内存的发展历程

2020/5/3審核：製作人：xiaojun.yu内存的发展历程前言当今世界上的计算机都是基于冯·诺依曼结构，一台计算机必须包含运算器、控制器、存储器和输入、输出设备五个部分，存储器又可分为内存储器和外存储器，内存储器可以简单理解为CPU里面的缓存和插主板上的内存，而外存储器则是硬盘、U盘、软盘等，内存和硬盘对于一台当今的PC来说是不可或缺的部件。前言内存发展——古老的SIMM时代其实在最初的个人电脑上是没有内存条的，内存是直接以DIP芯片的形式安装在主板的DRAM插座上面，需要安装8到9颗这样的芯片，容量只有64KB到256KB，要扩展相当困难，但这对于当时的处理器以及程序来说这已经足够了，直到80286的出现硬件与软件都在渴求更大的内存，只靠主板上的内存已经不能满足需求了，于是内存条就诞生了。远古的30pinSIPP(SingleIn-linePinPackage)接口，针脚的定义其实与30pinSIMM一样的内存发展——古老的SIMM时代SIPP很快就被SIMM（SingleIn-lineMemoryModules）取代了，两侧金手指传输相同的信号，早期的内存频率与CPU外频是不同步的，是异步DRAM，细分下去的话包括FPMDRAM（FastPageModeDRAM）与EDODRAM（ExtendeddataoutDRAM），常见的接口有30pinSIMM与72pinSIMM，工作电压都是5V。从上到下分别是30pinSIMM、苹果的64pinSIMM与72pinSIMM第一代SIMM内存有30个引脚，单根内存数据总线只有8bit，所以用在16位数据总线处理器上（286、386SX等）就需要两根，用在32位数据总线处理器上（386DX、486等）就需要四根30pinSIMM内存，采购成本一点都不低，而且还会增加故障率，所以30pinSIMM内存并不是完全被大家所接受。内存发展——古老的SIMM时代随后诞生了72pinSIMM内存，单根内存位宽增加到32位，一根就可以满足32位数据总线处理器，拥有64位数据总线的奔腾处理器则需要两根，内存容量也有所增加，它的出现很快就替代了30pinSIMM内存，386、486以及后来的奔腾、奔腾Pro、早期的奔腾II处理器多数会用这种内存。内存发展——FPMDRAMFPMDRAM是从早期的PageModeDRAM上改良过来的，当它在读取同一列数据是，可以连续传输行位址，不需要再传输列位址，可读出多笔资料，这种方法当时是很先进的。FPMDRAM有30pinSIMM和72pinSIMM两种，前者常见于286、386和486的电脑上，后者则常见于486与早期型的奔腾电脑上，30pin的常见容量是256KB，72pin的容量从512KB到2MB都有。30pinFPMDRAM内存发展——EDODRAMEDODRAM其实也是72pinSIMM的一种，它拥有更大的容量和更先进的寻址方式，这种内存简化了数据访问的流畅，读取速度要FPMDRAM快不少，主要用在486、奔腾、奔腾Pro、早期的奔腾II处理器的电脑上面。在1991到1995年EDO内存盛行的时候，凭借着制造工艺的飞速发展，EDO内存在成本和容量上都有了很大的突破，单条EDO内存容量从4MB到16MB不等，数据总线依然是32位，所以搭配拥有64位数据总线的奔腾CPU时基本都成对的使用。比较少见的168pinEDO内存，通常都用在服务器上内存发展——SDRSDRAM然而随着CPU的升级EDO内存已经不能满足系统的需求了，内存技术也发生了大革命，插座从原来的SIMM升级为DIMM（DualIn-lineMemoryModule），两边的金手指传输不同的数据，SDRSDRAM内存插座的接口是168Pin，单边针脚数是84，进入到了经典的SDRSDRAM（SingleDataRateSDRAM）时代。