计算机装配技术第5讲内存

第5讲内存计算机装配技术主要内容•5.1概述•5.2内存的类型•5.3内存芯片的封装•5.4内存模块与插槽•5.5内存的性能•5.6内存的相关知识5.1概述•存储器分为内存储器与外存储器•内部存储器芯片主要有四种类型：ROM有条件写入、随机读取不需要刷新断电后数据不会丢失FLASH随机写入、随机读取不需要刷新断电后数据不会丢失DRAM随机写入、随机读取需要刷新断电后数据丢失SRAM随机写入、随机读取不需要刷新断电后数据丢失•我们常说的内存在狭义上是指系统主存，通常使用DRAM芯片5.2内存的类型•FPMDRAM–FastPageMode（快速页面模式）DARM–支持分页和突发访问模式的DRAM存储器叫做快速页模式内存–1995年及之前的大多数486和Pentium系统都使用FPM内存•EDODRAM–ExtendedDataOut（扩展数据输出）DRAM–允许下一个访问周期与前一个周期重叠，从而使每个周期大约节省10ns–一般是72针的SIMM（SingleInlineMemoryModule，单内联内存模块）形式–内存的工作电压通常是5V5.2内存的类型•SDRAM–Synchronous（同步）DRAM–与主板时钟频率保持同步，有PC66、PC100和PC133等几种规范–以DIMM（DualInlineMemoryModule，双内联内存模块）的形式安装在主板上(168针)–内存的工作电压通常是3.3V•DDR-SDRAM–双倍数据速率（DoubleDataRate,DDR）SDRAM–是对标准SDRAM的改进设计，DDR内存并不将时钟频率加倍，而是通过在每个时钟周期里传输2次来获得加倍的性能–使用184针的DIMM设计–内存的工作电压通常是2.5V5.2内存的类型•DDR2-SDRAM–与DDR相比，最大的区别是数位预取技术的不同–DDR2每次传送数据达到4bit，比DDR每次传送2bit多一倍–工作电压从原来DDR的2.5V降到了1.8V–加入了OCD（Off-ChipDriver）技术，以防止电压不稳定引起资料丢失–使用新的240针的DIMM设计5.2内存的类型•RDRAM–即RambusDRAM，是一种在1999年后期出现在高端PC系统里的一种内存设计，但因为市场的接受程度不高，目前已经不常见–是一种窄通道设备，一次只传输16位（2个字节）数据（加上两个可选的校验位）。而DIMM是一种64位宽的设备–内存总线宽度虽然不宽，但速度却很快，同时使用多个通道能将内存总线带宽进一步提高–芯片安装在RIMM里。RIMM的大小和物理形状类似于当前的DIMM，但它们是不能替换的–通道中未插内存模块的RIMM插槽必须插入一个连接模块以保证路径是完整的5.3内存芯片的封装•DIP–早期的内存芯片采用此封装–封装的外形呈长方形，针脚从长边引出，具有适合PCB穿孔安装，布线和操作较为方便等特点–由于针脚数量少（一般为8～64针），抗干扰能力极弱–体积比较“庞大”5.3内存芯片的封装•SOJ–SmallOut-LineJ-LeadPackage小尺寸J形引脚封装–引脚呈“J”形弯曲地排列在芯片底部四周–SOJ封装一般应用在EDODRAM5.3内存芯片的封装•TSOPⅡ–ThinSmallOutlinePackage薄型小尺寸封装–更适合高频使用，具有较强的可操作性和较高的可靠性–封装厚度只有SOJ的三分之一–封装的外形呈长方形，封装芯片的两侧有I/O引脚，芯片是通过引脚焊在PCB板上–焊点和PCB板的接触面积较小，使得芯片向PCB板传热相对困难5.3内存芯片的封装•BGA–BallGridArrayPackage球栅阵列封装–具有更小的体积，更好的散热性能和电性能–每平方英寸的存储量有了很大提升–具有更加快速和有效的散热途径–BGA封装以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