深入了解內(nèi)存工作原理

1、深入了解內(nèi)存工作原理RAM（Random Access Memory）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器對(duì)于系統(tǒng)性能的影響是每個(gè)PC用戶都非常清楚的，所以很多朋友趁著現(xiàn)在的內(nèi)存價(jià)格很低紛紛擴(kuò)容了內(nèi)存，希望借此來(lái)得到更高的性能。不過(guò)現(xiàn)在市場(chǎng)是多種內(nèi)存類型并存的，SDRAM、DDR SDRAM、RDRAM等等，如果你使用的還是非常古老的系統(tǒng)，可能還需要EDO DRAM、FP DRAM（塊頁(yè)）等現(xiàn)在不是很常見(jiàn)的內(nèi)存。    雖然RAM的類型非常的多，但是這些內(nèi)存在實(shí)現(xiàn)的機(jī)理方面還是具有很多相同的地方，所以本文的將會(huì)分為幾個(gè)部分進(jìn)行介紹，第一部分主要介紹SRAM和異步DRAM（asynchronous

2、 DRAM），在以后的章節(jié)中會(huì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)理更加復(fù)雜的FP、EDO和SDRAM進(jìn)行介紹，當(dāng)然還會(huì)包括RDRAM和SGRAM等等。對(duì)于其中同你的觀點(diǎn)相悖的地方，歡迎大家一起進(jìn)行技術(shù)方面的探討。存儲(chǔ)原理  為了便于不同層次的讀者都能基本的理解本文，所以我先來(lái)介紹一下很多用戶都知道的東西。RAM主要的作用就是存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)供CPU在需要的時(shí)候調(diào)用。但是這些數(shù)據(jù)并不是像用袋子盛米那么簡(jiǎn)單，更像是圖書(shū)館中用有格子的書(shū)架存放書(shū)籍一樣，不但要放進(jìn)去還要能夠在需要的時(shí)候準(zhǔn)確的調(diào)用出來(lái)，雖然都是書(shū)但是每本書(shū)是不同的。對(duì)于RAM等存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)也是一樣的，雖然存儲(chǔ)的都是代表0和1的代碼，但是不同的組

3、合就是不同的數(shù)據(jù)。  讓我們重新回到書(shū)和書(shū)架上來(lái)，如果有一個(gè)書(shū)架上有10行和10列格子（每行和每列都有0-9的編號(hào)），有100本書(shū)要存放在里面，那么我們使用一個(gè)行的編號(hào)一個(gè)列的編號(hào)就能確定某一本書(shū)的位置。如果已知這本書(shū)的編號(hào)87，那么我們首先鎖定第8行，然后找到第7列就能準(zhǔn)確的找到這本書(shū)了。在RAM存儲(chǔ)器中也是利用了相似的原理  現(xiàn)在讓我們回到RAM存儲(chǔ)器上，對(duì)于RAM存儲(chǔ)器而言數(shù)據(jù)總線是用來(lái)傳入數(shù)據(jù)或者傳出數(shù)據(jù)的。因?yàn)榇鎯?chǔ)器中的存儲(chǔ)空間是如果前面提到的存放圖書(shū)的書(shū)架一樣通過(guò)一定的規(guī)則定義的，所以我們可以通過(guò)這個(gè)規(guī)則來(lái)把數(shù)據(jù)存放到存儲(chǔ)器上相應(yīng)的位置，而進(jìn)

4、行這種定位的工作就要依靠地址總線來(lái)實(shí)現(xiàn)了。對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)，RAM就象是一條長(zhǎng)長(zhǎng)的有很多空格的細(xì)線，每個(gè)空格都有一個(gè)唯一的地址與之相對(duì)應(yīng)。如果CPU想要從RAM中調(diào)用數(shù)據(jù)，它首先需要給地址總線發(fā)送地址數(shù)據(jù)定位要存取的數(shù)據(jù)，然后等待若干個(gè)時(shí)鐘周期之后，數(shù)據(jù)總線就會(huì)把數(shù)據(jù)傳輸給CPU。下面的示意圖可以幫助你很好的理解這個(gè)過(guò)程。此主題相關(guān)圖片如下：  上圖中的小園點(diǎn)代表RAM中的存儲(chǔ)空間，每一個(gè)都有一個(gè)唯一的地址線同它相連。當(dāng)?shù)刂方獯a器接收到地址總線送來(lái)的地址數(shù)據(jù)之后，它會(huì)根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)定位CPU想要調(diào)用的數(shù)據(jù)所在的位置，然后數(shù)據(jù)總線就會(huì)把其中的數(shù)據(jù)傳送到CPU。 

5、0;上面所列舉的例子中CPU在一行數(shù)據(jù)中每次知識(shí)存取一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，但是在現(xiàn)實(shí)世界中是不同的，通常CPU每次需要調(diào)用32bit或者是64bit的數(shù)據(jù)（這是根據(jù)不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線的位寬所決定的）。如果數(shù)據(jù)總線是64bit的話，CPU就會(huì)在一個(gè)時(shí)間中存取8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，因?yàn)槊看芜€是存取1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，64bit總線將不會(huì)顯示出來(lái)任何的優(yōu)勢(shì)，women工作的效率將會(huì)降低很多。 從“線”到“矩陣”  如果RAM對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)僅僅是一條“線”的話，還不能體現(xiàn)實(shí)際的運(yùn)行情況。因?yàn)槿绻麑?shí)際情況真的是這樣的話，在實(shí)際制造芯片的時(shí)候，會(huì)有很多實(shí)際的困難，特別是在需要設(shè)計(jì)大容量

6、的RAM的時(shí)候。所以，一種更好的能夠降低成本的方法是讓存儲(chǔ)信息的“空格”排列為很多行每個(gè)“空格”對(duì)應(yīng)一個(gè)bit存儲(chǔ)的位置。這樣，如果要存儲(chǔ)1024bits的數(shù)據(jù)，那么你只要使用32x32的矩陣就能夠達(dá)到這個(gè)目的了。很明顯，一個(gè)32x32的矩陣比一個(gè)1024bit的行設(shè)備更緊湊，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也更加容易。請(qǐng)看下圖：此主題相關(guān)圖片如下：  知道了RAM的基本結(jié)構(gòu)是什么樣子的，我們就下面談?wù)劗?dāng)存儲(chǔ)字節(jié)的過(guò)程是怎樣的：  上面的示意圖顯示的也僅僅是最簡(jiǎn)單狀態(tài)下的情況，也就是當(dāng)內(nèi)存條上僅僅只有一個(gè)RAM芯片的情況。對(duì)于X86處理器，它通過(guò)地址總線發(fā)出一個(gè)具有22位二進(jìn)制

7、數(shù)字的地址編碼其中11位是行地址，另外11位是列地址，這是通過(guò)RAM地址接口進(jìn)行分離的。行地址解碼器（row decoder）將會(huì)首先確定行地址，然后列地址解碼器（column decoder）將會(huì)確定列地址，這樣就能確定唯一的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的位置，然后該數(shù)據(jù)就會(huì)通過(guò)RAM數(shù)據(jù)接口將數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)總線。另外，需要注意的是，RAM內(nèi)部存儲(chǔ)信息的矩陣并不是一個(gè)正方形的，也就是行和列的數(shù)目不是相同的行的數(shù)目比列的數(shù)目少。(后面我們?cè)谟懻揇RAM的過(guò)程中會(huì)講到為什么會(huì)這樣)此主題相關(guān)圖片如下：  上面的示意圖粗略的概括了一個(gè)基本的SRAM芯片是如何工作的。SRAM是“static RAM（

