內存的發(fā)展歷史

第第頁內存的發(fā)展歷史作為PC不可缺少的重要核心部件——內存，它伴隨著DIY硬件走過了多年歷程。從286時代的30pinSIMM內存、486時代的72pinSIMM內存，到Pentium時代的EDODRAM內存、PII時代的SDRAM內存，到P4時代的DDR內存和目前9X5平臺的DDR2內存。內存從規(guī)格、技術、總線帶寬等不斷更新?lián)Q代。不過我們有理由相信，內存的更新?lián)Q代可謂萬變不離其宗，其目的在于提高內存的帶寬，以滿足CPU不斷攀升的帶寬要求、避免成為高速CPU運算的瓶頸。那么，內存在PC領域有著怎樣的精彩人生呢？下面讓我們一起來了解內存發(fā)展的歷史吧。一、歷史起源——內存條概念如果你細心的觀察，顯存（或緩存）在目前的DIY硬件上都很容易看到，顯卡顯存、硬盤或光驅的緩存大小直接影響到設備的性能，而寄存器也許是最能代表PC硬件設備離不開RAM的，的確如此，如果沒有內存，那么PC將無法運轉，所以內存自然成為DIY用戶討論的重點話題。在剛剛開始的時候，PC上所使用的內存是一塊塊的IC，要讓它能為PC服務，就必須將其焊接到主板上，但這也給后期維護帶來的問題，因為一旦某一塊內存IC壞了，就必須焊下來才能更換，由于焊接上去的IC不容易取下來，同時加上用戶也不具備焊接知識（焊接需要掌握焊接技術，同時風險性也大），這似乎維修起來太麻煩。因此，PC設計人員推出了模塊化的條裝內存，每一條上集成了多塊內存IC，同時在主板上也設計相應的內存插槽，這樣內存條就方便隨意安裝與拆卸了（如圖1），內存的維修、升級都變得非常簡單，這就是內存“條”的來源。圖1，內存條與內存槽的出現(xiàn)小帖士：內存(RandomAccessMemory，RAM)的主要功能是暫存數(shù)據及指令。我們可以同時寫數(shù)據到RAM內存，也可以從RAM讀取數(shù)據。由于內存歷來都是系統(tǒng)中最大的性能瓶頸之一，因此從某種角度而言，內存技術的改進甚至比CPU以及其它技術更為令人激動。二、開山鼻祖——SIMM內存在80286主板發(fā)布之前，內存并沒有被世人所重視，這個時候的內存是直接固化在主板上，而且容量只有64～256KB，對于當時PC所運行的工作程序來說，這種內存的性能以及容量足以滿足當時軟件程序的處理需要。不過隨著軟件程序和新一代80286硬件平臺的出現(xiàn)，程序和硬件對內存性能提出了更高要求，為了提高速度并擴大容量，內存必須以獨立的封裝形式出現(xiàn)，因而誕生了前面我們所提到的“內存條”概念。在80286主板剛推出的時候，內存條采用了SIMM（SingleIn-lineMemoryModules，單邊接觸內存模組）接口，容量為30pin、256kb，必須是由8片數(shù)據位和1片校驗位組成1個bank，正因如此，我們見到的30pinSIMM一般是四條一起使用。自1982年PC進入民用市場一直到現(xiàn)在，搭配80286處理器的30pinSIMM內存是內存領域的開山鼻祖（如圖2）。圖2，30pinSIMM內存隨后，在1988～1990年當中，PC技術迎來另一個發(fā)展高峰，也就是386和486時代，此時CPU已經向16bit發(fā)展，所以30pinSIMM內存再也無法滿足需求，其較低的內存帶寬已經成為急待解決的瓶頸，所以此時72pinSIMM內存出現(xiàn)了（如圖3），72pinSIMM支持32bit快速頁模式內存，內存帶寬得以大幅度提升。72pinSIMM內存單條容量一般為512KB～2MB，而且僅要求兩條同時使用，由于其與30pinSIMM內存無法兼容，因此這個時候PC業(yè)界毅然將30pinSIMM內存淘汰出局了。圖3，72pinSIMM內存小帖士：72線的SIMM內存引進了一個FPDRAM（又叫快頁內存），在386時代很流行。