簡介
内存是計算機中重要的部件之一,它是與CPU進行溝通的橋梁。計算機中所有程序的運行都是在内存中進行的,因此内存的性能對計算機的影響非常大。内存又稱主存,是CPU能直接尋址的存儲空間,由半導體器件制成。内存的特點是存取速率快。内存是電腦中的主要部件,它是相對于外存而言的。我們平常使用的程序,如Windows操作系統、打字軟件、遊戲軟件等,一般都是安裝在硬盤等外存上的,但僅此是不能使用其功能的,必須把它們調入内存中運行,才能真正使用其功能,我們平時輸入一段文字,或玩一個遊戲,其實都是在内存中進行的。就好比在一個書房裡,存放書籍的書架和書櫃相當于電腦的外存,而我們工作的辦公桌就是内存。通常我們把要永久保存的、大量的數據存儲在外存上,而把一些臨時的或少量的數據和程序放在内存上,當然内存的好壞會直接影響電腦的運行速度。n 内存就是暫時存儲程序以及數據的地方,比如當我們在使用WPS處理文稿時,當你在鍵盤上敲入字符時,它就被存入内存中,當你選擇存盤時,内存中的數據才會被存入硬(磁)盤。n内存一般采用半導體存儲單元,包括随機存儲器(RAM),隻讀存儲器(ROM),以及高速緩存(CACHE)。隻不過因為RAM是其中最重要的存儲器。(synchronous)SDRAM同步動态随機存取存儲器:SDRAM為168腳,這是目前PENTIUM及以上機型使用的内存。SDRAM将CPU與RAM通過一個相同的時鐘鎖在一起,使CPU和RAM能夠共享一個時鐘周期,以相同的速度同步工作,每一個時鐘脈沖的上升沿便開始傳遞數據,速度比EDO内存提高50%。DDR(DOUBLE DATA RATE)RAM :SDRAM的更新換代産品,他允許在時鐘脈沖的上升沿和下降沿傳輸數據,這樣不需要提高時鐘的頻率就能加倍提高SDRAM的速度。
曆史
随着電腦數據總線寬度的增加,電腦對内存數據線的寬度要求也不斷提高。内存數據線的寬度從早期的1bit提高到4bit、8bit、32bit和目前的64bit。内存接插形式也經曆了DIP内存、SIMM内存和DIMM内存時代。
1、DIP内存DIP内存即普通雙列直插内存芯片,主要應用于數據寬度為8bit的Apple機、PC機、PC/XT機時代。DIP内存直接焊接在主闆上或插在主闆的DIP插座上,早期的DIP僅有1bit數據,需以9片為一組安裝,其中8片為數據位,一片為校驗位。
2、SIMM内存SIMM(Single-InLineMemoryModule),單邊接插内存模塊。SIMM内存是一條焊有多片内存芯片的印刷電路闆,插在主闆内存插槽中,它分30線SIMM和72線SIMM兩種類型。30線SIMM内存條誕生于286時代,有8bit數據位(部分另加有1位校驗位)。對16bit數據總線的286、386SX主闆均以兩條為一組安裝,對32bit數據總線的386DX、486主闆則需以四條為一組安裝,30線内存條常見容量有256KB、1MB和4MB。72線SIMM内存條誕生于486時代後期,有32bit數據位。對32bit數據總線的486主闆,可以一條為一組安裝;對有64bit内存數據總線的586主闆,需以二條為一組安裝。72線内存條常容量有4MB、8MB、16MB和32MB。
3、DIMM内存DIMM(DualIn-LineMemoryModule)雙邊接插内存模塊。主闆上的DIMM内存插槽兩邊均有金屬引腳線,每邊84線雙邊共有84*2=168條引腳,故而常稱其為168線内存條。168線DIMM内存條有64bit數據位,在586級主闆上安裝一條即能工作。目前大多主闆均采用DIMM内存條。168線内存條的常見容量有32MB、64MB、128MB。
技術的發展曆程
作為電腦主存儲器的DRAM存儲器問世以來,存儲器制造技術也不斷在提高,先後出現了FPMDRAM、EDODRAM、BEDODRAM、SDRAM、DDRDRAM、RambusDRAM等多種存儲器,主要技術向高集成度、高速度、高性能方向發展。n
FPMDRAM:又叫快頁内存,是傳統DRAM的改進型産品,在Intel286、386時代很流行。其主要特點是采用了不同于早期DRAM的列地址讀出方式,以30pin的FPMDRAM為例,每秒刷新率可以達到幾百次,在當時是非常驚人的,從而提高了内存的傳輸速率。但由于FPMDRAM使用了同一電路來存取數據的方式,因此也帶來一些弊端,例如FPMDRAM在存取時間上會有一定的時間間隔,而且在FPMDRAM中,由于存儲地址空間是按頁排列的,因此當訪問到某一頁面後,再切換到另一頁面會占用額外的時鐘周期。
在Intel286、386時代,我們常常可以看到一塊PCB電路闆上有着2至3枚雙排針腳的内存芯片,容量隻有1MB或2MB,因此可以說早期的FPM内存容量是非常低的,這樣的容量擺到現在看來,幾乎是不可想象的,但當時就是這樣,能有4MB内存的電腦已是極高的配置了。進入Intel486時代以後,電腦的各個部分也都在飛速發展着,從電腦内部總線到操作系統沒有一處不在發生着變化。至此大容量内存的發展由此進入快車道。新的FPMDRAM内存開始采用72PIN接口,由4/8顆内存芯片組成的4MB、8MB、16MB容量内存條逐漸大量面世,到了後期,32MB内存也漸露身影,按理說72pinSIMMFPM是32bit産品,比30pinSIMMFPM性能更好些,但當時72pinSIMMFPM價格相對較高,個人用戶考慮價格問題減緩了新品的推廣。至此,内存的類型也開始發生新的變化。
EDODRAM:一種被稱為EDO的采用新的尋址方式的内存開始流行。EDO内存(ExtendedDAtaOut)也稱“擴展數據輸出内存”。它的工作原理基本與FPMDRAM類似,取消了擴展數據輸出内存與傳輸内存兩個存儲周期之間的時間間隔,可在把數據發給CPU的同時去訪問下一個頁面,故而速度要比普通的DRAM快出15%~30%。EDODRAM的工作電壓是5V,帶寬32bit,其接口方式多為72pin的SIMM類型,但也有168pin的DIMM類型。由于Pentium及其以上級别系統的數據總線寬度都是64bit的,所以EDODRAM與FPMDRAM都必須以一對一組的形式同時安裝,共同組成一個Bank。486後期的有些主闆和大多586主闆均支持EDODRAM。除了速度快、主闆支持率高的特點外,EDODRAM在制造上隻是在原來DRAM基礎上增加了少量EDO邏輯電路,因此成本與FPMDRAM相差不大,于是EDODRAM一上市就得到了很好的推廣,直到更高性能的SDRAM出現之後,EDODRAM才退出市場。
SD内存
SDRAM:當個人電腦進入IntelPentium時代後,SDRAM開始為大家所熟悉了,并一直流行到至今。SD(SynchronousDynamic)RAM也稱為“同步動态内存”,都是168線的,帶寬為64bit,工作電壓為3.3V,目前最快的速度可達6ns。它的工作原理是将RAM與CPU以相同的時鐘頻率進行控制,使RAM和CPU的外頻同步,徹底取消等待時間,所以它的數據傳輸速度比EDORAM又至少快了13%。采用64bit的數據寬,所以隻需一根内存條就可以安裝使用。
對SDRAM的支持是從Intel的VX控制芯片組開始的。VX芯片組集成了許多新的功能,其中包括支持168pin的SDRAM,在VX主闆中,我們一般可以看到有四根可插72pin内存的SIMM内存插槽,此外還有一根可以插168pin的DIMM内存插槽,這也說明VX控制芯片是初次嘗試支持SDRAM,不過VX控制芯片隻是過渡時期的産品,真正能夠完美支持SDRAM的是後來Intel發布的TX控制芯片,再來看TX主闆,一般SIMM已被縮減至一組,甚至沒有,而DIMM都有二根甚至三根。
在當前,因為CPU的超頻是很多人的共同話題,在經過CPU的再三發展後,外頻的概念慢慢地被建立起來。内存與CPU是有着極強聯系的,CPU的外頻有了66MHz、100MHz等,于是内存的工作時鐘也被确立起來。因為,内存需要工作在CPU的外頻下,所以也就有了所謂的PC66、PC100等内存規範,甚至到後來的PC133規範。因為主頻越高,工作的速度也就越快,所以SDRAM相對于EDO等各型内存,其存取周期所花的時間大大縮短,常見的一般有10ns、8ns、7ns等。在CPU被超頻的同時,我們還接觸到了一個CL問題。CL是CASLatency的簡稱,CAS是指内存在存取數據的延遲時間,那麼這個數據就代表着内存的反應速度。一般在主闆的BIOS中,我們可以看到CL參數的調協,選項有2或3,數字小代表内存的反應速度較快,可以快速響應CPU給予的指令,并在高速下作。這也是衡量SDRAM優劣與否的重要标志之一。
