计算机维护与维修教程第五章.ppt

第5章内存 本章介绍了微机系统的内部存储器 包括各种ROM和RAM芯片的特点和功能等 5 1系统内部存储器5 2ROM存储器5 3RAM存储器5 4内存条和高速缓存 退出 5 1系统内部存储器 5 1 1内部存储器简介系统内部存储器简称为内存 它是系统的主存 负责存储当前运行的程序指令和数据 并通过高速的系统总线 直接供CPU进行处理 因此必须是由高速集成电路存储器组成 CPU 外围芯片组 内存和总线接口这些最基本的部分组成计算机的主机 而内存的容量 速度和可靠性等指标都直接关系到系统的性能 在微机开始工作时 首先从外存将指定的文件 程序指令和数据 装入内存 然后CPU非常频繁地直接访问内存 执行程序指令 进行数据运算和系统控制等操作 完成特定的任务 并将最终的结果以文件的形式再保存到外存上 硬盘的速度较慢 且其速度对系统的影响远不如内存大 内存由主板和内存条上安装的多种存储器集成电路组成 如只读存储器 ROM 和随机读写存储器 RAM 主机配备的内存存储容量的大小应根据系统运行的操作系统和应用程序的需要而定 如果要求运行复杂的操作系统和同时运行多个应用程序 所需内存就要更大些 表5 1列出了几种常用软件的内存需求 表5 1常用软件对内存的要求 5 1 2内存的技术指标内存的主要指标如下 1 内存容量内存容量是指内存的存储单元的数量 单位是字节 Byte 千字节 KB 和兆字节 MB 1MB 210KB 1024KB 220Byte 1024 1024Byte 目前系统内存通常为32MB 64MB 128MB或256MB 显示内存通常为4MB 8MB 16MB或32MB 2 内存速度内存速度包括内存芯片的存取速度和内存总线的速度 内存存取速度即读 写内存单元数据的时间 单位是毫微秒 nS 1秒 Sec 106微秒 S 109毫微秒 nS 常用内存芯片的速度为几十nS到几个nS 显然数值越小速度越快 内存总线的速度是指CPU到内存之间的总线速度 由总线工作时钟决定 如33MHz 66MHz 100MHz和133MHz等 显然数值越大速度约快 所谓PC 100和PC 133的SDRAM内存条 就是指分别满足100MHz和133MHz总线的内存 由于频率和周期互为倒数 10nS和7 5nS的内存应分别对应于100MHz和133MHz总线时钟 3 内存芯片的种类内存芯片分为只读存储器 ROM 和随机存取存储器 RAM 两大类 ROM又分为PROM EPROM和EEPROM等 RAM又分为DRAM SRAM CMOSRAM和VRAM等 而DRAM等还有各种不同的类型 4 奇偶校验奇偶校验 ParityCheck 是系统检查数据存取和传输错误的一种最简单的技术 以奇校验为例 它采用附加的1bit校验位来对8bit数据进行查错 规定正确的数据中所含 1 的个数必须为奇数个 5 ECCECC ErrorCheckandCorrect 即错误检测与纠正 它是一种内存数据检验和纠错技术 ECC是对8bit数据用4bit来进行校验和纠错 带ECC的内存稳定可靠 一般用于服务器 5 2ROM存储器 5 2 1系统ROMBIOSROM ReadOnlyMemory 即只读存储器IC 它的特点是只能读不能写 即它存储的内容不会被改写 并且关机后也不会丢失 因此ROM被用来存放开机就要首先执行的BIOS程序 BIOS BasicInputOutputSystem 即基本输入输出系统 它是微机系统的最基础程序 它 固化 在主板上的ROM芯片中 加电开机后首先执行BIOS 并引导系统进入正常工作状态 所谓 固化 是说BIOS程序是以物理的方式保存在ROM芯片中的 即使关机也不会丢失 所以也叫做ROMBIOS BIOS程序中包括系统的启动引导代码 