RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）是一种易失性存储器（Volatile Memory），用于计算机和电子设备中的临时数据存储，在设备断电时数据会丢失。
随机存储器（英语：Random-access memory，简称RAM），又称RAM存储器[6]，是一种可随机读写的存储器[2]，与只读存储器（ROM）一起构成主存储器[6]，与中央处理器（CPU）直接交换数据[7]。与ROM不同，RAM在电源关闭时会丢失存储数据，是一种易失性（volatile）存储器[6]。它可以随时读写（刷新时除外，见下文），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时资料存储介质。
主存储器（Main memory）即电脑内部最主要的存储器，用来加载各式各样的程序与资料以供中央处理器直接执行与运用。由于 DRAM 的性价比很高，且扩展性也不错，是现今一般电脑主存储器的最主要部分。2011 年生产电脑所用的主存储器主要是 DDR3 SDRAM，而 2016 年开始 DDR4 SDRAM 逐渐普及化，笔电厂商开始在笔电以 DDR4 存储器取代 DDR3L。
1. RAM 的基本特点
1.1) 随机访问
所谓“随机访问”，指的是当存储器中的消息被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。相对地，有串行访问存储器包括顺序访问存储器（如：磁带）和直接访问存储器（如：磁盘），这些存储设备的数据不能随机访问，只能按顺序访问，阻碍了高速运行。
1.2)易失性
当电源关闭时 RAM 不能保留数据。如果需要保存数据，就必须把它们写入一个长期的存储设备中（例如硬盘）。RAM 和 ROM 相比，两者的最大区别是 RAM 在断电以后保存在上面的数据会自动消失，而 ROM 则不会。
1.3) 较高的访问速度
现代的随机访问存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的，访问延迟也和其他涉及机械运作的存储设备（如硬盘、光盘驱动器）相比，也显得微不足道。但速度仍然不如作为 CPU 缓存用的 SRAM。
1.4) 需要刷新
现代的随机访问存储器依赖存储器存储资料。电容器充满电后代表 1（二进制），未充电的代表 0。由于电容器或多或少有漏电的情形，若不作特别处理，电荷会渐渐随时间流失而使资料发生错误。刷新是指重新为电容器充电，弥补流失了的电荷。DRAM 的读取即有刷新的功效，但一般的定时刷新并不需要作完整的读取，只需作该芯片的一个列（Row）选择，整列的资料即可获得刷新，而同一时间内，所有相关存储芯片均可同时作同一列选择，因此，在一段期间内逐一做完所有列的刷新，即可完成所有存储器的刷新。需要刷新正好解释了随机访问存储器的易失性。
1.5) 对静电敏感
正如其他精细的集成电路，随机访问存储器对环境的静电荷非常敏感。静电会干扰存储器内电容器的电荷，引致资料流失，甚至烧坏电路。故此触碰随机访问存储器前，应先用手触摸金属接地。
2. RAM 的主要分类
RAM 按照工作原理可分为两大类：SRAM（静态 RAM） 和 DRAM（动态 RAM）。RAM 存储器可以进一步分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）两大类。SRAM 具有快速访问的优点，但生产成本较为昂贵，一个典型的应用是缓存。而 DRAM 由于具有较低的单位容量价格，所以被大量的采用作为系统的主存储器。
🔹 2.1 SRAM（Static RAM，静态 RAM）
🔹 2.2 DRAM（Dynamic RAM，动态 RAM）
- 存储原理：使用 电容存储数据（0 或 1），需要定期刷新电荷，否则数据会丢失。
- 特点：
- 应用：
- 计算机主存（内存条 DDR4、DDR5）。
- 显示缓存（VRAM，图形显存）。
- 移动设备、嵌入式设备主存。
3. 现代 DRAM 的主要类型
现代 DRAM（动态随机存取存储器）不断发展，以满足计算机、服务器、移动设备和图形处理的需求。主要类型包括 SDRAM、DDR SDRAM、GDDR、HBM、LPDDR 等。
3.1. SDRAM（同步 DRAM）
SDRAM（Synchronous DRAM） 是 DRAM 的改进版本，能够与 CPU 的时钟同步，提高数据传输效率。
- 特点：
- 同步时钟，提高数据访问速度。
- 采用流水线技术，提高并行处理能力。
- 应用：
- 早期计算机内存（如 PC133 SDRAM）。
- 嵌入式系统（部分低功耗设备）。
3.2. DDR SDRAM（双倍数据速率 SDRAM）
