聯(lián)想LCSE初級教材-第05章內(nèi)存

計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)－－－內(nèi)存篇主要內(nèi)容5.1

概述5.2內(nèi)存的類型5.3內(nèi)存芯片的封裝5.4內(nèi)存模塊與插槽5.5內(nèi)存的性能5.6內(nèi)存的相關(guān)知識5.1概述存儲器分為內(nèi)存儲器與外存儲器內(nèi)部存儲器芯片主要有四種類型：ROM有條件寫入、隨機(jī)讀取不需要刷新斷電后數(shù)據(jù)不會丟失FLASH隨機(jī)寫入、隨機(jī)讀取不需要刷新斷電后數(shù)據(jù)不會丟失DRAM隨機(jī)寫入、隨機(jī)讀取需要刷新斷電后數(shù)據(jù)丟失SRAM隨機(jī)寫入、隨機(jī)讀取不需要刷新斷電后數(shù)據(jù)丟失我們常說的內(nèi)存在狹義上是指系統(tǒng)主存，通常使用DRAM芯片5.2內(nèi)存的類型FPMDRAMFastPageMode（快速頁模式）DARM支持分頁和突發(fā)訪問模式的DRAM存儲器叫做快速頁模式內(nèi)存1995年及之前的大多數(shù)486和Pentium系統(tǒng)都使用FPM內(nèi)存EDODRAMExtendedDataOut（擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出）DRAM允許下一個(gè)訪問周期與前一個(gè)周期重疊，從而使每個(gè)周期大約節(jié)省10ns一般是72針的SIMM（SingleInlineMemoryModule，單內(nèi)聯(lián)內(nèi)存模塊）形式內(nèi)存的工作電壓通常是5V5.2內(nèi)存的類型SDRAMSynchronous（同步）DRAM與主板時(shí)鐘頻率保持同步，有PC66、PC100和PC133等幾種規(guī)范以DIMM（DualInlineMemoryModule，雙內(nèi)聯(lián)內(nèi)存模塊）的形式安裝在主板上內(nèi)存的工作電壓通常是3.3VDDR-SDRAM雙倍數(shù)據(jù)速率（DoubleDataRate,DDR）SDRAM是對標(biāo)準(zhǔn)SDRAM的改進(jìn)設(shè)計(jì)，DDR內(nèi)存并不將時(shí)鐘頻率加倍，而是通過在每個(gè)時(shí)鐘周期里傳輸2次來獲得加倍的性能使用184針的DIMM設(shè)計(jì)內(nèi)存的工作電壓通常是2.5V5.2內(nèi)存的類型DDR2-SDRAM與DDR相比，最大的區(qū)別是數(shù)位預(yù)取技術(shù)的不同DDR2每次傳送數(shù)據(jù)達(dá)到4bit，比DDR每次傳送2bit多一倍工作電壓從原來DDR的2.5V降到了1.8V內(nèi)存本身集成了信號終結(jié)器通過引入“PostedCAS”功能來解決指令沖突問題加入了OCD（Off-ChipDriver）技術(shù)，以防止電壓不穩(wěn)定引起資料丟失使用新的240針的DIMM設(shè)計(jì)5.2內(nèi)存的類型RDRAM即RambusDRAM，是一種在1999年后期出現(xiàn)在高端PC系統(tǒng)里的一種內(nèi)存設(shè)計(jì)，但因?yàn)槭袌龅慕邮艹潭炔桓撸壳耙呀?jīng)不常見是一種窄通道設(shè)備，一次只傳輸16位（2個(gè)字節(jié)）數(shù)據(jù)（加上兩個(gè)可選的校驗(yàn)位）。而DIMM是一種64位寬的設(shè)備內(nèi)存總線寬度雖然不寬，但速度卻很快，同時(shí)使用多個(gè)通道能將內(nèi)存總線帶寬進(jìn)一步提高芯片安裝在RIMM里。