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内存

内存(Memory)也被称为内存储器,是CPU可直接访问、能够快速存取程序和数据的物理载体。内存主要用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器交换的数据,因此内存的大小和性能影响着整机的性能。

在最初的个人电脑上,内存是直接以DIP芯片的形式安装在主板的DRAM插座上面,直到英特尔80286处理器的出现,硬件与软件都在需求更大的内存时,才促使内存条诞生。从286时代的30pinSIMM内存、486时代的72pinSIMM内存,到奔腾时代的EDO DRAM内存、奔腾2时代的SDRAM内存,到奔腾4时代的DDR内存和9X5平台的DDR2内存,以及DDR5、HBM内存等,内存从规格、技术、总线带宽等不断更新换代。不过内存的更新换代可谓万变不离其宗,其目的在于提高内存的带宽以满足CPU不断攀升的带宽要求、避免成为高速CPU运算的瓶颈。

内存有多种分类方式,如按使用机型、带宽大小、计算机内的用途等方式进行分类。例如,按使用机型划分可分为PC内存和服务器内存,按带宽大小可主要分为HBM、DRAM和傲腾持久内存。而在结构上,内存主要由内存颗粒、PCB板、金手指等组件构成。内存的更新迭代仍然从工艺、速率和功耗这三个维度遵循摩尔定律,只是截至2023年,内存技术设计难度、工艺难度和专利的壁垒越来越高,内存在容量、带宽、延迟方面的发展也逐渐放缓。

发展历程

内存条的概念

在刚开始的时候,PC上所使用的内存是一块块的集成电路IC,就必须将其焊接到主板上,但这也给后期维护带来的问题,因此,PC设计人员推出了模块化的条状内存,每一条上集成了多块内存IC,同时在主板上也设计相应的内存插槽,这样内存条就方便随意安装与拆卸了,使得内存的维修、升级都变得非常简单,这就是内存“条”的来源。

SIMM内存

在80286主板刚推出的时候,内存条采用了SIMM(SingleIn-lineMemoryModules,单边接触内存模组)接口,容量为30pin、256KB,必须是由8片数据位和1片校验位组成1个bank,正因如此,我们见到的30pin SIMM一般是4条一起使用。随后,在1988年~1990年,PC技术迎来另一个发展高峰,也就是386和486时代,此时CPU已经向16位发展,所以30pin SIMM内存再也无法满足需求,其较低的内存带宽已经成为亟待解决的瓶颈,所以此时72pin SIMM内存出现了,如下图所示,其支持32位快速页模式内存,内存带宽得以大幅度提升。72pin SIMM内存单条容量一般为512KB~2MB,而且仅要求两条同时使用,由于其与30pinSIMM内存无法兼容,因此这个时候PC业界毅然将30pin SIMM内存淘汰了。

EDO DRAM内存

EDO DRAM(Extended Date Out DRAM,外扩充数据模式存储器)内存,这是1991年到1995年之间盛行的内存条,EDO-RAM同FPDRAM极其相似,它取消了扩展数据输出内存与传输内存两个存储周期之间的时间间隔,在把数据发送给CPU的同时去访问下一个页面,故而速度要比普通DRAM快15~30%。该类型内存条工作电压为一般为5V,带宽32bit,速度在40ns以上,其主要应用在当时的486及早期的Pentium电脑上。

