程的速度和效率会影响PC的整体性能。
• 临时存储： 内存用于在正在进行的操作期间对数据进行短暂存储。例如，当您编辑文档时，更改会立即保存在RAM中，直到您保存文件。这种临时存储对于无缝的用户体验至关重要。
• 缓存： 缓存内存通过缓存经常访问的信息发挥着至关重要的作用。通过将这些数据的副本保存在CPU附近，缓存内存减少了检索信息所需的时间，从而提高了系统的整体速度。
• 虚拟内存： 操作系统使用称为虚拟内存的概念来模拟比实际可用内存更大的RAM容量。这包括使用一部分RAM。虽然虚拟内存允许运行更大的应用程序，但它比物理RAM慢。

计算机内存的类型

总的来说，内存可以分为主内存和二次存储器，但即使只讨论主内存，也有许多不同类型的内存。以下是一些主内存的例子：

• 缓存内存：缓存，也称为临时存储区域，比计算机系统的主内存源更容易被处理器访问。它安装在连接到CPU的总线上不同的芯片上，或者经常直接集成在CPU芯片中；因此，它也被称为CPU内存。
• RAM：该术语指的是处理器可以直接访问任何存储位置的事实。随机存取存储器（RAM）是一种硬件，充当CPU的内部内存。它通常位于计算机的主板上。当计算机开启时，它使CPU能够存储程序、信息和程序的结果。此外，它还是计算机的读写内存，这意味着数据可以添加到其中，也可以从中读取。
• 动态RAM： 动态随机存取存储器（DRAM）是一种用于计算系统（主要是PC）的随机存取存储器类型。计算机处理器运行所需的数据或程序代码通常存储在DRAM中，DRAM是一种半导体内存。DRAM中的每条数据都存储在其自己的无源电子元件中，该元件位于集成电路板内。每个电子元件在一比特中都有两个值状态，称为0和1。
• 静态RAM： 只要SRAM接收到电源，它就会在其内存中保留数据位。与DRAM不同，DRAM将数据位存储在由电容器和晶体管组成的单元中，SRAM不需要定期刷新。
• 双倍数据速率SDRAM： 理论上，DDR SRAM可以将内存时钟速度提高到至少200 MHz。它是一种SDRAM。
• 双倍数据速率4同步动态RAM： DDR4 RAM是其前代DDR2和DDR3迭代的后继者。它是一种具有高带宽接口的DRAM。DDR4 RAM能够实现更高的模块密度和更低的电压要求。它支持高达64 GB的双列直插式内存模块（DIMM）；此外，它还支持更高的数据传输速率。
• Rambus动态RAM： DRDRAM内存组件承诺每秒传输高达16亿字节。RAM控制器子系统包括RAM、连接RAM到微处理器的总线以及构成该子系统的计算机使用设备。
• 只读存储器： ROM通常只能读取而不能写入，这是一种计算机存储类型。它是非易失性的，这意味着它永久存储数据。ROM中存储的编程代码使计算机系统在每次开机时都能启动或重新生成。
• 可编程ROM： PROM是用户只能修改一次的ROM。使用一种称为PROM编程器的特殊设备，用户可以自定义微码程序。
• 可擦除PROM： EPROM是一种可以擦除并重复使用的计算机内存。它是可编程只读存储器PROM。
• 电可擦可编程ROM： 称为EEPROM的用户可修改ROM，可以通过使用高于正常值的电压来反复擦除和重新编程。与EPROM芯片不同，EEPROM可以在不从计算机中移除的情况下进行修改。然而，EEPROM芯片必须完全删除并重新编程，而不是只删除其中的一部分。
• 虚拟内存： 一种内存管理方法，允许将二次存储器用作主内存的一部分。为了弥补物理内存的不足，虚拟内存利用硬件和软件将数据从RAM临时转移到磁盘存储。

内存与存储

尽管“内存”和“存储”这两个术语经常可以互换使用，但两者之间存在一些明显而重要的区别。简单地说，存储是二次存储器，而内存是主内存或主要内存。存储指的是长期数据存储的位置，而内存指的是短期数据存储的位置。

在计算机上，“内存”一词最常用来描述主存储器，如RAM。信息也在内存中处理。借助RAM，用户可以访问短期存储的数据。由于主内存是易失性的，意味着计算机关闭时数据不会被保留，因此数据只存储很短的时间。