RIMM的大小和物理形狀類似于當(dāng)前的DIMM，但它們是不能替換的通道中未插內(nèi)存模塊的RIMM插槽必須插入一個(gè)連接模塊以保證路徑是完整的5.3內(nèi)存芯片的封裝DIP早期的內(nèi)存芯片采用此封裝封裝的外形呈長方形，針腳從長邊引出，具有適合PCB穿孔安裝，布線和操作較為方便等特點(diǎn)由于針腳數(shù)量少（一般為8～64針），抗干擾能力極弱體積比較“龐大”5.3內(nèi)存芯片的封裝SOJSmallOut-LineJ-LeadPackage小尺寸J形引腳封裝引腳呈“J”形彎曲地排列在芯片底部四周SOJ封裝一般應(yīng)用在EDODRAM5.3內(nèi)存芯片的封裝TSOPⅡThinSmallOutlinePackage薄型小尺寸封裝更適合高頻使用，具有較強(qiáng)的可操作性和較高的可靠性封裝厚度只有SOJ的三分之一封裝的外形呈長方形，封裝芯片的兩側(cè)有I/O引腳，芯片是通過引腳焊在PCB板上焊點(diǎn)和PCB板的接觸面積較小，使得芯片向PCB板傳熱相對困難5.3內(nèi)存芯片的封裝BGABallGridArrayPackage球柵陣列封裝具有更小的體積，更好的散熱性能和電性能每平方英寸的存儲量有了很大提升具有更加快速和有效的散熱途徑BGA封裝以圓形或柱狀焊點(diǎn)按陣列形式分布在封裝下面，引腳數(shù)雖然增加了，但引腳間距并沒有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率雖然功耗增加，但采用可控塌陷芯片法焊接，可以改善電熱性能寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高組裝可用共面焊接，可靠性高5.3內(nèi)存芯片的封裝Tiny-BGA是由Kingmax推出的封裝方式減少了芯片的面積，可以看成是超小型的BGA封裝比起傳統(tǒng)的封裝技術(shù)有三大進(jìn)步：更大的容量（在電路板上可以安放更多的內(nèi)存芯片）更好的電氣性能（因?yàn)樾酒c底板連接的路徑更短，減小了電磁干擾的噪音，能適合更高的工作頻率）更好的散熱性能（內(nèi)存芯片是通過一個(gè)個(gè)錫球焊接在PCB板上，由于焊點(diǎn)和PCB板的接觸面積較大，所以熱量可以很容易地傳導(dǎo)到PCB板上并散發(fā)出去）5.3內(nèi)存芯片的封裝mBGAMicroBallGridArrayPackage微型球柵陣列封裝是BGA的改進(jìn)版封裝呈正方形，內(nèi)存芯片的面積比較小內(nèi)存芯片的針腳都在芯片下部，連接短、電氣性能好、也不易受干擾，帶來更好的散熱及超頻性能5.3內(nèi)存芯片的封裝CSPChipScalePackage芯片級封裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過1∶1.14，接近1∶1的理想情況，這樣在相同體積下，內(nèi)存模塊可以裝入更多的內(nèi)存芯片，從而增大單條容量CSP封裝的內(nèi)存芯片不僅可以通過PCB板散熱，還可以從背面散熱5.3內(nèi)存芯片的封裝WLCSPWaferLevelChipScalePackage晶圓級芯片封裝工藝工序大大優(yōu)化，不同于傳統(tǒng)的先切割晶圓，再封裝測試的做法，而是先在整片晶圓上進(jìn)行封裝和測試，然后再切割生產(chǎn)周期和成本大幅下降新工藝帶來優(yōu)異的性能，芯片所需針腳數(shù)減少，提高了集成度；電氣性能的提升，引腳產(chǎn)生的電磁干擾幾乎被消除5.4內(nèi)存模塊與插槽SIMM兩種主要的物理類型——30針（8位加上1個(gè)可選的校驗(yàn)位）和72針（32位加上4個(gè)可選的校驗(yàn)位）典型的30針SIMM