SDRAM内存

英特尔赛扬系列和AMD K6处理器以及相关的主板芯片组推出后,EDO DRAM内存性能再也无法满足需要了,内存技术必须彻底革新才能满足新一代CPU架构的需求,于是内存到了SDRAM时代。SDRAM(Synchronized DRAM,同步动态随机存储器)大约是1996年底开始在PC系统中出现,PC也是在这个时候开始实现广泛的普及。由于英特尔对SDRAM的支持,使SDRAM内存处于内存产品的主流地位,第一代SDRAM内存规范为PC66,后来由于英特尔和AMD公司的频率竞争,处理器的外部总线频速率迅速上升到100MHz,PC100内存便很快取代PC66内存,后来出现了外频为133MHz的PIII等,便出现了PC133规范,PC133规范对SDRAM的整体性能作了进一步提升,将SDRAM带宽提高到1GB/s以上。由于SDRAM内存64bit的总线宽度正好和处理器的数据总线宽度对应,所以一条内存便可支持处理器的工作,更加凸显了SDRAM内存的便捷性。并且,SDRAM内存的性能明显超越了EDO内存,这得益于SDRAM输入输出信号与系统外频同步的特性。

RDRAM内存

由于英特尔启动了Pentium4计划,内存带宽可达到1064MB/s的PC133规范几乎不能满足Pentium4计划的发展需求,为了市场的占有份额,1996年底,英特尔公司与Rambus公司联合推广了RDRAM内存,英特尔对RDRAM钟爱有加,称其为“革命性的内存新标准”。与SDRAM不同的是,RDRAM采用了新一代高速简单内存架构,基于一种类精简指令集计算机理论,这个理论可以减少数据的复杂性,使得整个系统性能得到提高。后来,因为RDRAM内存的PC600、PC700出现了“失误事件”、并且Pentium4平台因为使用PC800 RDRAM内存,导致成本过高不利于普及,种种问题让RDRAM内存未能得到发展,RDRAM最终被DDR内存所取代。

DDR内存

DDR SDRAM最早是由三星集团于1996年提出,由日本电气三菱集团富士通株式会社东芝日立制作所德州仪器、三星及现代等八家公司协议订立的内存规格,并得到了AMD、VIA与SiS等主要芯片组厂商的支持。DDR内存的正式名字是Dual Date Rate SDRAM,顾名思义就是双倍速率SDRAM,即可看做SDRAM的升级版,DDR SDRAM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SDRAM的两倍,而且这样做还不会增加功耗,至于定址和控制信号则与SDRAM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。

截止到2001年,第一代DDR技术规范包括PC1600和PC2100,也就是常说的DDR200和DDR266,这两个DDR标准正是与AMD的Duron和Athlon同时推出的,而Duron和Athlon在EV6总线的支持下,其前端总线频率正好也分别是200MHz和266MHz,和这两种规格的DDR相搭配。在DDR逐渐发展的过程中,双通道技术也被成功引入,2003年内存厂商又纷纷以低价攻入DDR400市场,同时英特尔发布支持DDR400内存和800MHz FSB处理器的865系列芯片组和主板,其所推行的双通道DDR400的标准使得DDR400内存市场被推动,两根DDR400内存组成双通道的 话基本上可以满足FSB 800MHz的奔腾4处理器,容量则是从128MB到1GB。之后,在DDR内存战胜了RDRAM之后就开启 了DDR王朝,后续的都是DDR的衍生产品。

DDR2

2003年秋季,英特尔公布了DDR2内存的发展计划。随着当时处理器前端总线带宽的不断提高和高速率局部总线的出现,DDR SDRAM带宽成为系统越来越大的瓶颈,DDR严重制约了处理器性能的提升。当时主流的DDR技术已经发展到极限,因此DDR2顺势而出。DDR2的实际工作频率是DDR的两倍。这是因为DDR内存的预读取能力为2bit,而DDR2内存预读取能力为4bit,是标准DDR内存的2倍。但是,DDR2内存最大的技术突破点不是用户所关心的2倍于DDR内存的传输能力,而是DDR2内存采用更低的工作电压,由DDR的2.5V降为1.8V,使DDR2在更低功耗、更低发热量的情况下,可以得到更大的频率提升。并且DDRSDRAM内存芯片的封装形式大多采用TSOP封装,但是随着频率的提升,TSOP封装的缺陷开始凸显,寄生电容器和很高的阻抗严重影响DDR的稳定性,导致DDR很难突破275MHZ。所以,DDR2内存均采用散热性与电气特性更好的FBGA封装,FBGA封装也指导了后续SDRAM的封装形式。