率–虽然功耗增加，但采用可控塌陷芯片法焊接，可以改善电热性能–寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高–组装可用共面焊接，可靠性高5.3内存芯片的封装•Tiny-BGA–是由Kingmax推出的封装方式–减少了芯片的面积，可以看成是超小型的BGA封装–比起传统的封装技术有三大进步：•更大的容量（在电路板上可以安放更多的内存芯片）•更好的电气性能（因为芯片与底板连接的路径更短，减小了电磁干扰的噪音，能适合更高的工作频率）•更好的散热性能（内存芯片是通过一个个锡球焊接在PCB板上，由于焊点和PCB板的接触面积较大，所以热量可以很容易地传导到PCB板上并散发出去）5.3内存芯片的封装•mBGA–MicroBallGridArrayPackage微型球栅阵列封装–是BGA的改进版–封装呈正方形，内存芯片的面积比较小–内存芯片的针脚都在芯片下部，连接短、电气性能好、也不易受干扰，带来更好的散热及超频性能5.3内存芯片的封装•CSP–ChipScalePackage芯片级封装–可以让芯片面积与封装面积之比超过1∶1.14，接近1∶1的理想情况，这样在相同体积下，内存模块可以装入更多的内存芯片，从而增大单条容量–CSP封装的内存芯片不仅可以通过PCB板散热，还可以从背面散热5.3内存芯片的封装•WLCSP–WaferLevelChipScalePackage晶圆级芯片封装–工艺工序大大优化，不同于传统的先切割晶圆，再封装测试的做法，而是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后再切割–生产周期和成本大幅下降–新工艺带来优异的性能，芯片所需针脚数减少，提高了集成度；电气性能的提升，引脚产生的电磁干扰几乎被消除5.4内存模块与插槽•SIMM–两种主要的物理类型——30针（8位加上1个可选的校验位）和72针（32位加上4个可选的校验位）典型的30针SIMM典型的72针SIMM5.4内存模块与插槽•DIMM–DIMM有三种类型，通常使用标准SDRAM、DDR-SDRAM或DDR2-SDRAM芯片–这三种类型可以通过其物理特性加以区分•标准DIMM有168针，每一面都有1个槽口，在连接的地方还有2个槽口•DDRDIMM有184针，每一面有2个槽口，在连接的地方只有1个槽•DDR2DIMM有240针，每一面都有2个槽口，在连接的地方有1个槽口，位置比DDR偏向中间的位置大概2-3mm–DIMM都是64位（非奇偶校验）或72位（奇偶校验或纠错码ECC）宽典型的168针SDRAMDIMM5.4内存模块与插槽•DIMMDDR和DDR2DIMM典型的184针DDRDIMM典型的240针DDR2DIMM30针、72针SIMM和SDRAM、DDRDIMM5.4内存模块与插槽•RIMM–有184个针脚，每一面有1个槽口，连接的地方中间有2个槽口–RIMM非ECC版有16位数据宽度，ECC版则都是18位宽典型的184针RIMM和连接模块5.4内存模块与插槽•内存插槽30针和72针SIMM插槽SDRAM和DDRDIMM插槽DDR和DDR2DIMM插槽RIMM插槽5.5内存的性能•内存速度和内存总线带宽影响着内存性能–内存速度通常以ns（纳秒）或MHz来表示，之间存在换算关系–内存速度一直难于跟上处理器的速度–内存总线带宽是指在理想状态下内存在一秒内所能传输的最大数据量–内存总线带宽总量(MB)=内存时钟频率(MHz)×内存总线位宽(bits)×每时钟周期的传输数据位／8–内存总线的带宽与处理器总线的带宽相等时系统性能最高•内存延迟也影响着内存的性能5.5内存的性能处理器总线类型处理器总线位度（Bytes）处理器外频（MHz）数据周期/时钟周期带宽（MB/s）33MHzFSB（486CPU）4331133133MHzFSB813311