DDR（Double Data Rate）SDRAM 是 SDRAM 的升级版，每个时钟周期传输两次数据，大幅提升带宽。
| 类型 | 数据速率（MT/s） | 时钟频率（MHz） | 带宽 |
|---|---|---|---|
| DDR1 | 200 – 400 MT/s | 100 – 200 MHz | 1.6 GB/s |
| DDR2 | 400 – 1066 MT/s | 200 – 533 MHz | 8.5 GB/s |
| DDR3 | 800 – 2133 MT/s | 400 – 1066 MHz | 17 GB/s |
| DDR4 | 1600 – 3200 MT/s | 800 – 1600 MHz | 25.6 GB/s |
| DDR5 | 3200 – 8400 MT/s | 1600 – 4200 MHz | 67.2 GB/s |
- 特点：
- DDR1 → DDR5 逐步提升频率、带宽、功耗优化。
- DDR5 支持更高的带宽，适用于 AI、服务器和高端计算机。
- 应用：
- DDR3、DDR4、DDR5：计算机、服务器、游戏主机等。
- DDR5 主要用于高性能计算（HPC）、数据中心和 AI 计算。
3.3. GDDR（图形 DDR，Graphics DDR）
GDDR 是 DDR 的专用显存版本，用于 GPU（显卡）和游戏设备。其设计针对高带宽和大吞吐量。
| 类型 | 数据速率（Gbps） | 带宽（GB/s） | 应用 |
|---|---|---|---|
| GDDR3 | 1.0 – 2.0 Gbps | 32 – 64 GB/s | 旧式 GPU（NVIDIA GTX 200 系列） |
| GDDR5 | 4.0 – 8.0 Gbps | 128 – 256 GB/s | 中端 GPU（GTX 1000 系列） |
| GDDR6 | 14 – 20 Gbps | 448 – 640 GB/s | 现代显卡（RTX 3000/4000） |
| GDDR6X | 19 – 24 Gbps | 608 – 1008 GB/s | 高端 GPU（RTX 3090、4090） |
- 特点：
- 比普通 DDR 更高带宽，优化 GPU 计算性能。
- GDDR6X 采用 PAM4 信号技术，进一步提升速率。
- 应用：
3.4. HBM（高带宽内存，High Bandwidth Memory）
HBM 是 AMD 开发的高性能 DRAM 技术，相比 GDDR，带宽更高、功耗更低，适用于 AI 和超算。
| 类型 | 带宽 | 显存总容量 | 应用 |
|---|---|---|---|
| HBM1 | 128 GB/s | 4 GB | 旧式高端 GPU |
| HBM2 | 256 – 1024 GB/s | 8 – 32 GB | AI 计算、数据中心 |
| HBM3 | 819 – 1280 GB/s | 16 – 64 GB | 超级计算机、AI |
3.5. LPDDR（低功耗 DDR，Low Power DDR）
LPDDR 是 DDR 的低功耗版本，专为移动设备设计，优化能效和电池续航。
| 类型 | 数据速率（MT/s） | 功耗 | 应用 |
|---|---|---|---|
| LPDDR2 | 800 – 1066 MT/s | 低 | 早期智能手机 |
| LPDDR3 | 1600 – 2133 MT/s | 低 | 平板、笔记本 |
| LPDDR4X | 3200 – 4266 MT/s | 超低 | 高端智能手机 |
| LPDDR5 | 5500 – 6400 MT/s | 更低 | 旗舰手机、AI 计算 |
- 特点：
- 比传统 DDR 更节能，适合移动设备。
- LPDDR5 速度更快，支持 5G、AI 计算。
- 应用：
- 智能手机、平板（iPhone、三星 Galaxy）。
- 超薄笔记本（MacBook、Surface）。
3.6. RAM 类型对比总结
| 类型 | 用途 | 带宽 | 功耗 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| DDR4/DDR5 | 计算机主存 | 中 | 中等 | PC、服务器 |
| GDDR6/GDDR6X | 显存 | 高 | 高 | GPU、游戏主机 |
| HBM3 | 超算/AI | 超高 | 低 | AI 计算、高性能计算 |
| LPDDR5 | 移动设备 | 适中 | 超低 | 手机、平板 |
3.7. 结论
💡 现代 DRAM 发展方向：
📌 简单理解：
- DDR4/DDR5 → 电脑主内存
- GDDR6X/HBM3 → 显卡显存
