第06章+内存系统故障维修.ppt

第6章内存系统故障维修,6.1存储器类型与组成6.2存储单元工作原理【重点】6.3内存芯片工作原理6.4内存主要技术性能【重点】6.5内存条基本设计6.6内存条接口与信号6.7内存故障分析与处理,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第2页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.1存储器的类型DRAM：DDR2/DRR3内存SRAM：CPU内部Cache存储器半导体：闪存（SSD/U盘）外存磁介质：HDD光介质：CD-RAM/DVD/BD,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第3页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.1存储器的类型传统内存定义：直接与CPU进行数据交换的存储器称为内存，不能直接与CPU进行数据交换的存储器称为外存。本书内存定义：采用DRAM芯片构成的存储系统，它由安装在主板上的内存条组成。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第4页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.1存储器的类型,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第5页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.1存储器的类型外存材料和原理更加多样化。外存要求：容量大，价格便宜，断电后数据不会丢失。外存类型：半导体材料，如SSD、U盘、CF卡等；磁介质材料，如硬盘、软盘、磁带机等；光介质材料，如CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROM等,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第6页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.2半导体存储技术发展CMOS工艺制造的DRAM，只需要1个晶体管和1个电容就可以存储1位数据。内存芯片制程工艺达到了45nm线宽。单内存芯片存储容量达到了2Gbit。DRAM与SRAM的性能差别在缩小。SRAM是对晶体管锁存器进行读写。DRAM是对存储器电容进行读写。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第7页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.3内存基本类型JEDEC制定了一系列的内存技术标准。SDRAM可以实现与CPU的同步工作，因此称为“同步动态存储器”。SDRAM属于DRAM，它不是SRAM。SDRAM内部有几个P-Bank（物理存储阵列组），通过多个存储阵列组的切换，读写数据的效率得到了成倍提高。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第8页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.3内存基本类型DDR在时钟上升和下降沿都可传输数据。SDRAM仅在时钟下降沿传输数据。一般将DDRSDRAM内存统称为DDR内存。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第9页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.4内存组成形式不同标准的内存条，外观上并没有太大区别，但它们的工作电压、引脚数量、功能定义和定位口位置不同，互相不能兼容。,DDR内存,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第10页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.4内存组成形式,DDR内存,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第11页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.4内存组成形式SPD是一个8引脚、TSOP封装、容量为256字节的EEPROM芯片，工作频率多为100kHz。SPD芯片记录了内存的类型、工作频率、芯片容量、工作电压、各种主要操作时序、版本等技术参数。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第12页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.4内存组成形式,内存时钟频率获取,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第13页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.4内存组成形式内存条金手指镀金厚度为0.4m1.3m，据测试，0.4m的镀金厚度插拔200次，1.3m的镀层可以插拔2000次左右。,金手指,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第14页共41页,6.1存储器类型与组成,6.1.5内存芯片封装形式封装形式：DIP、TSOP、BGADDR3内存采用FBGA封装形式,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第15页共41页,6.2存储单元工作原理,6.2.1DRAM存储单元工作原理,内存条基本组成,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第16页共41页,6.2存储单元工作原理,6.2.1DRAM存储单元工作原理DRAM存储单元的工作原理类似于一个水桶中的浮动开关。高位为“1”低位为“0”水桶总是漏水,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第17页共41页,6.2存储单元工作原理,6.2.1DRAM存储单元工作原理晶体管M控制电容CS的充电和放电，电容CS用于存储数据。电容CS有电荷时，存储单元为逻辑1；电容CS没有电荷时，存储单元为逻辑0。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第18页共41页,6.2存储单元工作原理,6.2.1DRAM存储单元工作原理动态刷新是周期性的对DRAM中的数据进行读出、放大、回写操作。DDR内存刷新周期为64ms左右。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第19页共41页,6.2存储单元工作原理,6.2.2SRAM存储单元工作原理SRAM工作原理类似于一个开关。