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盟者天下

天行健,君子以自强不息;地势坤,君子以厚德载物。

 
 
 

日志

 
 

计算机之内存

2006-10-28 23:52:51|  分类: Hardware |  标签: |字号 订阅

内存最小的物理单元是位,从本质上来讲,位是一个位于某种二值状态(通常是0和1)下的电气单元。
  八位组成一个字节,这样组合的可能有256种(2的8次方)。字节是内存可访问的最小单元,每个这样的组合可代表单独的一个数据字符或指令。ascii码字符集实际上只使用了7位,因此支持128种可能的字符。对于所有的26个英文字母(包括大小写)、数字和特殊字符来说,这个数目完全够用。某些语种的字符数目比较庞大,因此它们可能会使用“双字节”字符集(例如汉字)。
  pc机上所使用的内存可以分为两大类,分别是只读内存(rom)和随即访问内存(ram)。从它们的名字上可以看出,rom数据不能随意更新,但是在任何时候都可以读取。即使是断电,rom也能够保留数据。至于ram则在任何时候都可以读写,因此ram通常用作操作系统或其他正在运行的程序的临时存储介质(可称作系统内存)。不幸的是,掉电时ram不能保留数据,如果需要保存数据,就必须把它们写入到一个长期的存储器中(例如硬盘)。正因为如此,有时也将ram称作“可变存储器”。
  ram内存可以进一步分为静态ram(sram)和动态内存(dram)两大类。由于实现方法上的差异,dram要比sram慢。sram由逻辑晶体管组成,数据采用触发的方式进行存储。因此改变和读取内存单元格的速度非常快。而dram使用电容存储数据。由于电容会逐渐放电,所以必须周期性的对它重新充电(即:刷新)。由于在执行读操作时电容也会放电,因此每次读操作之后也必须重新充电。刷新操作需要占用时钟周期,这可能会影响到其他的操作。虽然sram比dram的速度要快近10倍,但是它的价格也要比dram贵许多—事实上,sram要比dram贵近10倍。

内存的使用
  使用rom内存来保存pc上的bios程序非常理想,后者是一个基本的引导程序。这个引导程序非常小,可以驻留在较小的内存中(小于2mb)。rom内存包括可编程rom(prom)、可擦写可编程rom(eprom)、电可擦写可编程rom(eeprom)等等。目前bios一般使用eeprom,由于它可以通过加电擦除改写,由此能够对bios进行程序升级,从而在芯片中置入新的引导程序。这就是所谓的“闪写bios”。
  起初的微机都是朝着廉价低档方向设计,其组件的成本也很低,系统内存也一直使用廉价(因此速度也慢)的dram。在pc出现时,dram的速度足够处理8086/8088
4.77mhz的总线速度,甚至在较快的80286处理器(总线速度可达12mhz,或80ns)上也是如此。
  随着80386的出现,时钟速度可以达到20mhz、25mhz、甚至33mhz时,当时现有的dram就不能满足速度的要求。
  为了消除处理器和主存速度之间的不一致,设计人员开始在主板上使用少量的sram内存,它们运行在系统总线速度下,用来保存最近使用过的数据。尽管sram的速度要比dram快很多,但是没过多久处理器的速度就再次超过了主板缓存的速度。在80486出现时,其芯片内部已经置入了8k的sram缓存,因为它运行在cpu速度下,因此被称作第一层(l1)缓存,而主板上的缓存则被称作l2。今天高性能的系统仍在沿用这种“内存层次结构”。

内存方面值得关注的问题
  所有的dram的基本内核都相同,因此内部速度也相同,而等待时间也都相对比较大。在过去几年中,人们设计出了许多方案来优化或消除这些局限,然而结果往往是某个方面得到了改善,而另外某个方面却不如以前。由于sram的成本相对较高,行业的竞争相当激烈,因此dram仍然是大容量系统内存唯一可行的选择,包括在图形子系统中常常也是如此。sram内存通常仅用作缓存:外部缓存(位于主板上)或者内部缓存(内置到处理器或dram芯片中很少量的一部分)。
  处理器主频的发展速度是相当惊人的,因此内存设计人员不得不在不显著提高其成本的前提下大力提高dram的速度。如果处理器需要一个以上的时钟周期来执行一条指令,而内存子系统可以以慢两到三倍的速度运行,那么内存还能够和cpu速度相协调。随着处理器性能越来越优良,已经可以在一个时钟周期内执行一条甚至多条指令。不幸的是,虽然处理器目前的速度可以达到500mhz,但是主存的速度却局限于100mhz(在某些情况下可能会达到133mhz)。这时内存和处理器之间的速度就存在失调现象。造成这种失调的主要原因是,主存通常使用dram,这种类型的内存本身就太慢了。
  人们提出了许多设计sram和dram的方法并付诸实施。每种方法都希望能够着解决一定情况下的速度问题。然而不幸的是,我们还没有找到一种“理想”的内存体系结构来解决所有的问题。因为任何人都没有能够做到显著的提高dram的速度而不用显著的提高其成本。
目前的发展方向
  处理器的速度仍在飞速的增长。大约在2000年主流处理器的速度将达到1ghz。现在正在使用的内存很快就会显得太慢,当然很快也会出现新的设计方案。在过去的一些年中,人们提出了许多种设计方案,但是由于营销和公司政策方面的原因,它们或被舍弃,或局限于很小的应用范围。
  sram和dram内存经历了一个逐步演变的过程,从单芯片、异步、单排结构发展到多芯片、同步的多排结构,同时还采用了更多的先进技术,例如流水线操作、脉冲模式访问以及数据预取。此外还专门为图形、通信以及其他应用设计了专用的dram。有一点似乎是确定的——处理器和内存都将渐渐变得越来越廉价,生命周期也会相对变短许多。最终我们可能会看到这样一个局面:不仅l2缓存被嵌入到了芯片中,整个系统ram也被嵌入了进来。到那时由于dram可以运行在,或者接近于,处理器速度下,因此没有必要再使用sram缓存。内存的升级也就是处理器的升级,然而总价格仍然维持在一个相对较低的水平上。

