短暫的記憶

昨天寫了‘半導體（二）’後，收到兩個意見，第一個是問何謂靜態和動態記憶。而另一意見就指出靜態記憶每bit需要6管，而不是我說的兩管。

對於後者，這是事實，半導體靜態記憶體設計，的確每bit需要6管。這是由於很多工程和實際的考慮，例如，要處理時脈訊號等等。而最簡單的靜態記憶，理論上可以由兩管達成。當然，其實用性存疑。

至於第一問，這就難答了。因為，問者應不熟悉電子學，要不用電子學的理論，而解釋甚麼是動態，甚麼是靜態記憶，實在非常困難。我想了想，還是說一點趣事算了。

首先，電子學上的記憶是甚麼？又是一白癡問題，記憶就不是把資料記住嗎！正確，但如何記？數碼電子學內，會使用2進制，2進制祗有兩個狀態，即0和1。一個0和1的位元便稱為bit。若你可以保持這個位元的狀態，這便是記憶。

這樣高深，看不明白。來個實例，你的電燈開關便是個1bit的記憶裝置。當你亮著電燈，若不考慮停電或其他問題，你的電燈便一直亮著，同理，當你關閉電燈後，它便一直保持著這個關閉狀態。這便是1bit記憶了。

要保持狀態，對電子工程師來說可算是個大挑戰，他們巧妙地組合三極管（註一）和其他器件，有多種方法都可以鎖定狀態的。但最後，都要多管才能組成1bit的記憶。

最終便來了個每bit祗需一管的設計。

就算你不是修電子學的，也可能聽過有一種名為‘電容器’的電子器件。顧名思義，‘電容器’就是可以存貯電能的器件。不錯，但不要和日常經驗的可充電池混淆，電容器是可以充電，也可以放電的。但由於電容器有‘嚴重’的內部漏電效應，電能實際上在電容器上鮮有存放超過一秒的（註二）。

但在一個‘短暫’時間內，電容器便是一個記憶裝置。它‘有沒有充電’的兩個狀態便可以用來代表0和1！這個‘短暫’有多長，按記憶體生產標準，這是64ms。即千份之64秒。小於10份1秒！

原來，我們存放在記憶體內的資料，保存不超過10份1秒！這有違經驗啊！當然，我們用電腦的經驗就是，祗要你保持電腦開動，記憶就一直保持。那麼，又是如何達成的呢？

這就是一個非常巧妙的設計，但說穿了就是‘在失憶前，重新記憶！’動態記憶就是需要一套刷新（refresh）基制，這就是在記憶還有效時，便按現時的狀態，重新設定記憶。那麼，狀態又可再保持一段時間，重覆地刷新，記憶便可一直保持下去。這便是動態記憶體的‘動’！

但是千萬不要被我誤導，這個程序一點也不簡單。要優化‘刷新’程序，工程師都不知花了多少心血。例如，在刷新時，記憶體便‘暫時’不可使用，若是一次過刷新全部記憶體，這個‘暫時’對很多系統便‘長’得不能接受，特別是實時系統。可以想像，在一個導彈系統內，難道每64ms，便要‘暫時’失去指揮嗎？若是這樣，這導彈定必‘飛不起’。所以，如何降低刷新對系統表現的影響，經已是電子工程學的一大題目！

另一項容易混淆的概念就是靜態記憶可在失去電源後保持其記憶，這實在是大誤解。靜態記憶體在失去電源後便會‘失憶’，‘靜’就祗是說，在正常供電下，它們無需‘刷新’而已。

‘手指’內的並不是‘動態’也不是‘靜態’記憶體！在無電源下可保存記憶，是完全不同的工程學概念！

註一：三極管一般是指兩極（bipolar）三極管（即俗稱的‘原子粒’），理論上，它們也可造成記憶體。實際上，基於種種工程學上的考慮，都不會用它們去造。MOS技術，就更常用於紀憶體器件！

註二：這是個簡化了的說法，事實上，電能保存量和時間是成negative exponential關係的。這就是說，電能在初時會損失得較快，而損失的速率會越來越慢。理論上，放電過程是可以‘直到永遠’的。