內(nèi)存基礎(chǔ)知識(shí)專題
2020-10-26 22:25:03
供稿：網(wǎng)友
計(jì)算機(jī)是由哪幾部分組成的呢？簡單的說，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。沒錯(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A，如果有錢，給自己的電腦插上1GB的內(nèi)存是可能的；而B，既然說是存儲(chǔ)器，也可以包括硬盤了，話說的滴水不漏，也沒留下笑柄；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，可以用來保存程序和數(shù)據(jù)。常見的輔存如硬盤、軟盤等，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)行訪問的存儲(chǔ)器，一般訪問時(shí)間基本固定，而與存儲(chǔ)單元地址無關(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)電荷來儲(chǔ)存信息，大家都知道，電容是會(huì)漏電的，所以必須通過不停的給電容充電來維持信息，這個(gè)充電的過程叫再生或刷新（REFRESH）。由于電容的充放電是需要相對(duì)較長的時(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，后來經(jīng)過改進(jìn)，就只需要一個(gè)晶體管和一個(gè)電容了。由此可見，DRAM的成本、集成度、功耗等明顯優(yōu)于SRAM。
（一） DRAM
DRAM就是我們常說的內(nèi)存，這顯然就是狹義的內(nèi)存概念了。后面我們說的內(nèi)存也是這個(gè)狹義的概念--DRAM。常見的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，然后才能讀寫有效的數(shù)據(jù)。而下一個(gè)BIT的地址必須等待這次讀寫操作完成才能輸出。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，EDO DRAM 在讀寫數(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)開始支持EDO DRAM，到96年后期，EDO DRAM開始執(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)可在脈沖沿來到之前便開始傳輸，而EDO DRAM每隔2時(shí)鐘才開始傳輸，F(xiàn)PM DRAM每隔3個(gè)時(shí)鐘脈沖周期才開始傳輸，從而制約了傳輸率。當(dāng)CPU的頻率越來越高后，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，讀者在采購內(nèi)存時(shí)絕大多數(shù)希望選購符合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沒有公布細(xì)節(jié)的CSRAM等。