8、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）”的簡(jiǎn)稱，之所以這樣命名是因?yàn)楫?dāng)數(shù)據(jù)被存入其中后不會(huì)消失（同DRAM動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器是不同，DRAM必須在一定的時(shí)間內(nèi)不停的刷新才能保持其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)）。一個(gè)SRAM單元通常由4-6只晶體管組成，當(dāng)這個(gè)SRAM單元被賦予0或者1的狀態(tài)之后，它會(huì)保持這個(gè)狀態(tài)直到下次被賦予新的狀態(tài)或者斷電之后才會(huì)更改或者消失。SRAM的速度相對(duì)比較快，而且比較省電，但是存儲(chǔ)1bit的信息需要4-6只晶體管制造成本太高了（DRAM只要1只晶體管就可以實(shí)現(xiàn)）。RAM芯片前面的介紹都相對(duì)比較簡(jiǎn)單、抽象。下面我們會(huì)結(jié)合實(shí)際的RAM芯片進(jìn)行介紹。在談到這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，我們會(huì)涉及到一個(gè)比較重要的技術(shù)：封裝。你應(yīng)

9、該聽(tīng)說(shuō)過(guò)諸如30線SIMMS、72線SIMMS和168線DIMMS或者RIMMs其中的一個(gè)或者幾個(gè)術(shù)語(yǔ)吧。如果要解釋這些術(shù)語(yǔ)之間的不同，就應(yīng)該了解RAM的封裝技術(shù)。SRAM芯片早期的SRAM芯片采用了20線雙列直插（DIP：Dual Inline Package）封裝技術(shù)，它們之所以具有這么多的針腳，是因?yàn)樗鼈儽仨殻好總€(gè)地址信號(hào)都需要一根信號(hào)線 一根數(shù)據(jù)輸入線和一根數(shù)據(jù)輸出線 部分控制線(Write Enable, Chip Select) 地線和電源線此主題相關(guān)圖片如下：上圖顯示的是SRAM芯片，但是并不是下面示意圖中的SRAM芯片下面的是一個(gè)16K x 1-bit SRAM芯片的針腳功能示

10、意圖：此主題相關(guān)圖片如下：A0-A13是地址輸入信號(hào)引腳CS是芯片選擇引腳在一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)中，一定具有很多片SRAM芯片，所以需要選擇究竟從那一片SRAM芯片中寫(xiě)入或者讀取數(shù)據(jù)WE是寫(xiě)入啟用引腳（如上表，在CS、WE上面的線我沒(méi)有寫(xiě)入，表示低電平有效或者是邏輯0時(shí)有效）：當(dāng)SRAM得到一個(gè)地址之后，它需要知道進(jìn)行什么操作，究竟是寫(xiě)入還是讀取，WE就是告訴SRAM要寫(xiě)入數(shù)據(jù)Vcc是供電引腳Din是數(shù)據(jù)輸入引腳Dout是數(shù)據(jù)輸出引腳GND是接地引腳Output Enable（OE）：有的SRAM芯片中也有這個(gè)引腳，但是上面的圖中并沒(méi)有。這個(gè)引腳同WE引腳的功能是相對(duì)的，它是讓SRAM知道要進(jìn)行讀取

11、操作而不是寫(xiě)入操作。從Dout引腳讀取1bit數(shù)據(jù)需要以下的步驟：SRAM讀取操作1)通過(guò)地址總線把要讀取的bit的地址傳送到相應(yīng)的讀取地址引腳(這個(gè)時(shí)候/WE引腳應(yīng)該沒(méi)有激活，所以SRAM知道它不應(yīng)該執(zhí)行寫(xiě)入操作)2)激活/CS選擇該SRAM芯片3)激活/OE引腳讓SRAM知道是讀取操作第三步之后，要讀取的數(shù)據(jù)就會(huì)從DOut引腳傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線。怎么過(guò)程非常的簡(jiǎn)單吧？同樣，寫(xiě)入1bit數(shù)據(jù)的過(guò)程也是非常的簡(jiǎn)單的。SRAM寫(xiě)入操作1)通過(guò)地址總線確定要寫(xiě)入信息的位置(確定/OE引腳沒(méi)有被激活）2)通過(guò)數(shù)據(jù)總線將要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻out引腳3)激活/CS引腳選擇SRAM芯片4)激活/WE引腳通知

12、SRAM知道要盡心寫(xiě)入操作經(jīng)過(guò)上面的四個(gè)步驟之后，需要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)就已經(jīng)放在了需要寫(xiě)入的地方。DRAM芯片現(xiàn)在我們知道了在一個(gè)簡(jiǎn)單的SRAM芯片中進(jìn)行讀寫(xiě)操作的步驟了了，然后我們來(lái)了解一下普通的DRAM芯片的工作情況。DRAM相對(duì)于SRAM來(lái)說(shuō)更加復(fù)雜，因?yàn)樵贒RAM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過(guò)程中需要對(duì)于存儲(chǔ)的信息不停的刷新，這也是它們之間最大的不同。下面讓我們看看DRAM芯片的針腳的作用。最早、最簡(jiǎn)單也是最重要的一款DRAM芯片是Intel在1979年發(fā)布的2188，這款芯片是16Kx1 DRAM 18線DIP封裝?！?6K x 1”的部分意思告訴我們這款芯片可以存儲(chǔ)16384個(gè)bit數(shù)據(jù)，在同一個(gè)時(shí)期可以

13、同時(shí)進(jìn)行1bit的讀取或者寫(xiě)入操作。(很抱歉找不到這款芯片的實(shí)物圖片，只好自己簡(jiǎn)單的畫(huà)了一個(gè)示意圖)此主題相關(guān)圖片如下：  上面的示意圖可以看出，DRAM和SRAM之間有著明顯的不同。首先你會(huì)看到地址引腳從14根變?yōu)?根，那么這顆16K DRAM是如何完成同16K SRAM一樣的工作的呢？答案很簡(jiǎn)單，DRAM通過(guò)DRAM接口把地址一分為二，然后利用兩個(gè)連續(xù)的時(shí)鐘周期傳輸?shù)刂窋?shù)據(jù)。這樣就達(dá)到了使用一半的針腳實(shí)現(xiàn)同SGRAM同樣的功能的目的，這種技術(shù)被稱為多路技術(shù)（multiplexing）。那么為什么好減少地址引腳呢？這樣做有什么好處呢？前面我們?cè)?jīng)介紹過(guò)，存儲(chǔ)1bit的數(shù)據(jù)

14、SRAM需要4-6個(gè)晶體管但是DRAM僅僅需要1個(gè)晶體管，那么這樣同樣容量的SRAM的體積比DRAM大至少4倍。這樣就意味著你沒(méi)有足夠空間安放同樣數(shù)量的引腳（因?yàn)獒樐_并沒(méi)有因此減少4倍）。當(dāng)然為了安裝同樣數(shù)量的針腳，也可以把芯片的體積加大，但是這樣就提高芯片的生產(chǎn)成本和功耗，所以減少針腳數(shù)目也是必要的，對(duì)于現(xiàn)在的大容量DRAM芯片，多路尋址技術(shù)已經(jīng)是必不可少的了。當(dāng)然多路尋址技術(shù)也使得讀寫(xiě)的過(guò)程更加復(fù)雜了，這樣在設(shè)計(jì)的時(shí)候不僅僅DRAM芯片更加復(fù)雜了，DRAM接口也要更加復(fù)雜，在我們介紹DRAM讀寫(xiě)過(guò)程之前，請(qǐng)大家看一張DRAM芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：此主題相關(guān)圖片如下：在上面的示意圖中，你可以看