SDRAM其实就是同步DRAM的意思，内存频率与CPU外频同步，这大幅提升了数据传输效率，再加上64bit的数据位宽与当时CPU的总线一致，只需要一根内存就能让电脑正常工作了，这降低了采购内存的成本。内存发展——SDRSDRAM第一代SDRSDRAM频率是66MHz，通常大家都称之为PC66内存，后来随着Intel与AMD的CPU的频率提升相继出现了PC100与PC133的SDRSDRAM，还有后续的为超频玩家所准备的PC150与PC166内存，SDRSDRAM标准工作电压3.3V，容量从16MB到512MB都有。SDRSDRAM的存在时间也相当的长，Intel从奔腾2、奔腾3与奔腾4（Socket478），以及Slot1、Socket370与Socket478的赛扬处理器，AMD的K6与K7处理器都可以SDRSDRAM。从1999年开始AMD推出K7架构，到2000年Intel推出奔腾4处理器，两家处理器的FSB都在不断攀升，只有133MHz的SDRSDRAM根本无法满足这个带宽需求，至于谁是它的继任者，RambusDRAM与DDRSDRAM展开了一场大战。内存发展——RambusDRAM在选择SDRSDRAM的继任者的时候Intel选择了与Rambus合作并推出了RambusDRAM内存，通常都会被简称为RDRAM，它与SDRAM不同，采用了新的高速简单内存架构，基于RISC理论，这样可以减少数据复杂性提高整个系统的性能。RDRAM采用RIMM插槽，184pin，总线位宽16bit，插两条组建双通道时就是32bit，工作电压2.5V，当时的频率有600、700、800、1066MHz等。这款内存通常都是用在Socket423的奔腾4平台上，搭配Intel850芯片组使用，然而大家都应该清楚Socket423的奔腾4是多么的悲剧，频率高效率低的奔腾4被AMDK7+DDR内存的组合打得满地找牙，再加上RDRAM的制造成本高，很多内存厂都没有兴趣，这直接导致RDRAM的零售价居高不下，奔腾4平台的成本相对高，消费者也不买单，最终就是导致RDRAM完败于DDRSDRAM，最终Intel抛弃RDRAM投奔到DDR阵营。内存发展——DDRSDRAMDDR内存的正式名字是DDRSDRAM（DualDateRateSDRAM），顾名思义就是双倍速率SDRAM，从名字上就知道它是SDRSDRAM的升级版，DDRSDRAM在时钟周期的上升沿与下降沿各传输一次信号，使得它的数据传输速度是SDRSDRAM的两倍，而且这样做还不会增加功耗，至于定址与控制信号与SDRSDRAM相同，仅在上升沿传输，这是对当时内存控制器的兼容性与性能做的折中。内存发展——DDRSDRAMDDRSDRAM采用184pin的DIMM插槽，防呆缺口从SDRSDRAM时的两个变成一个，常见工作电压2.5V，初代DDR内存的频率是200MHz，随后慢慢的诞生了DDR-266、DDR-333和那个时代主流的DDR-400，至于那些运行在500MHz、600MHz、700MHz的都算是超频条了，DDR内存刚出来的时候只有单通道，后来出现了支持双通芯片组，让内存的带宽直接翻倍，两根DDR-400内存组成双通道的话基本上可以满足FSB800MHz的奔腾4处理器，容量则是从128MB到1GB。DDR内存在对RDRAM的战争中取得了完全胜利，所以相当多的主板厂家都选择推出支持DDR内存的芯片组，当时的主板市场可是相当的热闹，并不只有Intel与AMD两个在单挑，还有NVIDIA、VIA、SiS、ALI、ATI等厂家，所以能用DDR内存的CPU也相当的多，Socket370的奔腾3与赛扬，Socket478与LGA775的奔腾4、奔腾D、赛扬4、赛扬D，只要你想酷睿2其实也可以插到部分865主板上用DDR内存，AMD的话SocketA接口的K7与Socket939、Socket754的K8架构产品都是可以用DDR内存的。