第4章__内存

1第4章内存内存储器简称内存，又称作主存储器或简称主存，它是CPU可以直接访问的存储器，由于CPU要经常与内存进行数据交换，因此内存的容量和速度已经成为衡量微机系统性能的关键因素。4.1内存的分类内存根据其存储信息的特点，主要分为两种类型，即只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）和随机存取存储器RAM（RandomAccessMemory）。只读存储器强调其只读性，其中的信息只能读出而不能写入。对于微机而言，ROM是安装在主板上和有关功能卡上的一块集成电路芯片，常用于存储一次性写入的重要信息，如主板和显卡的BIOS(BasicInput/OutputSystem，基本输入输出系统)。随机存取存储器是既可以读出信息也可以写入信息的存储器，它允许程序通过指令随机地读写其中的数据。4.1.1只读存储器ROM存储在ROM中的信息理论上是永久的，既使在关机后，保存在其中的内容也不会丢失。只读存储器ROM通常又分为以下几种类型：1.ROM这是标准的ROM，通常指MROM，采用二次光刻掩膜工艺一次制成，只能由厂家在生产时制成（写入），其信息出厂后不可改变，信息被永久性融刻在ROM单元中。这种元件可靠性高、集成度高、批量生产成本低，但其灵活性差，单个生产费用大。2.PROMPROM（ProgrammableROM，可编程ROM），它允许一次性地写入其中的数据，一旦信息被写入PROM后，信息也将被永久性地融刻其中了，其他方面的性能特点与ROM相同。3.EPROMEPROM（ErasableProgrammableROM，可擦写可编程ROM），它可以通过特殊的装置（通常是紫外线照射）反复擦除，并重写其中的信息。其写入的内容可以长期保存，不会被破坏，安全性高。4.EEPROMEEPROM（ElectricallyErasableProgrammableROM，电可擦写可编程ROM），有时可表示为E2PROM，可以使用电信号对其进行反复擦写。因此其中的信息升级方便，但容易被病毒和黑客攻击。5.FlashMemory2FlashMemory即闪存存储器，简称闪存，是取代传统的EPROM和EEPROM的主要存储器。目前主板上的BIOS都使用这种存储器，它采用一种非挥发性存储技术，若不对其施加大电压进行擦除，可一直保持其状态。FlashMemory的存取时间仅为30ns，并具有体积小、高密度、低成本和抗冲击的优点，是目前为数不多的同时具有大容量、高速度、非易失性、可在线擦写等特性的存储器。它除用于系统的BIOS外，在移动存储器、集线器、路由器等网络设备中也得到了广泛的应用。近一两年，出现了使用FlashMemory芯片的固态硬盘。4.1.2随机存取存储器RAM随机存取存储器RAM主要用来存放系统中正在运行的程序、数据和中间结果，以及用于与外部设备交换的信息。它的存储单元内容根据需要可以读出，也可以写入。但它只能用于暂时存放信息，一旦关机或发生断电，其中的信息就会丢失。现在的RAM一般为MOS型半导体电路，分为SRAM（StaticRAM，静态RAM）和DRAM（DynamicRAM，动态RAM）两种。1.SRAMSRAM中的存储单元是依靠电路的开关特性记忆信息的，只要电源有电，它总能保持两个稳定的状态中的一个状态，直到电源断电为止。SRAM由晶体管开关电路组成，而晶体管的转换时间一般小于10纳秒，所以它的读写速度很快，一般比DRAM快5～10倍。但SRAM电路设计复杂、价格昂贵，不易获得较高的集成度和较大的存储容量，所以SRAM一般用作高速缓冲存储器Cache。2.DRAMDRAM就是通常所说的内存，它的存储单元是依靠电容上的电荷记忆信息的，电容中有电量则表示本单元存储的是“1”，反之则为“0”。由于电容非常小，又存在放电回路，电容上的电压一般只能保持20毫秒的时间。为了使DRAM中的信息不丢失，必须动态地每隔一段时间（应小于20毫秒）就必须为电容充电一次，也叫刷新一次。