因為DRAM需要恒電流以保存信息，一旦斷電，信息即丟失，其刷新頻率每秒鐘可達幾百次，但由于FPDRAM使用同一電路來存取數(shù)據，所以DRAM的存取時間有一定的時間間隔，這導致了它的存取速度并不是很快。另外，在DRAM中，由于存儲地址空間是按頁排列，所以當訪問某一頁面時，切換到另一頁面會占用CPU額外的時鐘周期。三、徘徊不前——EDODRAM內存EDODRAM（ExtendedDateOutRAM，外擴充數(shù)據模式存儲器）內存，這是1991年到1995年之間盛行的內存條，EDO-RAM同F(xiàn)PDRAM極其相似，它取消了擴展數(shù)據輸出內存與傳輸內存兩個存儲周期之間的時間間隔，在把數(shù)據發(fā)送給CPU的同時去訪問下一個頁面，故而速度要比普通DRAM快15~30%。工作電壓為一般為5V，帶寬32bit，速度在40ns以上，其主要應用在當時的486及早期的Pentium電腦上（如圖4）。圖4，不同規(guī)格的EDODRAM內存在1991年到1995年中，讓我們看到一個尷尬的情況，那就是這幾年內存技術發(fā)展比較緩慢，幾乎停滯不前，所以我們看到此時EDORAM有72pin和168pin并存的情況，事實上EDO內存也屬于72pinSIMM內存的范疇，不過它采用了全新的尋址方式。EDO在成本和容量上有所突破，憑借著制作工藝的飛速發(fā)展，此時單條EDO內存的容量已經達到4～16MB。由于Pentium及更高級別的CPU數(shù)據總線寬度都是64bit甚至更高，所以EDORAM與FPMRAM都必須成對使用（如圖5）。圖5，EDODRAM內存四、一代經典——SDRAM內存自IntelCeleron系列以及AMDK6處理器以及相關的主板芯片組推出后，EDODRAM內存性能再也無法滿足需要了，內存技術必須徹底得到個革新才能滿足新一代CPU架構的需求，此時內存開始進入比較經典的SDRAM時代。第一代SDRAM內存為PC66規(guī)范（如圖6），但很快由于Intel和AMD的頻率之爭將CPU外頻提升到了100MHz，所以PC66內存很快就被PC100內存取代（如圖7），接著133MHz外頻的PIII以及K7時代的來臨，PC133規(guī)范也以相同的方式進一步提升SDRAM的整體性能，帶寬提高到1GB/sec以上（如圖8）。由于SDRAM的帶寬為64bit，正好對應CPU的64bit數(shù)據總線寬度，因此它只需要一條內存便可工作，便捷性進一步提高。在性能方面，由于其輸入輸出信號保持與系統(tǒng)外頻同步，因此速度明顯超越EDO內存。圖6，PC66SDRAM內存圖7，PC100SDRAM內存圖8，PC133SDRAM內存不可否認的是，SDRAM內存由早期的66MHz，發(fā)展后來的100MHz、133MHz，盡管沒能徹底解決內存帶寬的瓶頸問題，但此時CPU超頻已經成為DIY用戶永恒的話題，所以不少用戶將品牌好的PC100品牌內存超頻到133MHz使用以獲得CPU超頻成功，值得一提的是，為了方便一些超頻用戶需求，市場上出現(xiàn)了一些PC150、PC166規(guī)范的內存(如圖9)。圖9，PC150SDRAM內存五、曲高和寡——RambusDRAM內存盡管SDRAMPC133內存的帶寬可提高帶寬到1064MB/S，加上Intel已經開始著手最新的Pentium4計劃，所以SDRAMPC133內存不能滿足日后的發(fā)展需求，此時，Intel為了達到獨占市場的目的，與Rambus聯(lián)合在PC市場推廣RambusDRAM內存（稱為RDRAM內存）。與SDRAM不同的是，其采用了新一代高速簡單內存架構，基于一種類RISC(ReducedInstructionSetComputing，精簡指令集計算機)理論，這個理論可以減少數(shù)據的復雜性，使得整個系統(tǒng)性能得到提高（如圖10）。