内存储器的硬件知识

初识计算机硬件系统——内存储器的硬件知识主讲：刘亚琦《办公自动化》4．内存数据位宽内存与CPU的位数发展同步，表示一个周期内所处理的数据位数，DDR/DDR2/DDR3的位宽是64位（bit）。内存的配置中有一种技术叫做“双通道”，它是指在主板的双通道（通常是两根颜色一样的）内存插槽上，插入两根一模一样的内存条，此时内存的数据位宽将变为单根时的两倍，这样内存的带宽也将变为单根时的两倍。5．内存带宽内存带宽指的是内存每秒内的数据吞吐量，其计算公式为：内存带宽=内存核心频率×内存倍增系数×数据位宽/8（GB/s）3.3.2内存发展286初期电脑之前，内存都是以芯片方式直接应用在电脑中，存在着无法拆卸更换的弊病，鉴于此，将内存芯片焊接到事先设计好的印刷线路板上制作成内存条成为一个沿用至今的方法，而电脑主板上也相应改用内存插槽，这样就把内存难以安装和更换的问题彻底解决了。286初期内存容量只有64～256KB，内存条的出现提高了速度并扩大容量。在80286主板刚推出的时候，内存条采用了SIMM（SingleIn-lineMemoryModules，单边接触出现了72pinSIMM接口内存，72pinSIMM支持32bit快速页模式内存，内存带宽得以大幅度提升。72pinSIMM内存单条容量一般为512KB～2MB，而且仅要求两条同时使用，与30pinSIMM内存无法兼容。EDODRAM（ExtendedDateOutRAM外扩充数据模式存储器）内存，这是1991年到1995年之间盛行的内存条，比普通DRAM快15~30%。工作电压为一般为5V，带宽32bit，速度在40ns以上，其主要应用在当时的486及早期的Pentium电脑上。自IntelCeleron系列以及AMDK6处理器以及相关的主板芯片组推出后内存开始进入比较经典的SDRAM时代。SDRAM内存由早期的66MHz，发展后来的100MHz、133MHz，尽管没能彻底解决内存带宽的瓶颈问题，但此时CPU超频已经成为DIY用户永恒的话题，所以不少用户将品牌好的PC100品牌内存超频到133MHz使用以获得CPU超频成功，值得一提的是，为了方便一些超频用户需求，市场上出现了一些PC150、PC166规范的内存。基于SDRAM内存，分别出现了DDR、DDR2、DDR3等内存类型。3.3.3内存的分类1.按内存条的技术标准分类根据内存条的不同技术标准可分为SDRAM、DDRSDRAM、DDR2SDRAM、DDR3SDRAM等，通常省略后面的SDRAM称位，直接叫做DDR2、DDR3等。目前桌面个人电脑主流技术室DDR3。显卡设备中使用的内存称位GDDR，目前显卡中的所谓DDR5内存是GDDR5系列内存，并不是真正意义上的DDR5。●SDRAM（SynchronousDRAM）：同步动态随机存储器之所以被称为“同步”，因为SDR内存的存储单元频率、I/O频率及数据传输率都是相同的，比如经典的PC133，三种频率都是133MHz。

SDRAM在一个时钟周期内只能读/写一次，只在时钟上升期读/写数据，当同时需要读取和写入时，就得等待其中一个动作完成之后才能继续进行下一个动作。●DDR（DoubleDateRateSDRAM）：双倍速率同步动态随机存储器双倍是指在一个时钟周期内传输两次数据，在时钟的上升期和下降期各传输一次数据(通过差分时钟技术实现)，在存储阵列频率不变的情况下，数据传输率达到了SDR的两倍，此时就需要I/O从存储阵列中预取2bit数据，因此I/O的工作频率是存储阵列频率的两倍。●DDR2（DDR2SDRAM）：第二代双倍速率同步动态随机存储器