由于DRAM需要不断地刷新，而刷新的同时又不能进行读写操作，所以它的读写速度受到限制。但由于DRAM电路简单，每个存储单元占用的芯片面积小，在相同的制造技术条件下可以获得较高的集成度和较大的存储容量，而且价格大大低于SRAM，因此微机硬件系统中的内存条就是采用若干个这种芯片做成的。4.2内存的性能指标1.存储容量存储容量是用来表明存储信息多少的能力，它是内存的一项重要指标，因为它将直接制约系统的整体性能。目前DDR2和DDR3内存条单条容量通常有512MB、1GB、2GB、4GB等几种，较高配置的微机内存容量已高达8GB～16GB。2.存取周期3存储器从接收读写命令到完成读写操作所需要的时间称为存取周期，或称为读写周期，以纳秒ns为单位。目前使用的内存存取周期小于10ns。3.内存带宽总量内存带宽总量是指每秒钟所能传输的最大数据容量。计算公式为：内存带宽总量=时钟频率×总线宽度×每时钟周期数据段数量/84.内存电压早期FPM和EDO内存均使用5V电压，SDRAM内存使用3.3V电压，DDR内存使用2.5V电压，而DDR2/DDR3内存使用1.8V/1.5V电压。5.奇偶校验用于检验内存读写过程中是否准确无误，每8位容量配备1位作为奇偶校验位，配合主板上的奇偶校验电路，对读写的数据进行校验，这需要在内存条上额外加装一块芯片。现在大多数主板支持带奇偶校验或不带奇偶校验两种内存条，但两种内存条不可混用。判断内存条是否带奇偶校验比较简单，装好内存条开机后，在BIOS设置中，选择允许奇偶校验。如果机器可正常引导，则说明内存条带奇偶校验，如果屏幕上出现奇偶校验错的提示后死机，则说明内存条不带奇偶校验。6.SPD从PC100标准开始，内存条上就装有一个称为SPD（SerialPresenceDetect，串行存在探测）的小芯片。SPD一般位于内存条正面右侧，它是一个8针的EEPROM芯片，容量为256字节，其中保存着芯片的生产厂商名称、容量、内存速度、工作频率、工作电压、SPD版本等信息。当开机时，支持SPD功能的主板BIOS就会读取SPD中的信息，按照读取的值来设置内存的工作参数。4.3内存条为了便于内存安装和升级，从386微机开始，系统采用了内存条技术，就是将若干个内存芯片安装在一块较小的条形印刷电路板上制成标准插件。微机配备的内存条类型是反映微机性能的又一重要因素。1.SDRAMSDRAM（SynchronousDRAM，同步动态随机存储器）采用管道流水操作方式，当指定一个地址时，可读出多个数据，实现突发传输。SDRAM与系统时钟同步，每个时钟周期进行一次读写操作，读写周期最小为10～12ns，工作频率可以达到133MHz，工作电压为3.3V。这种内存条从PentiumII开始用于系统內存，一直延续使用到低档Pentium4，同时也被用作显示內存。SDRAM内存条为168线双面接触，64位数据线，主板采用168线DIMM插槽。2.DDRSDRAMDDRSDRAM（DoubleDataRateSDRAM，双倍数据速率同步动态随机存储器）是SDRAM的升级版本。SDRAM中使用了更为先进的同步电路，在时钟脉冲的上升沿和下降沿都能进行数据传输操作，所以速度是SDRAM的两倍。从2001年开始取代SDRAM作为Pentium4级别微机4的系统内存，最初其工作频率只有100MHz，后来经过不断改进，其工作频率逐步提高。它的工作电压为2.5V，读写周期小于5ns。DDRSDRAM内存条为184线双面接触，64位数据线，主板采用184线DDIMM插槽。3.DDR2SDRAM第二代DDRSDRAM内存技术，在相同的工作频率下，数据传输带宽是DDRSDRAM的两倍，工作电压为1.8V。用于更高档的Pentium4、Core2Duo系统及服务器系统内存。DDR2SDRAM内存条为240线双面接触，64位数据线，主板采用240线的DDIMM插槽。