计算机中的数据存储在称为存储的二次存储器中。硬盘驱动器（HDD），也称为硬盘，是存储的一个例子。由于存储是非易失性的，即使计算机断电再开机，数据也不会丢失。为了快速检索信息，正在运行的程序可能在计算机的主内存中，但当程序关闭时，它会移动到二次存储器或存储中。

可用的存储和内存空间总量也不同。与内存相比，计算机通常拥有更大的存储容量。例如，一台笔记本电脑可能有250 GB的存储空间和8 GB的RAM。空间差异的原因是计算机不需要立即访问其上存储的所有数据；因此，分配大约8 GB的空间足以运行程序。

由于现代技术中对该术语的使用不一致，内存和存储可能难以理解。例如，闪存是一种二次存储，而RAM可以称为主存储。为了避免误解，最好将内存分为易失性或非易失性，将存储分为主存储或二次存储。

计算机内存的历史和演变时间线

在20世纪40年代早期，内存仅限于几字节的空间。声延迟线内存的发展是当时进步的一个更重要的标志。石英晶体可用作换能器来读写比特，延迟线可以将比特以声波的形式存储在水银中。

使用这种方法可以存储几十万比特。非易失性内存最早在20世纪40年代末期得到研究，并开发了磁芯内存，可以在断电的情况下回忆起内存。到20世纪50年代，这项技术已经得到了改进并被广泛使用，这有助于在1956年创造出PROM。由于其广泛使用，磁芯内存作为主内存技术一直占据主导地位，直到20世纪60年代。

1959年，MOS半导体内存，也称为金属氧化物半导体场效应晶体管，被开发出来。因此，MOS晶体管可以作为内存单元存储的组件。与磁芯内存相比，MOS内存成本更低，功耗也更低。从20世纪60年代初开始，双极晶体管被用于双极内存。

Bob Norman于1961年首次提出了在集成电路（IC）上使用固态内存的想法。1965年，IBM使内存成为一项普及的技术。另一方面，与其他内存类型相比，用户发现固态内存价格过高，不适合使用。双极SRAM在20世纪60年代初至中期被开发出来，东芝于1965年发布了DRAM，SRAM同年首次商业化使用。在单晶体管DRAM单元于1966年创建后，1967年创建的ROM使用了MOS半导体器件。N型MOS（NMOS）内存也于20世纪60年代末和70年代初开始流行。

20世纪70年代初，MOS基内存开始被广泛用作一种内存形式。一年后，可擦除PROM进入市场，EEPROM于1972年被创建。

计算机内存常见问题解答

Q1. 内存有哪些类型？

答： 有三种类型的内存

• 主内存
• 辅助内存
• 缓存存储器

Q2. 什么是易失性内存和非易失性内存？

答： 内存的性质和易失性意味着它用于基于电源存储信息。如果电源中断，此内存上存储的所有数据和信息都将被擦除。例如，随机存取存储器（RAM）。另一方面，非易失性内存的性质意味着即使在断电的情况下也能存储信息。例如，ROM（只读存储器）。

Q3. CD-ROM的完整形式是什么？

答： CD-ROM的完整形式是Compact Disk Read Only Memory（光盘只读存储器）。

Q4. 对于4096*16的内存容量，需要多少个128*8的内存芯片？

答 64

说明

所需芯片数 = 所需RAM大小 / 可用芯片容量

总字节数 = 128x8=128字节，而4096x16=4069x(8x2) = 4096x2字节；

因此，

所需芯片数 = 4096*2/128= 64

Q5. 请解释RAM和ROM之间的四点主要区别？

答： RAM和ROM之间的主要四点区别如下

Q6. 如何擦除EPROM中的数据？

答： 通过使用紫外线辐射，我们可以快速擦除EPROM中的数据。它代表可擦除可编程只读存储器。

结论

总之，计算机内存是虚拟系统的关键组成部分，负责存储和数据检索。内存层级结构中的每个层都起着至关重要的作用。随着一代代的发展，从DDR5 RAM的速度到量子领域，计算机内存的格局不断演变，预示着激动人心的机遇。在计算的宏伟蓝图中，计算机内存的未来既充满挑战也充满机遇，它塑造着我们体验和与一代代技术互动的方式。