内存

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什么是内存

在计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能, 才能保证正常工作。存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器和辅助存储器,主存储器又称内存储器(简称内存),辅助存储器又称外存储器(简称外存)。

内存与外存的区别

外存通常是磁性介质或光盘,像硬盘,软盘,磁带,CD等,能长期保存信息,并且不依赖于电来保存信息,但是由机械部件带动,速度与CPU相比就显得慢的多。 内存指的就是主板上的存储部件,是CPU直接与之沟通,并用其存储数据的部件,存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,它的物理实质就是一组或多组 具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。

内存的两大类ROMRAM

ROM

(Read Only Memory)的全名为只读存储器,它相当于PC机上的硬盘,用来存储和保存数据。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。但是资料一但写入后只能用特殊方法或根本无法更改,因此ROM常在嵌入式系统中担任存放操作系统的用途。或在电脑中担当BIOS设定数据的存储。

RAM

RAM(Random Access Memory)的全名为随机存储器,它相当于PC机上的移动存储,用来存储和保存数据的。它在任何时候都可以读写,RAM通常是作为操作系统或其他正在运行程序的临时存储介质(可称作系统内存)。
不过,当电源关闭时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”。

内存的分类

RAM内存可以进一步分为静态RAM(SRAM)和动态内存(DRAM)两大类。DRAM由于具有较低的单位容量价格,所以被大量的采用作为系统的内存。而静态RAM尽管有非常高的存取速度,但是由于其昂贵的价格只是用在关键部位如CPU的一级和二级缓存。

内存的发展简史

起初,电脑所使用的内存是一块块的IC,我们必须把它们焊接到主机板上才能正常使用,一旦某一块内存IC坏了,必须焊下来才能更换,这实在是太费劲了。后来,电脑设计人员发明了模块化的条装内存,每一条上集成了多块内存IC,相应地,在主板上设计了内存插槽,这样,内存条就可随意拆卸了,从此,内存的维修和扩充都变得非常方便。
根据内存条上的引脚多少,我们可以把内存条分为30线、72线、168线、184线、240线等几种。30线与72线的内存条又称为单列存储器模块SIMM,168线的内 存条又称为双列存储器模块DIMM。目前30线和2线内存条已经没有了;其容量一般有4兆、8兆、16兆和32兆等几种;随着奔腾3逐渐退出市场,目前市场的主流品种是184线的DDR SDRAM存条,以及240线的DDR2 SDRAM。目前所知道的将来的DDR3 SDRAM也是采用240线规格。

内存技术发展过程中的技术名词

FPM DRAM

FPM DRAM(Fast Page Mode RAM): 快速页面模式内存。是一种在486时期被普遍应用的内存。72线、5V电压、带宽32bit、基本速度60ns以上。它的读取周期是从 DRAM阵列中某一行的触发开始,然后移至内存地址所指位置,即包含所需要的数据。第一条信息必须被证实有效后存至系统,才能为下一个周期作好准备。这样就引入了“等待状态”,因为CPU必须傻傻的等待内存完成一个周期。随着性能/价格比更高的EDO DRAM的出现和应用,它只好退出市场。

EDO DRAM

  • EDO是Extended Data Out(扩展数据输出)的简称,它取消了主板与内存两个存储周期之间的时间间隔,每隔2个时钟脉冲周期传输一次数据,大大地缩短了存取时间,使存取速度提高30%,达到60ns。EDO内存主要用于72线的SIMM内存条,以及采用EDO内存芯片的PCI显示卡。这种内存流行在486以及早期的奔腾计算机系统中,它有72线和168线之分,采用5V工作电压,带宽32 bit,必须两条或四条成对使用,可用于英特尔430FX/430VX甚至430TX芯片组主板上。目前也已经被淘汰,只能在某些老爷机上见到。

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 SDRAM

DDR是一种继SDRAM后产生的内存技术,DDR,英文原意为“Double Data Rate”,顾名思义,就是双数据传输模式。之所以称其为“双”,也就意味着有“单”,我们日常所使用的 SDRAM都是“单数据传输模式”,这种内存的特性是在一个内存时钟周期中,在一个方波上升沿时进行一次操作(读或写),而DDR则引用了一种新的设计,其在一个内存时钟周期中,在方波上升沿时进行一次操作,在方波的下降沿时也做一次操作,之所以在一个时钟周期中,DDR则可以完成SDRAM两个周期才能完成的任务,所以理论上同速率的DDR内存与SDR内存相比,性能要超出一倍,可以简单理解为100MHZ DDR=200MHZ SDR。

DDR2 SDRAM

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。

DDR3 SDRAM

DDR3(Double Data Rate 3)SDRAM相比起DDR2有更低的工作电压, 从DDR2的1.8V降落到1.5V,性能更好更为省电;DDR2的4bit预读升级为8bit预读。DDR3目前最高能够1600Mhz的速度,由于目前最为快速的DDR2内存速度已经提升到800Mhz/1066Mhz的速度,因而首批DDR3内存模组将会从1333Mhz的起跳。DDR3在DDR2 基础上采用的许多新型设计:8bit预取设计,而DDR2为4bit预取,这样DRAM内核的频率只有接口频率的1/8,DDR3-800的核心工作频率只有100MHz;采用点对点的拓朴架构,以减轻地址/命令与控制总线的负担;采用100nm以下的生产工艺,将工作电压从1.8V降至1.5V,增加异步重置(Reset)与ZQ校准功能等等。

内存的性能指标

评价内存条的性能指标一共有四个:

  1. 存储容量:即一根内存条可以容纳的二进制信息量,如目前常用的168线内存条的存储容量一般多为64兆、128兆、256兆512兆直到1000兆。
  2. 存取速度:即两次独立的存取操作之间所需的最短时间,又称为存储周期,半导体存储器的存取周期一般为60纳秒至100纳秒。
  3. 存储器的可靠性:存储器的可靠性用平均故障间隔时间来衡量,可以理解为两次故障之间的平均时间间隔。
  4. 性能价格比:性能主要包括存储器容量、存储周期和可靠性三项内容,性能价格比是一个综合性指标,对于不同的存储器有不同的要求。
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