为什么 RAM 必须是易失性的？

Question

如果计算机 RAM 像其他持久存储一样是非易失性的，那么就不会有启动时间这样的事情。那么为什么非易失性 RAM 模块不可行呢？

Answer 1

在内心深处，这是由于物理学。

任何非易失性存储器都必须将其位存储在两个状态中，这两种状态之间有很大的能量屏障，否则最小的影响就会改变位。但是在写入内存时，我们必须积极克服那个能量障碍。

设计师在设置这些能量障碍方面有相当多的自由。将其设置为低0 . 1，您将获得可以在不产生大量热量的情况下进行大量重写的内存：快速且易失。将能量屏障设置得很高0 | 1，这些钻头几乎会永远保持不动，或者直到您消耗大量能量。

DRAM 使用泄漏的小电容器。更大的电容器泄漏更少，挥发性更小，但充电时间更长。

Flash 使用以高压射入隔离器的电子。能量屏障太高了，你无法以可控的方式将它们弄出来；唯一的方法是清除整个位块。

Answer 2

当大多数人读到或听到“RAM”时，他们会想到这些：

其实这些都是用DRAM芯片做的，DRAM是否是RAM的一种是有争议的。（它曾经是“真正的” RAM，但技术已经发生了变化，无论是不是 RAM，它更像是一种宗教信仰，请参阅评论中的讨论。）

RAM 是一个广义的术语。它代表“随机存取存储器”，即可以以任何顺序访问的任何类型的存储器（“访问”是指读取或写入，但某些类型的 RAM 可能是只读的）。

例如 HDD 不是随机存取存储器，因为当您尝试读取两个不相邻的位时（或者您出于任何原因以相反的顺序读取它们），您必须等待盘片旋转和标题移动。只能读取连续位，而无需在其间进行额外操作。这也是 DRAM 可以被视为非 RAM 的原因——它以块为单位读取。

随机存取存储器有很多种。其中一些不是易失性的，甚至还有只读的，例如 ROM。因此存在非易失性 RAM。

我们为什么不使用它？速度不是最大的问题，例如 NOR 闪存的读取速度与 DRAM 一样快（至少维基百科是这么说的，但没有引用）。写入速度较差，但最重要的问题是：

由于非易失性存储器的内部架构，它们必须磨损。写入和擦除周期的数量限制为 100,000-1,000,000。它看起来是一个很大的数字，通常对于非易失性存储来说已经足够了（笔式驱动器不会经常损坏，对吗？），但这是一个必须在 SSD 驱动器中解决的问题。RAM 的写入频率高于 SSD 驱动器，因此它更容易磨损。

DRAM 不会磨损，速度快且相对便宜。SRAM 更快，但也更贵。现在它在 CPU 中用于缓存。（毫无疑问，它是真正的 RAM ;））

Answer 3

应该注意的是，计算机中第一个常用的“主存储”是“核心” ——排列成阵列的铁氧体材料的微小环形，电线从三个方向穿过它们。

要写入 1，您需要通过相应的 X 和 Y 线发送相同强度的脉冲，以“翻转”核心。（要写一个零，你不会。）你必须在写之前擦除该位置。

要读取，您可以尝试写入 1 并查看是否在“感测”线上生成了相应的脉冲——如果是这样，则该位置曾经是零。然后你当然必须写回数据，因为你刚刚删除了它。

（当然，这是一个稍微简化的描述。）

但这些东西是非挥发性的。 您可以关闭计算机，一周后重新启动，数据仍然存在。它绝对是“RAM”。

（在“核心”之前，大多数计算机直接通过磁“鼓”运行，只有几个 CPU 内存寄存器，以及一些使用过的东西，如存储 CRT。）

因此，为什么 RAM（以当前最常见的形式）易失的答案很简单，即该形式既便宜又快速。（有趣的是，英特尔是开发半导体 RAM的早期领导者，只是进入 CPU 业务是为了为其 RAM 创造市场。）