随着内存的進一步規範,我們可以看到在SDRAM内存條上有一個極小的芯片,一般以内存右下或右上的位置。這塊極小的芯片被稱為SPD。這塊SPD其實就是一塊2K的EPROM,它是在内存出廠時,由廠家将該内存的性能指标寫入其中,用戶在使用中,由主闆将其内容讀出,并在BIOS中内存類型為Auto的條件上,按SPD的内容來調整工作參數,以加強系統穩定性。
DDRDRAM:DDR(DoubleDataRateDRAM),雙速率DRAM是DRAM技術的延續,與DRAM的主要區别是DDRDRAM能利用時鐘脈沖的上升沿和下降沿傳輸數據,因此不需提高工作頻率就能成倍提高DRAM的速度,而且制成本并不高。此技術可應用于SDRAM和SGRAM,使得實際帶寬增加了兩倍。就實際功能來看,在100MHz下DDRSDRAM的理論帶寬甚至可以達到1.66GB/s,在133MHz下可達到2.1GB/s,200MHz更可達到3.2GB/s。可以看到DDRDRAM在未來的高速PC系統和服務器中有着極大的應用前景。目前威盛和其它一些内存廠商正大力推廣DDRSDRAM,欲使其成為下一代内存主流。AMD、VIA等廠商也在探讨其下一代主闆芯片組中應用DDRSDRAM的可能性。
DDR内存現在漸漸成為内存市場中新的寵兒,因其合理的性價比從其誕生以來一直受到人們熱烈的期望,希望這一新的内存産品全面提升系統的處理速度和帶寬,就連對Rambus抱有無限希望的Intel公司也向外界宣布将以最快的速度生産支持DDR内存的新一代P4系統。不難看出,DDR真的是大勢所趨。近來市場上已聞諸多廠商開始陸續推出自己的DDR内存産品,國際上少數内存生産商之一的金士頓公司(Kingston)其實在去年年底就已完成了批量生産DDR内存的生産線的建設,現在金士頓公司(Kingston)已準備開始向全球接受訂單開始大量供貨了。那麼究竟什麼是DDR内存呢?其技術優勢又在何處呢?請讓我們先了解一下這樣新的事物。DDR是DoubleDataRateSDRAM的縮寫(雙倍數據速率)。DDRSDRAM内存技術是從主流的PC66,PC100,PC133SDRAM技術發展而來。這一新技術使新一代的高性能計算機系統成為可能,包括台式機、工作站、服務器、便攜式,也包括新的通信産品,如路由器。DDR内存目前被廣泛應用于高性能圖形适配器。
DDRDIMMs與SDRAMDIMMs的物理元數相同,但兩側的線數不同,DDR應用184pins,而SDRAM則應用168pins。因此,DDR内存不向後兼容SDRAM,要求專為DDR設計的主闆與系統。DDR内存技術是成熟的PC100和PC133SDRAM技術的革命性進步。DDR内存芯片由半導體制造商用現有的晶圓片,程序及測試設備生産,從而降低了内存芯片的成本。Kingston能夠利用其現有的制造與測試設備在全球範圍内提供DDR模塊。主要的技術及芯片公司,包括Intel,AMD,ViaTechnology,AcerLabs(Ali),SiliconIntegratedSystems(SiS),nVidia,ATI,及ServerWorks都已宣布支持DDR内存。主闆及系統支持DDR内存在2000的Q4中已獲引進,在2001年将被大量采用。DDRDIMM的規範由JEDEC定案。JEDEC是電子行業聯盟的半導體工業标準化組織。大約300家會員公司提交行業中每一環節的标準,積極合作來發展符合行業需求的标準體系。Kingston是JEDEC的長期會員,并且是JEDEC的理事會成員。
分類
各種内存
這裡需要明确的是,我們讨論的不同内存的概念是建立在尋址空間上的。IBM推出的第一台PC機采用的CPU是8088芯片,它隻有20根地址線,也就是說,它的地址空間是1MB。
PC機的設計師将1MB中的低端640KB用作RAM,供DOS及應用程序使用,高端的384KB則保留給ROM、視頻适配卡等系統使用。從此,這個界限便被确定了下來并且沿用至今。低端的640KB就被稱為常規内存即PC機的基本RAM區。保留内存中的低128KB是顯示緩沖區,高64KB是系統BIOS(基本輸入/輸出系統)空間,其餘192KB空間留用。從對應的物理存儲器來看,基本内存區隻使用了512KB芯片,占用0000至7FFFF這512KB地址。顯示内存區雖有128KB空間,但對單色顯示器(MDA卡)隻需4KB就足夠了,因此隻安裝4KB的物理存儲器芯片,占用了B0000至B0FFF這4KB的空間,如果使用彩色顯示器(CGA卡)需要安裝16KB的物理存儲器,占用B8000至BBFFF這16KB的空間,可見實際使用的地址範圍都小于允許使用的地址空間。
在當時(1980年末至1981年初)這麼“大”容量的内存對PC機使用者來說似乎已經足夠了,但是随着程序的不斷增大,圖象和聲音的不斷豐富,以及能訪問更大内存空間的新型CPU相繼出現,最初的PC機和MS-DOS設計的局限性變得越來越明顯。
擴充内存
到1984年,即286被普遍接受不久,人們越來越認識到640KB的限制已成為大型程序的障礙,這時,Intel和Lotus,這兩家硬、軟件的傑出代表,聯手制定了一個由硬件和軟件相結合的方案,此方法使所有PC機存取640KB以上RAM成為可能。而Microsoft剛推出Windows不久,對内存空間的要求也很高,因此它也及時加入了該行列。
在1985年初,Lotus、Intel和Microsoft三家共同定義了LIM-EMS,即擴充内存規範,通常稱EMS為擴充内存。當時,EMS需要一個安裝在I/O槽口的内存擴充卡和一個稱為EMS的擴充内存管理程序方可使用。但是I/O插槽的地址線隻有24位(ISA總線),這對于386以上檔次的32位機是不能适應的。所以,現在已很少使用内存擴充卡。現在微機中的擴充内存通常是用軟件如DOS中的EMM386把擴展内存模拟或擴充内存來使用。所以,擴充内存和擴展内存的區别并不在于其物理存儲器的位置,而在于使用什麼方法來讀寫它。下面将作進一步介紹。
前面已經說過擴充存儲器也可以由擴展存儲器模拟轉換而成。EMS的原理和XMS不同,它采用了頁幀方式。頁幀是在1MB空間中指定一塊64KB空間(通常在保留内存區内,但其物理存儲器來自擴展存儲器),分為4頁,每頁16KB。EMS存儲器也按16KB分頁,每次可交換4頁内容,以此方式可訪問全部EMS存儲器。符合EMS的驅動程序很多,常用的有EMM386.EXE、QEMM、TurboEMS、386MAX等。DOS和Windows中都提供了EMM386.EXE。
擴展内存
我們知道,286有24位地址線,它可尋址16MB的地址空間,而386有32位地址線,它可尋址高達4GB的地址空間,為了區别起見,我們把1MB以上的地址空間稱為擴展内存XMS(eXtend memory)。
在386以上檔次的微機中,有兩種存儲器工作方式,一種稱為實地址方式或實方式,另一種稱為保護方式。在實方式下,物理地址仍使用20位,所以最大尋址空間為1MB,以便與8086兼容。保護方式采用32位物理地址,尋址範圍可達4GB。DOS系統在實方式下工作,它管理的内存空間仍為1MB,因此它不能直接使用擴展存儲器。為此,Lotus、Intel、AST及Microsoft公司建立了MS-DOS下擴展内存的使用标準,即擴展内存規範XMS。我們常在Config.sys文件中看到的Himem.sys就是管理擴展内存的驅動程序。
擴展内存管理規範的出現遲于擴充内存管理規範。
高端内存區
在實方式下,内存單元的地址可記為:
