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菜鸟进阶学堂:内存基础知识快速入门

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发表于 2012-2-2 12:08:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
  平时在我们生活中的PC的主机箱内部附件主要包括下面下面几个部分:1、主板;2、CPU;3、内存;4、硬盘;5、显卡;6;光驱;7、电源。 其中,主板是一部台式机的主要构成部分,因为其他所有配件都要连接在其上面才能工作。


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图:电脑机箱外观


  如下图所示,一般的电脑机箱内部都分成4个区域,其中,A区域为放置主板的位置(CPU/内存/显卡/PCI配件都连接在主板上);B区域为放置电源的位置;C区域一般为放置光驱(CD-ROM/DVD-ROM/刻录机)的位置;D区域则为放置硬盘的位置。


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图:电脑机箱内部空间构架 


  如我们上述,内存为安装于主板上内存插槽上,而如图中所示,一般电脑主板上的安装配件的扩展插槽主要为:

  A、SATA硬盘接口;B、IDE硬盘接口;C、CPU插槽;D、内存插槽;E、主板电源接口;F、CPU供电接口;G、CPU风扇电源接口;H、软驱接口;I、PCI接口设备接口;J、显卡接口(J区域中短接口为PCI 1X设备接口),不同的主板这些扩展插槽的位置可能会略有不同。


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图:电脑主板


  在计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器和辅助存储器,主存储器又称内存储器(简称内存),辅助存储器又称外存储器(简称外存)。外存通常是磁性介质或光盘,像硬盘,软盘,磁带,CD等,能长期保存信息,并且不依赖于电来保存信息,但是由机械部件带动,速度与CPU相比就显得慢的多。

  内存指的就是主板上的存储部件,是CPU直接与之沟通,并用其存储数据的部件,存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。


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图:Kingbox 黑金刚 DDR 1G 500MHz 悍将版


  我们平常所说的内存都是主储存器,它的大小影响着一台计算机的性能。图中红圈所示的的插槽即为内存插槽,左下角小图为内存。和CPU一样,内存的安装也非常简单,只要将内存的正反面正确放置到主板上的内存插槽上其就可安装进去,否则的话则会因为针脚的不对称而无法将内存安装进去。


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图:电脑主板的内存插槽
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 楼主| 发表于 2012-2-2 12:08:12 | 显示全部楼层
  内存储器在PC设备中占有重要的席位,也正是内存储技术的发展才得以让如今的计算机呈现出一番勃勃生机的景象。毫不夸张地说,未来PC发展的重点不是 CPU而是内存。半导体技术的突破已经为CPU发展铺平的道理,随着主频的不断提高,整个系统将对内存性能提出更高的要求。纵观PC技术的发展,每次内存技术的提升都对整体性能产生重大的影响。

  一、内存基础知识解析

  在全面了解内存之前,我们必须对内存的基础知识有充分的认识。通过对内存工作原理、作用以及结构的了解,大家将会更为深刻地明白为何内存如此受到重视。

  1.内存的工作原理

  从一有计算机开始,就有了内存。内存物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存(即DRAM),动态内存中所谓的“动态”是指当我们将数据写入 DRAM后,经过一段时间数据会丢失,因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。具体的工作过程是这样的:一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷,有电荷代表1,无电荷代表0。但时间一长,代表1的电容会放电,代表0的电容会吸收电荷,这就是数据丢失的原因;刷新操作定期对电容进行检查,若电量大于满电量的1/2,则认为其代表1,并把电容充满电;若电量小于1/2,则认为其代表0,并把电容放电,由此来保持数据的连续性。

  每一个内存单元通过可以短暂存储电荷的电容组成,数据信息由无数个位(bit)组成,每一个位只有两种状态:0和1,内存将这些位的数据存储在内存单元组成的栅格里。当处理器进行运算时,通过前端总线和内存之间的通道将一些需要信息的存储到内存里的栅格里,当需要调用信息时,再向内存发出请求,这些请求都带有内存地址的信息,以此来定位数据在内存栅格内的位置。


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  内存是PC平台的重要组成部分


  要直观地理解内存的原理的话,我不妨举例来说。当CPU载入一个应用程序,例如文字处理或页面编辑。当你以键盘输入指令开始,CPI诠释指令并命令硬盘将指令或程序载入到内存中,当数据被载入内存之后,CPU便能比从硬盘中存取从而更快速地取得数据。

  2.内存的作用

  从功能上理解,我们可以将内存看作是内存控制器(一般位于北桥芯片中)与CPU之间的桥梁或与仓库。显然,内存的容量决定“仓库”的大小,而内存的速度决定“桥梁”的宽窄,两者缺一不可,这也就是我们常常说道的“内存容量”与“内存速度”。

  当CPU需要内存中的数据时,它会发出一个由内存控制器所执行的要求,内存控制器接着将要求发送至内存,并在接收数据时向CPU报告整个周期(从CPU 到内存控制器,内存再回到CPU)所需的时间会。毫无疑问,缩短整个周期是提高内存速度的关键,而这一周期就是由内存的频率、存取时间、位款来决定。更快速的内存技术对整体性能表现有重大的贡献,但是提高内存速度只是解决方案的一部分,数据在CPU以及内存间传送所花的时间通常比处理器执行功能所花的时间更长,为此缓冲区被广泛应用。其实,所谓的缓冲器就是CPU中的一级缓存与二级缓存,它们是内存这座“大桥梁”与CPU之间的“小桥梁”。

