RAM的簡介

經有那麼一段日子，雜誌上的電腦廣告確實是讓人一目了然。當然，不只是因為可選擇的處理器不多，其他所有元件也都沒什麼選擇餘地，從硬碟到音效卡，皆是如此。不過現在的選擇卻是群魔亂舞，讓人無從適應，各式縮寫滿地爬，彷彿一堆術語還不足以應付目前的狀況，所以我們就先來應付好像有著無限類型的記憶體類型。以前有RAM（隨機存取記憶體）就夠了，但是現在的RAM總有一兩個字母放在前面，DRAM、VRAM、SRAM、SDRAM、WRAM──即便是最靈通的技術觀察家，也未必能完全明白這些繞口令。
本文中，我們希望能對各種不同型式的 RAM作一些敘述，好讓各位心中的迷惑稍能紓解。要全盤解釋清楚，整本書拿來寫也不夠，但在以下的一些電腦辭彙用語裏，會列有最常遇見的RAM類型。

RAM的工作
第一步得先解釋一下 RAM是如何工作，另外也得說明RAM和CPU之間的關係。這 CPU，你的可能是486、Pentium、K6或是 M2…等等，是電腦的心臟，資料在此處理，程式指令也由它加以解釋。和CPU整合在一起的就是系統主記憶體，稱為隨機存取記憶體，通稱為 RAM。這兩者合在一起便是機器的核心，至於像硬碟、控制器和影像卡等，都只是中心活動的附加元件，統稱為周邊設備。
CPU使用RAM當作資料儲存區，計算結果和程式指令都放在這兒，如果程式執行需要時，也可以取用儲存區。為了儲存資料和從儲存區讀取資料，CPU會為所需資訊定義記憶體的位址。CPU 透過位址匯流排將位址送到 RAM，然後資料匯流排就會把對應的正確資料送往 CPU。這個匯流排指的是兩種設備之間的連接通道，供它們作通訊之用。量測 RAM效能最重要的指標是讀取時間，從CPU發出指令給RAM，要求取用特定位址的特定資料，記憶體回應後送資料給CPU，到CPU確實收到資料為止，這個程序所花的時間便是讀取時間。目前的 RAM晶片讀取時間，大多是60 ns，這意謂著完成上述程序所需的時間是60奈秒（或稱毫微秒，十億分之一秒），這比起幾年前100或120 ns的晶片可要快得多了，但是和理想的零讀取時間那又差得遠，如果CPU能自己儲存資料就可以達到此一境界。為了加速這一程序，CPU會連往「快取記憶體」，它的讀取時間低於20 ns，遠較系統主記憶體為快，不過系統裏並沒有裝太多的快取（因為它很貴），因此只有被選定的資料，那些CPU下一次可能會處理的資料，才能在其中佔有一席之地，至於選定的工作則由快取控制器來處理。
記憶晶片是以電荷儲存方式工作，晶片由電容和電晶體組成，電容儲存電荷，電晶則負責充電與否。在RAM的晶片裏，系統可以改變其電荷狀況，不過在ROM（唯讀記憶體）裏，電荷要不就是永遠存在，要不就不存在，本文主要是討論RAM。

各種不同的RAM

■ RAM（隨機存取記憶體）
這個字眼是所有可進行非線性模式讀寫動作的記憶體名詞總匯。不過，它通常指的特別是那些以晶片為主的記憶體，因為所有晶片型記憶體都可以作隨機存取。它和ROM並不是天平的兩端，電腦照樣可以從ROM讀取資料，但電腦可以對RAM作讀取和寫入的動作。

■ SIMM（Single In-line Memory Module，單線記憶模組）、DIMM（Dual In-line Memory Module，雙線記憶模組）
SIMM和DIMM指得並不是記憶體的型式，而是RAM包裝的模組（電路板再加上晶片）。SIMM是這兩者中較老的一種，提供的是32位元資料通路，因為Pentium的設計可以處理更寬的資料流量，所以在Pentium的主機板上，SIMM必須成對出現（如果是在486或較慢的主機板上，就可以單獨存在）。DIMM出現的比較晚，採用64位元通路，所以更適合用在Pentium或更新的處理器。以買方的眼光來看，好消息是一片DIMM就可以處理兩片SIMM的工作，當然在Pentium主機板上就可以單獨存在。以長遠來看，DIMM是比較合乎經濟效益的，因為你隨時可以再加一條上去。