段地址:段内偏移通常用十六進制寫為XXXX:XXXX。實際的物理地址由段地址左移4位再和段内偏移相加而成。若地址各位均為1時,即為FFFF:FFFF。其實際物理地址為:FFF0+FFFF=10FFEF,約為1088KB(少16字節),這已超過1MB範圍進入擴展内存了。這個進入擴展内存的區域約為64KB,是1MB以上空間的第一個64KB。我們把它稱為高端内存區HMA(High Memory Area)。HMA的物理存儲器是由擴展存儲器取得的。因此要使用HMA,必須要有物理的擴展存儲器存在。此外HMA的建立和使用還需要XMS驅動程序HIMEM.SYS的支持,因此隻有裝入了HIMEM.SYS之後才能使用HMA。
上位内存
為了解釋上位内存的概念,我們還得回過頭看看保留内存區。保留内存區是指640KB~1024KB(共384KB)區域。這部分區域在PC誕生之初就明确是保留給系統使用的,用戶程序無法插足。但這部分空間并沒有充分使用,因此大家都想對剩餘的部分打主意,分一塊地址空間(注意:是地址空間,而不是物理存儲器)來使用。于是就得到了又一塊内存區域UMB。
UMB(Upper Memory Blocks)稱為上位内存或上位内存塊。它是由擠占保留内存中剩餘未用的空間而産生的,它的物理存儲器仍然取自物理的擴展存儲器,它的管理驅動程序是EMS驅動程序。
影子内存
對于細心的讀者,可能還會發現一個問題:即是對于裝有1MB或1MB以上物理存儲器的機器,其640KB~1024KB這部分物理存儲器如何使用的問題。由于這部分地址空間已分配為系統使用,所以不能再重複使用。為了利用這部分物理存儲器,在某些386系統中,提供了一個重定位功能,即把這部分物理存儲器的地址重定位為1024KB~1408KB。這樣,這部分物理存儲器就變成了擴展存儲器,當然可以使用了。但這種重定位功能在當今高檔機器中不再使用,而把這部分物理存儲器保留作為Shadow存儲器。Shadow存儲器可以占據的地址空間與對應的ROM是相同的。Shadow由RAM組成,其速度大大高于ROM。當把ROM中的内容(各種BIOS程序)裝入相同地址的Shadow RAM中,就可以從RAM中訪問BIOS,而不必再訪問ROM。這樣将大大提高系統性能。因此在設置CMOS參數時,應将相應的Shadow區設為允許使用(Enabled)。
奇偶校驗
奇/偶校驗(ECC)是數據傳送時采用的一種校正數據錯誤的一種方式,分為奇校驗和偶校驗兩種。
如果是采用奇校驗,在傳送每一個字節的時候另外附加一位作為校驗位,當實際數據中“1”的個數為偶數的時候,這個校驗位就是“1”,否則這個校驗位就是“0”,這樣就可以保證傳送數據滿足奇校驗的要求。在接收方收到數據時,将按照奇校驗的要求檢測數據中“1”的個數,如果是奇數,表示傳送正确,否則表示傳送錯誤。
同理偶校驗的過程和奇校驗的過程一樣,隻是檢測數據中“1”的個數為偶數。
CL延遲
CL反應時間是衡定内存的另一個标志。CL是CAS Latency的縮寫,指的是内存存取數據所需的延遲時間,簡單的說,就是内存接到CPU的指令後的反應速度。一般的參數值是2和3兩種。數字越小,代表反應所需的時間越短。在早期的PC133内存标準中,這個數值規定為3,而在Intel重新制訂的新規範中,強制要求CL的反應時間必須為2,這樣在一定程度上,對于内存廠商的芯片及PCB的組裝工藝要求相對較高,同時也保證了更優秀的品質。因此在選購品牌内存時,這是一個不可不察的因素。
還有另的诠釋:内存延遲基本上可以解釋成是系統進入數據進行存取操作就序狀态前等待内存響應的時間。打個形象的比喻,就像你在餐館裡用餐的過程一樣。你首先要點菜,然後就等待服務員給你上菜。同樣的道理,内存延遲時間設置的越短,電腦從内存中讀取數據的速度也就越快,進而電腦其他的性能也就越高。這條規則雙雙适用于基于英特爾以及AMD處理器的系統中。由于沒有比2-2-2-5更低的延遲,因此國際内存标準組織認為以現在的動态内存技術還無法實現0或者1的延遲。
通常情況下,我們用4個連着的阿拉伯數字來表示一個内存延遲,例如2-2-2-5。其中,第一個數字最為重要,它表示的是CAS Latency,也就是内存存取數據所需的延遲時間。第二個數字表示的是RAS-CAS延遲,接下來的兩個數字分别表示的是RAS預充電時間和Act-to-Precharge延遲。而第四個數字一般而言是它們中間最大的一個。
适用類型
根據内存條所應用的主機不同,内存産品也各自不同的特點。
1、台式機内存是DIY市場内最為普遍的内存,價格也相對便宜。筆記本内存則對尺寸、穩定性、散熱性方面有一定的要求,價格要高于台式機内存。而應用于服務器的内存,則對穩定性以及内存糾錯功能要求嚴格,同樣穩定性也是着重強調的。
2、筆記本内存 ,就是應用于筆記本電腦的内存産品。筆記本内存隻是使用的環境與台式機内存不同,在工作原理方面,并沒有什麼區别。隻是因為筆記本電腦對内存的穩定性、體積、散熱性方面的需求,筆記本内存在這幾方面要優于台式機内存,價格方面也要高于台式機内存。
筆記本誕生于台式機的486年代,在那個時代的筆記本電腦,所采用的内存各不相同,各種品牌的機型,使用的内存千奇百怪,甚至同一機型的不同批次也有不同的内存,規格極其複雜,有的機器甚至使用PCMICA閃存卡來做内存。進入到台式機的586時代,筆記本廠商開始推廣72針的SO DIMM标準筆記本内存,而市場上還同時存在着多種規格的筆記本内存,諸如:72針5伏的FPM;72針5伏的EDO;72針3.3伏的FPM;72針3.3伏的EDO。此幾種類型的筆記本内存都已成為“古董”級的寶貝,早已在市場内消失了。在進入到“奔騰”時代,144針的3.3伏的EDO是标準筆記本内存。在往後,随着台式機内存中SDRAM的普及,筆記本内存也出現了144針的SDRAM。現在,DDR的筆記本内存也在市面中較為普遍了,而在一些輕薄筆記本内,還有些機型使用與普通機型不同的Micro DIMM接口内存。對于多數的筆記本電腦,都并沒有配備單獨的顯存,而是采用内存共享的形式,内存要同時負擔内存和顯存的存儲作用。因此,内存對于筆記本電腦性能的影響很大。
3、服務器是企業信息系統的核心,因此對内存的可靠性非常敏感。服務器上運行着企業的關鍵業務,内存錯誤,可能造成服務器錯誤并使數據永久丢失。因此,服務器内存在可靠性方面的要求很高,所以服務器内存大多都帶有Buffer(緩存器)、Register(寄存器)、ECC(錯誤糾正代碼),以保證把錯誤發生的可能性降到最低。服務器内存具有普通PC内存所不具備的高性能、高兼容性和高可靠性。
主頻
内存主頻和CPU主頻一樣,習慣上被用來表示内存的速度,它代表着該内存所能達到的最高工作頻率。内存主頻是以MHz(兆赫)為單位來計量的。内存主頻越高,在一定程度上代表着内存所能達到的速度越快。内存主頻決定着該内存最高能在什麼樣的頻率正常工作。
目前,市面上已推出的内存産品中,最高能達到560MHz的主頻,而較為主流的是333MHz和400MHz的DDR内存。大家知道,計算機系統的時鐘速度是以頻率來衡量的。晶體振蕩器控制着時鐘速度,在石英晶片上加上電壓,其就以正弦波的形式震動起來,這一震動可以通過晶片的形變和大小記錄下來。晶體的震動以正弦調和變化的電流形式表現出來,這一變化的電流就是時鐘信号。而内存本身并不具備晶體振蕩器,因此,内存工作時的時鐘信号,是由主闆芯片組的北橋或直接由主闆的時鐘發生器提供的。也就是說,内存無法決定自身的工作頻率,其實際工作頻率是由主闆來決定的。一般情況下,内存的工作頻率是和主闆的外頻相一緻的。通過主闆調節CPU的外頻,也就調整了内存的實際工作頻率。
内存工作時,有兩種工作模式:
一種是同步工作模式。此模式下,内存的實際工作頻率與CPU外頻一緻,這是大部分主闆所采用的默認内存工作模式。
另外一種是異步工作模式。這樣,允許内存的工作頻率與CPU外頻可存在一定差異。它可以讓内存工作在高出或低于系統總線速度33MHz,又或者讓内存和外頻以3:4、4:5等特定比例的頻率上。利用異步工作模式技術,就可以避免以往超頻而導緻的内存瓶頸問題。舉個例子:一塊845E的主闆,最大隻能支持DDR266内存,其主頻是266MHz,這是DDR内存的等效頻率,其實際工作頻率是133MHz。在正常情況下(不進行超頻),該主闆上内存工作頻率最高可以設置到DDR266的模式。但如果主闆支持内存異步功能,那麼就可以采用内存、外頻頻率以5:4的比例模式下工作。這樣,内存的工作頻率就可以達到166MHz,此時主闆就可以支持DDR333(等效頻率333MHz,實際頻率166MHz)了。目前的主闆芯片組,幾乎都支持内存異步。英特爾公司從810系列,到目前較新的875系列都支持,而威盛公司則從693芯片組以後,全部都提供了此功能。
