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內(nèi)存基礎(chǔ)知識(shí)專題

來(lái)源:番茄系統(tǒng)家園瀏覽:時(shí)間:2021-10-12 14:30:17
計(jì)算機(jī)是由哪幾部分組成的呢?簡(jiǎn)單的說(shuō),一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由軟件和硬件組成的。其中,硬件部分由中央處理單元(運(yùn)算器和控制器)、存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成。這次我們要談的是存儲(chǔ)器方面的內(nèi)容。
  先給大家看三句話:
  A. 我的PC 有1GB的內(nèi)存。
  B. 我的PC 有5GB的存儲(chǔ)器。
  C. 我的PC 有5GB 的內(nèi)存。
  唔,有似曾相識(shí)的感覺(jué)。沒(méi)錯(cuò),這是某個(gè)笑話的三種表達(dá)方式,但只有其中的一個(gè)可以認(rèn)為是真正的笑話。到底是哪一個(gè)呢?先說(shuō)A,如果有錢,給自己的電腦插上1GB的內(nèi)存是可能的;而B(niǎo),既然說(shuō)是存儲(chǔ)器,也可以包括硬盤(pán)了,話說(shuō)的滴水不漏,也沒(méi)留下笑柄;最后到C,因?yàn)槟壳皞€(gè)人電腦上使用的主板一般只能支持到1GB的內(nèi)存,即使是INTEL目前最高階的450NX芯片組也只能支持到4GB--所以,用5GB的內(nèi)存是胡扯的啦。
現(xiàn)在我們可以知道的一點(diǎn)是:存儲(chǔ)器包括主存和輔存。主存具有速度快、價(jià)格高、容量小的特點(diǎn),負(fù)責(zé)直接與CPU交換指令和數(shù)據(jù)。輔存速度慢、價(jià)格低、容量大,可以用來(lái)保存程序和數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的輔存如硬盤(pán)、軟盤(pán)等,而現(xiàn)在的主存一般就是指半導(dǎo)體集成電路存儲(chǔ)器了。那主存和內(nèi)存有什么關(guān)系呢?可以這么認(rèn)為:主存就是廣義的內(nèi)存。
  廣義的內(nèi)存分為隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM,RANDOM ACCESS MEMORY)和只讀存儲(chǔ)器(ROM,READ ONLY MEMORY)。
一、 RAM
  RAM是指通過(guò)指令可以隨機(jī)的、個(gè)別的對(duì)各個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行訪問(wèn)的存儲(chǔ)器,一般訪問(wèn)時(shí)間基本固定,而與存儲(chǔ)單元地址無(wú)關(guān)。RAM的速度比較快,但其保存的信息需要電力支持,一旦丟失供電即數(shù)據(jù)消失,所以又叫易失性存儲(chǔ)器,還有一種很有趣的叫法是"揮發(fā)性存儲(chǔ)器",當(dāng)然這里"揮發(fā)"掉的是數(shù)據(jù)而不是物理上的芯片。
  RAM又分動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM,DYNAMIC RAM)和靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM,STATIC RAM)。SRAM是利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來(lái)保存信息的,只要不斷電,信息是不會(huì)丟失的,所以謂之靜態(tài);DRAM利用MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)電容存儲(chǔ)電荷來(lái)儲(chǔ)存信息,大家都知道,電容是會(huì)漏電的,所以必須通過(guò)不停的給電容充電來(lái)維持信息,這個(gè)充電的過(guò)程叫再生或刷新(REFRESH)。由于電容的充放電是需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間的,DRAM的速度要慢于SRAM。但SRAM免刷新的優(yōu)點(diǎn)需要較復(fù)雜的電路支持,如一個(gè)典型的SRAM的存儲(chǔ)單元需要六個(gè)晶體管(三極管)構(gòu)成,而DRAM的一個(gè)存儲(chǔ)單元最初需要三個(gè)晶體管和一個(gè)電容,后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn),就只需要一個(gè)晶體管和一個(gè)電容了。由此可見(jiàn),DRAM的成本、集成度、功耗等明顯優(yōu)于SRAM。
  (一) DRAM
  DRAM就是我們常說(shuō)的內(nèi)存,這顯然就是狹義的內(nèi)存概念了。后面我們說(shuō)的內(nèi)存也是這個(gè)狹義的概念--DRAM。常見(jiàn)的DRAM有許多規(guī)格,如FPM DRAM 、EDO DRAM、BEDO DRAM、SDRAM、DDR SDRAM、SLDRAM、RDRAM、DIRECT RDRAM等。
  1. FPM DRAM(FAST PAGE MODE DRAM,快速頁(yè)模式DRAM)
  傳統(tǒng)的DRAM在存取一個(gè)BIT的數(shù)據(jù)時(shí),必須送出行地址和列地址各一次才能讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。FRM DRAM對(duì)此做了改進(jìn),在觸發(fā)了行地址后,如果CPU需要的地址在同一行內(nèi),則可以連續(xù)輸出列地址而不必再輸出行地址了。由于一般的程序和數(shù)據(jù)在內(nèi)存中排列的地址是連續(xù)的,這種情況下輸出行地址后連續(xù)輸出列地址就可以得到所需要的數(shù)據(jù)。因此FPM DRAM的設(shè)計(jì)可以提高內(nèi)存的傳輸速率。在96年以前,在486時(shí)代和PENTIUM時(shí)代的初期,F(xiàn)PM DRAM被大量使用。
