【教程】随机存储器的组成原理及搭建
一、RAM基础理论知识
1.RAM概述
RAM是英文Random Access Memory的缩写，中文即随机存取存储器，可以存储二进制代码，具有可读可写、且存取的速度与存储单元的位置无关的特性。在计算机中，RAM也叫主存（或内存），是与CPU直接交换数据的内部存储器，需要进行传输的数据就存放在内存中。
1.RAM概述
RAM是英文Random Access Memory的缩写，中文即随机存取存储器，可以存储二进制代码，具有可读可写、且存取的速度与存储单元的位置无关的特性。在计算机中，RAM也叫主存（或内存），是与CPU直接交换数据的内部存储器，需要进行传输的数据就存放在内存中。
2.RAM的技术指标
(1).存储容量
RAM的容量是指能储存二进制代码的数量，由存储单元的数量决定，每个存储器又包含多个存储元件（又叫存储基元、存储元）。每个存储元件能存储一位二进制码0或1，每个存储单元能存储一串二进制码，称为一个存储字，存储字的位数叫存储字长，存储字长可以为8位、16位等。容量（Byte）=存储单元数量*字长/8。
(1).存储容量
RAM的容量是指能储存二进制代码的数量，由存储单元的数量决定，每个存储器又包含多个存储元件（又叫存储基元、存储元）。每个存储元件能存储一位二进制码0或1，每个存储单元能存储一串二进制码，称为一个存储字，存储字的位数叫存储字长，存储字长可以为8位、16位等。容量（Byte）=存储单元数量*字长/8。
(2).存储速度
RAM的速度主要由频率、位宽（频率*位宽=带宽，即单位时间传输数据量）、延迟（又称时序）决定，具体是由存储时间和存储周期决定。
存储时间又叫访问时间（Memory Access Time），指启动一次操作到完成这次操作所有过程所需要的时间。
存储周期（Memory Cycle Time），是指连续完成两次独立操作的最小间隔时间，这个间隔时间通常大于或者等于存储时间。
RAM的速度主要由频率、位宽（频率*位宽=带宽，即单位时间传输数据量）、延迟（又称时序）决定，具体是由存储时间和存储周期决定。
存储时间又叫访问时间（Memory Access Time），指启动一次操作到完成这次操作所有过程所需要的时间。
存储周期（Memory Cycle Time），是指连续完成两次独立操作的最小间隔时间，这个间隔时间通常大于或者等于存储时间。
(3).存储密度
RAM的存储密度=容量/体积（或面积），主要由存储单元体积和布线决定，存储单元体积越小布线越紧密在单位体积内就可以集成更多的存储单元，获得更大的容量。
RAM的存储密度=容量/体积（或面积），主要由存储单元体积和布线决定，存储单元体积越小布线越紧密在单位体积内就可以集成更多的存储单元，获得更大的容量。
3.RAM的基本组成结构以及工作方式
(1).RAM的基本结构
RAM的基本结构包括MAR（Memory Address Register，内存地址寄存器）、译码器（Address Decoder）、驱动器（Device）、存储体、控制电路、读写电路、MDR（Memory Data Register，内存数据寄存器），（有的将MAR和MDR集成于CPU中），MAR用于储存地址，译码器负责地址译码，驱动器负责驱动电路，存储体负责储存数据，控制电路用来控制读取或写入，读写电路负责实现读写控制，MDR用来储存从存储体读取的数据或者准备写入存储体的数据。
(1).RAM的基本结构
RAM的基本结构包括MAR（Memory Address Register，内存地址寄存器）、译码器（Address Decoder）、驱动器（Device）、存储体、控制电路、读写电路、MDR（Memory Data Register，内存数据寄存器），（有的将MAR和MDR集成于CPU中），MAR用于储存地址，译码器负责地址译码，驱动器负责驱动电路，存储体负责储存数据，控制电路用来控制读取或写入，读写电路负责实现读写控制，MDR用来储存从存储体读取的数据或者准备写入存储体的数据。
(2).RAM的工作过程
内存的工作方式是按地址访问存储单元，每个存储单元都有一个对应的地址，当要对内存进行操作时，首先由CPU将要操作的存储单元的地址送入MAR，经地址总线（Address Bus）送至内存的译码器进行解码，驱动电路选中对应的存储单元，然后CPU发出读写操作指令，内存将存储单元里的数据取出经数据总线（Data Bus）存至MDR里，或者是将MDR里的数据写入存储单元。
