3D动画揭秘电脑内存的详细工作原理

这是电脑的DDR5内存条。内存条通过4个插槽与主板相连，同时通过主板上的两个内存通道与CPU通信。左边的两个内存槽共享一组内存通道，右边的共享另一组通道。每一个存储通道分为A和B两个部分，并使用32根数据线向CPU独立传输32位数据，另外还有21根额外的线直接通向CPU。每一个存储器通道都带一个地址，直定在哪个位置读取或写入数据，并使用7条控制信号线来传递命令。地址和命令被发送到内存通道上的8个芯片上，并由8个芯片共享。32根数据线在芯片之间是分开的，每一个芯片一次读取或写入8位数据。这是内存拆开后的样子，其中最重要的就是这个内存芯片。内存芯片被分成8个组，每一组由4个库组成，一共32个库，每个库有65536个行，8192个列。这是将内存芯片放大到纳米级别后的样子。芯片内部有171个这种1T1C存储单元，尺寸只有几十纳米。存储单元有两部分组成，这是电容器，用于存储电荷或电子形式的数据，上面这个是晶体管，用于访问和读写数据。当给电容器充电到1辅，就代表存入二进制的1，当将电压式放到0伏，就代表存入二进制的0。每一个存储单元只保存一位数据。问题是电容器是怎么被充电和放电的呢？其实在晶体管上面是有两根导线的，自线连接到晶体管的山脊，而位线连接到晶体管一边的勾档。当对自线施加电压，由于自线连接山脊，山脊就会通电压，晶体管打开，电子流过勾导，从而将电容器连接到位线，通过对山脊电压的控制，就能对电容器充电和放电了。这只是一个存储单元，那170多亿个存储单元组合在一起是怎么工作的呢？我们截取其中一小部分来讲解。在这些存储单元中，每个字线与。横向连接位线与列相连接，丝线和位线处在不同的层面，相互交叉，但是永远不会接触。我们以上帝视角看一下这些电容器和晶体管，可以很直观的看到自线暗航连接到每个晶体管的控制山机上，而卫线案例连接到晶体管的勾道上。当一个自线被激活，拿这一条自线上的所有的电容器都会被激活，并且在任何可以定时间内只能有一行存储单元是激活的。如果有多行，那么就会有多个电容器连接到位线，这就会导致电容器之间会相互干扰，从而无法保存数据。现在我们从微观层面看看内存是如何读写数据的。当我们运行某个程序时，内存存储器会从SSD中读取需要的数据，然后CPU再从内存读取数据，读取时，CPU会向内存发送一个31位的地址码，地址的前5位用于查找数据所在的库，查找到后接着关闭所在的库中的所有线的电压，从而隔离所有电容。器，然后将所有卫线充电至0.5伏。接下来的16V二进制用于查找数据位于哪一行，然后这一行的所有资线被打开，并分别连接到他们的位线上。如果电容器已经存储了1，那么它的电压就是一服。当连接到位线上时，电荷会从高电压流向低电压，使得位线上的电压增加，如果不做处理，数据就会丢失。这是连接位线的感测放大器会检测到电压的微小变化。接着感测放大器将位线的电压也增加到1，电压一致后，电荷就不会向低电压流动了。如果电容器已经存储的失灵，那么电荷就从位线流入电容器，这使得位线的电压降低。同样的，感测放大器会检测到电压的变化。将位线的电压驱动到0伏，感测放大器会将位线上的电压都还原成原有的1或者0。接下来的10位二进制用于查找数据位于哪些列上，它会被发送到多路复用器上，然后根据10位地址制找出8个列，接着通过位线连接到底部的。读取驱动器将8位的二进制数据发送到CPUCPU读取数据就完成了。接下来我们看一下怎么写入数据。写入数据跟读取数据差不多。首先将31位的地址码和需要写入的数据发送到内存，接下来跟之前一样，选择数据所要写入的库，关闭自线，将电容器隔离，并将位线充电到0.5伏，然后使用16位地质码激活单行。为了防止电压变化，还是使用感测放大器将电压驱动到0或者衣服。接下来将10位地址发送到多路复用器，多路复用器会根据10位地址找到相应的8个列，然后连接到写入驱动器，这时CPU发过来的数据会进行写入，根据写入的二进制值，驱动器会覆盖先前位线上的电压，从而往电容器充电到1服或者0伏，也就是写入0或者一到这里写入也完成了内存里面的这些存储单元每秒处理多达4次的读写请求。也正是内存如此强悍的性能，才让我们的电。那无比的丝滑。

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