- LPDDR5 → 智能手机/笔记本
- HBM3 → 超级计算机/AI 计算
💡 计算机和移动设备普遍采用 DRAM 作为主存（内存），其中包括以下主要类型：
| 类型 | 特点 | 应用 |
|---|---|---|
| SDRAM（同步 DRAM） | 与 CPU 同步，提高读写效率 | 早期计算机内存（SDRAM、DDR） |
| DDR SDRAM（双倍数据速率 DRAM） | 读写速率比 SDRAM 快 2 倍 | 现代计算机内存（DDR4、DDR5） |
| GDDR（图形 DDR） | 高速并行传输，适合 GPU | 显卡显存（GDDR6、GDDR7） |
| LPDDR（低功耗 DDR） | 低功耗，适合移动设备 | 手机、平板（LPDDR4X、LPDDR5） |
4. RAM（随机存取存储器）的工作原理
4.1. RAM 的基本概念
RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）是一种高速存储器，允许计算机随机访问任意存储单元，而不受数据位置的影响。它主要用于存储操作系统、应用程序和当前运行的数据，以提供快速访问，提高计算机性能。
💡 RAM 断电后数据会丢失（易失性存储器），所以它不同于长期存储设备（如 SSD、HDD）。
4.2. RAM 的主要类型
RAM 主要分为两大类：
- SRAM（静态 RAM）：使用**触发器（Flip-Flop）**存储数据，速度快，主要用于 CPU 缓存（Cache）。
- DRAM（动态 RAM）：使用电容（Capacitor）存储数据，需要不断刷新，主要用于 计算机主存（DDR4、DDR5 内存条）。
4.3. RAM 的工作原理
4.3.1）DRAM（动态 RAM）
DRAM 是计算机主存（内存条）的主要形式，它的存储单元由晶体管和电容组成。
🔹 基本结构：
- 电容（Capacitor）：存储 0 或 1（充电 = 1，放电 = 0）。
- 晶体管（Transistor）：控制电容的充放电，决定数据读写。
🔹 数据存取过程：
-
写入数据：
- 通过地址总线选择存储单元。
- 数据总线传输 0 或 1。
- 电容充电（存储 1）或放电（存储 0）。
-
读取数据：
- 通过地址总线找到目标存储单元。
- 通过晶体管连接电容，将数据输出到数据总线。
- 读取后，数据会丢失，需要**刷新（Refresh）**恢复原始数据。
-
刷新（Refresh）：
- 由于电容会自然放电，需要周期性刷新（通常每 64ms），否则数据丢失。
- CPU 或内存控制器会定期执行刷新操作，保证数据完整性。
4.3.2） SRAM（静态 RAM）
SRAM 主要用于 CPU 缓存（Cache），它的存储单元采用 6 个晶体管组成的双稳态触发器，数据可以稳定存储，无需刷新。
🔹 工作原理：
- 触发器存储 0 或 1，保持数据稳定。
- 读取数据时，触发器状态直接提供数据。
- 写入数据时，改变触发器状态，实现数据存储。
🔹 优缺点： ✅ 速度快（无须刷新）。
❌ 功耗高，占用空间大，成本高。
📌 结论：
4.4 RAM 在计算机中的作用
RAM 在计算机系统中的主要作用是提供临时数据存储，用于加速 CPU 访问数据，提高运行效率。
RAM 主要涉及 3 个关键过程：
-
数据加载：
-
数据交换：
4.5. RAM 速度的影响因素
RAM 的性能主要受以下因素影响：
| 参数 | 影响 |
|---|---|
| 时钟频率（MHz） | 影响数据读取速度，越高越快（如 DDR5-6400）。 |
| 时序（CAS 延迟） | 影响数据访问延迟，数值越低越好（如 CL16）。 |
| 带宽（GB/s） | 影响数据吞吐量，决定 RAM 传输效率。 |
| 通道数（单通道/双通道） | 双通道模式提升带宽，提高 CPU 访问速度。 |
4.6. RAM 与存储设备（HDD/SSD）的区别
| 对比项 | RAM（内存） | SSD/HDD（存储设备） |
|---|---|---|
| 存储类型 | 易失性（断电数据丢失） | 非易失性（断电后数据保持） |
| 速度 | 极快（纳秒级） | 较慢（毫秒级） |
| 容量 | 8GB – 128GB | 256GB – 8TB |
| 用途 | 临时存储运行数据 | 长期存储文件 |
📌 RAM 是计算机的“工作桌面”，存储正在处理的数据；SSD/HDD 是“文件柜”，存放长期数据。
4.7. 结论
✅ RAM 是计算机运行的核心组件，用于存储临时数据，加速 CPU 计算。
✅ DRAM（主存）和 SRAM（缓存）各有优势，SRAM 速度快但贵，DRAM 容量大但需要刷新。
✅ 更快的 RAM 频率、双通道模式和低延迟可以提升计算机性能。