一: 适用类型:

根据内存条所应用的主机不同,内存产品也各自不同的特点。台式机内存是DIY市场内最为普遍的内存,价格也相对便宜。笔记本内存则对尺寸、稳定性、散热性方面有一定的要求,价格要高于台式机内存。而应用于服务器的内存则对稳定性以及内存纠错功能要求严格,同样稳定性也是着重强调的。

笔记本内存就是应用于笔记本电脑的内存产品,笔记本内存只是使用的环境与台式机内存不同,在工作原理方面并没有什么区别。只是因为笔记本电脑对内存的稳定性、体积、散热性方面的需求,笔记本内存在这几方面要优于台式机内存,价格方面也要高于台式机内存。

笔记本诞生于台式机的486年代,在那个时代的笔记本电脑,所采用的内存各不相同,各种品牌的机型使用的内存千奇百怪,甚至同一机型的不同批次也有不同的内存,规格极其复杂,有的机器甚至使用PCMICA闪存卡来做内存。进入到台式机的586时代,笔记本厂商开始推广72针的SO DIMM标准笔记本内存,而市场上还同时存在着多种规格的笔记本内存,诸如:72针5伏的FPM;72针5伏的EDO;72针3.3伏的FPM;72针3.3伏的EDO。此几种类型的笔记本内存都已成为“古董”级的宝贝,早已在市场内消失了。在进入到“奔腾”时代,144针的3.3伏的EDO标准笔记本内存。在往后随着台式机内存中SDRAM的普及,笔记本内存也出现了144针的SDRAM。现在DDR的笔记本内存也在市面中较为普遍了,而在一些轻薄笔记本内,还有些机型使用与普通机型不同的Micro DIMM接口内存。

  对于多数的笔记本电脑都并没有配备单独的显存,而是采用内存共享的形式,内存要同时负担内存和显存的存储作用,因此内存对于笔记本电脑性能的影响很大。

服务器是企业信息系统的核心,因此对内存的可靠性非常敏感。服务器上运行着企业的关键业务,内存错误可能造成服务器错误并使数据永久丢失。因此服务器内存在可靠性方面的要求很高,所以服务器内存大多都带有Buffer(缓存器),Register(寄存器),ECC(错误纠正代码),以保证把错误发生可能性降到最低。服务器内存具有普通PC内存所不具备的高性能、高兼容性和高可靠性。

二:接口类型:

接口类型是根据内存条金手指上导电触片的数量来划分的,金手指上的导电触片也习惯称为针脚数(Pin)。因为不同的内存采用的接口类型各不相同,而每种接口类型所采用的针脚数各不相同。笔记本内存一般采用144Pin、200Pin接口;台式机内存则基本使用168Pin和184Pin接口。对应于内存所采用的不同的针脚数,内存插槽类型也各不相同。目前台式机系统主要有SIMM、DIMM和RIMM三种类型的内存插槽,而笔记本内存插槽则是在SIMM和DIMM插槽基础上发展而来,基本原理并没有变化,只是在针脚数上略有改变。

金手指
  金手指(connecting finger)是内存条上与内存插槽之间的连接部件,所有的信号都是通过金手指进行传送的。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,因为金的抗氧化性极强,而且传导性也很强。不过因为金昂贵的价格,目前较多的内存都采用镀锡来代替,从上个世纪90年代开始锡材料就开始普及,目前主板、内存和显卡等设备的“金手指”几乎都是采用的锡材料,只有部分高性能服务器/工作站的配件接触点才会继续采用镀金的做法,价格自然不菲。

内存金手指

  内存处理单元的所有数据流、电子流正是通过金手指与内存插槽的接触与PC系统进行交换,是内存的输出输入端口,因此其制作工艺对于内存连接显得相当重要。

内存插槽
  最初的计算机系统通过单独的芯片安装内存,那时内存芯片都采用DIP(Dual ln-line Package,双列直插式封装)封装,DIP芯片是通过安装在插在总线插槽里的内存卡与系统连接,此时还没有正式的内存插槽。DIP芯片有个最大的问题就在于安装起来很麻烦,而且随着时间的增加,由于系统温度的反复变化,它会逐渐从插槽里偏移出来。随着每日频繁的计算机启动和关闭,芯片不断被加热和冷却,慢慢地芯片会偏离出插槽。最终导致接触不好,产生内存错误。

  早期还有另外一种方法是把内存芯片直接焊接在主板或扩展卡里,这样有效避免了DIP芯片偏离的问题,但无法再对内存容量进行扩展,而且如果一个芯片发生损坏,整个系统都将不能使用,只能重新焊接一个芯片或更换包含坏芯片的主板,此种方法付出的代价较大,也极为不方便。