傳輸類型
傳輸類型,是指内存所采用的内存類型。不同類型的内存,傳輸類型各有差異,在傳輸率、工作頻率、工作方式、工作電壓等方面,都有不同。目前,市場中主要有的内存類型有SDRAM、DDR SDRAM和RDRAM三種。其中,DDR SDRAM内存占據了市場的主流,而SDRAM内存規格已不再發展,處于被淘汰的行列。RDRAM則始終未成為市場的主流,隻有部分芯片組支持,而這些芯片組也逐漸退出了市場,RDRAM前景并不被看好。
1)SDRAM
SDRAM,即Synchronous DRAM(同步動态随機存儲器),曾經是PC電腦上最為廣泛應用的一種内存類型,即便在今天,SDRAM仍舊還在市場占有一席之地。既然是“同步動态随機存儲器”,那就代表着它的工作速度是與系統總線速度同步的。
SDRAM内存又分為PC66、PC100、PC133等不同規格,而規格後面的數字,就代表着該内存最大所能正常工作的系統總線速度,如PC100,那就說明此内存可以在系統總線為100MHz的電腦中同步工作。
與系統總線速度同步,也就是與系統時鐘同步,這樣就避免了不必要的等待周期,減少數據存儲時間。同步還使存儲控制器知道在哪一個時鐘脈沖期由數據請求使用,因此數據可在脈沖上升期便開始傳輸。SDRAM采用3.3伏工作電壓,168Pin的DIMM接口,帶寬為64位。SDRAM不僅應用在内存上,在顯存上也較為常見。
2)DDR
嚴格的說,DDR應該叫DDR SDRAM,人們習慣稱為DDR。部分初學者也常看到DDR SDRAM,就認為是SDRAM。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫,是雙倍速率同步動态随機存儲器的意思。
DDR内存是在SDRAM内存的基礎上發展而來的,仍然沿用SDRAM生産體系。因此,對于内存廠商而言,隻需對制造普通SDRAM的設備稍加改進,即可實現DDR内存的生産,可有效的降低成本。
SDRAM在一個時鐘周期内隻傳輸一次數據,它是在時鐘的上升期進行數據傳輸;而DDR内存則是一個時鐘周期内傳輸兩次數據,它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據。因此,稱為雙倍速率同步動态随機存儲器。DDR内存可以在與SDRAM相同的總線頻率下,達到更高的數據傳輸率。
與SDRAM相比,DDR運用了更先進的同步電路,使指定地址、數據輸送和輸出的主要步驟,既獨立執行,又保持與CPU完全同步。DDR使用了DLL(Delay Locked Loop,延時鎖定回路提供一個數據濾波信号)技術,當數據有效時,存儲控制器可使用這個數據濾波信号來精确定位數據,每16次輸出一次,并重新同步來自不同存儲器模塊的數據。DDR本質上不需要提高時鐘頻率,就能加倍提高SDRAM的速度,它允許在時鐘脈沖的上升沿和下降沿讀出數據,因而其速度是标準SDRA的兩倍。
從外形體積上看,DDR與SDRAM相比差别并不大。他們具有同樣的尺寸和同樣的針腳距離。但DDR為184針腳,比SDRAM多出了16個針腳,主要包含了新的控制、時鐘、電源和接地等信号。DDR内存采用的是支持2.5V電壓的SSTL2标準,而不是SDRAM使用的3.3V電壓的LVTTL标準。
3)RDRAM
RDRAM(Rambus DRAM)是美國的RAMBUS公司開發的一種内存。與DDR和SDRAM不同,它采用了串行的數據傳輸模式。在推出時,因為其徹底改變了内存的傳輸模式,無法保證與原有的制造工藝相兼容,而且内存廠商要生産RDRAM,還必須要加納一定專利費用,再加上其本身制造成本,就導緻了RDRAM從一問世就高昂的價格,讓普通用戶無法接收。而同時期的DDR則能以較低的價格,不錯的性能,逐漸成為主流,雖然RDRAM曾受到英特爾公司的大力支持,但始終沒有成為主流。
RDRAM的數據存儲位寬是16位,遠低于DDR和SDRAM的64位。但在頻率方面,則遠遠高于二者,可以達到400MHz乃至更高。同樣也是在一個時鐘周期内傳輸兩次次數據,能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數據,内存帶寬能達到1.6Gbyte/s。
普通的DRAM行緩沖器的信息,在寫回存儲器後便不再保留,而RDRAM則具有繼續保持這一信息的特性,于是在進行存儲器訪問時,如行緩沖器中已經有目标數據,則可利用,因而實現了高速訪問。另外,其可把數據集中起來,以分組的形式傳送。所以,隻要最初用24個時鐘,以後便可每1時鐘讀出1個字節。一次訪問所能讀出的數據長度,可以達到256字節。
4)DDR2
DDR2(Double Data Rate 2)SDRAM,是由JEDEC(電子設備工程聯合委員會)進行開發的新生代内存技術标準,它與上一代DDR内存技術标準最大的不同就是,雖然同是采用了在時鐘的上升/下降延同時進行數據傳輸的基本方式,但DDR2内存卻擁有兩倍于上一代DDR内存預讀取能力(即:4bit數據讀預取)。換句話說,DDR2内存每個時鐘能夠以4倍于外部總線的速度讀/寫數據,并且能夠以内部控制總線4倍的速度運行。
此外,由于DDR2标準規定所有DDR2内存均采用FBGA封裝形式,而不同于目前廣泛應用的TSOP/TSOP-II封裝形式,FBGA封裝可以提供了更為良好的電氣性能與散熱性,為DDR2内存的穩定工作與未來頻率的發展提供了堅實的基礎。回想起DDR的發展曆程,從第一代應用到個人電腦的DDR200,經過DDR266、DDR333到今天的雙通道DDR400技術,第一代DDR的發展也走到了技術的極限,已經很難通過常規辦法提高内存的工作速度。随着Intel最新處理器技術的發展,前端總線對内存帶寬的要求是越來越高,擁有更高更穩定運行頻率的DDR2内存将是大勢所趨。
DDR2與DDR的區别:在了解DDR2内存諸多新技術前,先讓我們看一組DDR和DDR2技術對比的數據。
1、延遲問題:
從上表可以看出,在同等核心頻率下,DDR2的實際工作頻率是DDR的兩倍。這得益于DDR2内存擁有兩倍于标準DDR内存的4BIT預讀取能力。換句話說,雖然DDR2和DDR一樣,都采用了在時鐘的上升延和下降延同時進行數據傳輸的基本方式,但DDR2擁有兩倍于DDR的預讀取系統命令數據的能力。也就是說,在同樣100MHz的工作頻率下,DDR的實際頻率為200MHz,而DDR2則可以達到400MHz。
這樣,也就出現了另一個問題:在同等工作頻率的DDR和DDR2内存中,後者的内存延時要慢于前者。舉例來說,DDR200和DDR2-400具有相同的延遲,而後者具有高一倍的帶寬。實際上,DDR2-400和DDR400具有相同的帶寬,它們都是3.2GB/s,但是DDR-400的核心工作頻率是200MHz,而DDR2-400的核心工作頻率是100MHz,也就是說DDR2-400的延遲要高于DDR-400。
2、封裝和發熱量:
DDR2内存技術最大的突破點,其實不在于用戶們所認為的兩倍于DDR的傳輸能力,而是在采用更低發熱量、更低功耗的情況下,DDR2可以獲得更快的頻率提升,突破标準DDR的400MHZ限制。
DDR内存通常采用TSOP芯片封裝形式,這種封裝形式可以很好的工作在200MHz上。當頻率更高時,它過長的管腳就會産生很高的阻抗和寄生電容,這會影響它的穩定性和頻率提升的難度。這也就是DDR的核心頻率很難突破275MHZ的原因。而DDR2内存均采用FBGA封裝形式。不同于目前廣泛應用的TSOP封裝形式,FBGA封裝提供了更好的電氣性能與散熱性,為DDR2内存的穩定工作與未來頻率的發展提供了良好的保障。
DDR2内存采用1.8V電壓,相對于DDR标準的2.5V,降低了不少,從而提供了明顯的更小功耗與更小發熱量,這一點的變化是意義重大的。