系统加电自检程序POST PowerOnSelfTest 系统硬件配置程序 BIOSSetup或CMOSSetup 基本硬件驱动程序 如键盘 低分辨率显示 软盘 硬盘 通信接口等 以及BIOS的输入输出管理程序等 在微机加电之前 CPU的指令地址指向ROMBIOS的系统启动引导代码 加电后 CPU便首先自动执行引导代码 并开始运行BIOS程序 使BIOS获得系统控制权 BIOS的POST程序根据CMOS存储芯片中的硬件配置数据逐一检测CPU 内存 显示卡 键盘 软盘驱动器和硬盘等 如果各个部分均正常 则引导程序就去引导磁盘操作系统 DOS Windows等 在POST运行中 如果检测到某个硬件不正常 BIOS就会通过PC小喇叭发出故障提示音响代码 或者通过屏幕显示故障提示文字 在BIOS开始运行POST 屏幕显示内存信息时 屏幕下沿会提示按 Del 键去执行系统硬件配置程序 CMOSSetup 进行硬盘类型 软驱类型 日期时间和系统工作参数的设置 如果你及时按 Del 键 便可执行CMOSSetup程序 设置后的数据存入CMOSRAM芯片 在下次启动时BIOS会访问CMOSRAM 得到正确的硬件配置和优化参数来启动系统 如果CMOS设置不当 系统也会因此而无法正常工作 5 2 2ROM存储芯片1 PROMPROM ProgrammableROM 即可编程ROM 它允许用户根据自己的需要 利用专门的写ROM设备写入内容 但只允许写一次 使用起来仍然不方便 2 EPROMEPROM ErasableProgrammableROM 即可擦除可编程ROM 它允许用户根据自己的需要 利用专门的EPROM写入器改写其内容 可以多次改写 更新程序比较方便 因此在早期的PC机中都使用EPROM作为BIOS程序的存储器 EPROM的外形见图5 1 它可以用紫外线照射擦除存储数据 用EPROM编程器进行程序编写和输入 3 EEPROMEEPROM或E2PROM ElectricalEPROM 即电可擦除可编程ROM 外形见图5 1 目前的主板都使用EEPROM保存BIOS EEPROM存储器也叫做闪速存储器 FlashROM 简称为闪存BIOS 闪存的特点是程序改写 升级方便 只需在机器运行的正常情况下使用专门的应用程序 将来自厂家或网站上的最新版本的BIOS写入闪存即可 闪存ROM的擦除条件是加上12V电压 这可以在主板上用跳线设置成高电压的擦除写入状态 因此目前主板的BIOS升级是容易而及时的 由此主板可以充分发挥最佳效能 显然闪存BIOS也有致命弱点 它很容易被CIH类的病毒改写破坏 致使主板瘫痪 为此 在主板上采取了硬件跳线禁止写闪存BIOS 软件COMS设置禁止写闪存BIOS和双BIOS闪存芯片等保护性措施 图5 1EPROM和EEPROM 5 2 3ROMBIOS的新特点ROMBIOS芯片和它在主板上的位置如图5 2所示 目前的ROMBIOS具有如下一些新的特点 1 目前BIOS程序存储在闪速存储器 FlashMemory 中 改写和升级比较容易 主板上还有专门的跳线来设置闪存BIOS的允许或不允许改写状态 以便保护BIOS程序不被病毒破坏 2 不仅能自动检测硬盘的类型参数 还能自动检测CPU类型 主频和工作电压 也还能自动检测具有PnP功能的扩展卡 并能为之合理分配系统资源 3 除了用软盘A 硬盘C启动操作系统外 还可以用CD ROM光盘启动系统 4 支持SMM SourceManagementMode 即电源管理模式 满足 绿色电脑 的基本要求 它能在主板暂停工作时进入省电状态 即低功耗运行 5 具有DMI DesktopManagementInterface 即桌面管理接口 用户可以利用各种支持DMI的工具软件 如Norton等 查看和修改硬件数据 