DDR3

2007年,DDR3内存规范正式完成,同年英特尔表示支持DDR3的发展。DDR3的第一优点在于,比DDR2拥有更高的频率和更低的电压,DDR3在运作时比DDR2节省约30%的电力,而DDR3的速度从800MHz起跳最高可以达到1600MHz,速度几乎是DDR2的2倍,DDR3速度提升的原因在于,DDR2在1个时钟周期(Clock)输出4bit的数据,而DDR3可以在1个时钟周期输出8bit的数据,是DDR2的2倍的数据传输量。且DDR3采用100nm以下的生产工艺,将工作电压从1.8V降至1.5V,减小了能耗和发热量,并采用了根据温度自动自刷新、局部自刷新等功能,使DDR3可工作在更高的频率,这在一定程度弥补了DDR3延迟时间较长的缺点。DDR3还新增了一些功能,所以引脚数量有所增加,8位宽的DDR3芯片采用78ball的FBGA封装,16位宽的DDR3芯片采用96ball的FBGA封装,并且DDR3的封装必须符和绿色封装标准,不能含有任何有害物质。

DDR4

在2014年底,各大SDRAM芯片厂商纷纷上架DDR4内存产品,起跳频率达到2133MHz,标志着DDR4时代的来临。DDR4是目前内存市场的主流。在速度方面,DDR4内存的速度从2133MHz起跳,最高速度甚至可以达到4266MHz。DDR4内存的速度比DDR3内存有非常大的提升。在工作电压方面,DDR3 SDRAM的工作电压为1.5V,而DDR4SDRAM的工作电压进一步降低为1.2V,移动设备设计的低功耗DDR4更降至1.1V,意味着DDR4 SDRAM将更加省电。与DDR3内存相比,DDR4内存在于信号的传输机制上做了改进。DDR4的信号传输机制除了可支持传统SE信号外,DDR4还引入了差分信号技术。对于DDR3内存而言,DDR4读取数据的访问机制是双向传输机制。DDR4的点对点设计,可以大大简化内存模块的设计,更容易达到更高的频率。DDR4 SDRAM采用3DS封装技术,3DS技术是DDR4内存中最关键的技术之一,它用来增大单颗芯片的容量。

DDR5

2018年11月SK海力士成功开发全球首款16Gb DDR5 DRAM,向英特尔等核心客户提供样品,并完成了一系列测试与性能、兼容性验证等程序。2020 年 2 月,三星就宣布成功研发出DDR5芯片。2022年,英特尔率先在12代酷睿处理器上加入对DDR5内存的支持,让DDR5内存正式登上消费级舞台。同年,AMD也发布了仅支持DDR5内存锐龙7000系列处理器。2022年底,三星宣布又利用12纳米制程工艺成功开发出当时业界最先进的高性能且低能耗16Gb DDR5 DRAM,并与AMD完成了兼容性测试。之后,DDR5便成为新一代DRAM标准,作为超高速、高容量产品,尤其适用于大数据人工智能及机器学习等领域。2023年上半年,美光DDR5为第四代英特尔至强可扩展处理器带来更强性能。例如在关键jOPS(每秒Java运行次数)的基准测试中,第四代英特尔至强可扩展处理器性能比前代产品提升了近49%。除了更高的内存带宽和更强的性能外,美光DDR5内存还设有片上纠错码(ODECC)和有限故障等功能,可提升整个数据中心的可靠性。总的来说,美光DDR5与第四代英特尔至强8480H铂金处理器组合,对比美光DDR4与第三代英特尔至强8380铂金处理器组合,可将SAP工作负载的处理量提高43%。同时,截止到2023年底,三星(Samsung)、美光科技美光科技)和SK海力士半导体(中国)有限公司(SKHynix)三家主要厂商已经发布了D1z(13~15nm)和D1a(11~13nm)技术,并应用于DDR4、DDR5和LPDDR5产品中。预计到2030年,这些厂家将推出1δ、0α和0β等制程更小的DRAM。

