內存儲器的硬件知識

初識計算機硬件系統——內存儲器的硬件知識主講：劉亞琦《辦公自動化》4．內存數據位寬內存與CPU的位數發(fā)展同步，表示一個周期內所處理的數據位數，DDR/DDR2/DDR3的位寬是64位（bit）。內存的配置中有一種技術叫做“雙通道”，它是指在主板的雙通道（通常是兩根顏色一樣的）內存插槽上，插入兩根一模一樣的內存條，此時內存的數據位寬將變?yōu)閱胃鶗r的兩倍，這樣內存的帶寬也將變?yōu)閱胃鶗r的兩倍。5．內存帶寬內存帶寬指的是內存每秒內的數據吞吐量，其計算公式為：內存帶寬=內存核心頻率×內存倍增系數×數據位寬/8（GB/s）3.3.2內存發(fā)展286初期電腦之前，內存都是以芯片方式直接應用在電腦中，存在著無法拆卸更換的弊病，鑒于此，將內存芯片焊接到事先設計好的印刷線路板上制作成內存條成為一個沿用至今的方法，而電腦主板上也相應改用內存插槽，這樣就把內存難以安裝和更換的問題徹底解決了。286初期內存容量只有64～256KB，內存條的出現提高了速度并擴大容量。在80286主板剛推出的時候，內存條采用了SIMM（SingleIn-lineMemoryModules，單邊接觸出現了72pinSIMM接口內存，72pinSIMM支持32bit快速頁模式內存，內存帶寬得以大幅度提升。72pinSIMM內存單條容量一般為512KB～2MB，而且僅要求兩條同時使用，與30pinSIMM內存無法兼容。EDODRAM（ExtendedDateOutRAM外擴充數據模式存儲器）內存，這是1991年到1995年之間盛行的內存條，比普通DRAM快15~30%。工作電壓為一般為5V，帶寬32bit，速度在40ns以上，其主要應用在當時的486及早期的Pentium電腦上。自IntelCeleron系列以及AMDK6處理器以及相關的主板芯片組推出后內存開始進入比較經典的SDRAM時代。SDRAM內存由早期的66MHz，發(fā)展后來的100MHz、133MHz，盡管沒能徹底解決內存帶寬的瓶頸問題，但此時CPU超頻已經成為DIY用戶永恒的話題，所以不少用戶將品牌好的PC100品牌內存超頻到133MHz使用以獲得CPU超頻成功，值得一提的是，為了方便一些超頻用戶需求，市場上出現了一些PC150、PC166規(guī)范的內存?；赟DRAM內存，分別出現了DDR、DDR2、DDR3等內存類型。3.3.3內存的分類1.按內存條的技術標準分類根據內存條的不同技術標準可分為SDRAM、DDRSDRAM、DDR2SDRAM、DDR3SDRAM等，通常省略后面的SDRAM稱位，直接叫做DDR2、DDR3等。目前桌面?zhèn)€人電腦主流技術室DDR3。顯卡設備中使用的內存稱位GDDR，目前顯卡中的所謂DDR5內存是GDDR5系列內存，并不是真正意義上的DDR5。●SDRAM（SynchronousDRAM）：同步動態(tài)隨機存儲器之所以被稱為“同步”，因為SDR內存的存儲單元頻率、I/O頻率及數據傳輸率都是相同的，比如經典的PC133，三種頻率都是133MHz。

SDRAM在一個時鐘周期內只能讀/寫一次，只在時鐘上升期讀/寫數據，當同時需要讀取和寫入時，就得等待其中一個動作完成之后才能繼續(xù)進行下一個動作。●DDR（DoubleDateRateSDRAM）：雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器雙倍是指在一個時鐘周期內傳輸兩次數據，在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據(通過差分時鐘技術實現)，在存儲陣列頻率不變的情況下，數據傳輸率達到了SDR的兩倍，此時就需要I/O從存儲陣列中預取2bit數據，因此I/O的工作頻率是存儲陣列頻率的兩倍?！馜DR2（DDR2SDRAM）：第二代雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器