开=“1”；关=“0”一个SRAM存储单元由6个MOS晶体管组成。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第20页共41页,6.3内存芯片工作原理,6.3.1内存芯片电路结构DDR内存芯片组成：存储阵列、逻辑控制单元、地址总线、数据输入/输出总线、刷新计数器、数据掩码逻辑单元、数据选取脉冲发生器、延迟锁定环路等。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第21页共41页,6.3内存芯片工作原理,6.3.2内存芯片存储阵列结构存储阵列：存储单元以“位”的形式进行存储，由于“位”不便于微机处理，因此内存芯片采用“存储阵列”（Bank）结构。存储单元寻址：在存储阵列中查找数据的方法与表格检索方法相同，先指定一个行，再指定一个列，根据行号和列号就可以准确地找到所需要的存储单元。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第22页共41页,6.3内存芯片工作原理,6.3.2内存芯片存储阵列结构,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第23页共41页,6.3内存芯片工作原理,6.3.4内存寻址过程北桥芯片中的内存控制器先确定在内存条中有几个P-Bank的芯片集合（大部分内存条为1个P-Bank），然后才对内存芯片进行寻址。P-Bank：构成64bit位宽的一组内存芯片。内存芯片一般采用地址复用技术，也就是行地址和列地址采用同一组地址线。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第24页共41页,6.3内存芯片工作原理,6.3.4内存寻址过程行地址确定之后，就对列地址进行寻址。列地址寻址信号与读写命令可以同时发出。RAS#：行地址选通CAS：列地址选通,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第25页共41页,6.3内存芯片工作原理,6.3.5内存数据读取与写入CL（列地址选通潜伏期）：从列地址选通与读取命令发出，到第一次数据输出的时间。内存读操作：顺序读、随机读、突发读、读-写、读-预充电、读-状态中止等。内存写操作：写-写、随机写、突发写、写到读、写到预充电、写固定长度或写全页等。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第26页共41页,6.3内存芯片工作原理,6.3.6内存刷新工作原理定时对存储单元中的电容进行充电的过程称为“动态刷新”。在充电过程中，存储单元不能被访问。刷新由芯片内部自动操作，不需要寻址。标准刷新时间间隔是64ms。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第27页共41页,6.3内存芯片工作原理,6.3.6内存刷新工作原理DRAM的读操作是一个放电过程，原本逻辑状态为“1”的电容在读取操作后，会因为放电而变为逻辑0。对数据进行重写由S-AMP（读出放大器）来完成。写操作是一种充电过程。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第28页共41页,6.4内存主要技术性能,6.4.1内存时钟周期提高内存性能的方法：提高内存工作频率；减少各种内存操作中的延迟。内存有内部时钟和外部时钟。DDR2内存采用了差分时钟技术。DDR内存在时钟脉冲的上升沿和下降沿都可以传输数据。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第29页共41页,6.4内存主要技术性能,6.4.1内存时钟周期DDR2内存在100MHz的内部时钟频率下，外部时钟频率达到了200MHz，数据传输频率达到了400MHz。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第30页共41页,6.4内存主要技术性能,6.4.2内存主要技术参数tCK（时钟周期）：决定内存工作频率。CL（列地址选通潜伏期）：决定列寻址到数据被读取所花费的时间。tRCD（从行地址转换到列地址的延迟）：决定行寻址有效至读/写命令列寻址之间的时间。tRP（行预充电有效周期）：决定在同一L-Bank中不同工作行转换的时间。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第31页共41页,6.4内存主要技术性能,6.4.2内存主要技术参数内存延迟一般用“A-B-C”的形式表示，它们对应的参数是：CL-tRCD-tRP，如4-4-4。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第32页共41页,6.4内存主要技术性能,6.4.4数据突发传输长度突发：在同一行中相邻的存储单元连续进行数据传输的方式，连续传输的存储单元（列）数量就是突发长度（BL）。内存突发长度BL一般为4或8。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第33页共41页,6.4内存主要技术性能,6.4.4数据突发传输长度,内存测试参数,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第34页共41页,6.5内存条基本设计,6.5.1内存条的类型Unb-DIMM（无缓冲型双列直插式内存模组）：市场使用最多的内存条标准。,Unb-DIMMDDR3-2000台式机内存条,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第35页共41页,6.5内存条基本设计,6.5.1内存条的类型SO-DIMM（小外型内存模组）：笔记本微机使用。,SO-DIMMDDR22GB笔记本内存条,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第36页共41页,6.5内存条基本设计,6.5.1内存条的类型Reg-DIMM（寄存器型内存模组）：用于服务器，几乎都是ECC型。,ECC芯片,DDR芯片,Reg芯片,SPD芯片,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第37页共41页,6.5内存条基本设计,6.5.1内存条的类型在相同内存芯片容量下，位宽有多种不同设计方案。内存芯片I/O位宽有4bit、8bit、16bit三种类型，P-Bank=16bit4片=64bitP-Bank=8bit8片=64bitP-Bank=4bit16片=64bit,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第38页共41页,6.6内存条接口与信号,6.6.1内存条接口形式不同规格的DDR内存，断口位置不同。,主讲：XX老师,第6章内存系统故障维修,第39页共41页,6.5内存条基本设计,6.6.3双通道内存技术双通道内存主要依靠北桥芯片的控制技术，与内存本身无关。双通道技术：北桥芯片可以在两个不同的数据通道上分别寻址和读写数据