HBM

2013年SK海力士将TSV技术应用于DRAM,在业界首次成功研发出第一代HBM(High Bandwidth Memory,即高带宽内存)芯片。HBM技术可实现高于256GBps的突破性带宽,同时降低功耗。它具有基于TSV和芯片堆叠技术的堆叠DRAM架构,核心DRAM芯片位于基础逻辑芯片之上。HBM主要用于数据中心、AI等高性能计算机、AI计算加速卡、高端专业显卡,可以显著提高AI、 机器学习运算的性能,如AMD Instinct、英伟达 A100、华为Ascend 910等AI训练加速器以及Xilinx的Virtex Ultra Scale FPGA都搭载了HBM芯片。截止到2023年,SK海力士又相继推出HBM2、HBM2E、HBM3数代产品。据悉,SK海力士半导体(中国)有限公司正在研发HBM4,预计新一代产品将能够更广泛地应用于高性能数据中心、超级计算机和AI等领域。

总的来说HBM相比DDR的技术特点,可以分为以下几个方面:首先,HBM堆栈没有以外部互连线的方式与信号处理器芯片连接,而是通过中间介质层紧凑而快速地连接,同时HBM内部的不同DRAM采用TSV实现信号纵向连接,HBM具备的特性几乎与片内集成的RAM存储器一样。并且HBM的堆栈方式可以通过更多的I/O数量提供远高于GDDR5存储器的总带宽,如HBM2带宽可以达到307GB/s,而GDDR5存储器的带宽仅为28GB/s。其次,HBM具有可扩展更大容量的特性。HBM通过4层、8层以至12层堆叠的DRAM芯片,可实现更大的存储容量,HBM 可以通过SiP集成多个HBM叠层DRAM芯片,从而实现更大的内存容量。最后,在系统集成方面,HBM将原本在PCB板上的DDR内存颗粒和CPU芯片一起全部集成到SiP里,因此HBM在节省产品空间方面也更具优势。相对于GDDR5存储器,HBM2节省了94%的芯片面积。

高带宽、高延迟这个特性,决定了HBM是非常适用于作为GPU显存的,因为游戏、图形处理本身就是较大程度可预测的高并发工作任务。这类负载的特点就是需要高带宽,而对延迟并没有那么敏感。所以HBM会出现在高端GPU产品上。根据这个道理,其实也决定了HBM非常适合HPC高性能计算、AI计算,所以A64FX和下一代至强处理器虽然是CPU,但也会选择考虑用HBM作内存。但对于个人电脑来说,CPU要处理的任务具有极大的不可预测性,要求各种随机存储访问,对延迟天生有着更高的敏感度;而且对低延迟的要求往往还高于对高带宽的要求。更何况HBM成本也很高。这就决定了至少就短期来看,HBM很难在PC上替代DDR。

傲腾持久性内存

2019年4月,英特尔正式发布了首代基于3D Xpoint技术的傲腾持久性内存(PMem),其单条设备容量最高可达512GB。傲腾持久性内存可以被配置为内存模式(memory mode)和应用直访模式(app-direct mode)。傲腾持久内存采用标准的DDR4 DIMM外形规格,能够直接部署到现有的基于英特尔处理器的架构中。内存模式下的英特尔傲腾持久内存使用时无需修改系统。内存模式可在不更改应用的情况下提供大容量内存,且性能可接近 DRAM(具体取决于工作负载)。与DRAM相比,PMem模块具有128GB、256GB和512GB三种容量,且内存模式下的傲腾持久内存还能以更低成本提供更大容量。截至2023年,Redis Open Source和Redis Enterprise等应用以及威睿 Horizon、VMware Horizon with Citrix和VMware vSAN/vSphere等VDI解决方案均支持在内存模式下运行。

