世界上最早的全电子化存储器是1947年在曼彻斯特大学诞生的威廉姆斯-基尔伯恩管 (Williams-Kilburn tube)，其原理是用阴极射线管在屏幕表面上留下记录数据的“点”，也可以称之为真正意义上的第一代RAM。从那时起，随机存取存储器经历了数代演变，相关系统包括磁芯存储器、动态随机存取存储器、(DRAM)、静态随机存取存储器和同步动态随机存取存储器等等。目前讨论计算速度时，随机存储器是最受欢迎的硬件组件之一。最新发明的DDR5的出现成为新一代 DRAM 的标准。同时，DRAM正在紧随NAND的步伐，向三维发展，以提高单位面积的存储单元数量，推动存储器技术的突破。

　　随机存取存储器（RAM）主要由存储矩阵、地址译码器、读/写控制器、输入/输出等几部分组成。根据存储单元的工作原理不同，可划分为静态存取存储器和动态存取存储器两类。其中动态随机存取存储器（DRAM）在内存计算领域展现出延迟低、 带宽高、运算速度快、集成密度大和生产工艺成熟等特点，广泛应用于云服务器、电脑、手机等电子设备。

　　发展历程

　　回顾一下RAM的发展历程，即将曾经占据整个房间的巨大的磁芯结构缩小为微小的口袋大小的硬件，同时指数级地增加其存储容量和访问效率。总得来说，随机存取存储器的发展历程大致经历以下几个阶段：

　　磁鼓存储器

　　最早与RAM相似的东西被称为磁鼓存储器，于1932年由Gusta Tauschek发明。从技术上讲，磁鼓存储器并不能完全发挥现代RAM的功能，它更适合作为HDD或硬盘驱动器。然而，在那个古老的时代，没有理由将主工作存储器或辅助存储器分开，这就是为什么我们仍然可以将磁鼓存储器视为第一代RAM。磁鼓存储器的外表面涂有一层铁磁材料，作为存储二进制信息的存储器。位于铁磁表面上方读写头用于输入或提取信息。如果想要将信息写入磁鼓存储器，就会产生电磁脉冲，并改变磁鼓表面磁粒子的方向以存储二进制信息。如果我们想要执行读取，我们可以简单地沿着表面扫描每个磁粒子的复杂方向。这是处理磁鼓存储器时最简单的方法。然而，为了优化读写速度，我们必须对每个硬件组件的结构有大量的了解。特别是程序员，他们被限制在最佳编程中，他们严格地将代码放置在鼓中以最小化指令加载时间(也称为跳过因子或交错)。尽管存在这些困难，但自20世纪50年代以来，磁鼓存储器由于其高效的存储器检索和低成本而成为计算机存储器的主要选择。

　　真空管存储器

　　如前所述，由于其非易失性，磁鼓存储器更接近于磁盘而不是RAM。因此，RAM的第一个真正的诞生实际上是于1949年由弗雷迪·威廉姆斯和汤姆·基尔本发明的威廉姆斯-基尔伯恩管 （Williams-Kilburn tube）。它采用了与第一代笨重电视相同的技术，即阴极射线管。记忆写入的工作原理是发送电子束，用带正电荷的线圈使电子束偏转，然后撞击荧光粉表面，形成网格图案。这些模式表示计算机可以读取的二进制信息。就像现代的RAM一样，威廉姆斯电子管是非易失性的，因为这些模式会随着时间的推移而褪色，电子束可以在每个模式点重叠读写。然而，威廉姆斯管的主要缺陷在于电子束偏转过程，它对附近的电场高度敏感。如果阴极射线管周围存在电荷不平衡，则写入操作将受到严重影响。真空管存储器首先在曼彻斯特“宝贝”计算机上实现，使计算机在1948年6月成功运行程序。

　　磁芯存储器

　　在20世纪50年代到70年代，磁芯存储器被认为是计算机的商业RAM，基本上取代了随机存取目的的鼓存储器的使用。硬件由许多磁环(或磁芯)组成，由于磁滞现象，这些磁环可以存储信息。简单地说，这些环可以通过改变磁化方向来记忆信息。我们可以通过向穿过环的许多电线传导电流来改变这些磁铁（或输入信息）的极化。在读取操作方面，有专门的传感线检测每个磁芯的电荷状态，提取相应的二进制数据。磁芯存储器能够在计算机关闭时保留信息，因为磁环可以保持它们的极化。

　　静态随机存取存储器（SRAM）

　　1964年随着金属氧化物半导体（MOS存储器）的发明，发现MOS存储器的性能明显优于磁芯存储器，同时功耗更低，生产成本更低。然而，最重要的是，MOS存储器能够缩小成小芯片，可以很容易地安装在计算机中。因此，MOS存储器很快占领了市场。随着MOS的发展，Robert H. Horman在1963年发明了第一个静态随机存取存储器(SRAM)。一年后，约翰·施密特又发明了MOS SRAM。至1965年，IBM在发布SP95存储芯片时将SRAM商业化。