15、到在DRAM結(jié)構(gòu)中相對(duì)于SRAM多了兩個(gè)部分：由/RAS (Row Address Strobe：行地址脈沖選通器)引腳控制的行地址門(mén)閂線路（Row Address Latch）和由/CAS(Column Address Strobe：列地址脈沖選通器)引腳控制的列地址門(mén)閂線路（Column Address Latch）。DRAM讀取過(guò)程1)通過(guò)地址總線將行地址傳輸?shù)降刂芬_2)/RAS引腳被激活，這樣行地址被傳送到行地址門(mén)閂線路中3)行地址解碼器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的行此主題相關(guān)圖片如下：4)/WE引腳被確定不被激活，所以DRAM知道它不會(huì)進(jìn)行寫(xiě)入操作5)列地址通過(guò)地址總線傳輸?shù)降刂芬_

16、6)/CAS引腳被激活，這樣列地址被傳送到行地址門(mén)閂線路中7)/CAS引腳同樣還具有/OE引腳的功能，所以這個(gè)時(shí)候Dout引腳知道需要向外輸出數(shù)據(jù)。此主題相關(guān)圖片如下：8) /RAS和/CAS都不被激活，這樣就可以進(jìn)行下一個(gè)周期的數(shù)據(jù)操作了。 其實(shí)DRAM的寫(xiě)入的過(guò)程和讀取過(guò)程是基本一樣的，所以如果你真的理解了上面的過(guò)程就能知道寫(xiě)入過(guò)程了，所以這里我就不贅述了。（只要把第4步改為/WE引腳被激活就可以了）。DRAM刷新我們已經(jīng)提到過(guò)，DRAM同SRAM最大的不同就是不能比較長(zhǎng)久的保持?jǐn)?shù)據(jù)，這項(xiàng)特性使得這種存儲(chǔ)介質(zhì)對(duì)于我們幾乎沒(méi)有任何的作用。但是DRAM設(shè)計(jì)師利用刷新的技術(shù)使得DRAM稱為了現(xiàn)在

17、對(duì)于我們最有用處的存儲(chǔ)介質(zhì)。這里我僅僅簡(jiǎn)要的提及一下DRAM的刷新技術(shù)，因?yàn)樵诤竺娼榻BFP、EDO等類型的內(nèi)存的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程都是不同的。DRAM內(nèi)僅僅能保持其內(nèi)存儲(chǔ)的電荷非常短暫的時(shí)間，所以它需要在其內(nèi)的電荷消失之前就進(jìn)行刷新直到下次寫(xiě)入數(shù)據(jù)或者計(jì)算機(jī)斷電才停止。每次讀寫(xiě)操作都能刷新DRAM內(nèi)的電荷，所以DRAM就被設(shè)計(jì)為有規(guī)律的讀取DRAM內(nèi)的內(nèi)容。這樣做有下面幾個(gè)好處。第一，僅僅使用/RAS激活每一行就可以達(dá)到全部刷新的目的；第二，DRAM控制器來(lái)控制刷新，這樣可以防止刷新操作干擾有規(guī)律的讀寫(xiě)操作。在文章的開(kāi)始，我曾經(jīng)說(shuō)過(guò)一般行的數(shù)目比列的數(shù)據(jù)少?，F(xiàn)在我可以告訴為什么會(huì)

18、這樣了，因?yàn)樾性缴儆脩羲⑿碌臅r(shí)間就會(huì)越少。RAM模塊基礎(chǔ)    在前面的一節(jié)文章中我們對(duì)于DRAM和SRAM的基本工作原理做了一些簡(jiǎn)單的介紹，在我們所列舉的例子中都是介紹了最基本的存儲(chǔ)單元的工作模式，所以應(yīng)該不難理解，看到很多朋友對(duì)于這個(gè)方面的東西很感興趣，今天我就繼續(xù)介紹關(guān)于RAM（Random Access Memory）的部分知識(shí)。理解這個(gè)部分知識(shí)，是更好的了解以后我們介紹各種RAM的實(shí)際工作情況的基礎(chǔ)。在SRAM或者DRAM的每一個(gè)基本存儲(chǔ)單位（也就是上一節(jié)中介紹用來(lái)存儲(chǔ)1bit信息的存儲(chǔ)單位）都只能存儲(chǔ)0或者1這樣的數(shù)據(jù)，而且在上一節(jié)中IDT6

19、167和Intel 2188芯片都僅僅只有Din（數(shù)據(jù)輸入）和Dout（數(shù)據(jù)輸出接口），而CPU存取數(shù)據(jù)的時(shí)候是按照字節(jié)（也就是8bit）來(lái)存儲(chǔ)的，那么RAM究竟如何滿足CPU的這樣的要求呢？ 首先為了能存儲(chǔ)1字節(jié)(8 bit)的信息,就需要8個(gè)1bit RAM基本存儲(chǔ)單元堆疊在一起，這也意味著這8顆芯片被賦予了同樣的地址。下面的示意圖可以幫助你比較形象的了解這一點(diǎn)（下圖所示的圖例中僅僅畫(huà)了4個(gè)存儲(chǔ)單元，大家當(dāng)成8個(gè)來(lái)看就可以了）。此主題相關(guān)圖片如下：通常這8顆1bit芯片是通過(guò)地址總線和數(shù)據(jù)總線在PCB（印刷電路板）上連接而成的，對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)它就是一顆8bit的RAM芯片，而不再是獨(dú)立的8

20、個(gè)1 bit芯片。在上圖所示的地址總線位寬是22bit，這樣這個(gè)地址總線所能控制的存儲(chǔ)模塊的容量應(yīng)該是222=4194304bit,也就是4MB的容量；數(shù)據(jù)總線的位寬是8bit，就是通過(guò)剛才提到的8個(gè)1bit的基本存儲(chǔ)單元的Dout并聯(lián)在一起實(shí)現(xiàn)的這樣也能夠滿足CPU的要求了。（對(duì)于這種存儲(chǔ)顆粒我們稱之為4194304 x 8模塊或者4Mx8，注意這里的“M”不是“MByte”而是“Mbit”）。為了舉例說(shuō)明，我們用一條TI（德儀公司）出品的TM4100GAD8 SIMM內(nèi)存為例來(lái)說(shuō)明，因?yàn)檫@種內(nèi)存的構(gòu)造相對(duì)比較簡(jiǎn)單，便于大家理解。TM4100GAD8基于4M x 8模塊制造，容量4MB，采用

21、30線SIMM封裝。如果前面我說(shuō)的東西你看明白了，就應(yīng)該知道這條內(nèi)存采用了4Mx1 DRAM顆粒。下面的數(shù)據(jù)是我在TI官方網(wǎng)站上找到的（目前很少有公司的網(wǎng)站還提供自己以前產(chǎn)品的數(shù)據(jù)）：構(gòu)造：4194304 × 8 工作電壓：5-V 30線SIMM（Single In-Line Memory Module：SIMM） 采用8片4Mbit DRAM內(nèi)存顆粒，塑料SOJs封裝 長(zhǎng)刷新期16 ms(1024周期)此主題相關(guān)圖片如下：在上面的示意圖中，A0A10是地址輸入引腳/CAS:行地址脈沖選通器引腳DQ1DQ8：數(shù)據(jù)輸入/數(shù)據(jù)輸出引腳NC：空信號(hào)引腳/RAS：列地址脈沖選通器引腳VSS：