3、DDR2采用的新技術:
除了以上所說的區别外,DDR2還引入了三項新的技術,它們是OCD、ODT和Post CAS。
1)OCD(Off-Chip Driver):也就是所謂的離線驅動調整。DDRII通過OCD可以提高信号的完整性。DDRII通過調整上拉(pull-up)/下拉(pull-down)的電阻值,使兩者電壓相等。使用OCD通過減少DQ-DQS的傾斜,來提高信号的完整性;通過控制電壓來提高信号品質。
2)ODT:ODT是内建核心的終結電阻器。我們知道使用DDR SDRAM的主闆上面,為了防止數據線終端反射信号,需要大量的終結電阻。它大大增加了主闆的制造成本。實際上,不同的内存模組對終結電路的要求是不一樣的,終結電阻的大小,決定了數據線的信号比和反射率。終結電阻小,則數據線信号反射低,但信噪比也較低;終結電阻高,則數據線的信噪比高,但信号反射也會增加。因此,主闆上的終結電阻并不能非常好的匹配内存模組,還會在一定程度上影響信号品質。DDR2可以根據自已的特點,内建合适的終結電阻。這樣,可以保證最佳的信号波形。使用DDR2不但可以降低主闆成本,還得到了最佳的信号品質,這是DDR不能比拟的。
3)Post CAS:它是為了提高DDR II内存的利用效率而設定的。在Post CAS操作中,CAS信号(讀寫/命令)能夠被插到RAS信号後面的一個時鐘周期,CAS命令可以在附加延遲(Additive Latency)後面保持有效。原來的tRCD(RAS到CAS和延遲)被AL(Additive Latency)所取代,AL可以在0,1,2,3,4中進行設置。由于CAS信号放在了RAS信号後面一個時鐘周期,因此,ACT和CAS信号永遠也不會産生碰撞沖突。
總的來說,DDR2采用了諸多的新技術,改善了DDR的諸多不足,雖然它目前有成本高、延遲慢等諸多不足,但相信随着技術的不斷提高和完善,這些問題終将得到解決。
接口類型
接口類型,是根據内存條金手指上導電觸片的數量來劃分的。金手指上的導電觸片,也習慣稱為針腳數(Pin)。因為不同的内存采用的接口類型各不相同,而每種接口類型所采用的針腳數各不相同。筆記本内存一般采用144Pin、200Pin接口;台式機内存則基本使用168Pin和184Pin接口。對應于内存所采用的不同針腳數,内存插槽類型也各不相同。目前,台式機系統主要有SIMM、DIMM和RIMM三種類型的内存插槽,而筆記本内存插槽則是在SIMM和DIMM插槽基礎上發展而來,基本原理并沒有變化,隻是在針腳數上略有改變。
1、金手指
金手指(connecting finger)是内存條上與内存插槽之間的連接部件,所有的信号都是通過金手指進行傳送的。金手指由衆多金黃色的導電觸片組成,因其表面鍍金而且導電觸片排列如手指狀,所以稱為“金手指”。金手指實際上是在覆銅闆上通過特殊工藝再覆上一層金,因為金的抗氧化性極強,而且傳導性也很強。不過,因為金昂貴的價格,目前較多的内存都采用鍍錫來代替。從上個世紀90年代開始,錫材料就開始普及,目前主闆、内存和顯卡等設備的“金手指”,幾乎都是采用的錫材料,隻有部分高性能服務器/工作站的配件接觸點,才會繼續采用鍍金的做法,價格自然不菲。
内存處理單元的所有數據流、電子流,正是通過金手指與内存插槽的接觸與PC系統進行交換,是内存的輸出輸入端口。因此,其制作工藝,對于内存連接顯得相當重要。
2、内存插槽
最初的計算機系統,通過單獨的芯片安裝内存,那時内存芯片都采用DIP(Dual ln-line Package,雙列直插式封裝)封裝,DIP芯片是通過安裝在插在總線插槽裡的内存卡與系統連接,此時還沒有正式的内存插槽。DIP芯片有個最大的問題,就在于安裝起來很麻煩,而且随着時間的增加,由于系統溫度的反複變化,它會逐漸從插槽裡偏移出來。随着每日頻繁的計算機啟動和關閉,芯片不斷被加熱和冷卻,慢慢地芯片會偏離出插槽。最終導緻接觸不好,産生内存錯誤。
早期還有另外一種方法,是把内存芯片直接焊接在主闆或擴展卡裡,這樣有效避免了DIP芯片偏離的問題,但無法再對内存容量進行擴展,而且如果一個芯片發生損壞,整個系統都将不能使用,隻能重新焊接一個芯片或更換包含壞芯片的主闆。此種方法付出的代價較大,也極為不便。
對于内存存儲器,大多數現代的系統,都已采用單列直插内存模塊(Single Inline Memory Module,SIMM)或雙列直插内存模塊(Dual Inline Memory Module,DIMM)來替代單個内存芯片。這些小闆卡插入到主闆或内存卡上的特殊連接器裡。
3、内存模塊
1)SIMM
SIMM(Single Inline Memory Module,單列直插内存模塊)。内存條通過金手指與主闆連接,内存條正反兩面都帶有金手指。金手指可以在兩面提供不同的信号,也可以提供相同的信号。SIMM就是一種兩側金手指都提供相同信号的内存結構,它多用于早期的FPM和EDD DRAM,最初一次隻能傳輸8bif數據,後來逐漸發展出16bit、32bit的SIMM模組。其中,8bit和16bitSIMM使用30pin 接口,32bit的則使用72pin接口。在内存發展進入SDRAM時代後,SIMM逐漸被DIMM技術取代。
2)DIMM
DIMM(Dual Inline Memory Module,雙列直插内存模塊)。與SIMM 相當類似,不同的隻是DIMM的金手指兩端,不像SIMM那樣是互通的,它們各自獨立傳輸信号。因此,可以滿足更多數據信号的傳送需要。同樣采用DIMM,SDRAM的接口與DDR内存的接口也略有不同,SDRAM DIMM為168Pin DIMM結構,金手指每面為84Pin,金手指上有兩個卡口,用來避免插入插槽時,錯誤将内存反向插入而導緻燒毀;DDR DIMM則采用184Pin DIMM結構,金手指每面有92Pin,金手指上隻有一個卡口。卡口數量的不同,是二者最為明顯的區别。DDR2 DIMM為240pin DIMM結構,金手指每面有120Pin,與DDR DIMM一樣金手指一樣,也隻有一個卡口,但是卡口的位置與DDR DIMM稍微有一些不同。因此,DDR 内存是插不進DDR2 DIMM的,同理DDR2内存也是插不進DDR DIMM的。因此,在一些同時具有DDR DIMM和DDR2 DIMM 的主闆上,不會出現将内存插錯插槽的問題
不同針腳DIMM接口對比。為了滿足筆記本電腦對内存尺寸的要求,SO-DIMM(Small Outline DIMM Module)也開發了出來,它的尺寸比标準的DIMM要小很多,而且引腳數也不相同。同樣SO-DIMM也根據SDRAM 和DDR内存規格不同而不同。SDRAM的SO-DIMM隻有144pin引腳,而DDR 的SO-DIMM擁有200pin引腳。此外,筆記本内存還有MicroDIMM和Mini Registered DIMM兩種接口。MicroDIMM接口的DDR為172pin,DDR2為214pin;Mini Registered DIMM接口為244pin,主要用于DDR2内存。
3)RIMM
RIMM(Rambus Inline Memory Module)是Rambus公司生産的RDRAM内存所采用的接口類型。RIMM内存與DIMM的外型尺寸差不多,金手指同樣也是雙面的。RIMM有也184 Pin的針腳,在金手指的中間部分有兩個靠的很近的卡口。RIMM非ECC版有16位數據寬度,ECC版則都是18位寬。由于RDRAM内存較高的價格,此類内存在DIY市場很少見到,RIMM接口也就難得一見了。内存容量