  对于内存存储器,大多数现代的系统都已采用单列直插内存模块(Single Inline Memory Module,SIMM)或双列直插内存模块(Dual Inline Memory Module,DIMM)来替代单个内存芯片。早期的EDO和SDRAM内存,使用过SIMM和DIMM两种插槽,但从SDRAM开始,就以DIMM插槽为主,而到了DDR和DDR2时代,SIMM插槽已经很少见了。下边具体的说一下几种常见的内存插槽。

  SIMM(Single Inline Memory Module,单内联内存模块)

  内存条通过金手指与主板连接,内存条正反两面都带有金手指。金手指可以在两面提供不同的信号,也可以提供相同的信号。SIMM就是一种两侧金手指都提供相同信号的内存结构,它多用于早期的FPM和EDD DRAM,最初一次只能传输8bif数据,后来逐渐发展出16bit、32bit的SIMM模组,其中8bit和16bitSIMM使用30pin接口,32bit的则使用72pin接口。在内存发展进入SDRAM时代后,SIMM逐渐被DIMM技术取代。

    DIMM(Dual Inline Memory,双内联内存模块)

    DIMM与SIMM相当类似,不同的只是DIMM的金手指两端不像SIMM那样是互通的,它们各自独立传输信号,因此可以满足更多数据信号的传送需要。同样采用DIMM,SDRAM 的接口与DDR内存的接口也略有不同,SDRAM DIMM为168Pin DIMM结构,金手指每面为84Pin,金手指上有两个卡口,用来避免插入插槽时,错误将内存反向插入而导致烧毁;DDR DIMM则采用184Pin DIMM结构,金手指每面有92Pin,金手指上只有一个卡口。卡口数量的不同,是二者最为明显的区别。

    为了满足笔记本电脑对内存尺寸的要求,SO-DIMM(Small Outline DIMM Module)也开发了出来,它的尺寸比标准的DIMM要小很多,而且引脚数也不相同。同样SO-DIMM也根据SDRAM和DDR内存规格不同而不同,SDRAM的SO-DIMM只有144pin引脚,而DDR的SO-DIMM拥有200pin引脚。

   RIMM

   RIMM是Rambus公司生产的RDRAM内存所采用的接口类型,RIMM内存与DIMM的外型尺寸差不多,金手指同样也是双面的。RIMM有也184 Pin的针脚,在金手指的中间部分有两个靠的很近的卡口。RIMM非ECC版有16位数据宽度,ECC版则都是18位宽。由于RDRAM内存较高的价格,此类内存在DIY市场很少见到,RIMM接口也就难得一见了。

三:传输类型:

传输类型指内存所采用的内存类型,不同类型的内存传输类型各有差异,在传输率、工作频率、工作方式、工作电压等方面都有不同。目前市场中主要有的内存类型有SDRAM、DDR SDRAM和RDRAM三种,其中DDR SDRAM内存占据了市场的主流,而SDRAM内存规格已不再发展,处于被淘汰的行列。RDRAM则始终未成为市场的主流,只有部分芯片组支持,而这些芯片组也逐渐退出了市场,RDRAM前景并不被看好。

   SDRAM

    SDRAM,即Synchronous DRAM(同步动态随机存储器),曾经是PC电脑上最为广泛应用的一种内存类型,即便在今天SDRAM仍旧还在市场占有一席之地。既然是“同步动态随机存储器”,那就代表着它的工作速度是与系统总线速度同步的。SDRAM内存又分为PC66、PC100、PC133等不同规格,而规格后面的数字就代表着该内存最大所能正常工作系统总线速度,比如PC100,那就说明此内存可以在系统总线为100MHz的电脑中同步工作。

  与系统总线速度同步,也就是与系统时钟同步,这样就避免了不必要的等待周期,减少数据存储时间。同步还使存储控制器知道在哪一个时钟脉冲期由数据请求使用,因此数据可在脉冲上升期便开始传输。SDRAM采用3.3伏工作电压,168Pin的DIMM接口,带宽为64位。SDRAM不仅应用在内存上,在显存上也较为常见。

    DDR
  
     严格的说DDR应该叫DDR SDRAM,人们习惯称为DDR,部分初学者也常看到DDR SDRAM,就认为是SDRAM。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写,是双倍速率同步动态随机存储器的意思。DDR内存是在SDRAM内存基础上发展而来的,仍然沿用SDRAM生产体系,因此对于内存厂商而言,只需对制造普通SDRAM的设备稍加改进,即可实现DDR内存的生产,可有效的降低成本。

  SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据,它是在时钟的上升期进行数据传输;而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次次数据,它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据,因此称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率。

  与SDRAM相比:DDR运用了更先进的同步电路,使指定地址、数据的输送和输出主要步骤既独立执行,又保持与CPU完全同步;DDR使用了DLL(Delay Locked Loop,延时锁定回路提供一个数据滤波信号)技术,当数据有效时,存储控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据,每16次输出一次,并重新同步来自不同存储器模块的数据。DDL本质上不需要提高时钟频率就能加倍提高SDRAM的速度,它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据,因而其速度是标准SDRA的两倍。

  从外形体积上DDR与SDRAM相比差别并不大,他们具有同样的尺寸和同样的针脚距离。但DDR为184针脚,比SDRAM多出了16个针脚,主要包含了新的控制、时钟、电源和接地等信号。DDR内存采用的是支持2.5V电压的SSTL2标准,而不是SDRAM使用的3.3V电压的LVTTL标准。
 