可以直接管理硬件配置 6 支持ESCD ExtendedSystemConfigurationData 即扩展系统配置数据 它包括各扩展卡和集成在主板上的设备的IRQ号 I O口地址和DMA通道号 在开机完成系统检测后 屏幕显示系统硬件配置表 在表中除了显示上述DMI的数据外 还显示ESCD的数据 图5 2ROMBIOS 在选择一个主板时 要特别注意它配备的BIOS程序的版本 功能和兼容性 ROM的读取速度都比较慢 为了提高BIOS读取速度 ROMBIOS本身提供了将自身程序代码复制到RAM上执行的功能 这叫做映象 即ShadowRAM 可在CMOSSetup中加以设置 5 3RAM存储器 RAM RandomAccessMemory 即随机读写存储器IC 内存主要由RAM存储器芯片构成 按芯片类型和在系统中作用的差别 RAM又可分为DRAM CMOSRAM SRAM和VRAM等多种 5 3 1DRAMDRAM DynamicRAM 即动态RAM 因为它的集成度高 单片容量可达64M位 价格便宜且可读可写 因此系统内存的主要容量空间是由DRAM构成的 DRAM芯片的容量大存储单元多 地址线的位数多 为了减少芯片的引脚 就把每个存储单元的地址分为行地址和列地址两部分表示 在对每个存储单元进行读写操作时 地址要分两次输入 首先是行地址 然后是列地址 这显然降低了对存储芯片的访问速度 另外DRAM芯片的存储单元是一个电容性电路 系统要定时对存储数据进行额外的刷新 因此 DRAM芯片的存取速度低 一般为70nS 毫微秒 或60nS 比CPU低许多 DRAM芯片的访问方式决定着它的存取速度 按照访问方式DRAM可以分为如下几种 1 FPMFPM FastPageMode DRAM即快速页方式 FPM的芯片速度可达70ns 常用于486和586主板 2 EDOEDO ExtendedDataOutput DRAM即可扩展数据输出方式 EDO的芯片速度可达60ns 常用于586和早期Pentium 主板 3 SDRAMSDRAM SynchronousDRAM 即同步DRAM 所谓 同步 是指这种存储器能与系统总线时钟同步工作 SDRAM存储器按系统总线 FSB 的时钟分为66MHz 100MHz和133MHz等多种 后者分别标记为PC100和PC133 SDRAM芯片的读写速度可达10nS 甚至7nS 用于Pentium 以上的主板 4 RDRAMRDRAM RambusDRAM 是一种高性能的新型SDRAM存储器 它通过一个新型的高速RamBus总线传输数据 可以支持300MHz总线时钟 又由于是在时钟信号的上升和下降沿均工作 实际上相当于工作在600MHz上 最新的奔腾四主板以双通道的4个RIMM插槽支持RDRAM内存 5 DDRDDR DoubleDataRate 即双数据率DRAM 它也是一种新型的高速SDRAM存储器 它在时钟脉冲的上升和下降沿都进行操作 理论上也是目前SDRAM速度的两倍 5 3 2CMOSRAMCMOSRAM ComplementaryMetalOxideSemiconductorRAM 即互补型金属氧化物半导体RAM存储器 由于该类存储器耗电极低 开机时由PC电源给CMOS芯片供电 关机后即可切换到主板上的小电池供电 使之不丢失存储信息 因此主板上的CMOSRAM芯片用于存储不允许丢失但需要用户改写的系统BIOS硬件配置信息 如软盘驱动器类型 硬盘驱动器类型 显示模式 内存大小和系统工作状态参数等 每当硬件配置改变时 比如更换了硬盘 内存条等 用户必须在开机时按 Del 键 首先运行BIOSSetup程序 也叫CMOSSetup程序 对相关信息进行修改 每次开机启动时 BIOS程序都要访问CMOS存储芯片 以便正确检测和配置硬件 CMOS的电池有3 