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內存
來源:互聯網

內存(Memory)也被稱為內存儲器,是CPU可直接訪問、能夠快速存取程序和數據的物理載體。內存主要用于暫時存放CPU中的運算數據,以及與硬盤等外部存儲器交換的數據,因此內存的大小和性能影響著整機的性能。

在最初的個人電腦上,內存是直接以DIP芯片的形式安裝在主板的DRAM插座上面,直到英特爾80286處理器的出現,硬件與軟件都在需求更大的內存時,才促使內存條誕生。從286時代的30pinSIMM內存、486時代的72pinSIMM內存,到奔騰時代的EDO DRAM內存、奔騰2時代的SDRAM內存,到奔騰4時代的DDR內存和9X5平臺的DDR2內存,以及DDR5、HBM內存等,內存從規格、技術、總線帶寬等不斷更新換代。不過內存的更新換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。

內存有多種分類方式,如按使用機型、帶寬大小、計算機內的用途等方式進行分類。例如,按使用機型劃分可分為PC內存和服務器內存,按帶寬大小可主要分為HBM、DRAM和傲騰持久內存。而在結構上,內存主要由內存顆粒、PCB板、金手指等組件構成。內存的更新迭代仍然從工藝、速率和功耗這三個維度遵循摩爾定律,只是截至2023年,內存技術設計難度、工藝難度和專利的壁壘越來越高,內存在容量、帶寬、延遲方面的發展也逐漸放緩。

發展歷程

內存條的概念

在剛開始的時候,PC上所使用的內存是一塊塊的集成電路IC,就必須將其焊接到主板上,但這也給后期維護帶來的問題,因此,PC設計人員推出了模塊化的條狀內存,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,使得內存的維修、升級都變得非常簡單,這就是內存“條”的來源。

SIMM內存

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片數據位和1片校驗位組成1個bank,正因如此,我們見到的30pin SIMM一般是4條一起使用。隨后,在1988年~1990年,PC技術迎來另一個發展高峰,也就是386和486時代,此時CPU已經向16位發展,所以30pin SIMM內存再也無法滿足需求,其較低的內存帶寬已經成為亟待解決的瓶頸,所以此時72pin SIMM內存出現了,如下圖所示,其支持32位快速頁模式內存,內存帶寬得以大幅度提升。72pin SIMM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業界毅然將30pin SIMM內存淘汰了。

EDO DRAM內存

EDO DRAM(Extended Date Out DRAM,外擴充數據模式存儲器)內存,這是1991年到1995年之間盛行的內存條,EDO-RAM同FPDRAM極其相似,它取消了擴展數據輸出內存與傳輸內存兩個存儲周期之間的時間間隔,在把數據發送給CPU的同時去訪問下一個頁面,故而速度要比普通DRAM快15~30%。該類型內存條工作電壓為一般為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。

SDRAM內存

英特爾賽揚系列和AMD K6處理器以及相關的主板芯片組推出后,EDO DRAM內存性能再也無法滿足需要了,內存技術必須徹底革新才能滿足新一代CPU架構的需求,于是內存到了SDRAM時代。SDRAM(Synchronized DRAM,同步動態隨機存儲器)大約是1996年底開始在PC系統中出現,PC也是在這個時候開始實現廣泛的普及。由于英特爾對SDRAM的支持,使SDRAM內存處于內存產品的主流地位,第一代SDRAM內存規范為PC66,后來由于英特爾和AMD公司的頻率競爭,處理器的外部總線頻速率迅速上升到100MHz,PC100內存便很快取代PC66內存,后來出現了外頻為133MHz的PIII等,便出現了PC133規范,PC133規范對SDRAM的整體性能作了進一步提升,將SDRAM帶寬提高到1GB/s以上。由于SDRAM內存64bit的總線寬度正好和處理器的數據總線寬度對應,所以一條內存便可支持處理器的工作,更加凸顯了SDRAM內存的便捷性。并且,SDRAM內存的性能明顯超越了EDO內存,這得益于SDRAM輸入輸出信號與系統外頻同步的特性。