計算機的内存容量通常是指随機存儲器(RAM)的容量,是内存條的關鍵性參數。内存的容量一般都是2的整次方倍,比如64MB、128MB、256MB等,一般而言,内存容量越大越有利于系統的運行。進入21世紀初期,台式機中主流采用的内存容量為2GB或4GB,512MB、256MB的内存已較少采用。系統對内存的識别是以Byte(字節)為單位,每個字節由8位二進制數組成,即8bit(比特,也稱“位”)。按照計算機的二進制方式,1Byte=8bit;1KB=1024Byte;1MB=1024KB;1GB=1024MB;1TB=1024GB。系統中内存的數量,等于插在主闆内存插槽上所有内存條容量的總和。内存容量的上限,一般由主闆芯片組和内存插槽決定。不同主闆芯片組,可以支持的容量不同,比如Inlel的810和815系列芯片組,最高支持512MB内存,多餘的部分無法識别。目前,多數芯片組可以支持到2GB以上的内存。此外,主闆内存插槽的數量,也會對内存容量造成限制。比如,使用128MB一條的内存,主闆由兩個内存插槽,最高可以使用256MB内存。因此,在選擇内存時,要考慮主闆内存插槽數量,并且可能需要考慮将來有升級的餘地。
内存電壓
内存正常工作,需要的一定的電壓值。不同類型的内存,電壓也不同,但各自均有自己的規格,超出其規格,容易造成内存損壞。SDRAM内存一般工作電壓都在3.3伏左右,上下浮動額度不超過0.3伏;DDR SDRAM内存一般工作電壓都在2.5伏左右,上下浮動額度不超過0.2伏;而DDR2 SDRAM内存的工作電壓一般在1.8V左右。具體到每種品牌、每種型号的内存,則要看廠家了,但都會遵循SDRAM内存3.3伏、DDR SDRAM内存2.5伏、DDR2 SDRAM内存1.8伏的基本要求,在允許的範圍内浮動。
顆粒封裝
顆粒封裝,其實就是内存芯片所采用的封裝技術類型。封裝就是将内存芯片包裹起來,以避免芯片與外界接觸,防止外界對芯片的損害。空氣中的雜質和不良氣體,乃至水蒸氣,都會腐蝕芯片上的精密電路,進而造成電學性能下降。不同的封裝技術,在制造工序和工藝方面差異很大。封裝後,對内存芯片自身性能的發揮,也起到至關重要的作用。
随着光電、微電制造工藝技術的飛速發展,電子産品始終在朝着更小、更輕、更便宜的方向發展、因此,芯片元件的封裝形式,也不斷得到改進。芯片的封裝技術,多種多樣,有DIP、POFP、TSOP、BGA、QFP、CSP等等,種類不下三十種,經曆了從DIP、TSOP到BGA的發展曆程。芯片的封裝技術已經曆了幾代的變革,性能日益先進,芯片面積與封裝面積之比越來越接近,适用頻率越來越高,耐溫性能越來越好,以及引腳數增多,引腳間距減小,重量減小,可靠性提高,使用更加方便。
1)DIP封裝
上個世紀的70年代,芯片封裝基本都采用DIP(Dual ln-line Package,雙列直插式封裝)封裝,此封裝形式在當時具有适合PCB(印刷電路闆)穿孔安裝,布線和操作較為方便等特點。DIP封裝的結構形式,多種多樣,包括多層陶瓷雙列直插式DIP,單層陶瓷雙列直插式DIP,引線框架式DIP等。但DIP封裝形式的封裝效率是很低的,其芯片面積和封裝面積之比為1:1.86。這樣,封裝産品的面積較大。内存條PCB闆的面積是固定的,封裝面積越大,在内存上安裝芯片的數量就越少,内存條容量也就越小。同時,較大的封裝面積,對内存頻率、傳輸速率、電器性能的提升都有影響。理想狀态下,芯片面積和封裝面積之比為1:1将是最好的,但這是無法實現的,除非不進行封裝。但随着封裝技術的發展,這個比值日益接近,現在已經有了1:1.14的内存封裝技術。
2)TSOP封裝
到了上個世紀 80 年代,内存第二代的封裝技術 TSOP 出現,得到了業界廣泛的認可,時至今日,仍舊是内存封裝的主流技術。TSOP 是“Thin Small Outline Package”的縮寫,意思是薄型小尺寸封裝。TSOP 内存是在芯片的周圍做出引腳,采用 SMT 技術(表面安裝技術)直接附着在 PCB 闆的表面。TSOP 封裝外形尺寸時,寄生參數(電流大幅度變化時,引起輸出電壓擾動)減小,适合高頻應用,操作比較方便,可靠性也比較高。同時,TSOP 封裝具有成品率高、價格便宜等優點,因此,得到了極為廣泛的應用。
TSOP 封裝方式中,内存芯片是通過芯片引腳焊接在 PCB 闆上的,焊點和 PCB 闆的接觸面積較小,使得芯片向 PCB 傳熱就相對困難。而且 TSOP 封裝方式的内存,在超過 150MHz 後,會産生較大的信号幹擾和電磁幹擾。
3) BGA 封裝
20 世紀 90 年代随着技術的進步,芯片集成度不斷提高,I/O 引腳數急劇增加,功耗也随之增大,對集成電路封裝的要求也更加嚴格。為了滿足發展的需要,BGA 封裝開始被應用于生産。BGA 是英文 Ball Grid Array Package 的縮寫,即球栅陣列封裝。
采用 BGA 技術封裝的内存,可以使内存在體積不變的情況下,内存容量提高兩到三倍,BGA 與 TSOP 相比,具有更小的體積,更好的散熱性能和電性能。BGA 封裝技術,使每平方英寸的存儲量有了很大提升,采用 BGA 封裝技術的内存産品,在相同容量下,體積隻有 TSOP 封裝的三分之一。另外,與傳統 TSOP 封裝方式相比,BGA 封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。
BGA 封裝的 I/O 端子,以圓形或柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面,BGA 技術的優點是,I/O 引腳數雖然增加了,但引腳間距并沒有減小反而增加了,從而提高了組裝成品率;雖然它的功耗增加,但 BGA 能用可控塌陷芯片法焊接,從而可以改善它的電熱性能;厚度和重量都較以前的封裝技術有所減少;寄生參數減小,信号傳輸延遲小,使用頻率大大提高;組裝可用共面焊接,可靠性高。
說到 BGA 封裝,就不能不提 Kingmax 公司的專利 TinyBGA 技術。TinyBGA 英文全稱為 Tiny Ball Grid Array(小型球栅陣列封裝),屬于是 BGA 封裝技術的一個分支。是 Kingmax 公司于 1998 年 8 月開發成功的。其芯片面積與封裝面積之比,不小于 1:1.14,可以使内存在體積不變的情況下,内存容量提高 2~3 倍,與 TSOP 封裝産品相比,其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。
采用 TinyBGA 封裝技術的内存産品,在相同容量情況下,體積隻有 TSOP 封裝的 1/3。TSOP 封裝内存的引腳是由芯片四周引出的,而 TinyBGA 則是由芯片中心方向引出。這種方式,有效地縮短了信号的傳導距離,信号傳輸線的長度,僅是傳統的 TSOP 技術的 1/4。因此,信号的衰減也随之減少。這樣,不僅大幅提升了芯片的抗幹擾、抗噪性能,而且提高了電性能。采用 TinyBGA 封裝芯片,可抗高達 300MHz 的外頻,而采用傳統 TSOP 封裝技術,最高隻可抗 150MHz 的外頻。
TinyBGA 封裝的内存,其厚度也更薄(封裝高度小于 0.8mm),從金屬基闆到散熱體的有效散熱路徑,僅有 0.36mm。因此,TinyBGA 内存擁有更高的熱傳導效率,非常适用于長時間運行的系統,穩定性極佳。
4) CSP 封裝
CSP(Chip Scale Package),是芯片級封裝的意思。CSP 封裝是最新一代的内存芯片封裝技術,其技術性能又有了新的提升。CSP 封裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過 1:1.14,已經相當接近 1:1 的理想情況,絕對尺寸也僅有 32 平方毫米,約為普通的 BGA 的 1/3,僅僅相當于 TSOP 内存芯片面積的 1/6。與 BGA 封裝相比,同等空間下 CSP 封裝,可以将存儲容量提高三倍。
CSP 封裝内存不但體積小,同時也更薄,其金屬基闆到散熱體的最有效散熱路徑,僅有 0.2 毫米,大大提高了内存芯片在長時間運行後的可靠性,線路阻抗顯著減小,芯片速度也随之得到大幅度提高。
CSP 封裝内存芯片的中心引腳形式,有效地縮短了信号的傳導距離,其衰減随之減少,芯片的抗幹擾、抗噪性能也能得到大幅提升,這也使得 CSP 的存取時間比 BGA 改善 15%-20%。在 CSP 的封裝方式中,内存顆粒是通過一個個錫球焊接在 PCB 闆上,由于焊點和 PCB 闆的接觸面積較大,所以内存芯片在運行中所産生的熱量可以很容易地傳導到 PCB 闆上并散發出去。CSP 封裝可以從背面散熱,且熱效率良好,CSP 的熱阻為 35℃/W,而 TSOP 熱阻 40℃/W。