6V的可充电电池和3 3V的普通CR2032钮扣电池等 CMOSRAM芯片和电池如图5 3所示 有些主板的可充电CMOS电池做在了CMOS元件内部 有些CMOS电路也集成到了南桥芯片组内 图5 3CMOSRAMM和电池 5 3 3SRAMSRAM StaticRAM 即静态RAM SRAM是由静态MOS管构成 它的体积大 集成度比DRAM低 容量小 单片为512Kbits到512KB 和价格高 但是它的速度远高于DRAM 通常为15nS 毫微秒 到几个nS 因此它被用来构成主板的系统高速缓冲存储器 Cache 以解决低速主存与高速CPU不匹配的瓶颈问题 5 4内存条和高速缓存 5 4 1内存条早期IBM PC机的主存储器都是固定安装在主板上 由许多存储芯片组成的 见前面图4 1 容量为256KB 随着系统对内存容量需求越来越大 已无法在主板有限的空间上排列更多的内存芯片了 因此采用ISA总线扩展卡来解决 这就是老式微机的ISA内存扩展卡 通常为384KB 将内存扩充到640KB ISA总线的数据线是16位 速度又相当慢 从386微机开始 改为在主板上另外专门为32位数据总线设计了高速的内存总线和内存扩展插槽 内存的DRAM芯片做在称为内存条的印刷电路板上 再把内存条插入内存插槽即可连入系统 内存条是由印刷电路板和内存芯片构成 采用存储器芯片的多少由内存条的容量和芯片的数据位数决定 比如一个1MB的内存条 可以由2个1M 4bit的存储芯片组成 如图5 4所示 图5 430线SIMM内存条电路图 内存条插槽的一种叫做SIMM SingleInlineMemoryModule 即单列直插存储器模块 分为30线 引脚 和72线两种标准 另一种叫做DIMM DoubleInlineMemoryModule 即双列直插存储器模块 为168线标准 30线的SIMM内存扩展插槽提供8位数据 必需四个一组 称为Bank 使用才能提供32位数据宽度的主存 它常用于386或486主板 采用FP内存芯片 存取速度为80或70nS 72线的SIMM内存扩展插槽可提供32位数据 常用于486或586主板 在486机上72线内存条可以单条使用 存储芯片通常为80nS的FPM内存 而在586机上 则应将完全一样的两个72线内存条同时使用构成一组 称为Bank 才能与PentiumCPU的64位外部数据线相吻合 采用的内存芯片通常为70nS的FPM或60nS的EDO内存 168线的内存扩展可提供64位数据宽 因此168线内存条单条安装便可与64位的PentiumCPU外部数据总线相吻合 这类内存条的芯片分为单面安装和两面安装两种 16M和64M条常做成单面式 8M 32M和128M条常做成两面式 采用的存储芯片为10nS的SDRAM 最初也有EDO的 常用于PentiumMMX 多能奔腾 Pentium 和Pentium 主板 最初的DIMMSDRAM支持66MHz系统总线 目前还有支持100MHz和133MHz高速系统总线的标有PC100和PC133标记的SDRAM内存条 各种内存条的外形结构如图5 5所示 图5 6是SIMM和DIMM内存条的照片 图5 5SIMM和DIMM内存条的结构 图5 6SIMM和DIMM内存条 内存的速度要由内存总线和内存芯片的速度配合来实现 通常 总线速度用其工作时钟的频率来表示 比如33 66 100和133MHz总线等 而存储器芯片的速度用其存取时间来表示 比如25 20 15 10和7nS等 以频率和周期的倒数关系来比较 与66 100和133MHz内存总线相配合的存储器芯片的速度应该分别为15 10和7 5nS 在比较系统中CPU 系统总线 内存和其它元器件的速度配合时也可以用类似的方法 5 4 2系统高速缓存主存储器的高速缓充存储器也称为