Answer 4

DRAM速度很快，可以廉价地构建到极高的密度（低 $/MB 和 cm ² /MB），但除非非常频繁地刷新，否则会失去其状态。它非常小的尺寸是问题的一部分。电子通过薄壁漏出。

SRAM速度非常快，不那么便宜（高 $/MB）且密度较小，并且不需要刷新，但是一旦断电就会失去其状态。SRAM 结构用于“NVRAM”，它是连接到小电池的 RAM。我有一些世嘉和任天堂卡带，它们在 NVRAM 中存储了几十年的保存状态。

EEPROM（通常以“闪存”的形式）是非易失性的，写入速度慢，但便宜且密度大。

FRAM（铁电 RAM）是新一代存储技术之一，它可以满足您的需求：快速、廉价、非易失性……但还不够密集。您可以获得使用它并提供您想要的行为的TI 微控制器。切断电源并恢复电源可以让您从中断的地方继续。但它只有 64kbytes 的东西。或者你可以获得2Mbit 串行 FRAM。

正在研究“忆阻器”技术以提供与 FRAM 类似的特性，但还不是真正的商业产品。

编辑：请注意，如果您有一个 RAM 持久系统，您要么需要弄清楚如何在它运行时对其应用更新，要么接受偶尔重新启动而不丢失所有工作的需要。有许多智能手机之前的 PDA 将所有数据存储在 NVRAM 中，如果电池没电，您可以立即启动并可能立即丢失所有数据。

Answer 5

IMO 这里的主要问题确实是波动性。要写得快，写得简单（即不需要很长的时间）。这与您在选择 RAM 时希望看到的情况相矛盾：它必须很快。

日常类比： - 在白板上写东西很容易，几乎不需要努力。因此它很快，您可以在几秒钟内在整个板上绘制草图。- 但是，您在白板上的草图非常不稳定。一些错误的动作，一切都消失了。- 拿一些石板并在那里雕刻你的草图 - 就像The Flintstones风格 - 你的草图将在那里保留数年、数十年或可能几个世纪。不过写这个需要更长的时间。

回到计算机：使用快速芯片存储持久数据的技术已经存在（如闪存驱动器），但与易失性 RAM 相比，速度仍然低很多。看看一些闪存驱动器并比较数据。您会发现诸如“以 200 MB/s 读取”和“以 50 MB/s 写入”之类的内容。这是一个很大的不同。当然，产品价格在这里有一定的作用，但是，一般访问时间可能会增加花费更多的钱，但阅读仍然会比写作更快。

“但是刷新 BIOS 怎么样？这是内置的，而且速度很快！” 你可能会问。你是对的，但你有没有刷过 BIOS 映像？通过 BIOS 启动只需要片刻——大部分时间都浪费在等待外部硬件上——但实际的闪烁可能需要几分钟，即使它只是几 KB 的刻录/写入。

但是，有针对此问题的解决方法，例如 Windows 的 Hybernate 功能。RAM 内容被写入非易失性存储器（如 HDD），然后再读回。上网本上的某些 BIOS 使用隐藏的 HDD 分区为一般 BIOS 配置和设置提供了类似的功能（因此即使在冷启动时，您基本上也可以跳过 BIOS 内容）。

Answer 6

主要是因为catch-22。如果您的 DRAM（如前所述，RAM是一个非常宽泛的术语。您所说的称为DRAM，D代表动态）突然变得非易失性，人们会称它为NVRAM，这是一种非常不同的存储类型。

还有一个实际原因，目前没有 NVRAM（我的意思是真正的基于 EEPROM 的 NVRAM，不需要电源）类型存在，它允许无限数量的写入而不会降低硬件性能。

关于基于 DRAM 的大容量存储设备：看看 Gigabyte i-RAM（注意可充电锂离子电池，这使它在一段时间内具有非易失性）