DDR2在DDR1的基礎上，數據預取位數從2bit擴充至4bit，此時上下行同時傳輸數據（雙倍）已經滿足不了4bit預取的要求，因此I/O控制器頻率必須加倍。至此，在存儲單元頻率保持133-200MHz不變的情況下，DDR2的實際頻率達到了266-400MHz，而（等效）數據傳輸率達到了533-800MHz?！馜DR3（DDR3SDRAM）：第三代雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器DDR3就更容易理解了，數據預取位數再次翻倍到8bit，同理I/O控制器頻率也加倍。此時，在存儲單元頻率保持133-200MHz不變的情況下，DDR3的實際頻率達到了533-800MHz，而（等效）數據傳輸率高達1066-1600MHz。綜上可以看出，DDR1/2/3的發(fā)展是圍繞著數據預取而進行的，同時也給I/O控制器造成了不小的壓力，雖然存儲單元的工作頻率保持不變，但I/O頻率以級數增長，我們可以看到DDR3的I/O頻率已逼近1GHz大關，此時I/O頻率成為了新的瓶頸，如果繼續(xù)推出DDR4的話，將會受到很多未知因素的制約，必須等待更先進的工藝或者新解決方案的出現才有可能延續(xù)DDR的生命。2.按內存條的適用機型分類臺式機內存條臺式機內存使用標準DIMM雙邊接觸式內存模組，這種類型的借口內存兩邊都有引腳，目前DDR2和DDR3內存及手指的數量是240線。筆記本內存條筆記本內存條是一種改良型的DIMM模塊，稱位SO-DIMM尺寸要比臺式機內存小，針腳數DDR3的只有204針，DDR2為200針。圖為兩種內存的比較3.3.4內存的時間參數先來看一下內存延遲的概念。內存延遲是指等待對系統內存中存儲數據的訪問完成時引起的延期。根本問題在于CPU的主頻達到吉赫茲，而內存芯片速率僅為數百兆赫茲，時鐘速度之比為10:1。因此，當處理器需要處于內存高速緩存之外的數據項時，每個周期必須等待10個時鐘周期才能使內存芯片完成數據的提取和發(fā)送。通常，這些提取需要檢索多個內存周期，然后需要更長時間通過到處理器的路徑。這就意味著提取數據會占用數百個處理器時鐘周期，在此期間應用不能處理其它任何任務。內存延遲表示系統進入數據存取操作就緒狀態(tài)前等待內存響應的時間，它通常用4個連著的阿拉伯數字來表示，例如“3-4-4-8”，一般而言四個數中越往后值越大，在每一個類型的內存時代中，這4個數字越小，表示內存性能越好。由于沒有比2-2-2-5更低的延遲，因此國際內存標準組織認為以現在的動態(tài)內存技術還無法實現0或者1的延遲。但也并非延遲越小內存性能越高，因為CL-TRP-TRCD-TRAS這四個數值是配合使用的，相互影響的程度非常大，并且也不是數值最大時其性能也最差，那么更加合理的配比參數很重要。第一個數字最為重要，表示注冊讀取命令到第一個輸出數據之間的延遲（CASLatency），即CL值，單位是時鐘周期。這是縱向地址脈沖的反應時間。DDR內存的CL值主要為2、2.5、3，DDR2的CL值在3~6之間，DDR3在5~9之間。不少消費者均被CAS延遲值數值所誤導，認為DDR3內存的延遲表現將不及DDR2。但這是完全錯誤的觀念，要計算整個內存模塊的延遲值，還需要把內存顆粒的工作頻率計算在內。事實上，JEDEC規(guī)定DDR2-533的CL4-4-4、DDR2-667的CL5-5-5及DDR2-800的CL6-6-6，其內存延遲時間均為15ns。目前DDR3-1066、DDR3-1333和DDR3-1600的CL值分別為7-7-7、8-8-8及9-9-9，把內存顆粒工作頻率計算在內，其內存模塊的延遲值應為13.125ns、12ns及11.25ns，相比DDR2內存模塊提升了約25%，因此消費者以CAS數值當成內存模塊的延遲值是不正確的。第二個數字表示內存行地址控制器預充電時間（RASPrecharge），即tRP。指內存從結束一個行訪問到重新開始的間隔時間。第三個數字表示從內存行地址到列地址的延遲時間（RAStoCASDelay），即tRCD。第四個數字表示內存行地址控制器激活時間Act-to-PrechargePrechargeDelay（tRAS）3.4內存的結構以圖3-2所示的金士頓DDR313334G內存為例，介紹內存的結構圖3-2金士頓DDR313334G內存1.PCB板PCB板是內存、主板、顯卡、CPU等電子設備電子器件和印刷電路的基板，多為綠色，也有藍色、紅色等，一般為4層或6層設計。理論上6層PCB要比4層電氣性能好、穩(wěn)定。但是層數不易從肉眼分辨。2.金手指（引腳、針腳）內存電路與主板電路聯通的部分，與主板內存插槽的觸腳接觸。金手指使用時間過長后易被氧化，可能導致電腦無法開機，此時可以使用橡皮擦掉氧化層。3.內存條固定卡缺口4.金手指隔斷缺口次缺口的作用是用來防止內存條插反，同時不同類型的內存條缺口位置不同，也可以防止插錯。5.內存芯片也稱作內存顆粒，內存的性能、速度、容量都是由內存芯片決定的，內存芯片上印刷著內存芯片的生產廠家、型號等參數。生產內存芯片的廠家有三星、美光、海力士等。6.SPD芯片SPD（串行存在檢測）是一顆8針，容量為256B的EEPROM芯片