[科普中國]-周期性讀出

簡介

隨機(jī)存取存儲器（random access memory，RAM）又稱作“隨機(jī)存儲器”，是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器，也叫主存(內(nèi)存)。它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運(yùn)行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲媒介。根據(jù)存儲單元的工作原理不同， RAM分為靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM。DRAM 只能將數(shù)據(jù)保持很短的時間，為了保持存儲信息不丟失，需要進(jìn)行刷新。一般刷新方式不同，存儲矩陣?yán)锏臄?shù)據(jù)周期性讀出的周期也不同。

動態(tài)RAM概述動態(tài)隨機(jī)存取存儲器，最為常見的系統(tǒng)內(nèi)存，即DRAM（Dynamic Random Access Memory）。DRAM 只能將數(shù)據(jù)保持很短的時間。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，DRAM使用電容存儲，所以必須隔一段時間刷新（refresh）一次，如果存儲單元沒有被刷新，存儲的信息就會丟失。 關(guān)機(jī)就會丟失數(shù)據(jù)。

動態(tài)RAM的總體結(jié)構(gòu)和工作原理與靜態(tài)RAM(見隨機(jī)存儲器)的區(qū)別是，存儲矩陣采用了動態(tài)存儲單元。靜態(tài)觸發(fā)器是靠電路狀態(tài)的反饋?zhàn)枣i保存數(shù)據(jù)，動態(tài)存儲單元則是通過在電容上存儲電荷保存數(shù)據(jù)。

動態(tài)存儲單元的電路結(jié)構(gòu)有各種型式，最簡單的一種是圖所示的單管動態(tài)存儲單元。

在寫入數(shù)據(jù)時字線給出高電平，MOS管VT導(dǎo)通，位線上的電壓信號經(jīng)VT向電容C充電，將數(shù)據(jù)存入C中。讀出時字線同樣給出高電平，使VT導(dǎo)通，電容C經(jīng)VT向位線上的寄生電容CB充電，使位線獲得讀出信號。

動態(tài)存儲單元的電路結(jié)構(gòu)簡單，集成度比靜態(tài)RAM高得多。但是，電容C上的電荷不可能長久保存，要及時向電容補(bǔ)充電荷，以免數(shù)據(jù)丟失。為此，在動態(tài)RAM中設(shè)置了“刷新”控制電路，用于周期性地將存儲矩陣?yán)锏臄?shù)據(jù)讀出，經(jīng)過放大后重新寫入。這不僅增加了控制電路的復(fù)雜性，也嚴(yán)重地影響了讀/寫速度，使動態(tài)RAM的工作速度遠(yuǎn)低于靜態(tài)RAM。

特點(diǎn)隨機(jī)存取

所謂“隨機(jī)存取”，指的是當(dāng)存儲器中的數(shù)據(jù)被讀取或?qū)懭霑r，所需要的時間與這段信息所在的位置或所寫入的位置無關(guān)。相對的，讀取或?qū)懭腠樞蛟L問（Sequential Access）存儲設(shè)備中的信息時，其所需要的時間與位置就會有關(guān)系。它主要用來存放操作系統(tǒng)、各種應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)等。1

易失性

當(dāng)電源關(guān)閉時RAM不能保留數(shù)據(jù)。如果需要保存數(shù)據(jù)，就必須把它們寫入一個長期的存儲設(shè)備中（例如硬盤）。RAM和ROM相比，兩者的最大區(qū)別是RAM在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會自動消失，而ROM不會自動消失，可以長時間斷電保存。

對靜電敏感

正如其他精細(xì)的集成電路，隨機(jī)存取存儲器對環(huán)境的靜電荷非常敏感。靜電會干擾存儲器內(nèi)電容器的電荷，引致數(shù)據(jù)流失，甚至燒壞電路。故此觸碰隨機(jī)存取存儲器前，應(yīng)先用手觸摸金屬接地。

訪問速度

現(xiàn)代的隨機(jī)存取存儲器幾乎是所有訪問設(shè)備中寫入和讀取速度最快的，存取延遲和其他涉及機(jī)械運(yùn)作的存儲設(shè)備相比，也顯得微不足道。

刷新方式刷新的過程實(shí)質(zhì)上是先將原存信息讀出，再由刷新放大器形成原信息并重新寫入的再生過程。由于存儲單元被訪問是隨機(jī)的，有可能某些存儲單元長期得不到訪問，無讀出也就無重寫，其原信息必然會消失。因此，必須采用定時刷新的方法，它規(guī)定在一定的時間內(nèi)，對動態(tài)RAM的全部基本電路必作一次刷新，一般取2ms，4ms或8ms，這個時間就是刷新周期。在刷新周期內(nèi)，由專用的刷新電路來完成對基本單元電路的逐行刷新。常用的刷新方式有三種，一種是集中式，另一種是分散式，第三者是異步式。2

集中式刷新集中刷新是在規(guī)定的一個刷新周期內(nèi)，對全部存儲單元集中一段時間逐行進(jìn)行刷新，此刻必須停止讀/寫操作。這種方法的缺點(diǎn)在于出現(xiàn)了訪存“死區(qū)”，對高速高效的計算機(jī)系統(tǒng)工作是不利的。

分散式刷新分散刷新是指對每行存儲單元的刷新分散到每個讀/ 寫周期內(nèi)完成。把存取周期分成兩段，前半段用來讀寫或維持，后半段用來刷新。這種刷新克服了集中刷新出現(xiàn)的“死區(qū)”缺點(diǎn)，但它并不能提高整機(jī)的工作效率。為了真正提高整機(jī)的工作效率，應(yīng)該采用集中與分散相結(jié)合的方式，既克服出現(xiàn)“死區(qū)”，又充分利用最大刷新間隔為2ms的特點(diǎn)。

異步式刷新異步式刷新方式是前兩種方式的結(jié)合。