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导语

存储（memory）分为随机存储器（RAM，即内存）和持久存储（persistent memory），前者只能在有电的情况下存储东西，后者则在电源关闭时也不会丢失数据。 本节课从实现 只能存储 1 位的电路 开始，不断扩大（抽象、套娃），最后制作出内存模块。

锁存器 Gated Latch - 存 1 位

OR 门 - 记录‘1’的电路

通过将 OR 门的输出连回输入，输出一旦为 1（即至少一个输入为 1），则永远都输出 1，即该电路能记录 ‘1’。

AND 门 - 记录‘0’的电路

通过将 AND 门的输出连回输入，输出一旦为 0（即至少一个输入为 0），则永远都输出 0，即该电路能记录 ‘0’。

AND-OR 锁存器

将 AND 和 OR 电路结合起来，组成AND-OR 锁存器。电路图如下：

当 SET 和 RESET 都设置位 0 时，就能锁存住 1 位信息（值）。

门锁 GATED LATCH

为了更易用，将 SET 和 RESET 两条输入线合为一条数据输入线（将锁存器设为0 或 1来存储值），另外增加一条允许写入线来启用内存，启用时允许写入，不启用则锁定。修改后电路图如下：

当然，可以不再关心逻辑门的实现，将上述逻辑电路抽象成一个新的组件：

寄存器 Register - 存 N 位

定义：将 N 个锁存器组合，即可存储 N 位信息，这样一组锁存器称为寄存器。
寄存器能存一个数字，这个数字有多少位，叫 位宽。
早期电脑用 8 位寄存器，然后是 16 位，32 位，而现在许多计算机都有 64 位宽的寄存器。

并排排放

如下图所示，并排排放 8 个锁存器，就组成了 8 位寄存器，可以存 8 位信息，比如一个 8 bit 数字。

矩阵

如果使用并排排放锁存器的方式，要存储 256 位，寄存器就需要连接 513 根线（256条输入，256条输出，1条启用写入线），过于庞大。解决办法就是使用矩阵。
在矩阵中，不再并列排放锁存器，而是以网格的形式排放。
如下图所示是一个 16 × 16 的矩阵，能存储256位，但一共只需要连接 35 条线（16条行线、16条列线用于选择相应的锁存器，还有 1 条数据线， 1 条公用的启用写入线，1 条允许读取线）

多路复用器

使用矩阵，我们需要指定行和列。针对以上 16 ×16 的门锁矩阵，需要 4bits 表示行地址，4bits 表示列地址。
eg. 12 行 8 列表示为：1100 1000。
为了将地址转化为行和列，要用到 2 个多路复用器，一个用于处理行，一个用于处理列。

将以上 256 位内存看作一个整体，提升一层抽象，如下图所示。输入一个 8 位地址：4 位代表列，4 位代表行。还有 1 条数据线， 1 条允许写入线，1 条允许读取线。

内存

组合 8 个 256 位内存，即可组成可寻址的 256 字节内存。如下图所示。

为了存一个 8 位数字（1 个字节），我们同时给 8 个 256 位内存一样的地址，每个内存存 1 位。
一共256个地址，共能存 256 个字节 （byte）。

将以上结构看作一个整体，再次抽象成一个整体的可寻址内存：

内存的一个重要特性是：可以随时访问任何位置，因此叫 “随机存取存储器” ，简称 RAM。

通过一层层的抽象（俄罗斯套娃），可以把内存打包到更大规模。

结束语

本节课，我们用锁存器做了一块 SRAM（静态随机存取存储器）。还有其他类型的 RAM，如 DRAM，闪存和 NVRAM，它们在功能上与 SRAM 相似，但用不同的电路存单个位（比如用不同的逻辑门，电容器，电荷捕获或忆阻器），但根本上 ，这些技术都是矩阵层层嵌套，来存储大量信息。