22、接地引腳/W：寫(xiě)入啟用引腳VCC 5V供電引腳此主題相關(guān)圖片如下：上面的電路示意圖應(yīng)該能夠讓我們更加清楚的理解這個(gè)問(wèn)題,TM4100GAD8由8片4096x1bit芯片組成,VCC和VSS為所有的芯片提供5v的電壓。每個(gè)芯片都具有/RAS、/CAS、/W引腳同內(nèi)存相應(yīng)的引腳連通。每個(gè)芯片都具有不同的數(shù)據(jù)輸出/輸出接口。這樣我們應(yīng)該就能夠知道RAM是如何滿足CPU存取數(shù)據(jù)的需要的了。關(guān)于Bank的問(wèn)題前面我們講述的都是8bit的內(nèi)存，現(xiàn)在這種東西我們基本上都接觸不到了，更常用的是32bit、64bit或者128bit。由于前面我們已經(jīng)講到了4Mx1bit模塊實(shí)現(xiàn)bit輸入輸出的方法，所以我們很容

23、易想到我們把足夠多的芯片放在一個(gè)模塊中就可以了。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，僅僅這樣做還是不行的，這里就需要引入bank的概念，bank是由多個(gè)模塊組成的。請(qǐng)看下面的示意圖：  上面的示意圖顯示的是由4組8bit模塊組成的一個(gè)bank，如果構(gòu)成模塊的是4194304 x 1芯片，那么每個(gè)模塊的架構(gòu)應(yīng)該是4194304x8(4MB)，這樣4個(gè)模塊就能組成一個(gè)位寬為32bit的bank，容量為16MB。當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候，第一模塊存儲(chǔ)字節(jié)1,第二個(gè)模塊存儲(chǔ)字節(jié)2，第三個(gè)模塊存儲(chǔ)字節(jié)3，第四個(gè)模塊存儲(chǔ)字節(jié)4，第五個(gè)模塊存儲(chǔ)字節(jié)5如此循環(huán)知道達(dá)到內(nèi)存所能達(dá)到的最高容量。文章讀到這里，我們應(yīng)該能知道，當(dāng)我

24、們的系統(tǒng)使用這種類型的內(nèi)存時(shí)，可以通過(guò)兩種方式來(lái)增加這種類型內(nèi)存的容量。第一種就是通過(guò)增加每一個(gè)獨(dú)立模塊的容量來(lái)增加bank的容量，另外一個(gè)方法就是增加bank的數(shù)目。這樣如果讓這種類型的內(nèi)存的容量提升到32MB，可以把每個(gè)模塊的容量從4MB提升到8MB或者增加bank的數(shù)目。前面我們用來(lái)舉例的這種30線的SIMM一般是用在486級(jí)別的電腦上的，而現(xiàn)在的Pentium級(jí)別的電腦所使用的內(nèi)存同這個(gè)是不同的。而截止到現(xiàn)在，我的這篇文章還沒(méi)有涉及到我們目前所使用的內(nèi)存，不過(guò)不要著急，相信充分的理解我現(xiàn)在所談?wù)摰臇|西將有助于你理解以后的內(nèi)容。不過(guò)這里可以先告訴大家的是Pentium級(jí)別的內(nèi)存和486系

25、統(tǒng)的內(nèi)存之間的主要差異在于它們的RAM芯片。SIMM和DIMM前面我們既然提到了30線的DIMM，那么我們就來(lái)介紹一下SIMM以及與之相對(duì)應(yīng)的DIMM。其實(shí)SIMM和DIMM都是內(nèi)存條的封裝形式的一種（這里說(shuō)的不是芯片的封裝形式），因?yàn)槊科瑑?nèi)存顆粒無(wú)法直接同計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接并且通訊的，并且它們單顆顆粒的容量有限而且涉及到前面提及的數(shù)據(jù)傳輸位寬等方面的原因，所以內(nèi)存廠商需要通過(guò)一定的形式把它們組織到一起，這樣就產(chǎn)生了不同的內(nèi)存封裝形式。 首先我們來(lái)介紹一下SIMM，如下圖（上面一條是30線DIMM內(nèi)存，下面一條是72線DIMM內(nèi)存）：此主題相關(guān)圖片如下：在DIMM內(nèi)存中的顆粒采用了DIP（Dual

26、 Inline Package：雙列直插封裝）封裝，如上圖中黑色的芯片。早期的內(nèi)存顆粒是直接焊接在主板上面的，這樣如果一片內(nèi)存出現(xiàn)故障，那么整個(gè)主板都要報(bào)廢了。后來(lái)在主板上出現(xiàn)了內(nèi)存顆粒插槽，這樣就可以更換內(nèi)存顆粒了，但是熱膨脹的緣故，每使用一段時(shí)間你就需要打開(kāi)機(jī)箱把內(nèi)存顆粒按回插槽。除了這些原因，更重要的是我們前面提到的數(shù)據(jù)總線位寬等方面的原因使得工程師著手設(shè)計(jì)了SIMM（Single Inline Memory Module）封裝和DIMM（Double Inline Memory Module）的內(nèi)存,它們通過(guò)主板上的內(nèi)存插槽同主板進(jìn)行通訊。這樣的設(shè)計(jì)解決了原來(lái)所有的問(wèn)題。SIMM內(nèi)存根

27、據(jù)引腳分為30線和72線，目前我們都很少用到了。此主題相關(guān)圖片如下：SIMM DiagramSIMM根據(jù)內(nèi)存顆粒分布可以分為單面內(nèi)存和雙面內(nèi)存，一般的容量為1、4、16MB的SIMM內(nèi)存都是單面的，更大的容量的SIMM內(nèi)存是雙面的。在我們本文中所列舉的TM4100GAD8就是一款30線的內(nèi)存，它每次僅能傳輸8bit的數(shù)據(jù)從前面的示意圖中我們也知道這30線引腳中有11線是地址引線，8線是數(shù)據(jù)引線，還有其它的控制引線，對(duì)于當(dāng)時(shí)的封裝工藝這已經(jīng)是比較不錯(cuò)了。比較細(xì)心的讀者會(huì)問(wèn)為什么還有三條空信號(hào)引腳？因?yàn)檫@種內(nèi)存的數(shù)據(jù)輸出總線位寬只有8bit，所以即使將空信號(hào)引腳轉(zhuǎn)換為地址總線提高尋址范圍，但是并沒(méi)

28、有足夠多的引腳用于數(shù)據(jù)的輸出。72線的SIMM內(nèi)存的容量不但可以更大，而且數(shù)據(jù)總線的位寬也得到了極大的提高。一條72線SIMM內(nèi)存的數(shù)據(jù)總線位寬是32bit，它的數(shù)據(jù)輸出能力大大提高了。此主題相關(guān)圖片如下：DIMM是目前我們使用的內(nèi)存的主要封裝形式，比如SDRAM、DDR SDRAM、RDRAM，其中SDRAM具有168線引腳并且提供了64bit數(shù)據(jù)尋址能力。DIMM的工作電壓一般是3.3v或者5v，并且分為unbuffered和buffered兩種。上圖上面的內(nèi)存就是168線的SDRAM，而下面的內(nèi)存是72線的SIMM。需要指出的是在SIMM和DIMM內(nèi)存之間不僅僅是引腳數(shù)目的不同，另外在電

29、氣特性、封裝特點(diǎn)上都有明顯的差別，特別是它們的芯片之間的差別相當(dāng)?shù)拇蟆Ｒ驗(yàn)榘凑赵瓉?lái)內(nèi)存制造方法，制造這種內(nèi)存的時(shí)候是不需要把64個(gè)芯片組裝在一起構(gòu)成一個(gè)64bit的模塊的，得益于今年來(lái)生產(chǎn)工藝的提高和改進(jìn)，現(xiàn)在的高密度DRAM芯片可以具有不止一個(gè)Din和Dout信號(hào)引腳，并且可以根據(jù)不同的需要在DRAM芯片上制造4、8、16、32或者64條數(shù)據(jù)引腳。如果一個(gè)DRAM芯片具有8個(gè)數(shù)據(jù)引腳，那么這個(gè)基本儲(chǔ)存單元一次就可以輸出8bit的數(shù)據(jù)，而不像是在原來(lái)的TM4100GAD8 SIMM芯片中每次僅僅能輸出1bit數(shù)據(jù)了。這樣的話，如果我們需要制造一個(gè)同TM4100GAD8一樣容量的內(nèi)存，那么我們可