     RDRAM

     RDRAM(Rambus DRAM)是美国的RAMBUS公司开发的一种内存。与DDR和SDRAM不同,它采用了串行的数据传输模式。在推出时,因为其彻底改变了内存的传输模式,无法保证与原有的制造工艺相兼容,而且内存厂商要生产RDRAM还必须要加纳一定专利费用,再加上其本身制造成本,就导致了RDRAM从一问世就高昂的价格让普通用户无法接收。而同时期的DDR则能以较低的价格,不错的性能,逐渐成为主流,虽然RDRAM曾受到英特尔公司的大力支持,但始终没有成为主流。

  RDRAM的数据存储位宽是16位,远低于DDR和SDRAM的64位。但在频率方面则远远高于二者,可以达到400MHz乃至更高。同样也是在一个时钟周期内传输两次次数据,能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据,内存带宽能达到1.6Gbyte/s。

  普通的DRAM行缓冲器的信息在写回存储器后便不再保留,而RDRAM则具有继续保持这一信息的特性,于是在进行存储器访问时,如行缓冲器中已经有目标数据,则可利用,因而实现了高速访问。另外其可把数据集中起来以分组的形式传送,所以只要最初用24个时钟,以后便可每1时钟读出1个字节。一次访问所能读出的数据长度可以达到256字节。

四:颗粒封装:

颗粒封装其实就是内存芯片所采用的封装技术类型,封装就是将内存芯片包裹起来,以避免芯片与外界接触,防止外界对芯片的损害。空气中的杂质和不良气体,乃至水蒸气都会腐蚀芯片上的精密电路,进而造成电学性能下降。不同的封装技术在制造工序和工艺方面差异很大,封装后对内存芯片自身性能的发挥也起到至关重要的作用。

  随着光电、微电制造工艺技术的飞速发展,电子产品始终在朝着更小、更轻、更便宜的方向发展,因此芯片元件的封装形式也不断得到改进。芯片的封装技术多种多样,有DIP、POFP、TSOP、BGA、QFP、CSP等等,种类不下三十种,经历了从DIP、TSOP到BGA的发展历程。芯片的封装技术已经历了几代的变革,性能日益先进,芯片面积与封装面积之比越来越接近,适用频率越来越高,耐温性能越来越好,以及引脚数增多,引脚间距减小,重量减小,可靠性提高,使用更加方便。

     DIP封装

    上个世纪的70年代,芯片封装基本都采用DIP(Dual ln-line Package,双列直插式封装)封装,此封装形式在当时具有适合PCB(印刷电路板)穿孔安装,布线和操作较为方便等特点。DIP封装的结构形式多种多样,包括多层陶瓷双列直插式DIP,单层陶瓷双列直插式DIP,引线框架式DIP等。但DIP封装形式封装效率是很低的,其芯片面积和封装面积之比为1:1.86,这样封装产品的面积较大,内存条PCB板的面积是固定的,封装面积越大在内存上安装芯片的数量就越少,内存条容量也就越小。同时较大的封装面积对内存频率、传输速率、电器性能的提升都有影响。理想状态下芯片面积和封装面积之比为1:1将是最好的,但这是无法实现的,除非不进行封装,但随着封装技术的发展,这个比值日益接近,现在已经有了1:1.14的内存封装技术。

     TSOP封装    
   
  到了上个世纪80年代,内存第二代的封装技术TSOP出现,得到了业界广泛的认可,时至今日仍旧是内存封装的主流技术。TSOP是“Thin Small Outline Package”的缩写,意思是薄型小尺寸封装。TSOP内存是在芯片的周围做出引脚,采用SMT技术(表面安装技术)直接附着在PCB板的表面。TSOP封装外形尺寸时,寄生参数(电流大幅度变化时,引起输出电压扰动) 减小,适合高频应用,操作比较方便,可靠性也比较高。同时TSOP封装具有成品率高,价格便宜等优点,因此得到了极为广泛的应用。
    TSOP封装方式中,内存芯片是通过芯片引脚焊接在PCB板上的,焊点和PCB板的接触面积较小,使得芯片向PCB办传热就相对困难。而且TSOP封装方式的内存在超过150MHz后,会产品较大的信号干扰和电磁干扰。

      BGA封装    
  
  20世纪90年代随着技术的进步,芯片集成度不断提高,I/O引脚数急剧增加,功耗也随之增大,对集成电路封装的要求也更加严格。为了满足发展的需要,BGA封装开始被应用于生产。BGA是英文Ball Grid Array Package的缩写,即球栅阵列封装。

  采用BGA技术封装的内存,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍,BGA与TSOP相比,具有更小的体积,更好的散热性能和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升,采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下,体积只有TSOP封装的三分之一;另外,与传统TSOP封装方式相比,BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。
    BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面,BGA技术的优点是I/O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;虽然它的功耗增加,但BGA能用可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善它的电热性能;厚度和重量都较以前的封装技术有所减少;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。

  说到BGA封装就不能不提Kingmax公司的专利TinyBGA技术,TinyBGA英文全称为Tiny Ball Grid Array(小型球栅阵列封装),属于是BGA封装技术的一个分支,是Kingmax公司于1998年8月开发成功的,其芯片面积与封装面积之比不小于1:1.14,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高2~3倍,与TSOP封装产品相比,其具有更小的体积、更好的散热性能和电性能。
    采用TinyBGA封装技术的内存产品在相同容量情况下体积只有TSOP封装的1/3。TSOP封装内存的引脚是由芯片四周引出的,而TinyBGA则是由芯片中心方向引出。这种方式有效地缩短了信号的传导距离,信号传输线的长度仅是传统的TSOP技术的1/4,因此信号的衰减也随之减少。这样不仅大幅提升了芯片的抗干扰、抗噪性能,而且提高了电性能。采用TinyBGA封装芯片可抗高达300MHz的外频,而采用传统TSOP封装技术最高只可抗150MHz的外频。

