寫給外行的計算機原理（三）記憶體

你一定聽說過記憶體這個概念，而且知道在機器中記憶體容量越大越好。不過，由於現代科學技術的普及程度如此之高，一方面它影響了普通人的生活，另一方面，它也受到了人們的影響。記憶體這個名詞的混淆，就是乙個例子。人們把手機等移動裝置的儲存卡叫做記憶體卡，把手機的內部儲存體也叫做記憶體。其實，這兩種裝置嚴格來說相當於台式計算機中的硬碟，它們並不被

cpu直接訪問。當然，手機自然也是有相當於計算機記憶體的部件的，它們被稱之為執行記憶體。我們要說的就是執行記憶體，也就是「記憶體」這個名字本來所指的事物。一般來說，能夠直接被

cpu訪問的部件可能名為「內」，而其餘類似硬碟，印表機，顯示器之類的裝置叫做外設。內存在功能上是由

cpu直接訪問的，簡單來說就是這樣。

記憶體和硬碟有乙個重要的區別，就是內存在斷電之後就會復位，裡面儲存的資訊也會丟失，而硬碟不會。下面，我們要製造乙個簡單的記憶體裝置。

如圖所示，左邊比較粗的部分是乙個電磁鐵，由導線纏繞在乙個圓柱形的鐵芯上構成。和電磁鐵相對的是乙個鐵塊，鐵塊右端有兩個金屬觸點，並且和一根導線連線起來。標記為「設一」和「設零」的裝置是兩個按鈕，這兩個按鈕有所不同。其中的「設一」按鈕叫做常開按鈕，意思是正常狀態下按鈕連線的電路保持斷開，當它被按下的時候電路會接通；而「清零」按鈕則被叫做常閉按鈕，顧名思義，它在正常狀態下是閉合的，所以電路是接通的，當我們按下它的時候，電路就會斷開。

當我們按下「設一」按鈕的時候，電磁鐵線圈中就有了電流通過，所以右邊的鐵塊就會被吸合到左邊，同時它上面的兩個觸點也會與左邊對應的觸點接觸。接觸之後，由於燈泡部分的電路中有電流通過，所以燈泡就會亮起來。接著，我們鬆開按鈕，此時按鈕部分的電路斷開，但是電磁鐵並不會復位，所以燈泡也就不會隨之熄滅。為什麼呢？因為按鈕上部的導線保持了電磁鐵線圈的接通，線圈中依然有電流通過，所以，電磁鐵不會復位。此時，雖然我們已經鬆開了按鈕，但是整個電路的狀態較之先前卻發生了改變。如果我們再次按下「設一」按鈕，對電路的狀態沒有任何影響，燈泡會一直亮下去。那我們怎麼讓燈泡熄滅呢？答案就是按下右邊的「清零」按鈕。此時，線圈電路被切斷，所以電磁鐵會失去磁性，右邊的鐵塊也會由於彈簧的作用而復位，這樣，兩組觸點就會斷開，燈泡也就熄滅了，原先保持電磁鐵線圈接通的上部電路也斷開了。電路又恢復到最開始的狀態了。

如你所見，我們的電路有兩種狀態，燈泡亮和滅，也就是說我們標記為

out的導線上面有電和沒電。如果用有電和沒電分別表示1和

0，我們的整個裝置就可以儲存乙個

bit的資訊，也就是一位。這個裝置也簡單地解釋了現代記憶體（其實是快取記憶體）的工作原理。當我們按下「設一」按鈕的時候，我們就將「

1」儲存到了記憶體中，然後鬆開按鈕，記憶體中的資料仍然會保持不變，當然，前提是不能停電，這和計算機記憶體的功能是一致的。當我們用手指去接觸

out端的時候，如果感覺麻麻的，那你讀到的記憶體資料就是

1，如果沒有感覺的話，那就是

0。當然

out端可以接其他任何種類的控制電路，去控制電燈，冰箱，火箭……但是，我們只能傳送兩種訊號：0和

1。我們可以將多個這樣的基本裝置排列在一起，如下圖所示，我們將

8個這樣的裝置依次排列起來，為了簡單，我們在圖中只保留了兩個按鈕和輸出端

out，其中

s代表「設一」按鈕，而

r代表「清零」按鈕。

現在，我們就可以將八位資訊儲存進這個記憶體晶元了。比如，我們要將

10110011

儲存進去，只要依次將是

1的位對應的裝置的

s按鈕按下就可以了。當

cpu從

out端讀取資料的時候，就能夠讀到

10110011

這個特殊的數字了，不過，它不是一千零一十一萬零一十一。

我們可以把更多的基本裝置組合在一起，構成更大容量的記憶體，比如，如果要製造

1mb的記憶體，我們就需要大概八百萬個基本裝置，這是非常驚人的，好在真正的記憶體並不是用電磁鐵製作的。但是，它的工作原理是類似的。

寫給外行的計算機原理（三）記憶體

寫給外行的計算機原理（四）CPU讀寫記憶體

計算機原理

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