DDR2在DDR1的基础上，数据预取位数从2bit扩充至4bit，此时上下行同时传输数据（双倍）已经满足不了4bit预取的要求，因此I/O控制器频率必须加倍。至此，在存储单元频率保持133-200MHz不变的情况下，DDR2的实际频率达到了266-400MHz，而（等效）数据传输率达到了533-800MHz。●DDR3（DDR3SDRAM）：第三代双倍速率同步动态随机存储器DDR3就更容易理解了，数据预取位数再次翻倍到8bit，同理I/O控制器频率也加倍。此时，在存储单元频率保持133-200MHz不变的情况下，DDR3的实际频率达到了533-800MHz，而（等效）数据传输率高达1066-1600MHz。综上可以看出，DDR1/2/3的发展是围绕着数据预取而进行的，同时也给I/O控制器造成了不小的压力，虽然存储单元的工作频率保持不变，但I/O频率以级数增长，我们可以看到DDR3的I/O频率已逼近1GHz大关，此时I/O频率成为了新的瓶颈，如果继续推出DDR4的话，将会受到很多未知因素的制约，必须等待更先进的工艺或者新解决方案的出现才有可能延续DDR的生命。2.按内存条的适用机型分类台式机内存条台式机内存使用标准DIMM双边接触式内存模组，这种类型的借口内存两边都有引脚，目前DDR2和DDR3内存及手指的数量是240线。笔记本内存条笔记本内存条是一种改良型的DIMM模块，称位SO-DIMM尺寸要比台式机内存小，针脚数DDR3的只有204针，DDR2为200针。图为两种内存的比较3.3.4内存的时间参数先来看一下内存延迟的概念。内存延迟是指等待对系统内存中存储数据的访问完成时引起的延期。根本问题在于CPU的主频达到吉赫兹，而内存芯片速率仅为数百兆赫兹，时钟速度之比为10:1。因此，当处理器需要处于内存高速缓存之外的数据项时，每个周期必须等待10个时钟周期才能使内存芯片完成数据的提取和发送。通常，这些提取需要检索多个内存周期，然后需要更长时间通过到处理器的路径。这就意味着提取数据会占用数百个处理器时钟周期，在此期间应用不能处理其它任何任务。内存延迟表示系统进入数据存取操作就绪状态前等待内存响应的时间，它通常用4个连着的阿拉伯数字来表示，例如“3-4-4-8”，一般而言四个数中越往后值越大，在每一个类型的内存时代中，这4个数字越小，表示内存性能越好。由于没有比2-2-2-5更低的延迟，因此国际内存标准组织认为以现在的动态内存技术还无法实现0或者1的延迟。但也并非延迟越小内存性能越高，因为CL-TRP-TRCD-TRAS这四个数值是配合使用的，相互影响的程度非常大，并且也不是数值最大时其性能也最差，那么更加合理的配比参数很重要。第一个数字最为重要，表示注册读取命令到第一个输出数据之间的延迟（CASLatency），即CL值，单位是时钟周期。这是纵向地址脉冲的反应时间。DDR内存的CL值主要为2、2.5、3，DDR2的CL值在3~6之间，DDR3在5~9之间。不少消费者均被CAS延迟值数值所误导，认为DDR3内存的延迟表现将不及DDR2。但这是完全错误的观念，要计算整个内存模块的延迟值，还需要把内存颗粒的工作频率计算在内。事实上，JEDEC规定DDR2-533的CL4-4-4、DDR2-667的CL5-5-5及DDR2-800的CL6-6-6，其内存延迟时间均为15ns。目前DDR3-1066、DDR3-1333和DDR3-1600的CL值分别为7-7-7、8-8-8及9-9-9，把内存颗粒工作频率计算在内，其内存模块的延迟值应为13.125ns、12ns及11.25ns，相比DDR2内存模块提升了约25%，因此消费者以CAS数值当成内存模块的延迟值是不正确的。第二个数字表示内存行地址控制器预充电时间（RASPrecharge），即tRP。指内存从结束一个行访问到重新开始的间隔时间。第三个数字表示从内存行地址到列地址的延迟时间（RAStoCASDelay），即tRCD。第四个数字表示内存行地址控制器激活时间Act-to-PrechargePrechargeDelay（tRAS）3.4内存的结构以图3-2所示的金士顿DDR313334G内存为例，介绍内存的结构图3-2金士顿DDR313334G内存1.PCB板PCB板是内存、主板、显卡、CPU等电子设备电子器件和印刷电路的基板，多为绿色，也有蓝色、红色等，一般为4层或6层设计。理论上6层PCB要比4层电气性能好、稳定。但是层数不易从肉眼分辨。2.金手指（引脚、针脚）内存电路与主板电路联通的部分，与主板内存插槽的触脚接触。金手指使用时间过长后易被氧化，可能导致电脑无法开机，此时可以使用橡皮擦掉氧化层。3.内存条固定卡缺口4.金手指隔断缺口次缺口的作用是用来防止内存条插反，同时不同类型的内存条缺口位置不同，也可以防止插错。5.内存芯片也称作内存颗粒，内存的性能、速度、容量都是由内存芯片决定的，内存芯片上印刷着内存芯片的生产厂家、型号等参数。生产内存芯片的厂家有三星、美光、海力士等。6.SPD芯片SPD（串行存在检测）是一颗8针，容量为256B的EEPROM芯片