  TinyBGA封装的内存其厚度也更薄(封装高度小于0.8mm),从金属基板到散热体的有效散热路径仅有0.36mm。因此,TinyBGA内存拥有更高的热传导效率,非常适用于长时间运行的系统,稳定性极佳。  
   
      CSP封装

  CSP(Chip Scale Package),是芯片级封装的意思。CSP封装最新一代的内存芯片封装技术,其技术性能又有了新的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14,已经相当接近1:1的理想情况,绝对尺寸也仅有32平方毫米,约为普通的BGA的1/3,仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比,同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。

    CSP封装内存不但体积小,同时也更薄,其金属基板到散热体的最有效散热路径仅有0.2毫米,大大提高了内存芯片在长时间运行后的可靠性,线路阻抗显著减小,芯片速度也随之得到大幅度提高。

  CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效地缩短了信号的传导距离,其衰减随之减少,芯片的抗干扰、抗噪性能也能得到大幅提升,这也使得CSP的存取时间比BGA改善15%-20%。在CSP的封装方式中,内存颗粒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,所以内存芯片在运行中所产生的热量可以很容易地传导到PCB板上并散发出去。CSP封装可以从背面散热,且热效率良好,CSP的热阻为35℃/W,而TSOP热阻40℃/W。

五:内存频率:

内存主频和CPU主频一样,习惯上被用来表示内存的速度,它代表着该内存所能达到的最高工作频率。内存主频是以MHz(兆赫)为单位来计量的。内存主频越高在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快。内存主频决定着该内存最高能在什么样的频率正常工作。目前较为主流的内存频率室333MHz和400MHz的DDR内存,以及533MHz和667MHz的DDR2内存。

  大家知道,计算机系统的时钟速度是以频率来衡量的。晶体振荡器控制着时钟速度,在石英晶片上加上电压,其就以正弦波的形式震动起来,这一震动可以通过晶片的形变和大小记录下来。晶体的震动以正弦调和变化的电流的形式表现出来,这一变化的电流就是时钟信号。而内存本身并不具备晶体振荡器,因此内存工作时的时钟信号是由主板芯片组的北桥或直接由主板的时钟发生器提供的,也就是说内存无法决定自身的工作频率,其实际工作频率是由主板来决定的。

    DDR内存和DDR2内存的频率可以用工作频率和等效频率两种方式表示,工作频率是内存颗粒实际的工作频率,但是由于DDR内存可以在脉冲的上升和下降沿都传输数据,因此传输数据的等效频率是工作频率的两倍;而DDR2内存每个时钟能够以四倍于工作频率的速度读/写数据,因此传输数据的等效频率是工作频率的四倍。例如DDR 200/266/333/400的工作频率分别是100/133/166/200MHz,而等效频率分别是200/266/333/400MHz;DDR2 400/533/667/800的工作频率分别是100/133/166/200MHz,而等效频率分别是400/533/667/800MHz。

    内存异步工作模式包含多种意义,在广义上凡是内存工作频率与CPU的外频不一致时都可以称为内存异步工作模式。首先,最早的内存异步工作模式出现在早期的主板芯片组中,可以使内存工作在比CPU外频高33MHz或者低33MHz的模式下(注意只是简单相差33MHz),从而可以提高系统内存性能或者使老内存继续发挥余热。其次,在正常的工作模式(CPU不超频)下,目前不少主板芯片组也支持内存异步工作模式,例如Intel 910GL芯片组,仅仅只支持533MHz FSB即133MHz的CPU外频,但却可以搭配工作频率为133MHz的DDR 266、工作频率为166MHz的DDR 333和工作频率为200MHz的DDR 400正常工作(注意此时其CPU外频133MHz与DDR 400的工作频率200MHz已经相差66MHz了),只不过搭配不同的内存其性能有差异罢了。再次,在CPU超频的情况下,为了不使内存拖CPU超频能力的后腿,此时可以调低内存的工作频率以便于超频,例如AMD的Socket 939接口的Opteron 144非常容易超频,不少产品的外频都可以轻松超上300MHz,而此如果在内存同步的工作模式下,此时内存的等效频率将高达DDR 600,这显然是不可能的,为了顺利超上300MHz外频,我们可以在超频前在主板BIOS中把内存设置为DDR 333或DDR 266,在超上300MHz外频之后,前者也不过才DDR 500(某些极品内存可以达到),而后者更是只有DDR 400(完全是正常的标准频率),由此可见,正确设置内存异步模式有助于超频成功。