  2. EDO DRAM(EXTENDED DATA OUT DRAM,擴(kuò)充數(shù)據(jù)輸出DRAM)
  傳統(tǒng)的DRAM和FPM DRAM 在存取每一BIT 數(shù)據(jù)時(shí)必須輸出行地址和列地址并使其穩(wěn)定一段時(shí)間,然后才能讀寫(xiě)有效的數(shù)據(jù)。而下一個(gè)BIT的地址必須等待這次讀寫(xiě)操作完成才能輸出。EDO DRAM對(duì)FPM DRAM 的改進(jìn)主要是縮短等待輸出地址的時(shí)間。EDO DRAM不必等待資料的讀寫(xiě)操作是否完成,只要規(guī)定的有效時(shí)間一到就可以準(zhǔn)備輸出下一個(gè)地址,由此可以減小等待時(shí)間。從另一個(gè)角度說(shuō),EDO DRAM 在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行下一地址的準(zhǔn)備工作,提高了工作效率。后期的486系統(tǒng)開(kāi)始支持EDO DRAM,到96年后期,EDO DRAM開(kāi)始執(zhí)行。
  3. BEDO DRAM (BURST EDO DRAM ,突發(fā)式EDO DRAM)
  BEDO DRAM是突發(fā)式的讀取方式,也就是當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)地址被送出后,剩下的三個(gè)數(shù)據(jù)每一個(gè)都只需要一個(gè)周期就能讀取。BEDO 的主要加強(qiáng)之處是在芯片上增加了一個(gè)地址計(jì)數(shù)器來(lái)追蹤下一個(gè)地址。BEDO DRAM可以一次存取一批數(shù)據(jù)而EDO DRAM只能存取一組數(shù)據(jù),所以BEDO DRAM比EDO DRAM更快。但BEDO DRAM 在內(nèi)存市場(chǎng)上只是曇花一現(xiàn),只有很少的主板支持(如VIA APOLLO VP2),很快就被DRAM替代了。
  4. SDRAM(SYNCHRONOUS DRAM)
  SDRAM 的最大特點(diǎn)就是可以與CPU的外頻同步,可以取消等待周期,減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t。而此前的DRAM 都使用異步方式工作,由于沒(méi)有與系統(tǒng)的外頻同步,在存取數(shù)據(jù)時(shí),系統(tǒng)必須等待若干時(shí)序才能接受和送出數(shù)據(jù),如SDRAM可以使存儲(chǔ)器控制器知道在哪一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期使數(shù)據(jù)請(qǐng)求使能,因此數(shù)據(jù)可在脈沖沿來(lái)到之前便開(kāi)始傳輸,而EDO DRAM每隔2時(shí)鐘才開(kāi)始傳輸,F(xiàn)PM DRAM每隔3個(gè)時(shí)鐘脈沖周期才開(kāi)始傳輸,從而制約了傳輸率。當(dāng)CPU的頻率越來(lái)越高后,異步DRAM的數(shù)據(jù)傳輸率就成為系統(tǒng)的瓶頸,而且,隨著頻率的提高,異步DRAM與SDRAM的性能差距會(huì)越來(lái)越大。
  對(duì)DRAM而言,除了容量,最重要的指標(biāo)就是速度了。一般FPM DRAM和EDO DRAM的速度在0~70ns之間,SDRAM的速度在10 ns左右。由于SDRAM的工作速度與系統(tǒng)的外頻保持一致,所以SDRAM的速度標(biāo)識(shí)可以換算成工作頻率,如100 ns的SDRAM的頻率是1 s/10 ns=100 MHz,同理,8 ns的SDRAM的工作頻率是125 MHz,12 ns的SDRAM 的工作頻率是83 MHz,15ns的SDRAM的工作頻率是66 MHz。由于目前流行的是PC100的SDRAM,讀者在采購(gòu)內(nèi)存時(shí)絕大多數(shù)希望選購(gòu)符合PC100規(guī)范的SDRAM。PC100規(guī)格非常復(fù)雜,我們應(yīng)該了解的部分主要是內(nèi)存條上應(yīng)帶SPD,內(nèi)存工作頻率為100 MHz時(shí),CL應(yīng)為2或3個(gè)clk,最好為2 clk,tAC必須不超過(guò)6 ns等。
  除了以上PC100規(guī)范要求的一些性能指標(biāo)外,一個(gè)真正的發(fā)燒友還應(yīng)該關(guān)心一下SDRAM芯片其他幾個(gè)很重要的指標(biāo):如芯片的輸出位寬、功耗(電壓)等,因?yàn)檫@些指標(biāo)也決定了內(nèi)存的超頻潛力--給內(nèi)存超頻的時(shí)候還是很多的,即使不超頻,性能好的內(nèi)存也意味著更高的穩(wěn)定裕度和更好的升級(jí)潛力。
  (二) SRAM
  SRAM的速度快但昂貴,一般用小容量的SRAM作為更高速CPU和較低速DRAM 之間的緩存(cache).SRAM也有許多種,如AsyncSRAM (Asynchronous SRAM,異步SRAM)、Sync SRAM (Synchronous SRAM,同步SRAM)、PBSRAM (Pipelined Burst SRAM,管道突發(fā)SRAM),還有INTEL沒(méi)有公布細(xì)節(jié)的CSRAM等。
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