30、以不使用前面所使用的4M x 1bit芯片，而是采用1M x 8bit芯片，這樣僅僅需要4片芯片就可以得到一個(gè)容量為4MB，位寬為32bit的模組。芯片數(shù)目減少最直接的好處當(dāng)然是可以減少功耗了，當(dāng)然也簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程。下面的圖只是為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題而制作的，它展示的是一種72線的4MB SIMM內(nèi)存，采用了4片1Mx8bit DRAM芯片。但是至于是不是真的有這樣的一款產(chǎn)品我也不能確定，因?yàn)槟壳盀橹艺也坏綄?shí)際的產(chǎn)品相關(guān)資料，所以這個(gè)只是為了幫助大家理解這個(gè)問(wèn)題，不要對(duì)于是否有這樣的產(chǎn)品而斤斤計(jì)較。此主題相關(guān)圖片如下：這樣一來(lái)，只要4片采用具有8bit位寬的內(nèi)存顆粒就可以達(dá)到同樣的容量，當(dāng)然這樣的

31、內(nèi)存條工作原理在理解的過(guò)程中比原來(lái)略微復(fù)雜一點(diǎn)。我們看到在上面的4Mbit×8bit芯片中，依然還是有10條地址總線引腳，但是/CAS和/RAS引腳卻從原來(lái)的1條增加到4條。當(dāng)然數(shù)據(jù)輸入輸出引腳線數(shù)目是32條。其實(shí)TI公司的TM124BBJ32F和TM248CBJ32F前面的我所列舉的例子是比較相似的：  此主題相關(guān)圖片如下：這兩款內(nèi)存的容量均為4MB,位寬為32bit，當(dāng)然也屬于DRAM了。TM124BBJ32F內(nèi)存為單面而TM248CBJ32F雙面的兩種模式，不過(guò)其中單面TM124BBJ32F有些奇怪，在它的內(nèi)存條上只有兩顆內(nèi)存芯片，這樣每顆內(nèi)存芯片應(yīng)該是2MBx16b

32、it。另外，雙面的TM248CBJ32F由4片1Mx8bit DRAM芯片組成。此主題相關(guān)圖片如下：上面的示意圖和表格是TM124BBJ32F和TM248CBJ32F的示意圖和表格，我們可以很容易的理解它們的工作模式。對(duì)于TM124BBJ32F來(lái)說(shuō)：因?yàn)槭?MBx16bit的顆粒，所以當(dāng)RAS0引腳為低電平時(shí)，DQ0-DQ15輸出/輸入引腳有效，所以它可以同時(shí)傳送一個(gè)16bit數(shù)據(jù)；讓RAS1引腳為低電平時(shí)，DQ16-DQ31輸出/輸入引腳有效，也可以一次傳送一個(gè)16bit數(shù)據(jù)。對(duì)于TM248CBJ32F來(lái)說(shuō)：因?yàn)槭?MBx8bit的顆粒，所以情況同前面是不同的，當(dāng)RAS0引腳為低電平時(shí)，DQ

33、0-DQ7輸出/輸入引腳有效，所以它可以同時(shí)傳送一個(gè)8bit數(shù)據(jù)；讓RAS1引腳為低電平時(shí)，DQ6-DQ15輸出/輸入引腳有效，也可以一次傳送一個(gè)8bit數(shù)據(jù)；讓RAS2引腳為低電平時(shí)，DQ16-DQ23輸出/輸入引腳有效，也可以一次傳送一個(gè)8bit數(shù)據(jù)；讓RAS3引腳為低電平時(shí)，DQ24-DQ31輸出/輸入引腳有效，也可以一次傳送一個(gè)8bit數(shù)據(jù)(注意這里雖然都是控制輸出8bit或者16bit地址，但是它們之間分別代表的含義是不同的)。當(dāng)然在確定地址的時(shí)候，還是需要CAS控制電路配合的。FPM DRAM（ Fast Page Mode DRAM）    

34、;(本文來(lái)自風(fēng)笛工作室)在深入了解內(nèi)存（三）DRAM讀取過(guò)程一文中我們介紹了DRAM的詳細(xì)的讀取過(guò)程，在本文的這一節(jié)中我們將要開(kāi)始了解FPM DRAM（ Fast Page Mode DRAM），也就是我們常說(shuō)的快頁(yè)內(nèi)存。之所以稱之為快頁(yè)內(nèi)存，因?yàn)樗?字節(jié)突發(fā)模式傳送數(shù)據(jù)，這4個(gè)字節(jié)來(lái)自同一列或者說(shuō)同一頁(yè)。 如何理解這種讀取方式呢？FPM DRAM如果要突發(fā)4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，它依然需要依次的讀取每一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，比如它要讀取第一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)候的情況同前面介紹的DRAM讀取方式是一樣的（我們依然通過(guò)讀取下面的FPM讀取時(shí)序圖來(lái)了解它的工作方式）：1、首先行地址被傳送到行地址引腳，在/RA

35、S引腳被激活之前，RAS處于預(yù)充電狀態(tài)，CAS也處于預(yù)充電狀態(tài)，當(dāng)然/WE此時(shí)依然是高電平，F(xiàn)PM至少知道自己不會(huì)進(jìn)行寫(xiě)操作。2、/RAS引腳被賦予低電平而被激活，行地址被送到行地址選通器，然后選擇正確的行送到傳感放大器，就在/RAS引腳被激活的同時(shí)，tRAC開(kāi)始計(jì)時(shí)3、CAS一直處于預(yù)充電狀態(tài)，直到列地址被傳送到列地址引腳并且 /CAS引腳得到一個(gè)低電平而被激活（tCRC時(shí)間開(kāi)始計(jì)時(shí)），然后下面的事情我們也應(yīng)該很清楚了，列地址被送到列地址選通器，然后需要讀取的數(shù)據(jù)位置被鎖定，這個(gè)時(shí)候Dout引腳被激活，第一組數(shù)據(jù)就被傳送到數(shù)據(jù)總線上4、對(duì)于原來(lái)介紹的DRAM，這個(gè)時(shí)候一個(gè)讀取周期就結(jié)束了，不

36、過(guò)對(duì)于FPM則不同，在傳送第一組數(shù)據(jù)期間，CAS失活（RAS依然保持著激活狀態(tài)）并且進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)，等待第二組列地址被傳送到列地址引腳，然后進(jìn)行第二組數(shù)據(jù)的傳輸，如此周而復(fù)始直至4組數(shù)據(jù)全部找到并且傳輸完畢5、當(dāng)?shù)谒慕M數(shù)據(jù)開(kāi)始傳送的時(shí)候，RAS和CAS相繼失活進(jìn)入到預(yù)充電狀態(tài)，這樣FPM的一個(gè)完整的讀取周期方告結(jié)束。FPM之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的傳輸模式，就是因?yàn)樗枰x取的4個(gè)字節(jié)的行地址是相同的但是列地址不同，所以它們不必為了得到一個(gè)相同的列地址而去做重復(fù)的工作。6、這樣的工作模式顯然相對(duì)于普通的DRAM模式節(jié)省了很多的時(shí)間，特別是節(jié)省了3次RAS預(yù)充電的時(shí)間和3個(gè)tRAC時(shí)間，從而進(jìn)一步提高