  目前的主板芯片组几乎都支持内存异步,英特尔公司从810系列到目前较新的875系列都支持,而威盛公司则从693芯片组以后全部都提供了此功能。

六:DDR2与DDR的区别:
  与DDR相比,DDR2最主要的改进是在内存模块速度相同的情况下,可以提供相当于DDR内存两倍的带宽。这主要是通过在每个设备上高效率使用两个DRAM核心来实现的。作为对比,在每个设备上DDR内存只能够使用一个DRAM核心。技术上讲,DDR2内存上仍然只有一个DRAM核心,但是它可以并行存取,在每次存取中处理4个数据而不是两个数据。
DDR2与DDR的区别示意图
  与双倍速运行的数据缓冲相结合,DDR2内存实现了在每个时钟周期处理多达4bit的数据,比传统DDR内存可以处理的2bit数据高了一倍。DDR2内存另一个改进之处在于,它采用FBGA封装方式替代了传统的TSOP方式。
  然而,尽管DDR2内存采用的DRAM核心速度和DDR的一样,但是我们仍然要使用新主板才能搭配DDR2内存,因为DDR2的物理规格和DDR是不兼容的。首先是接口不一样,DDR2的针脚数量为240针,而DDR内存为184针;其次,DDR2内存的VDIMM电压为1.8V,也和DDR内存的2.5V不同。
DDR2的定义:
DDR2(Double Data Rate 2) SDRAM是由JEDEC(电子设备工程联合委员会)进行开发的新生代内存技术标准,它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是,虽然同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式,但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力(即:4bit数据读预取)。换句话说,DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据,并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。
此外,由于DDR2标准规定所有DDR2内存均采用FBGA封装形式,而不同于目前广泛应用的TSOP/TSOP-II封装形式,FBGA封装可以提供了更为良好的电气性能与散热性,为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了坚实的基础。回想起DDR的发展历程,从第一代应用到个人电脑的DDR200经过DDR266、DDR333到今天的双通道DDR400技术,第一代DDR的发展也走到了技术的极限,已经很难通过常规办法提高内存的工作速度;随着Intel最新处理器技术的发展,前端总线对内存带宽的要求是越来越高,拥有更高更稳定运行频率的DDR2内存将是大势所趋。 
DDR2与DDR的区别:
在了解DDR2内存诸多新技术前,先让我们看一组DDR和DDR2技术对比的数据。 
1、延迟问题:
从上表可以看出,在同等核心频率下,DDR2的实际工作频率是DDR的两倍。这得益于DDR2内存拥有两倍于标准DDR内存的4BIT预读取能力。换句话说,虽然DDR2和DDR一样,都采用了在时钟的上升延和下降延同时进行数据传输的基本方式,但DDR2拥有两倍于DDR的预读取系统命令数据的能力。也就是说,在同样100MHz的工作频率下,DDR的实际频率为200MHz,而DDR2则可以达到400MHz。
这样也就出现了另一个问题:在同等工作频率的DDR和DDR2内存中,后者的内存延时要慢于前者。举例来说,DDR 200和DDR2-400具有相同的延迟,而后者具有高一倍的带宽。实际上,DDR2-400和DDR 400具有相同的带宽,它们都是3.2GB/s,但是DDR400的核心工作频率是200MHz,而DDR2-400的核心工作频率是100MHz,也就是说DDR2-400的延迟要高于DDR400。
2、封装和发热量:
DDR2内存技术最大的突破点其实不在于用户们所认为的两倍于DDR的传输能力,而是在采用更低发热量、更低功耗的情况下,DDR2可以获得更快的频率提升,突破标准DDR的400MHZ限制。
DDR内存通常采用TSOP芯片封装形式,这种封装形式可以很好的工作在200MHz上,当频率更高时,它过长的管脚就会产生很高的阻抗和寄生电容,这会影响它的稳定性和频率提升的难度。这也就是DDR的核心频率很难突破275MHZ的原因。而DDR2内存均采用FBGA封装形式。不同于目前广泛应用的TSOP封装形式,FBGA封装提供了更好的电气性能与散热性,为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了良好的保障。
DDR2内存采用1.8V电压,相对于DDR标准的2.5V,降低了不少,从而提供了明显的更小的功耗与更小的发热量,这一点的变化是意义重大的。
DDR2采用的新技术:
除了以上所说的区别外,DDR2还引入了三项新的技术,它们是OCD、ODT和Post CAS。
OCD(Off-Chip Driver):也就是所谓的离线驱动调整,DDR II通过OCD可以提高信号的完整性。DDR II通过调整上拉(pull-up)/下拉(pull-down)的电阻值使两者电压相等。使用OCD通过减少DQ-DQS的倾斜来提高信号的完整性;通过控制电压来提高信号品质。
ODT:ODT是内建核心的终结电阻器。我们知道使用DDR SDRAM的主板上面为了防止数据线终端反射信号需要大量的终结电阻。它大大增加了主板的制造成本。实际上,不同的内存模组对终结电路的要求是不一样的,终结电阻的大小决定了数据线的信号比和反射率,终结电阻小则数据线信号反射低但是信噪比也较低;终结电阻高,则数据线的信噪比高,但是信号反射也会增加。因此主板上的终结电阻并不能非常好的匹配内存模组,还会在一定程度上影响信号品质。DDR2可以根据自已的特点内建合适的终结电阻,这样可以保证最佳的信号波形。使用DDR2不但可以降低主板成本,还得到了最佳的信号品质,这是DDR不能比拟的。
Post CAS:它是为了提高DDR II内存的利用效率而设定的。在Post CAS操作中,CAS信号(读写/命令)能够被插到RAS信号后面的一个时钟周期,CAS命令可以在附加延迟(Additive Latency)后面保持有效。原来的tRCD(RAS到CAS和延迟)被AL(Additive Latency)所取代,AL可以在0,1,2,3,4中进行设置。由于CAS信号放在了RAS信号后面一个时钟周期,因此ACT和CAS信号永远也不会产生碰撞冲突。
总的来说,DDR2采用了诸多的新技术,改善了DDR的诸多不足,虽然它目前有成本高、延迟慢能诸多不足,但相信随着技术的不断提高和完善,这些问题终将得到解决.