4.DDR3SDRAM2005年2月，韩国Samsung公司成功开发出世界上第一款DDR3SDRAM内存芯片，芯片容量达到512MB，采用80nm工艺制造，封装和DDR2一样，仍然采用FBGA。这款芯片每秒处理数据达到1.6GB，而能耗则比DDR2芯片减少40%。与DDR2相比，在相同频率下，DDR3的数据传输率是DDR2的两倍。随后威刚科技公司率先展示了新一代的DDR3内存条，即Vitesta品牌的无缓冲DIMMDDR3，包括DDR31066和DDR31333两种规格，单条容量均为1GB，引线数240线（和DDR2不兼容），核心电压1.5/-0.1V。5.RDRAMRDRAM（RambusDRAM）也称为DRDRAM（DirectRambusDRAM），是美国Rambus公司推出的存储器总线式DRAM。它通过高速Rambus总线传输数据，并且在时钟脉冲的上升沿和下降沿都能实现数据传输。RDRAM的工作频率可达1200MHz以上，读写周期小于3ns，是专门为Pentium4系统设计的内存。RDRAM内存条为184线双面接触，主板采用184线RIMM插槽，尽管和DDRSDRAM内存条引线相同，但它和DDRSDRAM内存标准并不兼容。RDRAM内存的数据线宽经历了8位、16位到32位的发展过程，184线RDRAM内存为16位线宽，属于第二代产品，它的工作电压为2.5V。RDRAM内存条在使用时要求RIMM槽中必须全部插满，空余的RIMM槽要用专用的Rambus终结器插满。4.4内存规范内存是一种极为精密的半导体产品，工作频率越高，对设计和制造的要求就越严格。为了保证产品能稳定、可靠地工作，内存生产厂商推出了内存兼容性规范，即对内存的标识方法和性能指标的描述。1.SDRAM（1）PC100：标准的PC100内存条是指在CL（CASLatency，列地址选通信号延时)＝2时，能稳定地工作在100MHz的系统频率下，数据传输速度为800MB/s。（2）PC133：指在CL＝2的情况下，能稳定工作在133MHz的系统频率下，数据传输速率达1.06GB/s，在DDR、DRDRAM内存普及之前，PC133内存条曾经是低档微机的首选内存，2002年以后被淘汰。52.DDRSDRAMDDRSDRAM内存条采用工作频率标称，如“DDR200”表示该内存的频率为200MHz（实际频率只有100MHz、两倍频技术，相当于200MHz的频率）。除此之外，DDR内存有时也用带宽来标识，即使用数据传输速率值，如PC1600等。（1）PC1600（DDR200）：实际系统频率为100MHz时，带宽为1.6GB/s。（2）PC2100（DDR266）：实际系统频率为133MHz时，带宽为2.1GB/s。（3）PC2700（DDR333）：实际系统频率为166MHz时，带宽为2.7GB/s。（4）PC3200（DDR400）：实际系统频率为200MHz时，带宽为3.2GB/s。（5）PC4200（DDR533）：实际系统频率为266MHz时，带宽为4.2GB/s。图4-1上为SDRAM、中为DDR、下为DDR2内存条3.DDR2SDRAM（1）PC2-3200（DDR2400）：实际系统频率为100MHz时，带宽为3.2GB/s。（2）PC2-4200（DDR2533）：实际系统频率为133MHz时，带宽为4.2GB/s。（3）PC2-5300（DDR2667）：实际系统频率为166MHz时，带宽为5.3GB/s。（4）PC2-6400（DDR2800）：实际系统频率为200MHz时，带宽为6.4GB/s。（5）PC2-8400（DDR21066）：实际系统频率为266MHz时，带宽为8.4GB/s。（6）PC2-9600（DDR21200）：实际系统频率为300MHz时，带宽为9.6GB/s。4.DDR3SDRAM（1）DDR3800：实际系统频率为100MHz时，带宽为6.4GB/s。（2）DDR31066：实际系统频率为133MHz时，带宽为8.4GB/s。（3）DDR31333：