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内存分为只读存储器（ROM）、随机读写存储器（RAM）以及高速缓冲存储器（Cache），本文将针对内存的相关原理进行总结
内存的种类
ROM
ROM工作原理及特性
ROM是非易失的存储器，掉电后不丢失，但是一旦存储资料便无法改变或删除。经常存放一些比较关键的内容，例如BIOS
RAM
DRAM工作原理及特性
基本工作原理
DRAM实际就是一个电容和二极管组成的二维矩阵，下图展示了DRAM的电气结构，一个4*4的矩阵。矩阵的每一个节点代表一个二进制bit。具体表示如下
- 当电容充电，代表1
- 当电容未充电，代表0
由于晶体管有漏电电流，因此DRAM需要动态刷新，且掉电后数据挥发，所以被成为动态存储。
读写操作2
由于DRAM电路是矩阵形式，所以操作也是二维操作，先定位行，再定位列，接下来我们针对内存中的读写操作进行总结。
读操作
DRAM相关特性
优点
与SRAM相比，DRAM结构简单，一个bit需要一个二极管一个电容进行表示，所以存储密度高，成本较低。
缺点
访问速度慢，耗电量大
内存结构3
这里我们以2GB的DDR3内存为例，对内存结构进行讲解，内存结构图如下所示：
Rank：内存的一排，上面的内存由两个rank组成，每个rank有8个clipClip：颗粒，一个rank包含8个颗粒，每个128MB，共提供1GB内存Bank：存储数据的矩阵单元，一个颗粒8个bank，根据行列定位随机存储的数据块Cell：单元，用于存储一个数据单位，DDR3为8bit，如果CPU是32位，那么可以一次读写4个cell
内存特点
- 速度较快（1.3GHz左右）
- 价格较高
内存单元
定义
如果我们把内存看作是一个大的存储箱，那么内存单元就是这个存储箱中一个个小隔间，内存单元是我们唯一的一种使用内存的方式。内存单元是可以寻址的，我们在计算机中的地址实际就是指向一个内存单元。一般来说，内存单元是字节寻址的，即内存的划分粒度为字节，一个内存单元的大小是一个字节，我们可以访问内存中单个的字节。这个是由计算机的硬件决定的，你可以将内存想象为一个$n\times 8$的矩阵电路，$n$代表的是地址数，根据CPU总线数决定；而$8$代表一次能够读取8个位，即一个字节。字节寻址的机器又叫做“字节机”。对于字节寻址的内存，我们需要注意如下两点：
- 一个地址总是指向一个字节的空间
- 一个字是一个字节组，根据CPU数据总线的大小，可以是2、4或8个字节
计算
假设我们现在有一个指针nextfree，显示下一个空闲的内存单元的地址，其值为0xff105000，而我们需要存储4096字节的数据。那么存储完后，nextfree的值是多少？
答：由于一个内存单元大小为一个字节，而一个地址指向一个内存单元大小的空间，那么我们的计算非常简单，公式如下：
所以$\textrm{nextfree}=\textrm{0xff105000}{H}+4096{D}=\textrm{0xff106000}$
FIFO
FIFO是FPGA设计中常用的IP核，即一个先进先出的内存结构，可以分为同步（读写同时钟）与异步（读写时钟分开）两种。最重要的功能就是进行缓存。异步FIFO还有跨时钟域的作用。FIFO中关键信号如下：
- 写时钟/数据/使能
- 读时钟/数据/使能
- 复位信号
- 空/满信号（抑制读写）