七:内存容量:

内存容量是指该内存条的存储容量,是内存条的关键性参数。内存容量以MB作为单位,可以简写为M。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统的运行。目前台式机中主流采用的内存容量为256MB或512MB,64MB、128MB的内存已较少采用。

    系统对内存的识别是以Byte(字节)为单位,每个字节由8位二进制数组成,即8bit(比特,也称“位”)。按照计算机的二进制方式,1Byte=8bit;1KB=1024Byte;1MB=1024KB;1GB=1024MB;1TB=1024GB。

    系统中内存的数量等于插在主板内存插槽上所有内存条容量的总和,内存容量的上限一般由主板芯片组和内存插槽决定。不同主板芯片组可以支持的容量不同,比如Inlel的810和815系列芯片组最高支持512MB内存,多余的部分无法识别。目前多数芯片组可以支持到2GB以上的内存。此外主板内存插槽的数量也会对内存容量造成限制,比如使用128MB一条的内存,主板由两个内存插槽,最高可以使用256MB内存。因此在选择内存时要考虑主板内存插槽数量,并且可能需要考虑将来有升级的余地。

八:CL设置:

CL(CAS Latency):为CAS的延迟时间,这是纵向地址脉冲的反应时间,也是在一定频率下衡量支持不同规范的内存的重要标志之一。  

    内存负责向CPU提供运算所需的原始数据,而目前CPU运行速度超过内存数据传输速度很多,因此很多情况下CPU都需要等待内存提供数据,这就是常说的“CPU等待时间”。内存传输速度越慢,CPU等待时间就会越长,系统整体性能受到的影响就越大。因此,快速的内存是有效提升CPU效率和整机性能的关键之一。

  在实际工作时,无论什么类型的内存,在数据被传输之前,传送方必须花费一定时间去等待传输请求的响应,通俗点说就是传输前传输双方必须要进行必要的通信,而这种就会造成传输的一定延迟时间。CL设置一定程度上反映出了该内存在CPU接到读取内存数据的指令后,到正式开始读取数据所需的等待时间。不难看出同频率的内存,CL设置低的更具有速度优势。

  上面只是给大家建立一个基本的CL概念,而实际上内存延迟的基本因素绝对不止这些。内存延迟时间有个专门的术语叫“Latency”。要形象的了解延迟,我们不妨把内存当成一个存储着数据的数组,或者一个EXCEL表格,要确定每个数据的位置,每个数据都是以行和列编排序号来标示,在确定了行、列序号之后该数据就唯一了。内存工作时,在要读取或写入某数据,内存控制芯片会先把数据的列地址传送过去,这个RAS信号(Row Address Strobe,行地址信号)就被激活,而在转化到行数据前,需要经过几个执行周期,然后接下来CAS信号(Column Address Strobe,列地址信号)被激活。在RAS信号和CAS信号之间的几个执行周期就是RAS-to-CAS延迟时间。在CAS信号被执行之后同样也需要几个执行周期。此执行周期在使用标准PC133的SDRAM大约是2到3个周期;而DDR RAM则是4到5个周期。在DDR中,真正的CAS延迟时间则是2到2.5个执行周期。RAS-to-CAS的时间则视技术而定,大约是5到7个周期,这也是延迟的基本因素。

  CL设置较低的内存具备更高的优势,这可以从总的延迟时间来表现。内存总的延迟时间有一个计算公式,总延迟时间=系统时钟周期×CL模式数+存取时间(tAC)。首先来了解一下存取时间(tAC)的概念,tAC是Access Time from CLK的缩写,是指最大CAS延迟时的最大数输入时钟,是以纳秒为单位的,与内存时钟周期是完全不同的概念,虽然都是以纳秒为单位。存取时间(tAC)代表着读取、写入的时间,而时钟频率则代表内存的速度。

  举个例子来计算一下总延迟时间,比如一条DDR333内存其存取时间为6ns,而其内存时钟周期为6ns(DDR内存时钟周期=1X2/内存频率,DDR400内存频率为400,则可计算出其时钟周期为6ns)。我们在主板的BIOS中将其CL设置为2.5,则总的延迟时间=6ns X2.5+6ns=21ns,而如果CL设置为2,那么总的延迟时间=6ns X2+6ns=18 ns,就减少了3ns的时间。

  从总的延迟时间来看,CL值的大小起到了很关键的作用。所以对系统要求高和喜欢超频的用户通常喜欢购买CL值较低的内存。目前各内存颗粒厂商除了从提高内存时钟频率来提高DDR的性能之外,已经考虑通过更进一步的降低CAS延迟时间来提高内存性能。

  不过,并不是说CL值越低性能就越好,因为其它的因素会影响这个数据。例如,新一代处理器的高速缓存较有效率,这表示处理器比较少地直接从内存读取数据。再者,列的数据会比较常被存取,所以RAS-to-CAS的发生几率也大,读取的时间也会增多。最后,有时会发生同时读取大量数据的情形,在这种情形下,相邻的内存数据会一次被读取出来,CAS延迟时间只会发生一次。