　　动态随机存取存储器（DRAM）

　　创建DRAM的想法最初出现在1966年，为了减少晶体管的数量并提高芯片上存储单元的数量，供职于IBM 的美国电气工程师罗伯特·登纳德尝试了不同的方法。他使用电容器储存1个bit 的数据，从而产生了关于动态随机存取存储器的想法。电容器充电的状态代表“1”，放电的状态代表“0”。表面看起来这一想法十分荒谬，因为电容器会漏电。如果你将“1”存储在由电容器制成的存储器中并且什么也不做，在不到十分之一秒的时间内电容器就会因为漏电而忘记它所存储的“1”。但这种方式的优点在于它极大地减少了晶体管的数量，从而提高了芯片中存储单元的数量。为了解决漏电问题，所有的电容器都会被定期地(例如几毫秒)重新读写一一将代表“1”的那些漏电的电容器重新充电。这种方式被称为动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，DRAM)，因为它要动态地进行刷新以保证已充电的电容器处于充电状态。DRAM首次出现于1970年，动态随机存储单元比静态随机存储单元小得多，从而降低了存储器的费用。1973年，Mostek公司推出了MK4096 4000位芯片，DRAM技术得到了升级。由Robert Proebsting设计的新型DRAM通过利用有效的多路寻址方案取得了重大突破。从本质上讲，这种新设计使用单个地址引脚依次访问存储器的行和列。在以前的DRAM中，必须使用两个引脚和地址行来完成此操作。最后一块商业化生产的芯片是三星在2001年2月生产的，容量为4gbit，这标志着DRAM时代的到来。如今，每台台式计算机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机都在使用动态随机存取存储器。

　　同步动态随机存取存储器（SDRAM）

　　但是，RAM的故事并没有在2001年结束。近些年，出现了一种新的随机存取存储器SDRAM（Synchronous DRAM），即同步动态内存。其为双存储体结构，内含两个交错的存储阵列，当CPU从一个存储阵列访问数据的同时，另一个阵列已准备好读写数据。通过两个存储阵列的紧密切换，读取数据效率得到明显提升。

　　三星是SDRAM芯片 KM48L2000 的第一家制造商，这种芯片的容量只有16 Mbit。1998年6月，三星开始试验DDR (Double Data Rate)技术。DDR本质上允许数据传输的速度是普通SDRAM的两倍，因为它能够在每个时钟周期内发送或接收两次信号。3年后，DDR2被创建，它的速度是DDR1的两倍，因为它每个时钟周期执行4次访问。然而，在这一点上，大多数大型RAM制造商，如索尼和东芝，并没有加入DDR的炒作行列，而是把更多的精力放在生产嵌入式DRAM上。DDR3最终在2003年由三星开发出来。同样，DDR3将读写速率提高了一倍，达到每个周期8次访问。尽管速度有所提高，但它的进展仍然受到延迟的严重阻碍。与之前的DDR迭代不同，DDR3得到了制造商和普通用户的广泛采用。从2008年中期开始，三星开始商业化DDR3芯片，最初的容量为8192mbit。这种芯片大受欢迎，当时许多计算机系统开始选择使用DDR技术。因此，三星继续升级DDR3的容量和时钟速率，以解决上述延迟问题。

　　2011年初，海力士率先推出了容量为2048台的DDR4原型机。新的双倍数据速率技术意味着更低的功耗和更快的数据传输。三星最终在2013年实现了DDR4的商用化。2018 年 11 月SK 海力士成功开发全球首款 16Gb DDR5 DRAM ，向英特尔等核心客户提供样品，并完成了一系列测试与性能、兼容性验证等程序。DDR5成为新一代 DRAM 标准，作为超高速、高容量产品，尤其适用于大数据、人工智能及机器学习等领域。目前，三星（Samsung）、美光（Micron）和海力士（SK Hynix）三家主要厂商已经发布了D1z（13~15nm）和D1a（11~13nm）技术，并应用于DDR4、DDR5和LPDDR5产品中。在 D1z中，三星采用了EUV光刻技术，而美光和海力士引入了基于ArF-i的双图案技术（DPT）工艺。预计到2030年，这些厂家将推出1δ、0α和0β等制程更小的DRAM。

　　特点

　　随机存储器主要用来存放短时间使用的程序或数据，这 是因为随机存取存储器的结构决定了这种存储器在断电时将 丢失其存储的内容。这也决定了其主要特点有：

　　1、随机存取：所谓“随机存取”，指的是读取或写入存储器中的数据时，需要的时间与这段信息在存储器中的位置无关；

　　2、易失性：当电源切断时随机存取存储器中将不能保存 原来的数据，原来的数据将会丢失，只有将它们写入一个长期的存储设备如硬盘中，才能长期保存；

　　3、高访问：现代的随机存取存储器的读写速度几乎是所有访问设备中最快的，和其它涉及机械运作的存储设备的取存延迟相比，所需要的时间也很少；

　　4、需要刷新：新现代的随机存取存储器主要依赖电容器来存储数据。由于电容器存在漏电的情形，若不处理，电容器的状态会随时间流逝而发生改变，即电容器存储的数据也发生改变。刷新是指定期读取电容器的状态，然后根据初始值重新给电容器赋值，从而弥补流失了的电荷，保证电容器状态不发生改变。电容器需要刷新这正好解释了随机存取存储器的易失性这一特点；

　　5、对静电敏感：和其它精细的集成电路一样，随机存取存储器对环境中存在的静电荷十分敏感。