■ DRAM（Dynamic RAM，動態隨機存取記憶體）
DRAM是今日電腦標準的系統主記憶體，當你告訴別人，自己的電腦是32MB RAM時，指的就是它。在DRAM裏，資訊是存放在電容器裏的一系列電荷。在幾微秒內，它就可以充電完畢，但是電容器會漏電，所以需要不斷地充電以維持電位。就是因為要不斷充電，所以它才叫作「動態」。

■ FPM RAM（Fast Page-Mode，快速頁模式RAM）
在EDO RAM出現之前，所有在PC裏的主記憶體都是快速頁模式的變型。為何取這個名字已不可考，反正也就只有這麼一種類型。隨著技術日漸成熟，FPM RAM的讀取時間從120奈秒掉到目前最常見的60奈秒。只不過Pentium處理器所允許的匯流排速度是66 MHz，FPM RAM還是追不上這樣的速度，60-ns的RAM模組是以低於30MHz的速度進行隨機頁讀取（所謂的「頁」指的是某一區的位址空間），這比匯流排的速度要慢，所以DRAM製造商便出現了所謂「RAM Cache」的概念。

■ EDO RAM（Extended-data-out RAM，延伸資料輸出RAM）
不必理會那些誇大的宣傳，其實EDORAM也不過是另一種形式的FPM RAM，簡要地說，在CPU在讀取某一位址的資料時，有相當大的機會在下一次動作時，會動用附近位址的資料。因此EDORAM利用這種特性，每次的記憶體讀取，它並不會強迫都來次重新充電，EDO RAM會記著前一次讀取動作的位址，取用附近位址資料時便可以加速進行。EDO RAM可加速記憶讀取周期，在記憶體效能改進可達百分之四十。但是EDO RAM最多只能跟上66MHz的效率，很快地，最新一代的CPU，如AMD、Cyrix和Intel的處理器，就把它給拋在後面了。

■ BEDO RAM（Burst EDO RAM，連發式EDO RAM）
由於讀取DRAM的速度要求愈來愈快，自然也就有相應的技術不斷開發出來。這類技術中有一種叫做連發（Bursting），這種作法就像是射擊裏的連發一樣，大區塊的資料以連續的分式，分成一小段一小段地送到CPU作處理。這代表DRAM裏面，連續發射出來的不只是第一頁裏的詳細位址，還包括後面幾頁的。BEDO RAM在一陣連發中最多可處理四個資料片段，這樣一來，後面三段資料就可以避開如第一段資料送出前的延遲，因為它們早就在那兒待命了。DRAM在收到第一個位址後，其它三個可以用10奈秒的間隔處理，只不過，BEDO RAM實際上雖有速度的增進，但那 66MHz的障礙依舊是難以跨越的鴻溝。BEDO RAM之所以能存活，完全拜 SDRAM製造商並不打算把價錢降到可和 EDO RAM競爭的價位，結果投入改進 EDO技術的資源不斷湧進，於是才出現這個「連發」的技術，以便和 SDRAM在速度上一拼高下，這就是BEDO RAM的由來。

■ SDRAM（Synchronous Dynamic RAM，同步動態隨機存取記憶體）
目前已有大量的資源轉投入SDRAM 的發展，並且已經出現在PC的廣告宣傳上，而它之所以會備受矚目，有兩個因素：第一、SDRAM可以處理高達100MHz的匯流排速度，而很快我們就會看到這樣的機器出現。第二、SDRAM是和系統時脈同步，這種精巧的技術即便是現在，也仍舊讓工程師十分困惑。SDRAM的技術可以讓兩頁的記憶體同時開啟，而目前SDRAM還發展出一種新的標準，這是Santa Clara大學（位在加州）的SCSzzLAssociation和許多工業領先廠商一起發展出來的，稱作SLDRAM。這種技術使用較高的匯流排速度，在處理送給DRAM的指令、位址請求和時序時，則採用封包（Packets，一小塊資料）技術。結果是它不需靠DRAM晶片設計技術改善來增進效率，更棒的是它乃是成本低但效能高的記憶體，請密切注意未來SLDRAM的出現。

■ SRAM（Static RAM，靜態隨機記憶體）
SRAM和DRAM的差異在於，DRAM得隨時充電，而SRAM儲存記憶不必作自動充電的動作，會出現充電動作的唯一時刻是有寫入動作時。如果沒有寫入的指令，在SRAM裏不會有任何東西被更動，這也是它為什麼被稱為靜態的原因。SRAM的優點是它比DRAM快得多，和BFDO的50ns相較，它甚至可以達到12ns。缺點則是它比DRAM貴許多，在PC裏最常用到SRAM的地方就是第二層快取（L2 Cache）。