傳輸标準
内存是計算機内部最為關鍵的部件之一,其有很嚴格的制造要求。而其中的傳輸标準,則代表着對内存速度方面的标準。不同類型的内存,無論是 SDRAM、DDR SDRAM,還是 RDRAM 都有不同的規格,每種規格的内存,在速度上是各不相同的。傳輸标準是内存的規範,隻有完全符合該規範,才能說該内存采用了此傳輸标準。比如說傳輸标準 PC3200 内存,代表着此内存為工作頻率 200MHz,等效頻率為 400MHz 的 DDR 内存,也就是常說的 DDR-400。
傳輸标準是購買内存的首要選擇條件之一,它代表着該内存的速度。目前市場中所有的内存傳輸标準,有 SDRAM 的 PC100、PC133;還有 DDR SDRAM 的 PC1600、PC2100、PC2700、PC3200、PC3500、PC3700;以及 RDRAM 的 PC600、PC800 和 PC1066 等。
1、SDRAM 傳輸标準
1) PC100
PC100 是由 JEDEC 和英特爾共同制訂的一個 SDRAM 内存條的标準,符合該标準的内存都稱為 PC100,其中的 100 代表該内存工作頻率可達 100MHz。JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council),電子元件工業聯合會。JEDEC 是由生産廠商們制定的國際性協議,主要為計算機内存制定。工業标準的内存,通常指的是符合 JEDEC 标準的一組内存。大多數人認為的 PC100 内存,就是該内存能正常工作在前端總線(FSB)100MHz 的系統中。其實 PC100 是一組很嚴格的規範,它包含有:内存時鐘周期,在 100MHZ 外頻工作時值為 10ns;存取時間小于 6ns;PCB 必須為六層闆;内存上必須有 SPD 等多方面的規定。
PC100 中,還詳細的規定了内存條上電路的各部分線長最大值與最小值;電路線寬與間距的精确規格;保證 6 層 PCB 闆制作(分别為:信号層、電源層、信号層、基層、信号層),具備完整的電源層與地線層;具備每層電路闆間距離的詳細規格;精确符合發送、載入、終止等請求的時間;詳細的 EEPROM 編程規格;詳細的 SDRAM 組成規格;特殊的标記要求;電磁幹擾抑制;可選鍍金印刷電路闆等等。由此可見,傳輸标準是一套相當複雜的内存标準,但具體的内存規範定義,我們沒有必要去詳細了解,隻要了解内存符合這個規範,那麼它的數據傳輸能到達多大,它所能提供的性能怎麼樣那就足夠了。
從性能的角度來說,PC100 的内存在主闆設置在 100MHZ 外頻,且在主闆的 BIOS 選項中 CL 設置為 2,此内存可以穩定的工作。
2) PC133
PC133 是威盛公司聯合了三星、現代、日立、西門子、Micron 和 NEC 等數家著名 IT 廠商聯合推出的内存标準,其中的 133 指的是該内存工作頻率可達 133MHz。PC133 SDRAM 的數據傳輸速率,可以達到 1.06GB/s。
嚴格地說,PC133 和 PC100 内存在制造工藝上沒有什麼太大的不同,區别隻是在制造 PC133 内存時多了一道“篩選”工序,把内存顆粒中外頻超過 133 MHz 的挑選出來,焊接成高檔一些的内存。
2、DDR 傳輸标準
PC1600 如果按照傳統習慣傳輸标準的命名,PC1600(DDR200)應該是 PC200。在當時 DDR 内存正在與 RDRAM 内存進行下一代内存标準之争,此時的 RDRAM 按照頻率命名,應該叫 PC600 和 PC800。這樣,對于不是很了解的人來說,自然會認為 PC200 遠遠落後于 PC600,而 JEDEC 基于市場競争的考慮,将 DDR 内存的命名規範進行了調整。傳統習慣是按照内存工作頻率來命名,而 DDR 内存則以内存傳輸速率命名。因此,才有了今天的 PC1600、PC2100、PC2700、PC3200、PC3500 等。
PC1600 的實際工作頻率是 100 MHz,而等效工作頻率是 200 MHz,那麼,它的數據傳輸率就為“數據傳輸率=頻率*每次傳輸的數據位數”,也就是 200MHz*64bit=12800Mb/s,再除以 8 就換算為 MB 為單位,就是 1600MB/s,從而命名為 PC1600。
3、DDR2 傳輸标準
DDR2 可以看作是 DDR 技術标準的一種升級和擴展。DDR 的核心頻率與時鐘頻率相等,但數據頻率為時鐘頻率的兩倍,也就是說,在一個時鐘周期内,必須傳輸兩次數據。而 DDR2 采用“4 bit Prefetch(4 位預取)”機制,核心頻率僅為時鐘頻率的一半,時鐘頻率再為數據頻率的一半。這樣,即使核心頻率還在 200MHz,DDR2 内存的數據頻率也能達到 800MHz,也就是所謂的 DDR2 800。
目前,已有的标準 DDR2 内存分為 DDR2 400 和 DDR2 533,今後還會有 DDR2 667 和 DDR2 800,其核心頻率分别為 100MHz、133MHz、166MHz 和 200MHz,其總線頻率(時鐘頻率)分别為 200MHz、266MHz、333MHz 和 400MHz,等效的數據傳輸頻率分别為 400MHz、533MHz、667MHz 和 800MHz,其對應的内存傳輸帶寬分别為 3.2GB/sec、4.3GB/sec、5.3GB/sec 和 6.4GB/sec,按照其内存傳輸帶寬分别标注為 PC2 3200、PC2 4300、PC2 5300 和 PC2 6400。
内存帶寬
1.何謂内存帶寬
從功能上理解,我們可以将内存看作是内存控制器(一般位于北橋芯片中)與CPU之間的橋梁或與倉庫。顯然,内存的容量決定“倉庫”的大小,而内存的帶寬決定“橋梁”的寬窄,兩者缺一不可,這也就是我們常常說道的“内存容量”與“内存速度”。除了内存容量與内存速度,延時周期也是決定其性能的關鍵。當CPU需要内存中的數據時,它會發出一個由内存控制器所執行的要求,内存控制器接著将要求發送至内存,并在接收數據時向CPU報告整個周期(從CPU到内存控制器,内存再回到CPU)所需的時間。毫無疑問,縮短整個周期也是提高内存速度的關鍵,這就好比在橋梁上工作的警察,其指揮疏通能力也是決定通暢度的因素之一。更快速的内存技術對整體性能表現有重大的貢獻,但是提高内存帶寬隻是解決方案的一部分,數據在CPU以及内存間傳送所花的時間通常比處理器執行功能所花的時間更長,為此緩沖區被廣泛應用。其實,所謂的緩沖器就是CPU中的一級緩存與二級緩存,它們是内存這座“大橋梁”與CPU之間的“小橋梁”。事實上,一級緩存與二級緩存采用的是SRAM,我們也可以将其寬泛地理解為“内存帶寬”,不過現在似乎更多地被解釋為“前端總線”,所以我們也隻是簡單的提一下。事先預告一下,“前端總線”與“内存帶寬”之間有着密切的聯系,我們将會在後面的測試中有更加深刻的認識。
2.内存帶寬的重要性
内存帶寬為何會如此重要呢?在回答這一問題之前,我們先來簡單看一看系統工作的過程。基本上當CPU接收到指令後,它會最先向CPU中的一級緩存(L1Cache)去尋找相關的數據,雖然一級緩存是與CPU同頻運行的,但是由于容量較小,所以不可能每次都命中。這時CPU會繼續向下一級的二級緩存(L2Cache)尋找,同樣的道理,當所需要的數據在二級緩存中也沒有的話,會繼續轉向L3Cache(如果有的話,如K6-2+和K6-3)、内存和硬盤。由于目前系統處理的數據量都是相當巨大的,因此幾乎每一步操作都得經過内存,這也是整個系統中工作最為頻繁的部件。如此一來,内存的性能就在一定程度上決定了這個系統的表現,這點在多媒體設計軟件和3D遊戲中表現得更為明顯。3D顯卡的内存帶寬(或許稱為顯存帶寬更為合适)的重要性也是不言而喻的,甚至其作用比系統的内存帶寬更為明顯。大家知道,顯示卡在進行像素渲染時,都需要從顯存的不同緩沖區中讀寫數據。這些緩沖區中有的放置描述像素ARGB(阿爾法通道,紅,綠,藍)元素的顔色數據,有的放置像素Z值(用來描述像素的深度或者說可見性的數據)。顯然,一旦産生Z軸數據,顯存的負擔會立即陡然提升,在加上各種材質貼圖、深度複雜性渲染、3D特效.