RDRAM內存

由于英特爾啟動了Pentium4計劃,內存帶寬可達到1064MB/s的PC133規范幾乎不能滿足Pentium4計劃的發展需求,為了市場的占有份額,1996年底,英特爾公司與Rambus公司聯合推廣了RDRAM內存,英特爾對RDRAM鐘愛有加,稱其為“革命性的內存新標準”。與SDRAM不同的是,RDRAM采用了新一代高速簡單內存架構,基于一種類精簡指令集計算機理論,這個理論可以減少數據的復雜性,使得整個系統性能得到提高。后來,因為RDRAM內存的PC600、PC700出現了“失誤事件”、并且Pentium4平臺因為使用PC800 RDRAM內存,導致成本過高不利于普及,種種問題讓RDRAM內存未能得到發展,RDRAM最終被DDR內存所取代。

DDR內存

DDR SDRAM最早是由三星集團于1996年提出,由日本電氣三菱集團富士通株式會社東芝日立制作所德州儀器、三星及現代等八家公司協議訂立的內存規格,并得到了AMD、VIA與SiS等主要芯片組廠商的支持。DDR內存的正式名字是Dual Date Rate SDRAM,顧名思義就是雙倍速率SDRAM,即可看做SDRAM的升級版,DDR SDRAM在時鐘周期的上升沿與下降沿各傳輸一次信號,使得它的數據傳輸速度是SDRAM的兩倍,而且這樣做還不會增加功耗,至于定址和控制信號則與SDRAM相同,僅在上升沿傳輸,這是對當時內存控制器的兼容性與性能做的折中。

截止到2001年,第一代DDR技術規范包括PC1600和PC2100,也就是常說的DDR200和DDR266,這兩個DDR標準正是與AMD的Duron和Athlon同時推出的,而Duron和Athlon在EV6總線的支持下,其前端總線頻率正好也分別是200MHz和266MHz,和這兩種規格的DDR相搭配。在DDR逐漸發展的過程中,雙通道技術也被成功引入,2003年內存廠商又紛紛以低價攻入DDR400市場,同時英特爾發布支持DDR400內存和800MHz FSB處理器的865系列芯片組和主板,其所推行的雙通道DDR400的標準使得DDR400內存市場被推動,兩根DDR400內存組成雙通道的 話基本上可以滿足FSB 800MHz的奔騰4處理器,容量則是從128MB到1GB。之后,在DDR內存戰勝了RDRAM之后就開啟 了DDR王朝,后續的都是DDR的衍生產品。

DDR2

2003年秋季,英特爾公布了DDR2內存的發展計劃。隨著當時處理器前端總線帶寬的不斷提高和高速率局部總線的出現,DDR SDRAM帶寬成為系統越來越大的瓶頸,DDR嚴重制約了處理器性能的提升。當時主流的DDR技術已經發展到極限,因此DDR2順勢而出。DDR2的實際工作頻率是DDR的兩倍。這是因為DDR內存的預讀取能力為2bit,而DDR2內存預讀取能力為4bit,是標準DDR內存的2倍。但是,DDR2內存最大的技術突破點不是用戶所關心的2倍于DDR內存的傳輸能力,而是DDR2內存采用更低的工作電壓,由DDR的2.5V降為1.8V,使DDR2在更低功耗、更低發熱量的情況下,可以得到更大的頻率提升。并且DDRSDRAM內存芯片的封裝形式大多采用TSOP封裝,但是隨著頻率的提升,TSOP封裝的缺陷開始凸顯,寄生電容器和很高的阻抗嚴重影響DDR的穩定性,導致DDR很難突破275MHZ。所以,DDR2內存均采用散熱性與電氣特性更好的FBGA封裝,FBGA封裝也指導了后續SDRAM的封裝形式。