  3.内存带宽的重要性

  通常我们所说的内存速度实际上应该用“内存带宽”来表述才更为确切。当CPU需要内存中的数据时,它会发出一个由内存控制器所执行的要求,内存控制器接着将要求发送至内存,并在接收数据时向CPU报告整个周期(从CPU到内存控制器,内存再回到CPU)所需的时间。毫无疑问,缩短整个周期也是提高内存速度的关键,这就好比在桥梁上工作的警察,其指挥疏通能力也是决定通畅度的因素之一。

  内存带宽为何会如此重要呢?在回答这一问题之前,我们先来简单看一看系统工作的过程。CPU接收到指令后,它会最先向CPU中的一级缓存(L1 Cache)去寻找相关的数据,然一级缓存是与CPU同频运行的,但是由于容量较小,所以不可能每次都命中。这时CPU会继续向下一级的二级缓存(L2 Cache)寻找,同样的道理,当所需要的数据在二级缓存中也没有的话,会继续转向L3 Cache(如果有的话,如Xeon处理器)、内存和硬盘。由于目前系统处理的数据量都是相当巨大的,因此几乎每一步操作都得经过内存,这也是整个系统中工作最为频繁的部件。如此一来,内存的性能就在一定程度上决定了这个系统的表现,这点在多媒体设计软件和3D游戏中表现得更为明显。


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系统工作过程


  内存带宽的计算方法并不复杂,大家可以遵循如下的计算公式:带宽=总线宽度×总线频率×一个时钟周期内交换的数据包个数。很明显,在这些乘数因子中,每个都会对最终的内存带宽产生极大的影响。然而,如今在频率上已经没有太大文章可作,毕竟这受到制作工艺的限制,不可能在短时间内成倍提高。而总线宽度和数据包个数就大不相同了,简单的改变会令内存带宽突飞猛进。
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 楼主| 发表于 2012-2-2 12:08:13 | 显示全部楼层
  计算机是由哪几部分组成的呢?简单的说,一个完整的计算机系统是由软件和硬件组成的。其中,硬件部分由中央处理单元(运算器和控制器)、存储器和输入/输出设备构成。这次我们要谈的是存储器方面的内容。

  先给大家看三句话:
  A. 我的PC 有1GB的内存。
  B. 我的PC 有5GB的存储器。
  C. 我的PC 有5GB 的内存。

  唔,有似曾相识的感觉。没错,这是某个笑话的三种表达方式,但只有其中的一个可以认为是真正的笑话。到底是哪一个呢?先说A,如果有钱,给自己的电脑插上1GB的内存是可能的;而B,既然说是存储器,也可以包括硬盘了,话说的滴水不漏,也没留下笑柄;最后到C,因为目前个人电脑上使用的主板一般只能支持到1GB的内存,即使是INTEL目前最高阶的450NX芯片组也只能支持到4GB--所以,用5GB的内存是胡扯的啦。

现在我们可以知道的一点是:存储器包括主存和辅存。主存具有速度快、价格高、容量小的特点,负责直接与CPU交换指令和数据。辅存速度慢、价格低、容量大,可以用来保存程序和数据。常见的辅存如硬盘、软盘等,而现在的主存一般就是指半导体集成电路存储器了。那主存和内存有什么关系呢?可以这么认为:主存就是广义的内存。

  广义的内存分为随机存储器(RAM,RANDOM ACCESS MEMORY)和只读存储器(ROM,READ ONLY MEMORY)。

  一、 RAM

  RAM是指通过指令可以随机的、个别的对各个存储单元进行访问的存储器,一般访问时间基本固定,而与存储单元地址无关。RAM的速度比较快,但其保存的信息需要电力支持,一旦丢失供电即数据消失,所以又叫易失性存储器,还有一种很有趣的叫法是"挥发性存储器",当然这里"挥发"掉的是数据而不是物理上的芯片。

  RAM又分动态存储器(DRAM,DYNAMIC RAM)和静态存储器(SRAM,STATIC RAM)。SRAM是利用双稳态触发器来保存信息的,只要不断电,信息是不会丢失的,所以谓之静态;DRAM利用MOS (金属氧化物半导体)电容存储电荷来储存信息,大家都知道,电容是会漏电的,所以必须通过不停的给电容充电来维持信息,这个充电的过程叫再生或刷新(REFRESH)。由于电容的充放电是需要相对较长的时间的,DRAM的速度要慢于SRAM。但SRAM免刷新的优点需要较复杂的电路支持,如一个典型的SRAM的存储单元需要六个晶体管(三极管)构成,而DRAM的一个存储单元最初需要三个晶体管和一个电容,后来经过改进,就只需要一个晶体管和一个电容了。由此可见,DRAM的成本、集成度、功耗等明显优于SRAM。

