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'''随机存取存储器'''（英语：Random Access Memory，缩写：RAM），又称'''主存'''，是计算机中与中央处理器（CPU）直接交换数据的内部存储器<ref name="baidu_ram">[https://baike.baidu.com/item/%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E5%AD%98%E5%8F%96%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%99%A8 随机存取存储器（百度百科）]</ref>。RAM 的主要特性是“随机存取”，即读写数据所需时间与物理位置无关；同时具备'''易失性'''（Volatility），即断电后所存数据立即丢失<ref name="wiki_ram">[https://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory Random-access memory (Wikipedia)]</ref>。RAM 作为操作系统、应用程序及当前处理数据的临时存储介质，是计算机系统中速度最快的存储设备之一<ref name="baidu_ram" />。根据存储单元工作原理，RAM 主要分为'''静态随机存取存储器'''（SRAM）和'''动态随机存取存储器'''（DRAM）两大类<ref name="wiki_ram" />。

{{Infobox
| 标题 = 随机存取存储器
| 内容 =
{{!}}-
! 中文名
{{!}} 随机存取存储器
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! 外文名
{{!}} Random Access Memory (RAM)
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! 别名
{{!}} 主存、系统内存
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! 核心特性
{{!}} 随机存取、易失性<ref name="baidu_ram" />
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! 主要分类
{{!}} 静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）<ref name="wiki_ram" />
{{!}}-
! 主要用途
{{!}} 操作系统、应用程序、运行中数据的临时存储<ref name="baidu_ram" />
{{!}}-
! 主流技术
{{!}} DDR SDRAM（DDR、DDR2、DDR3、DDR4、DDR5）<ref name="jedec">[https://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd209-4b JEDEC DDR4 Standard (JEDEC)]</ref>
}}

== 历史 ==

RAM 的发展经历了从磁芯存储器到半导体存储器的演变过程。

早期计算机使用磁鼓、磁芯等作为主存储器。20 世纪 60 年代，半导体存储器开始兴起。1964 年，仙童半导体（Fairchild）研发了 64 位 MOS 静态 RAM，是最早的 SRAM 之一<ref name="wiki_ram" />。1969 年，英特尔（Intel）开发了第一个 256 位静态 RAM 芯片 1101，并于 1971 年正式推出<ref name="baidu_ram" />。

1966 年，IBM 的 Robert H. Dennard 发明了动态随机存取存储器（DRAM），并于 1968 年取得专利<ref name="ibm_dram">[https://www.ibm.com/history/dynamic-random-access-memory IBM DRAM Invention (IBM History)]</ref>。1970 年，英特尔推出首款商用 DRAM 芯片 Intel 1103，该芯片逐步取代磁芯存储器，成为计算机主存的主流技术<ref name="baidu_ram" /><ref name="wiki_ram" />。

20 世纪 80 年代中期，快速页模式（FPM）DRAM 问世。90 年代，同步动态随机存取存储器（SDRAM）推出，其时钟与 CPU 总线同步<ref name="wiki_ram" />。2000 年，双倍数据速率 SDRAM（DDR SDRAM）问世，在时钟上升沿和下降沿均传输数据，传输速率较 SDRAM 提高一倍<ref name="ddr_history">[https://www.crucial.com/articles/about-memory/history-of-ddr-memory Crucial: History of DDR Memory]</ref>。此后 DDR2、DDR3、DDR4 陆续推出，在速度、功耗和数据完整性方面持续改进。DDR5 是目前最新的商用标准，起始频率 4800 MT/s，最高已超过 8400 MT/s<ref name="jedec" />。

== 分类 ==

RAM 主要根据存储单元的工作原理分为两大类。

=== 静态随机存取存储器（SRAM） ===

SRAM 利用双稳态触发器（通常由 6 个晶体管构成）存储每一位数据。只要供电，数据即保持不变，无需刷新操作<ref name="baidu_ram" />。SRAM 的优点是访问速度快、功耗较低；缺点是单位密度低、成本高<ref name="wiki_ram" />。由于其高速特性，SRAM 通常用作 CPU 的高速缓存（Cache）。