■ L2 Cache
預測那些資料是下次動作所需，並且將其準備好，好加速執行的速度，這可算是一種快取的藝術。當CPU作出資料請求，資料可在下列四個地方之一找到：L1 Cache（第一層快取）、L2Cache、主記憶體和實體儲存系統（像硬碟）。L1快取位在CPU內，比起其他三者要小得多，L2快取則是另一個獨立的記憶區，採用SRAM。主記憶體大得多，並且由DRAM組成，至於實體儲存系統就更大了，但是速度自然要慢得很多。資料搜尋會先從L1快取開始，然後再到L2快取、DRAM，最後才是實體儲存系統。每下一層，速度就慢了一些，L2快取的功能處在DRAM和CPU之間，讀取速度比DRAM來得快，但得靠複雜的預測技術才能發揮功效。一般所稱的「快取命中」（Cache Hit）指的是，在L2裏找到資料，而非L1。快取系統的目的，就在於把記憶體讀取的速度，盡可能提昇到CPU的水準。

■ Async SRAM（Asynchronous SRAM，非同步SRAM）
從386時代起，Async SRAM就已經和我們共存了，時到今日，仍有很多PC裏的L2快取可以看見它們的身影。被稱為非同步，是因為它並不是和系統時脈同步，然後CPU就得等著L2快取回應資料請求。和DRAM比，這種等待並不算長，但還是得等。
Sync SRAM（Syncronous Burst SRAM，同步連發SRAM），Sync SRAM會和系統時脈同步，所以比起廣泛使用在L2快取上的非同步SRAM要快，速度大約是8.5ns。不幸的是，Sync SRAM的生產量並沒有大到足以降低成本的地步，因此它似乎註定是個短命的傢伙，尤其匯流排速度高於66MHz時，它就沒辦法維持同步的能力，所以在新一代的機器裏，就有待另一種記憶體來填補空隙。

■ PB SRAM（Pipeline Burst SRAM，管線化連發SRAM）
利用連發技術，SRAM的記憶體請求可以加以「管線化」，或者用「收集」的，因此在某一連發裏的請求，可以在一瞬間就被執行完畢。由於PBSRAM使用了管線化技術，所以儘管稍微落後在系統的同步速度，效能還是比Sync SRAM來得高些，主因在於它設計的運作速度，可以配合75MHz或更高的匯流排速度。可預見PB SRAM將會在Pentium II以後的系統裏，扮演重要的角色。

■ VRAM（Video RAM，視訊RAM）
VRAM的目標正是瞄準了視訊的效能，主要是在影像加速卡或整合顯示技術的主機板裏，才可以看到它的出現。VRAM用來儲存圖形顯示裏的像素值，板上的控制器會持續地從這記憶體裏讀取資料來更新顯示資料。它設計的目的除了提供比標準影像卡更快的視訊效能，還得降低對CPU的需求，VRAM是雙埠的記憶體，也就是單位記憶區會有兩個存取埠，一個是用來不斷地更新顯示內容，另一個則是用來改變將會顯示的資料。雙埠也意味著頻寬加倍，和較快的視訊效能，像DRAM和SRAM都只有單埠存取。

■ WRAM（Windows RAM，視窗RAM）
和VRAM一樣，WRAM也是雙埠的RAM，而且專門用在提升圖形顯示效能。在操作上，WRAM和VRAM類似，不過整個使用頻寬還要更高（大約高出百分之二十五），除了好幾個應用程式發展人員可資利用的好幾種圖形顯示功能，這裏面包括了比VRAM緩衝區快上好幾倍的雙緩衝區資料系統，於是在螢幕更新速率便有相當高的表現。

■ SGRAM（Synchronous Graphic RAM，同步圖形RAM）
SGRAM不同於VRAM和WRAM，但卻都是用於影像加速卡。SGRAM是單埠型的RAM，它的加速是採用了雙欄位功能，也就兩頁記憶體區可以同時開啟，因此和雙埠的作法有些類似。在3D影像技術上，SG-RAM証實是個頗有分量的競賽者，因為區塊寫入功能可以加速螢幕填入速度，同時記憶清除速度也會加快。三度空間的影像需要快速的記憶體清除，每秒大約要有30到40次。

結論:所有的RAM技術，都在強調速度，並且試圖不增加成本而能達成此一目標。不過CPU的技術跑得越來越快，記憶體技術必須加速趕上才行，這也是為何有各種RAM推陳出新，它可能讓人迷惑，但可以確定的，它們一定會合乎我們的口味！