典型的72針SIMM

5.4內(nèi)存模塊與插槽DIMMDIMM有三種類型，通常使用標(biāo)準(zhǔn)SDRAM、DDR-SDRAM或DDR2-SDRAM芯片這三種類型可以通過其物理特性加以區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)DIMM有168針，每一面都有1個(gè)槽口，在連接的地方還有2個(gè)槽口DDRDIMM有184針，每一面有2個(gè)槽口，在連接的地方只有1個(gè)槽DDR2DIMM有240針，每一面都有2個(gè)槽口，在連接的地方有1個(gè)槽口，位置比DDR偏向中間的位置大概2-3mmDIMM都是64位（非奇偶校驗(yàn)）或72位（奇偶校驗(yàn)或糾錯(cuò)碼ECC）寬

典型的168針SDRAMDIMM5.4內(nèi)存模塊與插槽DIMMDDR和DDR2DIMM典型的184針DDRDIMM典型的240針DDR2DIMM30針、72針SIMM和SDRAM、DDRDIMM

5.4內(nèi)存模塊與插槽RIMM有184個(gè)針腳，每一面有1個(gè)槽口，連接的地方中間有2個(gè)槽口RIMM非ECC版有16位數(shù)據(jù)寬度，ECC版則都是18位寬典型的184針RIMM和連接模塊

5.4內(nèi)存模塊與插槽內(nèi)存插槽

30針和72針SIMM插槽

SDRAM和DDRDIMM插槽

DDR和DDR2DIMM插槽

RIMM插槽

5.5內(nèi)存的性能內(nèi)存速度和內(nèi)存總線帶寬影響著內(nèi)存性能內(nèi)存速度通常以ns（納秒）或MHz來表示，之間存在換算關(guān)系內(nèi)存速度一直難于跟上處理器的速度內(nèi)存總線帶寬是指在理想狀態(tài)下內(nèi)存在一秒內(nèi)所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量內(nèi)存總線帶寬總量(MB)=內(nèi)存時(shí)鐘頻率(MHz)×內(nèi)存總線位寬(bits)×每時(shí)鐘周期的傳輸數(shù)據(jù)位／8內(nèi)存總線的帶寬與處理器總線的帶寬相等時(shí)系統(tǒng)性能最高（見下頁）內(nèi)存延遲也影響著內(nèi)存的性能5.5內(nèi)存的性能處理器總線類型處理器總線位度（Bytes）處理器外頻（MHz）數(shù)據(jù)周期/時(shí)鐘周期帶寬（MB/s）33MHzFSB（486CPU）

4331133133MHzFSB

813311066400MHzFSB（AMD）

820023200400MHzFSB810043200800MHzFSB

820046400內(nèi)存類型內(nèi)存總線位寬（Bytes）內(nèi)存核心頻率（MHz）內(nèi)存時(shí)鐘頻率（MHz）數(shù)據(jù)周期/時(shí)鐘周期帶寬（MB/s）FPMDRAM82222117EDODRAM833331266PC133SDRAM813313311066DDR400820020023200PC1066RDRAM253353322133DDR26678133266253285.6.1內(nèi)存標(biāo)識的識別通常在SIMM、DIMM和RIMM上會有容量、類型、速度等相關(guān)參數(shù)的標(biāo)識，但在某些產(chǎn)品上也可能無法找到，這時(shí)就需要從內(nèi)存芯片的型號中得到所需的參數(shù)目前還沒有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來對內(nèi)存芯片編號，具體情況需要與查閱各生產(chǎn)廠商相關(guān)資料5.6.2