  选择购买内存时,最好选择同样CL设置的内存,因为不同速度的内存混插在系统内,系统会以较慢的速度来运行,也就是当CL2.5和CL2的内存同时插在主机内,系统会自动让两条内存都工作在CL2.5状态,造成资源浪费。

九:通道内存:

双通道内存技术其实是一种内存控制和管理技术,它依赖于芯片组的内存控制器发生作用,在理论上能够使两条同等规格内存所提供的带宽增长一倍。它并不是什么新技术,早就被应用于服务器和工作站系统中了,只是为了解决台式机日益窘迫的内存带宽瓶颈问题它才走到了台式机主板技术的前台。在几年前,英特尔公司曾经推出了支持双通道内存传输技术的i820芯片组,它与RDRAM内存构成了一对黄金搭档,所发挥出来的卓绝性能使其一时成为市场的最大亮点,但生产成本过高的缺陷却造成了叫好不叫座的情况,最后被市场所淘汰。由于英特尔已经放弃了对RDRAM的支持,所以目前主流芯片组的双通道内存技术均是指双通道DDR内存技术,主流双通道内存平台英特尔方面是英特尔 865/875系列,而AMD方面则是NVIDIA Nforce2系列。

  双通道内存技术是解决CPU总线带宽与内存带宽的矛盾的低价、高性能的方案。现在CPU的FSB(前端总线频率)越来越高,英特尔 Pentium 4比AMD Athlon XP对内存带宽具有高得多的需求。英特尔 Pentium 4处理器与北桥芯片的数据传输采用QDR(Quad Data Rate,四次数据传输)技术,其FSB是外频的4倍。英特尔 Pentium 4的FSB分别是400/533/800MHz,总线带宽分别是3.2GB/sec,4.2GB/sec和6.4GB/sec,而DDR 266/DDR 333/DDR 400所能提供的内存带宽分别是2.1GB/sec,2.7GB/sec和3.2GB/sec。在单通道内存模式下,DDR内存无法提供CPU所需要的数据带宽从而成为系统的性能瓶颈。而在双通道内存模式下,双通道DDR 266/DDR 333/DDR 400所能提供的内存带宽分别是4.2GB/sec,5.4GB/sec和6.4GB/sec,在这里可以看到,双通道DDR 400内存刚好可以满足800MHz FSB Pentium 4处理器的带宽需求。而对AMD Athlon XP平台而言,其处理器与北桥芯片的数据传输技术采用DDR(Double Data Rate,双倍数据传输)技术,FSB是外频的2倍,其对内存带宽的需求远远低于英特尔 Pentium 4平台,其FSB分别为266/333/400MHz,总线带宽分别是2.1GB/sec,2.7GB/sec和3.2GB/sec,使用单通道的DDR 266/DDR 333/DDR 400就能满足其带宽需求,所以在AMD K7平台上使用双通道DDR内存技术,可说是收效不多,性能提高并不如英特尔平台那样明显,对性能影响最明显的还是采用集成显示芯片的整合型主板。

  NVIDIA推出的nForce芯片组是第一个把DDR内存接口扩展为128-bit的芯片组,随后英特尔在它的E7500服务器主板芯片组上也使用了这种双通道DDR内存技术,SiS和VIA也纷纷响应,积极研发这项可使DDR内存带宽成倍增长的技术。但是,由于种种原因,要实现这种双通道DDR(128 bit的并行内存接口)传输对于众多芯片组厂商来说绝非易事。DDR SDRAM内存和RDRAM内存完全不同,后者有着高延时的特性并且为串行传输方式,这些特性决定了设计一款支持双通道RDRAM内存芯片组的难度和成本都不算太高。但DDR SDRAM内存却有着自身局限性,它本身是低延时特性的,采用的是并行传输模式,还有最重要的一点:当DDR SDRAM工作频率高于400MHz时,其信号波形往往会出现失真问题,这些都为设计一款支持双通道DDR内存系统的芯片组带来不小的难度,芯片组的制造成本也会相应地提高,这些因素都制约着这项内存控制技术的发展。

  普通的单通道内存系统具有一个64位的内存控制器,而双通道内存系统则有2个64位的内存控制器,在双通道模式下具有128bit的内存位宽,从而在理论上把内存带宽提高一倍。虽然双64位内存体系所提供的带宽等同于一个128位内存体系所提供的带宽,但是二者所达到效果却是不同的。双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能内存控制器,理论上来说,两个内存控制器都能够在彼此间零延迟的情况下同时运作。比如说两个内存控制器,一个为A、另一个为B。当控制器B准备进行下一次存取内存的时候,控制器A就在读/写主内存,反之亦然。两个内存控制器的这种互补“天性”可以让等待时间缩减50%。双通道DDR的两个内存控制器在功能上是完全一样的,并且两个控制器的时序参数都是可以单独编程设定的。这样的灵活性可以让用户使用二条不同构造、容量、速度的DIMM内存条,此时双通道DDR简单地调整到最低的内存标准来实现128bit带宽,允许不同密度/等待时间特性的DIMM内存条可以可靠地共同运作。
   
  支持双通道DDR内存技术的台式机芯片组,英特尔平台方面有英特尔的865P/865G/865GV/865PE/875P以及之后的915/925系列;VIA的PT880,ATI的Radeon 9100 IGP系列,SIS的SIIS 655,SIS 655FX和SIS 655TX;AMD平台方面则有VIA的KT880,NVIDIA的nForce2 Ultra 400,nForce2 IGP,nForce2 SPP及其以后的芯片。

十:其它技术:

 

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