分类

按使用机型划分

台式机内存条:台式机内存条使用标准双列直插式存储模块(DualInline Memory Module,DIMM),这种接口类型的内存条两边都有引脚。184线的DDR SDRAM、240线的DDR2/DDR3 SDRAM、284线的DDR4内存条都属于DIMM接口类型。

笔记本电脑内存条:为了满足笔记本电脑对小尺寸的要求,一般采用一种改良型的DIMM(称为SO-DIMM)。SO-DIMM应用于笔记本电脑、打印机、传真机等设备。SO-DIMM的尺寸比标准的DIMM小很多,而且引脚数也不相同。SO-DIMM根据DDR内存规格的不同而不同,SO-DIMMDDR有184个引脚,DDR2有200个引脚,DDR3有204个引脚,DDR4有256个引脚。

按带宽大小划分

HBM:2019年,SK海力士半导体(中国)有限公司发布的HBM2E每个针脚传输速率为3.6Gbps,搭配1024-bit位宽的话可以提供超过460GB/s的超高带宽,之后在2021年SK发布的HBM3芯片堆栈容量为24GB, 最高带宽达到了819GB/s,相比HBM2E提升了78%。 截至2023年,HBM3内存提供16GB和24GB这2种类型,分别为8层和12层堆叠,每层容量为16Gbit。Rambus推出的HBM3内存单引脚的数据传输速率高达8.4Gbit/s,带宽突破1TB。

DRAM:截止2023年主流CPU的主频高达5GHz,而DRAM内存性能取决于电容充放电速度以及DRAM与CPU之间的接口带宽,总体来看其性能提升速度远远慢于CPU。先进的DDR4 3200单通道是25.6GB/s,DDR5 6400带宽可达51.2GB/s。在高性能计算、数据中心、人工智能 (AI)应用中,顶级高算力芯片的数据吞吐量峰值在数百TB/s级别,但主流DRAM内存或显存带宽一般为几GB/s到几十GB/s量级。

傲腾持久内存:傲腾持久内存和DRAM一样都具备有限的带宽。带宽饱和后,将迅速导致应用程序性能瓶颈。带宽限制可能因平台而异。以2020年英特尔发布第三代可扩展至强(Cooper Lake)的同时,推出的第二代傲腾持久内存Optane PMem 200系列为例,它继续采用DDR4 DIMM的产品形态,与系统内存共存,可插入现有的DRAM插槽。与上一代产品相比,200系列傲腾持久内存将内存带宽平均提高多达32%。单条容量提供三种选择128GB、256GB、512GB,实际可用容量分别为126.4GiB、252.4GiB、502.5GiB,热设计功耗分别为15W、18W、18W。其中15W 256B读写带宽最高分别为6.8GB/s、2.3GB/s,15W 64B读写带宽最高分别为0.58GB/s、1.75GB/s。另外相比于主流的NAND闪存,傲腾持久内存的数据访问速度高出多达225倍。

按在计算机内的用途划分

主存储器:主存储器(Main Memory,简称主存)又称内存储器,位于机体内部。主要功能是暂时存储正在执行的程序和所需要的数据及存储控制计算机操作的系统程序。存储在主存储器中的信息会因机器关掉电源而大部分丢失。

辅助存储器:辅助存储器(Auxiliary Memory,简称辅存)又称外存储器,是内存储器的后备和补充,它可以永久性保存信息从而弥补了内存储器关机后丢信息的不足。它不直接与CPU交道,只是批量的与内存交换信息,工作速度与内存相比要慢得多。但它的容量比内存大,相对价格比内存低。

按使用方式划分

常规存储器(ConventionalMemory):常规存储器又称为基本存储器。它是地址为00000~9FFFF这一连续的存储空间,即64kB,在这个范围的程序和数据dos及一般软件是可以直接使用的。