  (一) DRAM

  DRAM就是我们常说的内存,这显然就是狭义的内存概念了。后面我们说的内存也是这个狭义的概念--DRAM。常见的DRAM有许多规格,如 FPM DRAM 、EDO DRAM、BEDO DRAM、SDRAM、DDR SDRAM、SLDRAM、RDRAM、DIRECT RDRAM等。

  1. FPM DRAM(FAST PAGE MODE DRAM,快速页模式DRAM)

  传统的DRAM在存取一个BIT的数据时,必须送出行地址和列地址各一次才能读写数据。FRM DRAM对此做了改进,在触发了行地址后,如果 CPU需要的地址在同一行内,则可以连续输出列地址而不必再输出行地址了。由于一般的程序和数据在内存中排列的地址是连续的,这种情况下输出行地址后连续输出列地址就可以得到所需要的数据。因此FPM DRAM的设计可以提高内存的传输速率。在96年以前,在486时代和PENTIUM时代的初期,FPM DRAM被大量使用。

  2. EDO DRAM(EXTENDED DATA OUT DRAM,扩充数据输出DRAM)

  传统的DRAM和FPM DRAM 在存取每一BIT 数据时必须输出行地址和列地址并使其稳定一段时间,然后才能读写有效的数据。而下一个 BIT的地址必须等待这次读写操作完成才能输出。EDO DRAM对FPM DRAM 的改进主要是缩短等待输出地址的时间。EDO DRAM不必等待资料的读写操作是否完成,只要规定的有效时间一到就可以准备输出下一个地址,由此可以减小等待时间。从另一个角度说,EDO DRAM 在读写数据的同时进行下一地址的准备工作,提高了工作效率。后期的486系统开始支持EDO DRAM,到96年后期,EDO DRAM开始执行。

  3. BEDO DRAM (BURST EDO DRAM ,突发式EDO DRAM)

  BEDO DRAM是突发式的读取方式,也就是当一个数据地址被送出后,剩下的三个数据每一个都只需要一个周期就能读取。BEDO 的主要加强之处是在芯片上增加了一个地址计数器来追踪下一个地址。BEDO DRAM可以一次存取一批数据而EDO DRAM只能存取一组数据
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 楼主| 发表于 2012-2-2 12:08:15 | 显示全部楼层
,所以BEDO DRAM比EDO DRAM更快。但BEDO DRAM 在内存市场上只是昙花一现,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 的最大特点就是可以与CPU的外频同步,可以取消等待周期,减少了数据传输的延迟。而此前的DRAM 都使用异步方式工作,由于没有与系统的外频同步,在存取数据时,系统必须等待若干时序才能接受和送出数据,如SDRAM可以使存储器控制器知道在哪一个时钟脉冲周期使数据请求使能,因此数据可在脉冲沿来到之前便开始传输,而EDO DRAM每隔2时钟才开始传输,FPM DRAM每隔3个时钟脉冲周期才开始传输,从而制约了传输率。当CPU的频率越来越高后,异步DRAM的数据传输率就成为系统的瓶颈,而且,随着频率的提高,异步DRAM与SDRAM的性能差距会越来越大。

  对DRAM而言,除了容量,最重要的指标就是速度了。一般FPM DRAM和EDO DRAM的速度在0~70ns之间,SDRAM的速度在 10 ns左右。由于SDRAM的工作速度与系统的外频保持一致,所以SDRAM的速度标识可以换算成工作频率,如100 ns的SDRAM的频率是 1 s/10 ns=100 MHz,同理,8 ns的SDRAM的工作频率是125 MHz,12 ns的SDRAM 的工作频率是 83 MHz,15ns的SDRAM的工作频率是66 MHz。由于目前流行的是PC100的SDRAM,读者在采购内存时绝大多数希望选购符合 PC100规范的SDRAM。PC100规格非常复杂,我们应该了解的部分主要是内存条上应带SPD,内存工作频率为100 MHz时,CL应为2或3个 clk,最好为2 clk,tAC必须不超过6 ns等。

  除了以上PC100规范要求的一些性能指标外,一个真正的发烧友还应该关心一下SDRAM芯片其他几个很重要的指标:如芯片的输出位宽、功耗(电压)等,因为这些指标也决定了内存的超频潜力--给内存超频的时候还是很多的,即使不超频,性能好的内存也意味着更高的稳定裕度和更好的升级潜力。
  (二) SRAM

  SRAM的速度快但昂贵,一般用小容量的SRAM作为更高速CPU和较低速DRAM 之间的缓存(cache).SRAM也有许多种,如 AsyncSRAM (Asynchronous SRAM,异步SRAM)、Sync SRAM (Synchronous SRAM,同步 SRAM)、PBSRAM (Pipelined Burst SRAM,管道突发SRAM),还有INTEL没有公布细节的CSRAM等。
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发表于 2012-2-2 12:08:17 | 显示全部楼层
文章是不是过时了??
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发表于 2012-2-2 12:08:18 | 显示全部楼层
学习了基础谢谢楼主
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发表于 2012-2-2 12:08:20 | 显示全部楼层
学习学习~~~~~~~
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