内存的工作方式是按地址访问存储单元，每个存储单元都有一个对应的地址，当要对内存进行操作时，首先由CPU将要操作的存储单元的地址送入MAR，经地址总线（Address Bus）送至内存的译码器进行解码，驱动电路选中对应的存储单元，然后CPU发出读写操作指令，内存将存储单元里的数据取出经数据总线（Data Bus）存至MDR里，或者是将MDR里的数据写入存储单元。
(3).RAM的电路结构
这是一个使用D触发器进行存储，重合法译码驱动，读写控制线控制读写的RAM，包含16个1bit存储元。最上方的是读写控制线，左下方的是地址线，中间四根是数据线，低电平控制读取，高电平控制写入，读写共享同一根数据线。
这是一个使用D触发器进行存储，重合法译码驱动，读写控制线控制读写的RAM，包含16个1bit存储元。最上方的是读写控制线，左下方的是地址线，中间四根是数据线，低电平控制读取，高电平控制写入，读写共享同一根数据线。
该RAM使用SR Latch作为存储基元，译码驱动为线选法，由时钟控制，含4个4bit存储单元。左边是一根时钟线和两根地址线，上面四根线为数据输入（Data in），下面四根线为数据输出（Data out）。
4.RAM的储存原理
(1).SRAM
SRAM即Static Random Access Memory静态随机存储器，是在静态触发器的基础上附加门控管而构成的，在读取数据后仍保持原状态，不需要再生。
(1).SRAM
SRAM即Static Random Access Memory静态随机存储器，是在静态触发器的基础上附加门控管而构成的，在读取数据后仍保持原状态，不需要再生。
(2).DRAM
DRAM即Dynamic Random Access Memory动态随机存储器，存储矩阵由动态MOS存储单元组成，利用MOS管的栅极电容来储存信息，但由于栅极电容的容量很小，电荷的保存时间有限，必须定时补充电荷保持信息，即“刷新”或者“再生”，因此DRAM内部需要有刷新控制电路。
DRAM即Dynamic Random Access Memory动态随机存储器，存储矩阵由动态MOS存储单元组成，利用MOS管的栅极电容来储存信息，但由于栅极电容的容量很小，电荷的保存时间有限，必须定时补充电荷保持信息，即“刷新”或者“再生”，因此DRAM内部需要有刷新控制电路。
(1).线选法
线选法的特点是一根字选择线（Word Line，字线）直接选中一个存储单元的各个位，如直接选中8个1bit存储元件组成1Byte存储单元，这样便可以一次控制一个字，这种方法结构相对简单，但只适合容量不大的存储芯片。
线选法的特点是一根字选择线（Word Line，字线）直接选中一个存储单元的各个位，如直接选中8个1bit存储元件组成1Byte存储单元，这样便可以一次控制一个字，这种方法结构相对简单，但只适合容量不大的存储芯片。
6.RAM的容量扩展方式
由于单片存储芯片的容量总是有限的，为了满足应用需求，需将多片存储芯片组合在一起组成容量足够的存储器，这就是存储容量的扩展。容量控制的方式通常有两种，位扩展和字扩展。
由于单片存储芯片的容量总是有限的，为了满足应用需求，需将多片存储芯片组合在一起组成容量足够的存储器，这就是存储容量的扩展。容量控制的方式通常有两种，位扩展和字扩展。
(1).位扩展
位扩展是指增加存储字长，将多片存储芯片并联，由原来的一次控制一个存储芯片的
一个字变成一次控制各个芯片的一个字，这样一次便控制了更长的字，同时容量也获得了扩展。
位扩展是指增加存储字长，将多片存储芯片并联，由原来的一次控制一个存储芯片的
一个字变成一次控制各个芯片的一个字，这样一次便控制了更长的字，同时容量也获得了扩展。
(2).字扩展
字扩展是指增加存储器字的数量，通过增加多个存储芯片，增加几位信号作为片选信号，通过片选器来选择对应的存储芯片，这样可以扩展存储容量而不改变存储字长。
字扩展是指增加存储器字的数量，通过增加多个存储芯片，增加几位信号作为片选信号，通过片选器来选择对应的存储芯片，这样可以扩展存储容量而不改变存储字长。
(1).数字电路
数字电路由红石火把、中继器等组成，通过有信号和无信号来表示1和0，对应物理电路中的高电平和低电平，以红石火把加方块组成反相器构成各种逻辑门，进而组成数字逻辑电路。
数字电路由红石火把、中继器等组成，通过有信号和无信号来表示1和0，对应物理电路中的高电平和低电平，以红石火把加方块组成反相器构成各种逻辑门，进而组成数字逻辑电路。