内存保留区(ReservedMemory):内存保留区是DOS预留给扩充界面而使用的存储器,它是地址为A0000一FFFFF的384KB空间。DOS所能控制的1MB空间,就是指64KB的常规存储器和这段384KB的内存保留区。只不过这384KB是留给ROM作为系统与其它硬件配置接口的地址,并不是真正的384KB存储器,不可直接用来存取数据。在这段存储器中,可以利用软件的方法,将内存保留区中一部分没有被利用的空间设置成上位存储器(UMB)。

扩展存储嚣(ExtendedMemory):DOS所能直接控制的内存共计1MB。扩展存储器就是超过这1MB以上的机器所有配置的存储器。CPU的寻址能力取决于地址总线的宽度。如CPU为8086地址总线宽度为20,则2^20=1MB,CPU可管理1MB的存储器,可根据情况配置扩展储存器。

高位存储区(HMA-HighMeomoryArea):在1MB以上的第一个64KB存储空间为HMA,具体为1024KB一1088KB这段内存区域。这是扩展存储器中最前面一段的存储区,它通过软件的方法将扩展存储器变为HMA,因此至少要有64KB的扩展存储器,才能获得HMA。有了HMA就可以像使用常规存储器一样使用扩展存储器。

扩充存储器(ExpandedMemory):扩充存储器是通过软件方法将扩展存储器抓来模拟而获得的。它不能直接存取程序和数据,而是间接地通过内存中的一段连续64KB称为页框的区域来进行分段交换信息,而且如果使用的软件版本不同,扩充存储器的最大容量也不同。目前新型的计算机都配有扩展存储器,只有一少部分配有真正的扩充存储器。原因是新的应用软件很少有需要扩充存储器的。扩充存储器的地位与硬件差不多。因此它的工作速度比扩展存储器要慢,但比磁盘驱动器还是快得多。

应用领域

PC市场

电脑领域当中,中央处理器(即CPU)的发展一直颇受瞩目,但是随着处理器主频的不断提高,整个系统对内存性能也提出了更高的要求。内存也叫主存,是PC系统存放数据与指令的半导体存储器单元,也叫主存储器,其主要的作用是存放各种输入、输出数据和中间计算结果,以及与外部存储器交换信息时做缓冲之用。因此,每次内存技术的提升都对PC整体性能产生重大的影响。

服务器

服务器内存也是内存,它与普通PC机内存在外观和结构上没有明显实质性的区别,主要是在内存上引入了一些新的技术,例如ECC技术。服务器内存主要有FBD内存和DDR内存两种,少量服务器会用到傲腾持久内存和HBM内存。FBD(fully-buffer DIMM,全缓存模组技术)内存,是英特尔在DDR2、DDR3的基础上开发出来的一种新型内存模组与互联架构,既可以搭配DDR2内存芯片,也可以搭配DDR3内存芯片。在DDR内存中,服务器内存一般使用具备纠错功能的DDR4 ECC2400内存。服务器内存条必须要带有服务器厂家的Logo,方便后续进行内存的报修等操作,所以服务器内存条一般是由主流内存品牌代工生产的,例如金士顿、三星、海力士等。

组成结构

内存一般是由内存芯片、系列参数预置检测(SPD)芯片、少量电阻元件等辅助元件共同焊接在条状的印刷电路板(PCB)上构成。下面主要介绍这几种配件:

内存芯片:内存芯片俗称内存颗粒,它的性能决定内存的性能。常用的内存芯片主要有以下几种类型:(1)SDRAM内存基于双存储体结构,内含两个交错的存储阵列以提高读取数据的效率;(2)DDRSDRAM的工作原理是在时钟触发沿的上、下沿都能进行数据传输,在相同的总线频率下具有更高的数据带宽,不需要提高时钟频率就能得到双倍的传输速度;(3)DDR3采用四倍数据率同步动态随机存取存储器,运行电压1.5V,延续DDR2的ODT、OCD、PostedCAS,AL控制方式,新增CWD、Reset、ZQ、SRT、RASR等功能;(4)DDR4采用八倍数据率同步动态随机存取存储器,传输率更高;运行电压是1.2V,更为节能,内存频率达4266MHz,内存容量大大提升,可高达128GB等等。