3.如何提高内存帶寬
内存帶寬的計算方法并不複雜,大家可以遵循如下的計算公式:帶寬=總線寬度×總線頻率×一個時鐘周期内交換的數據包個數。很明顯,在這些乘數因子中,每個都會對最終的内存帶寬産生極大的影響。然而,如今在頻率上已經沒有太大文章可作,畢竟這受到制作工藝的限制,不可能在短時間内成倍提高。而總線寬度和數據包個數就大不相同了,簡單的改變會令内存帶寬突飛猛進。DDR技術就使我們感受到提高數據包個數的好處,它令内存帶寬瘋狂地提升一倍。當然,提高數據包個數的方法不僅僅局限于在内存上做文章,通過多個内存控制器并行工作同樣可以起到效果,這也就是如今熱門的雙通道DDR芯片組(如nForce2、I875/865等)。事實上,雙通道DDR内存控制器并不能算是新發明,因為早在RAMBUS時代,RDRAM就已經使用了類似技術,隻不過當時RDRAM的總線寬度隻有16Bit,無法與DDR的64Bit相提并論。内存技術發展到如今這一階段,四通道内存控制器的出現也隻是時間問題,VIA的QBM技術以及SiS支持四通道RDRAM的芯片組,這些都是未來的發展方向。至于顯卡方面,我們對其顯存帶寬更加敏感,這甚至也是很多廠商用來區分高低端産品的重要方面。同樣是使用DDR顯存的産品,128Bit寬度的産品會表現出遠遠勝過64Bit寬度的産品。當然提高顯存頻率也是一種解決方案,不過其效果并不明顯,而且會大幅度提高成本。值得注意的是,目前部分高端顯卡甚至動用了DDRII技術,不過至少在目前看來,這項技術還為時過早。
4.如何識别産品的内存帶寬
對于内存而言,辨别内存帶寬是一件相當簡單的事情,因為SDRAM、DDR、RDRAM這三種内存在外觀上有着很大的差别,大家通過下面這副圖就能清楚地認識到。唯一需要我們去辨認的便是不同頻率的DDR内存。目前主流DDR内存分為DDR266、DDR333以及DDR400,其中後三位數字代表工作頻率。通過内存條上的标識,自然可以很方便地識别出其規格。相對而言,顯卡上顯存帶寬的識别就要困難一些。在這裡,我們應該抓住“顯存位寬”和“顯存頻率”兩個重要的技術指标。顯存位寬的計算方法是:單塊顯存顆粒位寬×顯存顆粒總數,而顯存頻率則是由"1000/顯存顆粒納秒數"來決定。一般來說,我們可以從顯存顆粒上一串編号的最後2兩位看出其納秒數,從中也就得知其顯存頻率。至于單塊顯存顆粒位寬,我們隻能在網上查詢。HY、三星、EtronTech(钰創)等都提供專用的顯存編号查詢網站,相當方便。如三星的顯存就可以到如下的地址下載,隻要輸入相應的顯存顆粒編号即可(http://www.samsung.com/Products/Semiconductor/DRAM/index.htm)。此外,使用RivaTuner也可以檢測顯卡上顯存的總位寬,大家打開RivaTuner在MAIN菜單即可看到。
工作原理
既然内存是用來存放當前正在使用的(即執行中)的數據和程序,那麼它是怎麼工作的呢?我們平常所提到的計算機的内存指的是動态内存(即DRAM),動态内存中所謂的“動态”,指的是當我們将數據寫入DRAM後,經過一段時間,數據會丢失,因此需要一個額外設電路進行内存刷新操作。以相同速度高速地、随機地寫入和讀出數據(寫入速度和讀出速度可以不同)的一種半導體存儲器。簡稱RAM。RAM的優點是存取速度快、讀寫方便,缺點是數據不能長久保持,斷電後自行消失,因此主要用于計算機主存儲器等要求快速存儲的系統。按工作方式不同,可分為靜态和動态兩類。靜态随機存儲器(SRAM)的單元電路是觸發器,存入的信息在規定的電源電壓下便不會改變。SRAM速度快,使用方便。動态随機存儲器( DRAM ) 的單元由一個金屬-氧化物-半導體(MOS)電容和一個MOS晶體管構成,數據以電荷形式存放在電容之中,需每隔2~4毫秒對單元電路存儲信息重寫一次(刷新)。DRAM存儲單元器件數量少,集成度高,應用廣泛。
虛拟内存
内存在計算機中的作用很大,電腦中所有運行的程序都需要經過内存來執行,如果執行的程序很大或很多,就會導緻内存消耗殆盡。為了解決這個問題,Windows中運用了虛拟内存技術,即拿出一部分硬盤空間來充當内存使用,當内存占用完時,電腦就會自動調用硬盤來充當内存,以緩解内存的緊張。舉一個例子來說,如果電腦隻有128MB物理内存的話,當讀取一個容量為200MB的文件時,就必須要用到比較大的虛拟内存,文件被内存讀取之後就會先儲存到虛拟内存,等待内存把文件全部儲存到虛拟内存之後,跟着就會把虛拟内裡儲存的文件釋放到原來的安裝目錄裡了。下面,就讓我們一起來看看如何對虛拟内存進行設置吧。
内存設置
對于虛拟内存主要設置兩點,即内存大小和分頁位置,内存大小就是設置虛拟内存最小為多少和最大為多少;而分頁位置則是設置虛拟内存應使用那個分區中的硬盤空間。對于内存大小的設置,如何得到最小值和最大值呢?你可以通過下面的方法獲得:選擇“開始→程序→附件→系統工具→系統監視器”(如果系統工具中沒有,可以通過“添加/删除程序”中的Windows安裝程序進行安裝)打開系統監視器,然後選擇“編輯→添加項目”,在“類型”項中選擇“内存管理程序”,在右側的列表選擇“交換文件大小”。這樣随着你的操作,會顯示出交換文件值的波動情況,你可以把經常要使用到的程序打開,然後對它們進行使用,這時查看一下系統監視器中的表現值,由于用戶每次使用電腦時的情況都不盡相同,因此,最好能夠通過較長時間對交換文件進行監視來找出最符合您的交換文件的數值,這樣才能保證系統性能穩定以及保持在最佳的狀态。
找出最合适的範圍值後,在設置虛拟内存時,用鼠标右鍵點擊“我的電腦”,選擇“屬性”,彈出系統屬性窗口,選擇“性能”标簽,點擊下面“虛拟内存”按鈕,彈出虛拟内存設置窗口,點擊“用戶自己指定虛拟内存設置”單選按鈕,“硬盤”選較大剩餘空間的分區,然後在“最小值”和“最大值”文本框中輸入合适的範圍值。如果您感覺使用系統監視器來獲得最大和最小值有些麻煩的話,這裡完全可以選擇“讓Windows管理虛拟内存設置”。



