066400MHzFSB（AMD）820023200400MHzFSB810043200800MHzFSB820046400内存类型内存总线位宽（Bytes）内存核心频率（MHz）内存时钟频率（MHz）数据周期/时钟周期带宽（MB/s）FPMDRAM82222117EDODRAM833331266PC133SDRAM813313311066DDR400820020023200PC1066RDRAM253353322133DDR26678166333253285.6.1内存标识的识别•通常在SIMM、DIMM和RIMM上会有容量、类型、速度等相关参数的标识，但在某些产品上也可能无法找到，这时就需要从内存芯片的型号中得到所需的参数•目前还没有工业标准来对内存芯片编号，具体情况需要与查阅各生产厂商相关资料5.6.2内存模块的单双面•按照内存的工作原理，内存传输数据的位宽等于内存总线的位•物理Bank的概念–例如，目前系统的内存总线都是64bit，这也意味着内存每次必须传输64bit位宽的数据。从制造工艺和成本来说，单芯片实现64bit位宽有一定的难度，所以内存摸组需要多芯片协同工作，而不同的内存颗粒有不同的位宽，要构成64bit位宽，8bit的需要8个芯片，而16bit的需要4个，这样，我们就把构成64bit位宽的一组内存芯片称之为一个物理Bank•物理Bank与内存的单双面没有直接的对应关系•不同的芯片组所支持的物理Bank是不同的。•我们更应该关注内存模块的Bank数，而不是内存的单双面5.6.3内存模块的容量•内存容量可以在开机自检画面或BIOSSETUP中查看到•Windows系列操作系统也提供了查看内存容量的功能•查看到的内存容量和PC系统中实际内存容量可能会有不同5.6.4内存模块的SPD芯片•从PC100标准开始内存模块上带有SPD（SerialPresenceDetect，串行存在检测）芯片•SPD芯片一般位于内存模块正面右侧，是一块8针脚小芯片，容量为256字节,里面保存着内存的速度、时钟频率、容量、工作电压、CAS、tRCD、tRP、tAC、SPD版本等信息•SPD信息一般都是在出厂前，由内存模块制造商根据内存芯片的实际性能写入到芯片中•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相关参数，从而可以充分发挥内存条的性能。上述情况实现的前提条件是在BIOS设置界面中，将内存设置选项设为“BySPD”•我们可以借助SPDinfo这类工具软件来查看SPD芯片中的信息5.6.5内存模块的金手指•金手指（connectingfinger）是内存模块与内存插槽之间的连接部件•金手指由众多金黄色的导电触片组成，因其表面镀金而且导电触片排列如手指状，所以称为“金手指”•金手指实际上是在覆铜板上通过特殊工艺再覆上一层金，不过因为金昂贵的价格，很多内存也会采用镀锡来代替•金手指直接影响内存在长期运行过程中的稳定性–如果金手指的制作工艺有问题，安装时容易受到磨损，工作一段时间以后就会出现金手指表面氧化的情况，经常导致系统不稳定，频繁死机–如果PC系统周围的使用环境比较潮湿、多尘，那么也容易出现上述的症状5.6.6奇偶校验和ECC•内存错误通常分为两大类：硬错误（hardfail）和软错误（softerror）•软错误的产生原因：电源不稳或电压抖动、内存的参数设置不正确、无线电波干扰、静电放电、宇宙射线干扰等•现代PC机中容错能力被分为基本的三级：无奇偶校验无需附加芯片奇偶校验•奇偶校验是通过记录一串数据中1或0个数的奇偶性来判断数据串在传输过程中是否有错误的一种校验方法•奇偶校验能检测到错误，但却无法纠正系统错误–ECC（ErrorCorrectingCode，纠错码）•ECC不仅能检测错误还允许修正错误•PC系统中的ECC通常是单位错误修正－双位错误检测典型的ECCDDRDIMM