一個故事看懂內存條工做原理

我是內存條

我是一個內存條，剛剛從深圳的一個工廠裏被生產出來，跟我一塊兒的還有一批小夥伴，長得跟我如出一轍，下了流水線後咱們就被扔進了一處黑暗的角落。

「這是哪裏啊，黑漆漆的」，一個小夥伴說到。

「這裏是內存條倉庫」，黑暗中有人在說話，聲音中略有一絲滄桑，像是一個老頭。

 

「誰？誰在那裏」

「別怕，我也是一個內存條，比大家早幾個月被生產出來」，那老頭說到。

「啥，你都被關在這裏幾個月了，完了完了」，小夥伴急了。

「不是的，我出去過，後來被發現是殘次品，又被回收了關在了這裏，大家跟我不同，剛剛生產出來，應該很快就能出去，被安裝到電腦主板上，實現大家的價值。」

「電腦主板？那是什麼地方？」，我好奇的問到。

那聲音繼續說到：「那是計算機最核心的地方，是一個巨大的電路板，上面住着CPU、硬盤、網卡、顯卡、聲卡，固然，還有咱們內存條。計算機必須有咱們才能正常運轉，由於CPU工做須要的指令和數據都存儲在我們內存中」

剛說完，咱們身邊亮起了燈光，這時，咱們纔看清我和小夥伴們的樣子。

「咱們身上那幾塊黑乎乎的東西是什麼，真是有點拉低顏值啊！」

「你可別小瞧了它們，那但是我們內存條的核心存儲芯片，咱們的數據都是放在這裏面的，它們一個就是1GB，總共16個，就是16GB的空間呢！」，那老頭又開口說到。

奇怪的是，咱們仍是看不到他。

「你在哪裏，怎麼亮了燈仍是看不到你呢？」，一個小夥伴問到。

「我在隔壁的櫃子裏，像我這種殘次品估計是沒機會出去了」

「你剛纔說16個存儲芯片，這不是明明只有8個嗎？」

「你轉過身去看看，背上還有8個呢」

咱們幾個紛紛轉身看去，果真如此。

老頭繼續說到：「除了存儲芯片，還有PCB電路板和金手指，這三部分共同構成了咱們的身體。」

「金手指是什麼東西？」

「就是腳下那一排土豪金顏色的部分了，那是咱們鏈接主板插槽的接觸點，一面有120個，兩面就是240個，由於每一個點看起來像手指，人們就把這叫作金手指了」。

「那爲何中間留了一個缺口呢？」

「咱們的每一個金手指都有不一樣的功能，正反面可不能弄混，爲了防止愚蠢的人類把咱們插錯，因此中間留了一個缺口，要是弄反了但是插不進去的。經過主板上的電路，咱們就能接通到計算機的總線系統上，能夠和CPU對話了。」

原來如此，咱們都如有所思的點點頭。

數據存儲

接下來，這位老頭還講了不少咱們內存條先輩的故事。

原來，咱們還有一個更專業的名字：RAM，隨機存儲器，由於咱們能夠隨意讀寫任意位置的數據。

老頭還說，如今計算機基本上都是二進制的，無論什麼樣的數據或者代碼指令，在咱們這裏都是一串串的0和1的比特位。

爲了存儲這一個比特位，咱們的先輩們但是費了很多功夫！

曾經有兩種電路方案擺在先輩們的面前，第一種是靜態方案：

是否是很複雜？我也以爲。這種電路方案的好處是能夠穩定的維持在0和1之間的某個狀態，因此叫靜態SRAM。

可是須要用到的晶體管實在太多了，一個比特位就要用好幾個晶體管，16GB那得用多少纔夠啊，成本過高了，造出來咱們的個頭確定會特別大，主板上空間這麼侷促，哪裏裝得下啊。

先輩們沒有選擇這種方案，用了第二種方案：

看，是否是簡單了許多？經過一個電容器的電荷就能決定這是一個1仍是一個0。

在咱們身上的每個存儲芯片裏，這樣的比特位存儲單元都有不少：

 

再縮小一下看，它們密密麻麻的排列着，每個位都由行地址和列地址來肯定的：

 