内存发展——DDR2在DDR内存战胜了RDRAM之后就开启了DDR王朝，就如大家所知道的，后续的都是DDR的衍生产品，DDR2内存在2004年6月与Intel的915/925主板一同登场，伴随了大半个LGA775时代，而AMD的K8架构由于把内存控制器整合在CPU内部，要把内存控制器改成DDR2的比Intel麻烦得多，直到2006年6月AM2平台推出才开始支持DDR2内存，估计现在还有些用DDR2内存的电脑在使用。内存发展——DDR2DDR和DDR2的关键区别是：DDR2内存单元的核心频率是等效频率的1/4（而不是1/2）。这需要一个4-bit-deep的预取队列，在并不用改变内存单元本身的情况下，DDR2能有效地达到DDR数据传输速度的两倍，此外DDR2融入了CAS、OCD、ODT技术规范和中断指令，运行效率更高。DDR2内存的金手指数比DDR多，DDR2有240个金手指，DDR只有184个，两者的防呆缺口位置防止用户差错插槽，有一个比较容易从外观上区分DDR与DDR2内存的方法，就是DDR内存是采用TSSOP封装的，而DDR2内存是用BGA封装的，看内存芯片就能分清楚两者。DDR2的标准电压下降至1.8V，这使得它较上代产品更为节能，DDR2的频率从400MHz到1200MHz，当时的主流的是DDR2-800，更高频率其实都是超频条，容量从256MB起步最大4GB，不过4GB的DDR2是很少的，在DDR2时代的末期大多是单条2GB的容量。内存发展——DDR3DDR3内存随着Intel在2007年发布3系列芯片组一同到来的，AMD支持DDR3内存已经是2009年2月的AM3平台发布的时候，直到现在他依然还是市场的主流。然而直到2008年11月推出x58平台彻底抛弃DDR2的时候DDR3其实还不算是市场主流，在LGA775平台上消费者大多数依然会选择DDR2，归咎原因主要还算初期DDR3的频率偏低只有1066MHz，而那时候高端DDR2也是能达到这个频率的，而且同频下DDR2的性能更好，价格更低，所以刚上市那两年DDR3其实不怎么受欢迎，直到后来DDR3的价格降下来，频率提到DDR2触碰不到1333MHz时才开始普及。内存发展——DDR3和上一代的DDR2相比，DDR3在许多方面作了新的规范，核心电压降低到1.5V，预取从4-bit变成了8-bit，这也是DDR3提升带宽的关键，同样的核心频率DDR3能够提供两倍于DDR2的带宽，此外DDR3还新增了CWD、Reset、ZQ、STR、RASR等技术。DDR3内存与DDR2一样是240PinDIMM接口，不过两者的防呆缺口位置是不同的，不能混插，常见的容量是512MB到8GB，当然也有单条16GB的DDR3内存，只不过很稀少。频率方面从800MHz起步，目前比较容量买到最高的频率是2400MHz，实际上有厂家推出了3100MHz的DDR3内存，只是比较难买得到，支持DDR3内存的平台有Intel的后期的LGA775主板P35、P45、x38、x48等，LGA1366平台，LGA115x系列全都支持还有LGA2011的x79，AMD方面AM3、AM3+、FM1、FM2、FM3接口的产品全都支持DDR3。内存发展——DDR4DDR4在2014年登场的时候并没有重走DDR3发布的旧路，首款支持DDR4内存的是Intel旗舰级的x99平台，DDR4初登场的时候其实与高频DDR3没啥性能与价格上的优势，然而x99只支持DDR4内存，想用旗舰平台你也只能花高价买内存，DDR4内存真正走向大众其实已经是2015年8月Intel发布Skylake处理器与100系列主板时的事情了。内存发展——DDR4从DDR1到DDR3，每一代DDR技术的内存预取位数都会翻倍，前三者分别是2bit、4bit及8bit，以此达到内存带宽翻倍的目标，不过DDR4在预取位上保持了DDR3的8bit设计，因为继续翻倍为16bit预取的难度太大，DDR4转而提升Bank数量，它使用的是BankGroup（BG）设计，4个Bank作为一个BG组，可自由使用2-4组BG，每个BG都可以独