內(nèi)存模塊的單雙面按照內(nèi)存的工作原理，內(nèi)存?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)的位寬等于內(nèi)存總線的位寬物理Bank的概念例如，目前系統(tǒng)的內(nèi)存總線都是64bit，這也意味著內(nèi)存每次必須傳輸64bit位寬的數(shù)據(jù)。從制造工藝和成本來說，單芯片實(shí)現(xiàn)64bit位寬有一定的難度，所以內(nèi)存摸組需要多芯片協(xié)同工作，而不同的內(nèi)存顆粒有不同的位寬，要構(gòu)成64bit位寬，8bit的需要8個(gè)芯片，而16bit的需要4個(gè)，這樣，我們就把構(gòu)成64bit位寬的一組內(nèi)存芯片稱之為一個(gè)物理Bank物理Bank與內(nèi)存的單雙面沒有直接的對應(yīng)關(guān)系不同的芯片組所支持的物理Bank是不同的。如果主板只能支持4個(gè)物理Bank，而我們用的內(nèi)存模塊有6個(gè)物理Bank，那多余的2個(gè)物理Bank就白白地浪費(fèi)了我們更應(yīng)該關(guān)注內(nèi)存模塊的Bank數(shù)，而不是內(nèi)存的單雙面5.6.3內(nèi)存模塊的組合使用系統(tǒng)中內(nèi)存模塊的位寬必須和內(nèi)存總線的位寬相對應(yīng)，所以有時(shí)需要在系統(tǒng)中安裝2條或更多的模塊才能正常工作內(nèi)存模塊的組合使用的另外一個(gè)情況是用來組建雙通道內(nèi)存雙通道內(nèi)存技術(shù)其實(shí)是雙通道內(nèi)存控制技術(shù)，這是一種芯片組的技術(shù)，而不是內(nèi)存技術(shù)芯片組中的內(nèi)存控制器（K8核心AMD處理器的內(nèi)存控制器集成在處理器中）可以在兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)通道上分別尋址、讀取數(shù)據(jù)，內(nèi)存總線可以達(dá)到雙倍的寬度需要兩個(gè)內(nèi)存模塊來配合使用5.6.4內(nèi)存模塊的SPD芯片從PC100標(biāo)準(zhǔn)開始內(nèi)存模塊上帶有SPD（SerialPresenceDetect，串行存在檢測）芯片SPD芯片一般位于內(nèi)存模塊正面右側(cè)，是一塊8針腳小芯片，容量為256字節(jié),里面保存著內(nèi)存的速度、時(shí)鐘頻率、容量、工作電壓、CAS、tRCD、tRP、tAC、SPD版本等信息SPD信息一般都是在出廠前，由內(nèi)存模塊制造商根據(jù)內(nèi)存芯片的實(shí)際性能寫入到芯片中當(dāng)開機(jī)時(shí)，支持SPD功能的主板BIOS就會讀取SPD中的信息，按照讀取的值來設(shè)置內(nèi)存的相關(guān)參數(shù)，從而可以充分發(fā)揮內(nèi)存條的性能。上述情況實(shí)現(xiàn)的前提條件是在BIOS設(shè)置界面中，將內(nèi)存設(shè)置選項(xiàng)設(shè)為“BySPD”當(dāng)主板BIOS從內(nèi)存模塊中不能檢測到SPD信息時(shí)，它就只能提供一個(gè)較為保守的配置我們可以借助SPDinfo這類工具軟件來查看SPD芯片中的信息5.6.5內(nèi)存模塊的金手指金手指（connectingfinger）是內(nèi)存模塊與內(nèi)存插槽之間的連接部件金手指由眾多金黃色的導(dǎo)電觸片組成，因其表面鍍金而且導(dǎo)電觸片排列如手指狀，所以稱為“金手指”金手指實(shí)際上是在覆銅板上通過特殊工藝再覆上一層金，目前主板、內(nèi)存和顯卡等設(shè)備的“金手指”幾乎都是采用的錫材料來代替，只有部分高性能服務(wù)器/工作站的配件接觸點(diǎn)才會繼續(xù)采用鍍金的做法金手指直接影響內(nèi)存在長期運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性如果金手指的制作工藝有問題，安裝時(shí)容易受到磨損，工作一段時(shí)間以后就會出現(xiàn)金手指表面氧化的情況，經(jīng)常導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，頻繁死機(jī)如果PC系統(tǒng)周圍的使用環(huán)境比較潮濕、多塵，那么也容易出現(xiàn)上述的癥狀5.6.6奇偶校驗(yàn)和ECC內(nèi)存錯(cuò)誤通常分為兩大類：硬錯(cuò)誤（hard