圖源知乎@老狼

但這種電路方案有個毛病，就是裏面的那個電容會「漏電」，電容中的電荷會慢慢消失，電壓也就變小了，這樣就沒辦法區分這是表示的1仍是0了，爲了解決這個問題，必須得週期性的去給它們充電，才能維持數據的穩定，這叫動態數據刷新，因此這種方案叫動態DRAM。

內存編址

老頭正給咱們講的興起，忽然有人把咱們打包起來，全部的小夥伴都被分開了。

又通過了好長一段日子的黑暗和孤獨，那一天忽然咔嚓一聲，個人金手指和卡槽鏈接了起來，難道這就是傳說中的主板嗎？

 

「你就是內存啊，咱們可等你很久了，你來了咱們總算能夠開始工做了！」，旁邊一個傢伙跟我打起了招呼。

「你哪位啊？」

「你好，我是CPU裏的阿Q，你看就在你隔壁，我們之後少不了要每天打交道了。對了，快告訴我，你有多大存儲空間？」

我檢查了一下，回答道：「我有16GB空間，也就是137438953472個比特位！」

「哇，這麼多！太給力了！不過我該怎麼使用你來存儲數據呢？」

「這簡單，你要訪問哪一個bit位，告訴我芯片號、bank號、行地址、列地址，我把數據取給你不就好了嗎！」

「怎麼這麼麻煩？你這不講武德啊，這些內部細節應該封裝一下啊，提供給我一個簡單接口就是了」，阿Q吐槽道。

「兩位大哥，看這裏」，這時，主板上不遠處又有一個傢伙開口了。

「你是誰？」我和阿Q異口同聲的問到。

這傢伙眯着眼說到：「我是內存控制器，專門爲二位服務的。」

「啥，你要控制我？」

「您別誤會，我就是一箇中介，爲兩位提供服務而已」

見我倆一頭霧水，這傢伙接着說到：「內存老哥，你的存儲數據電路單元中的電容是否是常常漏電，須要定時刷新？並且按照規定，最多64ms就得要刷新一次？你放心，這數據刷新的工做之後就交給我了」

「你怎麼知道的？」

這傢伙笑了笑繼續說道：「這算啥，我還知道你的數據存儲在你身上的每個存儲芯片之上，每個芯片裏面又分了不少個分片，每一個分片裏面又有不少的比特位存儲格子。想要訪問哪一個比特位，就得指定對應的芯片、對應的分片、對應格子的行地址和列地址，我說的對不對？」

 

我點了點頭，沒想到這傢伙竟然對我瞭解的這麼清楚。

「阿Q啊，大家CPU這邊想要訪問數據，確定不想這麼麻煩吧？」，這傢伙笑着問到。

「那固然！」

「因此啊，我就派上用場了啊，用比特位做爲讀寫單元太麻煩了，我們按8個比特位爲一組，叫作一個字節，大家CPU這邊統一給內存兄弟的存儲空間編址，之後要讀取數據的時候呢，就把地址交給我，我再告訴內存兄弟具體是讀寫哪一個芯片哪一個分片的哪些位置，怎麼樣，是否是爲大家解決了大麻煩？」，說完，內存控制器露出了得意的笑容。

「聽上去不錯啊，我們開始吧！」

「如今還不行，還沒通電呢！」

不過咱們沒等過久，就聽見一陣嘶嘶聲響，來電了！

隨後咱們就開始配合工做起來，初次見面，合做的就很是順利，CPU對我全部的存儲位按照字節爲單位進行了統一編址，之後只須要一個地址，內存控制器就轉換成具體的數據存儲位置交給我，我再完成讀寫操做就能夠了。

後來，看到內存控制器表現很是不錯，在阿Q的牽線下，還把他集成到了CPU內部，如今成爲了他們的一份子了！

我和CPU一直相處的不錯，可沒過多久，他們竟然開始嫌我慢了，要說慢，硬盤那傢伙可比我慢多了！

他們發現拿我沒有辦法，因而在CPU內部又搞了個緩存出來，不用每次都問我要數據，卻是給我省了很多工做量。

個人日子就這樣過着，本覺得就要在這主板上幹到退休了，沒想到那一天，一個瀏覽器程序告訴我說：「內存大哥你完了，剛剛我看到主人在網上買新的DDR4內存條，你要被淘汰了」

難道我也要被打入小黑屋了嗎？

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