37、的效率。此主題相關(guān)圖片如下：我想你一定看到過(guò)諸如6333這樣的內(nèi)存標(biāo)注方法，其中的6表示從最初狀態(tài)讀取第一組數(shù)據(jù)需要6個(gè)時(shí)鐘周期，而讀取另外三個(gè)數(shù)據(jù)僅僅需要3個(gè)時(shí)鐘周期就能達(dá)到目的了。需要特別指出的是，在上面的時(shí)序圖中，我們并沒(méi)有標(biāo)注出 FPM DRAM進(jìn)行第二個(gè)、第三個(gè)、第四個(gè)數(shù)據(jù)輸出的前進(jìn)行新的列地址選通的時(shí)間，但是從上面的示意圖中我們可以看到Col.2同Data1和D2之間都沒(méi)有重疊，所以這三個(gè)數(shù)據(jù)的輸出是進(jìn)行完畢一個(gè)再進(jìn)行的另一個(gè)，因此再上一次數(shù)據(jù)傳輸完畢到下一次列地址傳輸之間還有一點(diǎn)小小的延遲。請(qǐng)看下圖：此主題相關(guān)圖片如下：EDO DRAM（ Extended Data Out DR

38、AM：擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出DRAM）在介紹FPM的讀取過(guò)程的最后我著重提到了 FPM DRAM是在上一次的數(shù)據(jù)讀取完畢才會(huì)進(jìn)行下一個(gè)數(shù)據(jù)的讀取，但是對(duì)于EDO DRAM卻是完全不一樣的。 EDO DRAM可以在輸出數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行下一個(gè)列地址選通,我們依然結(jié)合下面的EDO讀取時(shí)序圖來(lái)了解EDO DRAM讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程：此主題相關(guān)圖片如下：1、RAS在結(jié)束上一次的讀取操作之后，進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)，當(dāng)接到讀取數(shù)據(jù)的請(qǐng)求之后，行地址首先通過(guò)地址總線傳輸?shù)降刂芬_，在這個(gè)期間CAS依然處于預(yù)充電狀態(tài)2、/RAS引腳被激活，列地址開(kāi)始經(jīng)過(guò)行地址選通電路和行地址解碼器進(jìn)行行地址的選擇，就在這個(gè)同時(shí)tRAC周期開(kāi)始，因?yàn)?/p>

39、是讀取操作/WE引腳一直沒(méi)有被激活，所以內(nèi)存知道自己進(jìn)行的是讀取操作而不是寫(xiě)操作3、在CAS依然進(jìn)行預(yù)充電的過(guò)程中，列地址被送到列地址選通電路選擇出來(lái)合適的地址，當(dāng)/CAS被激活的同時(shí)tCAC周期開(kāi)始，當(dāng)tCAC結(jié)束的時(shí)候，需要讀取的數(shù)據(jù)將會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線。4、從開(kāi)始輸出第一組數(shù)據(jù)的時(shí)候，我們就可以體會(huì)到EDO同F(xiàn)PM之間的區(qū)別了：在tCAC周期結(jié)束之前，CAS失活并且開(kāi)始了預(yù)充電，第二組列地址傳輸和選通也隨即開(kāi)始，第一數(shù)據(jù)還沒(méi)有輸出完畢之前，下一組數(shù)據(jù)的tCAC周期就開(kāi)始了顯然這樣進(jìn)一步的節(jié)省了時(shí)間。就在第二組數(shù)據(jù)輸出前，CAS再次失活為第三組數(shù)據(jù)傳輸列地址做起了準(zhǔn)備5、如此的設(shè)

40、計(jì)使得EDO內(nèi)存的性能比起FPM的性能提高了大約20-40%.6、正是因?yàn)镋DO的速度比FPM快，所以它可以運(yùn)行在更高的總線頻率上。所以很多的EDO RAM可以運(yùn)行在66MHz的頻率上，并且一般標(biāo)注為5222。SDRAM主要談?wù)撐覀兇蠹叶寄芙佑|到的SDRAM內(nèi)存了，首先得承認(rèn)SDRAM同我們之前介紹的異步DRAM是差別非常大的。它的基本原理同前面提到的DRAM還是基本一樣的（比如基本存儲(chǔ)單元都是按照陣列排列，都有RAS和CAS的概念），不過(guò)這些存儲(chǔ)單元的組織和控制同DRAM就具有相當(dāng)大的差別了。在前面我們討論其它類型的內(nèi)存都是采用了以具體的產(chǎn)品為例來(lái)講述的，所以這里我們依然采用這種形式，這次我

41、們以 MICRON MT48LC4M4A1 16MB SDRAM為例。（如果你感興趣可以去網(wǎng)站查找相應(yīng)的資料）。如果你還記得我們?cè)谇懊娼榻B的DRAM相關(guān)內(nèi)容，那么應(yīng)該還記得 DRAM是以bank來(lái)組織存儲(chǔ)單元的。因?yàn)槊總€(gè)內(nèi)存bank的位寬是同數(shù)據(jù)總線阿位寬一樣的。所以對(duì)于SIMM,你必須把多個(gè)SIMM放在一個(gè)bank之中來(lái)滿足32bit或者64bit數(shù)據(jù)總線的要求。DIMM具有更多阿引腳，所以單個(gè)DIMM可以提供足夠的同數(shù)據(jù)總線相適應(yīng)的位寬這樣每個(gè)bank只要一個(gè)DIMM就可以了。而且 SDRAM更進(jìn)一步的是可以在單個(gè)的DIMM中存在多個(gè)bank，這樣不但能夠滿足數(shù)據(jù)總線的需要還能進(jìn)一步的提高

42、總線的性能。下面就讓我來(lái)解釋一下：在我們前面討論的DRAM讀取方式中，當(dāng)一個(gè)讀取周期結(jié)束后，/RAS和/CAS都必須停止激活然后有一個(gè)短暫的預(yù)充電期才能進(jìn)入到下一次的讀取周期中。但是一個(gè)具有兩個(gè)bank的SDRAM的模組中，其中一個(gè)bank在進(jìn)行預(yù)充電的期間另一個(gè)bank卻可以被調(diào)用這樣當(dāng)你需要讀取已經(jīng)預(yù)充電的bank的數(shù)據(jù)時(shí)，就無(wú)需等待而是可以直接調(diào)用了。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，SDRAM就需要增加對(duì)于多個(gè)bank的管理，這樣就可以實(shí)現(xiàn)控制其中的bank進(jìn)行預(yù)充電，并且在需要使用的時(shí)候隨時(shí)調(diào)用了。這樣一個(gè)具有兩個(gè)bank的SDRAM一般會(huì)多一根叫做BA0的引腳，實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)bank之間的選擇一般的B

43、A0是低電平表示Bank0被選擇，而B(niǎo)A0是高電平Bank1就會(huì)被選中?？梢?jiàn)，雖然SDRAM在基本的原理上比如基本存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)都是基本一樣的，但是在整個(gè)內(nèi)存架構(gòu)的組織上是不同的，而且在存儲(chǔ)單元的控制上也是有著相當(dāng)大的區(qū)別的。因?yàn)楫惒紻RAM同處理器和芯片的時(shí)鐘并沒(méi)有什么關(guān)系，所以芯片組只能按照DRAM內(nèi)存的時(shí)序要求“被動(dòng)”的操作DRAM控制引腳。SDRAM因?yàn)橐珻PU和芯片組共享時(shí)鐘，所以芯片組可以主動(dòng)的在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿發(fā)給引腳控制命令。上圖顯示的就是MT48LC4M4A1 16MB SDRAM內(nèi)存顆粒的引腳示意圖，它采用了50引腳的TSOP封裝，符合PC100規(guī)范。這種內(nèi)存顆粒將同系統(tǒng)時(shí)鐘