✅ RAM 断电数据丢失，而 SSD/HDD 可长期存储数据。
💡 简单理解：
- RAM = 计算机的短期记忆，用于高速处理任务。
- SSD/HDD = 计算机的长期存储，保存系统和文件数据。
5. 内存的使用
电脑运行时，电脑的主内存按照被使用情况可分类为：[8]
- 可利用（Available）物理内存：可立即分配给程序使用的内存。包括：
- 被使用（used）物理内存：已经被进程使用的内存
- 用户进程使用的物理内存，即工作集（Working set）。Working Set 包含了可能被其他程序共享的内存，例如DLL。所以所有进程的Working Set加起来有可能大于实际的被使用（used）的物理内存。Private Bytes 是只被本进程提交（commit）的虚拟地址空间，不包括其他进程共享的内存。Virtual Byte 是整个进程占用的全部虚拟地址空间。32 位 Windows 用户模式下，进程最大可以使用 2GiB，可以通过修改 Boot.ini 文件扩展为最大可以使用到 3GiB。任务管理器中的 Memory Usage 对应的是 working set，VM Size 对应的是 private bytes
- 核心进程使用的物理内存
- 硬件保留（hardware reserved）的物理内存：被 CPU 中的 GPU 核心或者其他外设硬件占用的，不由操作系统使用的内存
6.存储器墙
“存储器墙”是指CPU与CPU芯片外的存储器之间的速度差距越来越大，其中一个造成差距的重要原因是芯片边界之外的通信带宽有限，又称为带宽墙。从1986年到2000年，CPU所提升速度的年变率达55%，存储器速度却只提高了10%。由此趋势可预料存储器延迟将成为电脑性能的巨大瓶颈。[9]
CPU速度提升明显放缓，一部分原因是由于重大的物理屏障，一部分原因则是目前的CPU设计已经在某种意义上撞上了存储器墙。英特尔在一份2005年的文件中总结了这些原因。[10]
首先，随着芯片几何尺寸缩小及时钟频率提高，晶体管漏电流会增加，导致超额的功耗和热量…其次，因为存储器的访问时间无法跟上时钟频率的成长，导致更高的主频速度所带来的优势被存储器的延迟抵消。第三，对于某些应用，随着处理器速度的提高（由于所谓的冯·诺依曼瓶颈），传统的序列架构变得越来越低效，进一步削弱了频率提高可带来的收益。此外，部分原因是由于固态组件内产生电感的方法受到限制，信号传输中的电阻-电容延迟会随着特征尺寸的缩小而增加，这就额外带来了频率增加也无法解决的瓶颈。
注释
- “内存”在全国科学技术名词审定委员会审定的《计算机科学技术名词》中是“主存储器”（main memory）的别称[2]，但在许多场合（如Windows 11任务管理器）中常直接指代RAM。
- 手机非专业交流中有时将内置外存称作“内存”，为避免混乱，故将RAM称作“运行内存”以示区分[3]
参考文献
- 全国科学技术名词审定委员会．术语在线: 随机存储器 （页面存档备份，存于互联网档案馆） [OL]．北京：北京市电通电话技术开发有限公司 [2024].
- 全国科学技术名词审定委员会,审定．计算机科学技术名词 [M]. 3版．北京：科学出版社, 2018: 121. 科学文库.
- Fairyex．运行内存都在运行什么？ [EB/OL] (2021-11-19) [2024]. 少数派.
- 存档副本. [2024-05-07]. （原始内容存档于2024-12-15）.
- random-access memory. 乐词网. 国家教育研究院 （中文（台湾））.
- 教育部教育考试院．全国计算机等级考试二级教程：公共基础知识 [M]．北京：高等教育出版社, 2022 (2023-05): 7-8.
- 张广渊; 李晶皎; 王爱侠; 王彩云; 崔立民; 马骥. 存储子系统. 张广渊 (编). 计算机组装与维护教程 (M). 新华书店. 2004年11月: 149. ISBN 978-7-81094-579-0 /TP·354.
- MSDN:The usable memory may be less than the installed memory on Windows 7-based computers
- The term was coined in Archived copy (PDF). [2011-12-14]. （原始内容存档 (PDF)于2012-04-06）..
- Platform 2015: Intel® Processor and Platform Evolution for the Next Decade (PDF). March 2, 2005. （原始内容存档 (PDF)于April 27, 2011）.