=== 动态随机存取存储器（DRAM） ===

DRAM 利用电容上的电荷表示二进制数据（有电荷为 1，无电荷为 0）。因电容存在漏电，需周期性刷新以维持数据<ref name="baidu_ram" /><ref name="wiki_ram" />。DRAM 的优点是结构简单——每单元仅需一个晶体管和一个电容器，因此密度高、成本较低；缺点是速度较慢、功耗相对较大<ref name="wiki_ram" />。DRAM 广泛应用于计算机的主内存。

=== 同步动态随机存取存储器（SDRAM） ===

SDRAM 是 DRAM 的一种，其时钟信号与系统总线同步，使内存控制器能够精确掌握数据传输周期<ref name="wiki_ram" />。SDRAM 于 20 世纪 90 年代中期开始普及。

=== 双倍数据速率 SDRAM（DDR SDRAM） ===

DDR SDRAM 在时钟的上升沿和下降沿各传输一次数据，使传输速率相比 SDRAM 提高一倍<ref name="ddr_history" />。DDR 已发展出多代产品<ref name="jedec" />：

* '''DDR'''：2000 年推出，速率较 SDRAM 提高一倍。
* '''DDR2'''：2003 年推出，引入 4bit 预取，工作电压从 2.5V 降至 1.8V。
* '''DDR3'''：进一步降低功耗并提高速率。
* '''DDR4'''：主流选择，频率范围 2133–4800 MHz。
* '''DDR5'''：最新标准，起始频率 4800 MHz，支持双通道 32 位子通道设计。

此外，DDR 技术还衍生出针对移动设备的 LPDDR（Low Power DDR）和针对图形处理器的 GDDR（Graphics DDR）等分支。

== 工作原理 ==

RAM 由存储矩阵、地址译码器、读/写控制器、输入/输出电路及片选控制等组成<ref name="baidu_ram" />。

* '''存储矩阵'''：核心部分，由大量存储单元排列成矩阵。
* '''地址译码器'''：将地址信号译码为行选信号和列选信号，选中对应存储单元。
* '''读/写控制器'''：控制对被选中单元进行读或写操作。
* '''输入/输出电路'''：与 CPU 交换数据。

当 CPU 读取数据时，通过地址总线发送目标地址；地址译码器选中存储单元；读/写控制器发出读信号；数据经数据总线传送至 CPU。写入过程类似，但方向相反<ref name="baidu_ram" />。

对于 DRAM，由于电容漏电，必须定期刷新（Refresh）。刷新周期通常为 64 ms，即每 64 ms 内需对所有存储单元完成一次刷新<ref name="wiki_ram" />。

== 性能指标 ==

评估 RAM 性能的主要指标包括<ref name="baidu_ram" /><ref name="wiki_ram" />：

* '''容量'''：以 GB 为单位，容量越大，可同时运行的程序和处理的数据越多。
* '''频率'''：内存模块每秒执行的时钟周期数（MHz），频率越高，理论传输速率越快。
* '''带宽'''：单位时间内可传输的数据量（GB/s），理论带宽 = 频率 × 位宽 / 8。例如 DDR4-3200（64 位总线）的理论带宽为 25.6 GB/s。
* '''时序（Timing）'''：描述响应指令所需延迟，以时钟周期数表示。常见参数有 CL（CAS Latency）、tRCD、tRP 和 tRAS 等，数值越低，延迟越小。
* '''实际延迟'''：可通过公式计算：实际延迟（ns）= CL × 2000 / 频率（MHz）。

== 主要厂商 ==

全球 DRAM 市场主要由以下厂商主导<ref name="baidu_ram" /><ref name="wiki_ram" />：

* '''三星电子（Samsung）'''：全球最大的 DRAM 制造商之一，1996 年提出 DDR SDRAM 概念。
* '''SK 海力士（SK Hynix）'''：韩国半导体企业，DRAM 主要供应商之一。
* '''美光科技（Micron Technology）'''：美国半导体公司，DRAM 和 NAND Flash 主要制造商。

== 参考文献 ==
<references />

RAM - 版本历史

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