PCB板:内存条的PCB板大多数都是绿色的。如今的电路板设计都很精密,所以都采用了多层设计,例如4层或6层等,所以PCB板实际上是分层的,其内部也有金属的布线。理论上6层PCB板比4层PCB板的电气性能要好,性能也较稳定,所以名牌内存多采用6层PCB板制造。因为PCB板制造严密,所以从肉眼上较难分辨PCB板是4层或6层,只能借助一些印在PCB板上的符号或标识来断定。

金手指:黄色的接触点是内存与主板内存槽接触的部分,数据就是靠它们来传输的,通常称为金手指。金手指是铜质导线,使用时间长就可能有氧化的现象,会影响内存的正常工作,易发生无法开机的故障,所以可以隔一年左右时间用橡皮擦清理一下金手指上的氧化物。

电容、电阻:PCB板上必不可少的电子元件就是电容和电阻,这是为了提高电气性能的需要。电容采用贴片式电容,因为内存条的体积较小,不可能使用直立式电容,但这种贴片式电容性能一点不差,它为提高内存条的稳定性起了很大作用。电阻也是采用贴片式设计,一般好的内存条电阻的分布规划也很整齐合理。

内存固定卡缺口:内存插到主板上后,主板上的内存插槽会有两个夹子牢固的扣住内存,这个缺口便是用于固定内存用的。

内存脚缺口:内存的脚上的缺口一是用来防止内存插反的(只有一侧有),二是用来区分不同的内存,以前的SDRAM内存条是有两个缺口的,而DDR则只有一个缺口,不能混插。

SPD:SPD是SERIALPRESENCEDETECT的缩写,中文意思是模组存在的串行检测。直观地说,SPD就是内存上的一个小小的芯片。SPD是一组关于内存模组的配置信息,如P-Bank数量、电压、行地址/列地址数量、位宽、各种主要操作时序(如CL、tRCD、tRP、tRAS等)它们存放在一个容量为256字节的EEPROM中。

标签:内存条上一般贴有一张标签,上面印有厂商名称、容量、内存条类型、生产日期等内容,其中还可能有运行频率、时序、电压和一些厂商的特殊表示。内存条标签是了解内存条性能参数的重要依据。

工作原理

内存条工作原理大致分为以下四个部分:

1、内存寻址

首先,内存条从CPU获得查找某个数据的指令,然后再找出存取资料的位置这一系列动作称为寻址。寻址需要先定出横坐标(也就是列地址),再定出纵坐标(也就是行地址),这就好像在地图上画个十字标记一样,非常准确地定出这个地方。但是对于电脑来说还不仅仅这么简单,同时还需要判断该地址的信号是否正确,最后才能读或写。

2、内存传输

内存传输指的是内存条把处理好的指令反馈给CPU,其实内存的工作结果,还是为了服务CPU,首先CPU通过地址总线把指令传达给内存条,然后内存条里的数据总线会把相应的准确数据送往微处理器,最后再反馈给CPU。

3、存取时间

存取时间称总线寻址,指的是内存条读取写入内存内的数据需要的过程时间,也就是我们常说的频率。从CPU发出指令给内存条,便会要求内存条在取用特定的地址与特定的数据,内存响应CPU之后,便会将CPU要索取的资料传送给CPU,一直到CPU把收到数据为止,这样的一个过程我们称之为读取流程。这个过程所产生的时间一般都是纳秒级别的,内存条上习惯用该过程的时间倒数来表示速度,这也就是内存条频率越高,速度越快的原因之一。