圖10，RambusDRAM內存在AMD與Intel的競爭中，這個時候是屬于頻率競備時代，所以這個時候CPU的主頻在不斷提升，Intel為了蓋過AMD，推出高頻PentiumⅢ以及Pentium4處理器，因此RambusDRAM內存是被Intel看著是未來自己的競爭殺手劍，RambusDRAM內存以高時鐘頻率來簡化每個時鐘周期的數(shù)據量，因此內存帶寬相當出色，如PC10661066MHz32bits帶寬可達到4.2GByte/sec，RambusDRAM曾一度被認為是Pentium4的絕配。盡管如此，RambusRDRAM內存生不逢時，后來依然要被更高速度的DDR“掠奪”其寶座地位，在當時，PC600、PC700的RambusRDRAM內存因出現(xiàn)Intel820芯片組“失誤事件”、PC800RambusRDRAM因成本過高而讓Pentium4平臺高高在上（如圖11），無法獲得大眾用戶擁戴，種種問題讓RambusRDRAM胎死腹中，Rambus曾希望具有更高頻率的PC1066規(guī)范RDRAM來力挽狂瀾，但最終也是拜倒在DDR內存面前。圖11，PC800RambusRDRAM內存六、再續(xù)經典——DDR內存DDRSDRAM(DualDateRateSDRAM)簡稱DDR，也就是“雙倍速率SDRAM“的意思。DDR可以說是SDRAM的升級版本，DDR在時鐘信號上升沿與下降沿各傳輸一次數(shù)據，這使得DDR的數(shù)據傳輸速度為傳統(tǒng)SDRAM的兩倍。由于僅多采用了下降緣信號，因此并不會造成能耗增加。至于定址與控制信號則與傳統(tǒng)SDRAM相同，僅在時鐘上升緣傳輸。DDR內存是作為一種在性能與成本之間折中的解決方案，其目的是迅速建立起牢固的市場空間，繼而一步步在頻率上高歌猛進，最終彌補內存帶寬上的不足。第一代DDR200規(guī)范并沒有得到普及，第二代PC266DDRSRAM（133MHz時鐘×2倍數(shù)據傳輸＝266MHz帶寬）是由PC133SDRAM內存所衍生出的，它將DDR內存帶向第一個高潮，目前還有不少賽揚和AMDK7處理器都在采用DDR266規(guī)格的內存（如圖12），其后來的DDR333內存也屬于一種過度（如圖13），而DDR400內存成為目前的主流平臺選配（如圖14），雙通道DDR400內存已經成為800FSB處理器搭配的基本標準，隨后的DDR533規(guī)范則成為超頻用戶的選擇對象（如圖15）。圖12，DDR266內存圖13，DDR333內存圖14，DDR400內存圖15，DDR533內存七、今日之星——DDR2內存隨著CPU性能不斷提高，我們對內存性能的要求也逐步升級。不可否認，緊緊依高頻率提升帶寬的DDR遲早會力不從心，因此JEDEC組織很早就開始醞釀DDR2標準，加上LGA775接口的915/925以及最新的945等新平臺開始對DDR2內存的支持，所以DDR2內存將開始演義內存領域的今天。DDR2能夠在100MHz的發(fā)信頻率基礎上提供每插腳最少400MB/s的帶寬，而且其接口將運行于1.8V電壓上，從而進一步降低發(fā)熱量，以便提高頻率。此外，DDR2將融入CAS、OCD、ODT等新性能指標和中斷指令，提升內存帶寬的利用率。從JEDEC組織者闡述的DDR2標準來看，針對PC等市場的DDR2內存將擁有400、533、667MHz等不同的時鐘頻率（如圖16）。高端的DDR2內存將擁有800、1000MHz兩種頻率。DDR-II內存將采用200-、220-、240-針腳的FBGA封裝形式。最初的DDR2內存將采用0.13微米的生產工藝，內存顆粒的電壓為1.8V，容量密度為512MB。圖16，DDR2533內存內存技術在2005年將會毫無懸念，SDRAM為代表的靜態(tài)內存在五年內不會普及。QBM與RDRAM內存也難