44、同步運(yùn)行。這種內(nèi)存顆粒的架構(gòu)1Mx16-512Kx16x2，每bank行地址數(shù)目是11，列地址數(shù)目是8。我們首先來(lái)介紹一下這種內(nèi)存顆粒的引腳定義：A0A10：地址輸入引腳，當(dāng)ACTIVE命令和READ/WRITE命令時(shí)，來(lái)決定使用某個(gè)bank內(nèi)的某個(gè)基本存儲(chǔ)單元。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入引腳CKE：Clock Enable，高電平時(shí)有效。當(dāng)這個(gè)引腳處于低電平期間，提供給所有bank預(yù)充電和刷新的操作/CS：芯片選擇（Chip Select），SDRAM DIMM一般都是多存儲(chǔ)芯片架構(gòu)，這個(gè)引腳就是用于選擇進(jìn)行存取操作的芯片/RAS:行地址選擇(Row Address Select)/CAS:列地址

45、選擇(Column Address Select)/WE:寫(xiě)入信號(hào)(Write Enable)DQ0DQ15:數(shù)據(jù)輸入輸出接口BA：Bank地址輸入信號(hào)引腳，BA信號(hào)決定了由激活哪一個(gè)bank、進(jìn)行讀寫(xiě)或者預(yù)充電操作；BA也用于定義Mode寄存器中的相關(guān)數(shù)據(jù)。NC：空引腳DQM: 這個(gè)引腳的主要用于屏蔽輸入/輸出，功能相當(dāng)于/OE引腳（ Output Enable）。 VDDQ：DQ供電引腳，可以提高抗干擾強(qiáng)度VSSQ：DQ供電接地引腳VSS：內(nèi)存芯片供電接地引腳VDD：內(nèi)存芯片供電引腳，提供+3.3V ±0.3V(上面的列表項(xiàng)目和示意圖中，前面標(biāo)有“/”或者“#”標(biāo)記的表示在低電平

46、下有效)下面的表格在不同的狀態(tài)下（或者說(shuō)不同命令下）的各個(gè)引腳的信號(hào)?！癏”代表高電平，“L”代表低電平，“X”代表可以是任何狀態(tài)，也就是該引腳同該命令并沒(méi)有直接的關(guān)系。功能 /CS /RAS /CAS /WE DQM ADDR. COMMAND INHIBIT (NOP) H X X X X X NO OPERATION (NOP) L H H H X X ACTIVE (選擇bank并且激活相應(yīng)的行) L L H H X Bank/Row READ (選擇bank和列地址，并且開(kāi)始突發(fā)讀取) L H L H X Bank/Col WRITE (選擇 bank和列地址，并且開(kāi)始突發(fā)寫(xiě)入) L

47、 H L L X Bank/Col BURST TERMINATE(停止當(dāng)前的突發(fā)狀態(tài)) L H H L X X PRECHARGE (讓相應(yīng)的bank中的行失活或者讓該bank失活) L L H L X Code AUTO REFRESH(進(jìn)入自動(dòng)刷新模式) L L L H X X LOAD MODE REGISTER L L L L X Op-code 寫(xiě)入啟用/輸出啟用 L 寫(xiě)入禁止/輸出禁止 H如果你對(duì)于我們前面介紹的內(nèi)容有了真的有所了解了，看到上面的芯片引腳示意圖和各個(gè)針腳的功能示意圖就基本對(duì)于SDRAM的工作工程有了一個(gè)基本的了解了，在下面的章節(jié)里我們就對(duì)于這個(gè)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的介紹,

48、首先我們對(duì)于一些基本的概念做一些了解。這條SDRAM顆粒采用了雙bank（每bank 512K x 16 DRAM）的工作電壓是3.3V，并且采用同步接口方式（所有的信號(hào)都是時(shí)鐘信號(hào)的上升沿觸發(fā)）。每一個(gè)512K x 16-bitbank由2,048行乘以256列個(gè)基本存儲(chǔ)單元構(gòu)成，輸出數(shù)據(jù)位寬是16 bit。Read和write操作都是通過(guò)突發(fā)導(dǎo)向模式訪問(wèn)SDRAM的；這種訪問(wèn)模式以訪問(wèn)指定的區(qū)域開(kāi)始的，然后按照預(yù)先設(shè)定的方式定位其它的數(shù)據(jù)的所在。每次訪問(wèn)都是以ACTIVE命令啟動(dòng)的，然后僅僅跟著一個(gè)READ或者WRITE命令。不過(guò)在進(jìn)行所有這些操作之前，SDRAM必須首先進(jìn)行初始化。初始化

49、SDRAM在上電之后，必須首先按照預(yù)定的方式進(jìn)行初始化才能正常的運(yùn)行。一旦VDD和VDDQ被同時(shí)供電并且時(shí)鐘穩(wěn)定下來(lái)，SDRAM就需要一個(gè)100微秒的延遲，在這個(gè)時(shí)間段中COMMAND INHIBIT和NOP指令有效，這個(gè)過(guò)程實(shí)際上就是內(nèi)存的自檢過(guò)程，一旦這個(gè)過(guò)程通過(guò)之后一個(gè)PRECHARGE命令就會(huì)緊緊隨著最后一個(gè)COMMAND INHIBIT或者NOP指令而生效，這個(gè)期間所有的內(nèi)存都處于空閑（idle）狀態(tài)，隨后會(huì)執(zhí)行兩個(gè)AUTOREFRESH周期、當(dāng)AUTOREFRESH周期完畢之后，SDRAM為進(jìn)行Mode Register編程做好了準(zhǔn)備。因?yàn)镸ode Register上電會(huì)引起一個(gè)為

50、止的狀態(tài)，它會(huì)在進(jìn)行所有正常指令之前被載入。至此，初始化過(guò)程完成。MODE REGISTERMode Register一般被用于定義SDRAM運(yùn)行的模式。其中包括了突發(fā)長(zhǎng)度（burst length）、突發(fā)類型（burst type）、CAS延遲（CAS latency）、運(yùn)行方式（operating mode）和寫(xiě)入突發(fā)模式（如Figure 1所示）。Mode Register通過(guò)LOAD MODE REGISTER命令進(jìn)行編程，這組信息將會(huì)一直保存在Mode Register中直到內(nèi)存掉電之后才會(huì)消失。Mode Register中的M0-M2是用來(lái)定義突發(fā)長(zhǎng)度（burst length）的

51、,M3定義突發(fā)類型(sequential或者interleaved),M4-M6定義CAS延遲,M7和M8定義運(yùn)行模式，M9定義寫(xiě)入突發(fā)模式（write burst mode）,M10和 M11目前保留。Mode Register必須在所有的bank都處于idle狀態(tài)下才能被載入，在所有初始化工組都進(jìn)行完畢之前，控制器必須等待一定的時(shí)間。在初始化過(guò)程中發(fā)生了任何非法的操作都可能導(dǎo)致初始化失敗從而導(dǎo)致整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不能啟動(dòng)。此主題相關(guān)圖片如下：突發(fā)長(zhǎng)度（Burst Length）ead和write操作都是通過(guò)突發(fā)模式訪問(wèn)SDRAM的，當(dāng)然突發(fā)模式的長(zhǎng)度都是在初始化過(guò)程中載入Mode Regist