4、内存延迟

延迟指的是从FSB到内存的时间之和,说到这里我们要先认识几个参数,首先CAS指的是行地址控制器,RAS指的是列地址控制器,算的时间主要指的是延迟时间,首先是FSB到主板芯片间的延迟时间(±一个时钟周期),芯片组到DRAM之间的延迟时间(±一个时钟周期),RAS(2-3个时钟周期)到CAS(2-3个时钟周期)之间的延迟时间,CAS的延迟时间,另外还需要一个时钟周期用来传送数据。内存延迟时间越短,速度就会越快,其中CAS延迟是较为重要。

性能指标

内存主频:和CPU主频一样,内存主频习惯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为单位来计量的,内存主频越高,所能达到的速度越快。目前较为主流的内存频率是1800MHz、1866MHz、2000MHz和2133MHz。但是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。

内存的线数:内存的线数是指内存条与主板插槽接触点的个数,这些接触点就是金手指,早期有30线、72线和168线。30线内存条的数据宽度为8bit;72线内存条的数据宽度为32bit;168线内存条的数据宽度为64bit。现在主流内存条DDR3是240线,数据宽度为64bit;DDR4是284线,数据宽度为128bit。

存储速度:内存的存储速度用存取一次数据的时间来表示,单位为纳秒,记为ns,ls=10亿ns。ns值越小,表明存取时间越短,速度就越快。

容量:内存的容量越大越不容易卡顿,但它要受到主板支持最大容量的限制。单条内存的容量有1GB、2GB、4GB等几种。主板上通常都至少提供两个内存插槽,如装有多条内存,则电脑内存的总容量是所有内存容量之和。

延迟时间:CL是CAS Lstency的缩写,即CAS延迟时间,是指内存纵向地址脉冲的反应时间,是在一定频率下衡量不同规范内存的重要标志之一。

SPD芯片:SPD是一个8针256字节的EER ROM(可电擦写可编程只读存储器)芯片,位置一般处在内存条正面的右侧,里面记录了诸如内存的速度、容量、电压与行、列地址、带宽等参数信息。当开机时,计算机的BIOS将自动读取SPD中记录的信息。

工作电压:由于低电压内存要低于标准电压1.5V保证稳定工作,因此生产低电压内存要求更高的品质,出厂时内存电压越高就代表内存品质越不好,这也是低电压内存的优点之一。因此,内存条高低电压的区别就在于低压内存条比高压内存条耗电量低,更加环保。

位宽和带宽:内存条的数据位宽是指内存在一个时钟周期内传输数据的位数,以位(bit)为单位。内存带宽,从功能上理解,可以将内存看作内存控制器(一般位于北桥芯片中)与CPU之间的桥梁或仓库,内存的容量决定“仓库”的大小,而内存的带宽决定“桥梁”的宽窄,两者缺一不可。内存带宽的计算公式为带宽=内存核心频率*内存总线位数*倍增系数。

ECC:ECC功能指内存条具备错误修正码功能。ECC功能使得内存条在传输数据的同时,在每段数据上增加检验位,以确保数据的正确性。若有数据错误发生,可以对它加以修正并继续传输,这样不至于因为错误而中断。

参考资料

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来自英特尔大连工厂的好消息:144层QLC和全新傲腾正在路上.微型计算机.2023-12-15

DDR333内存是否值得购买?.新浪科技.2023-12-14

厂商力推DDR400供需不旺 近期难成气候.中关村在线.2023-12-14

单条容量1TB!三星联合AMD开发大容量DDR5内存.网易.2023-12-14

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内存分层:应对当代数据挑战的新途径.英特尔.2023-12-14

海力士HBM2E内存:带宽460GB/s.手机凤凰网.2023-12-14

三星称DDR6内存2029年问世:带宽冲上100GB/s.快科技.2023-12-14

借助英特尔® 傲腾™ 持久内存,从数据中获取更深层次的洞察.英特尔.2023-12-14

内存条结构及工作原理知识详细介绍,不懂这些,怎么敢买内存条!.搜狐网.2023-12-12