52、er中載入的參數(shù)，這些參數(shù)當(dāng)然是由廠商或者用戶定義的。在Figure 1中我們看到突發(fā)長(zhǎng)度決定了READ或者WRITE命令能夠訪問(wèn)的列地址的最大數(shù)目。對(duì)于sequential和 interleaved這兩種突發(fā)模式它們的突發(fā)長(zhǎng)度是1、2、4、8，另外全頁(yè)（fullpage）突發(fā)模式僅僅適用于sequential類型。全頁(yè)突發(fā)可以用BURST TERMINATE命令連接來(lái)產(chǎn)生任意的突發(fā)長(zhǎng)度。保留狀態(tài)（Reserved states）主要用于應(yīng)付未來(lái)的不兼容的情況而準(zhǔn)備的。當(dāng)一個(gè)READ或者WRITE命令被發(fā)出之后，這個(gè)時(shí)候突發(fā)長(zhǎng)度就被選定了。所有的訪問(wèn)操作都會(huì)以這個(gè)突發(fā)長(zhǎng)度為限進(jìn)行讀取操作。當(dāng)突

53、發(fā)長(zhǎng)度設(shè)為2時(shí)，A1-A7將會(huì)作為數(shù)據(jù)輸入輸出的列地址線；當(dāng)突發(fā)長(zhǎng)度設(shè)定為4時(shí)，A2-A7將會(huì)作為數(shù)據(jù)輸入輸出的列地址線；當(dāng)突發(fā)長(zhǎng)度被設(shè)定為8時(shí)，A3-A7將會(huì)作為數(shù)據(jù)輸入輸出的列地址線。突發(fā)類型（Burst Type）突發(fā)類型主要分為兩種：sequential和interleaved主要由M3所決定。訪問(wèn)順序主要由突發(fā)長(zhǎng)度、突發(fā)類型和起始列地址所決定，如下表：此主題相關(guān)圖片如下：禁止指令（COMMAND INHIBIT）和空指令（NOP）這兩條指令是CS信號(hào)的兩個(gè)不同的狀態(tài)。前面我們提到 /CS信號(hào)可以賦予芯片兩種狀態(tài)：參與工作和休息。 /CS處于未激活狀態(tài)（也就是禁止指令生效的時(shí)候）， S

54、DRAM此時(shí)不對(duì)于任何傳送到這個(gè)引腳上的指令作出反應(yīng)； /CS引腳處于激活狀態(tài)的情況下才會(huì)對(duì)于傳送到引腳上的指令作出反應(yīng)?？罩噶睿∟OP）這個(gè)指令將激活 /CS，但是它僅僅告訴芯片什么說(shuō)不作但是為什么要有這樣的看似多余的指令呢？在后面的CAS延遲時(shí)間中我們將會(huì)涉及到。ACTIVATE、READ和 WRITE如果要了解基本的 READ和WRITE操作，那么你就應(yīng)該需要了解這三條指令。 ACTIVATE指令的主要就是選擇一個(gè)bank并且激活相應(yīng)的行； READ指令就是讀取指定的行的數(shù)據(jù)； WRITE指令就是在指定的bank和列中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。下面就讓我們看看SDRAM讀取時(shí)序圖：此主題相關(guān)圖片如下：1

55、) 行地址通過(guò)地址總線傳輸?shù)降刂芬_（Address Bus行），當(dāng)在第一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿，通過(guò)ACTIVATE指令通過(guò) /CS激活了相應(yīng)的行地址當(dāng)然確定指定的行之前BA0引腳會(huì)選擇相應(yīng)的bank。2) /WE引腳在這個(gè)過(guò)程中一直不會(huì)被激活，所以S DRAM知道它們不是進(jìn)行寫(xiě)操作3) 第三個(gè)時(shí)鐘周期的開(kāi)始，ACTVATE指令激活了/CAS并且得到指定的列地址4) 第五個(gè)到第十個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿都會(huì)有數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線。我們看到SDRAM基本的讀取過(guò)程非常的簡(jiǎn)單。今天就先談到這里，在以后的文章中我們將會(huì)對(duì)于SDRAM相關(guān)的問(wèn)題繼續(xù)進(jìn)行討論。 DRAM讀取過(guò)程  

56、我們還沒(méi)有談到我們都關(guān)心的一些問(wèn)題，比如 CAS-2和CAS-3之間的區(qū)別什么的。現(xiàn)在我們對(duì)于DRAM的基礎(chǔ)知識(shí)已經(jīng)有了一個(gè)基本的了解，下面的文章就是給大家介紹一些現(xiàn)代的內(nèi)存技術(shù)。 DRAM讀取過(guò)程其實(shí)我們?cè)谝郧暗奈恼轮幸呀?jīng)討論過(guò)DRAM的讀寫(xiě)過(guò)程了，不過(guò)對(duì)于內(nèi)存比較了解的朋友都會(huì)發(fā)現(xiàn)在前面的介紹中僅僅是對(duì)于內(nèi)存的大致讀取過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)述，很多重要的細(xì)節(jié)都沒(méi)有詳細(xì)的討論。所以我們?cè)谖恼碌倪@一節(jié)的內(nèi)容中對(duì)于這個(gè)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的討論。下面就是異步內(nèi)存的讀取過(guò)程的步驟，因?yàn)楫惒紻RAM的運(yùn)行并不需要同處理器同頻，它的時(shí)序信號(hào)控制、尋址等操作基本上說(shuō)是獨(dú)立控制的，也就是由內(nèi)存芯片本身所控制，所以在討論起來(lái)

57、比較簡(jiǎn)單，我們僅僅需要考慮DRAM本身的情況就可以了（這個(gè)系列的文章也是本著循序漸進(jìn)的原則讓大家更好的理解內(nèi)存的工作原理的）：1) 行地址通過(guò)地址總線傳輸?shù)降刂芬_2) /RAS引腳被激活，列地址就會(huì)被放入行地址選通電路( Row Address Latch:在文章的前面部分我們把它翻譯為列地址門(mén)閂電路)3) 行地址解碼器（ Row Address Decoder）選擇正確的行然后送到傳感放大器（ sense amps）4) /WE引腳此時(shí)不被激活，所以 DRAM知道它們不是進(jìn)行寫(xiě)操作5) 列地址通過(guò)地址總線傳輸?shù)降刂芬_6) /CAS引腳被激活，列地址就可以被送到列地址選通器（ Column

58、 Address Latch） 7) /CAS引腳也被當(dāng)作輸出啟動(dòng)信號(hào)（ Output Enable），因?yàn)橐坏?/CAS信號(hào)被放到傳感放大器，就因?yàn)檫@時(shí)需要的數(shù)據(jù)已經(jīng)找到，所以Dout針腳開(kāi)始有效，數(shù)據(jù)可以從內(nèi)存中傳輸?shù)较到y(tǒng)了8) /RAS和 /CAS引腳停止激活，等待下一個(gè)讀取命令在內(nèi)存的讀取過(guò)程中，需要我們考慮的有兩個(gè)主要類型的延遲。第一類的是連續(xù)的DRAM讀操作之間的延遲。內(nèi)存不可能在進(jìn)行完一個(gè)讀取操作之后就立刻進(jìn)行第兩個(gè)讀取操作，因?yàn)镈RAM的讀取操作包括電容器的充電和放電另外還包括把信號(hào)傳送出去的時(shí)間，所以在兩個(gè)讀取操作中間至少留出足夠的時(shí)間讓讓內(nèi)存進(jìn)行這些方面的操作。在連續(xù)的兩次讀取操作之間，第一種類型的延遲包括 /RAS和 /CAS預(yù)充電延遲時(shí)間。在 /RAS被激活并且