DDR3

2007年,DDR3內存規范正式完成,同年英特爾表示支持DDR3的發展。DDR3的第一優點在于,比DDR2擁有更高的頻率和更低的電壓,DDR3在運作時比DDR2節省約30%的電力,而DDR3的速度從800MHz起跳最高可以達到1600MHz,速度幾乎是DDR2的2倍,DDR3速度提升的原因在于,DDR2在1個時鐘周期(Clock)輸出4bit的數據,而DDR3可以在1個時鐘周期輸出8bit的數據,是DDR2的2倍的數據傳輸量。且DDR3采用100nm以下的生產工藝,將工作電壓從1.8V降至1.5V,減小了能耗和發熱量,并采用了根據溫度自動自刷新、局部自刷新等功能,使DDR3可工作在更高的頻率,這在一定程度彌補了DDR3延遲時間較長的缺點。DDR3還新增了一些功能,所以引腳數量有所增加,8位寬的DDR3芯片采用78ball的FBGA封裝,16位寬的DDR3芯片采用96ball的FBGA封裝,并且DDR3的封裝必須符和綠色封裝標準,不能含有任何有害物質。

DDR4

在2014年底,各大SDRAM芯片廠商紛紛上架DDR4內存產品,起跳頻率達到2133MHz,標志著DDR4時代的來臨。DDR4是目前內存市場的主流。在速度方面,DDR4內存的速度從2133MHz起跳,最高速度甚至可以達到4266MHz。DDR4內存的速度比DDR3內存有非常大的提升。在工作電壓方面,DDR3 SDRAM的工作電壓為1.5V,而DDR4SDRAM的工作電壓進一步降低為1.2V,移動設備設計的低功耗DDR4更降至1.1V,意味著DDR4 SDRAM將更加省電。與DDR3內存相比,DDR4內存在于信號的傳輸機制上做了改進。DDR4的信號傳輸機制除了可支持傳統SE信號外,DDR4還引入了差分信號技術。對于DDR3內存而言,DDR4讀取數據的訪問機制是雙向傳輸機制。DDR4的點對點設計,可以大大簡化內存模塊的設計,更容易達到更高的頻率。DDR4 SDRAM采用3DS封裝技術,3DS技術是DDR4內存中最關鍵的技術之一,它用來增大單顆芯片的容量。

DDR5

2018年11月SK海力士成功開發全球首款16Gb DDR5 DRAM,向英特爾等核心客戶提供樣品,并完成了一系列測試與性能、兼容性驗證等程序。2020 年 2 月,三星就宣布成功研發出DDR5芯片。2022年,英特爾率先在12代酷睿處理器上加入對DDR5內存的支持,讓DDR5內存正式登上消費級舞臺。同年,AMD也發布了僅支持DDR5內存銳龍7000系列處理器。2022年底,三星宣布又利用12納米制程工藝成功開發出當時業界最先進的高性能且低能耗16Gb DDR5 DRAM,并與AMD完成了兼容性測試。之后,DDR5便成為新一代DRAM標準,作為超高速、高容量產品,尤其適用于大數據人工智能及機器學習等領域。2023年上半年,美光DDR5為第四代英特爾至強可擴展處理器帶來更強性能。例如在關鍵jOPS(每秒Java運行次數)的基準測試中,第四代英特爾至強可擴展處理器性能比前代產品提升了近49%。除了更高的內存帶寬和更強的性能外,美光DDR5內存還設有片上糾錯碼(ODECC)和有限故障等功能,可提升整個數據中心的可靠性。總的來說,美光DDR5與第四代英特爾至強8480H鉑金處理器組合,對比美光DDR4與第三代英特爾至強8380鉑金處理器組合,可將SAP工作負載的處理量提高43%。同時,截止到2023年底,三星(Samsung)、美光科技美光科技)和SK海力士半導體(中國)有限公司(SKHynix)三家主要廠商已經發布了D1z(13~15nm)和D1a(11~13nm)技術,并應用于DDR4、DDR5和LPDDR5產品中。預計到2030年,這些廠家將推出1δ、0α和0β等制程更小的DRAM。

HBM

2013年SK海力士將TSV技術應用于DRAM,在業界首次成功研發出第一代HBM(High Bandwidth Memory,即高帶寬內存)芯片。HBM技術可實現高于256GBps的突破性帶寬,同時降低功耗。它具有基于TSV和芯片堆疊技術的堆疊DRAM架構,核心DRAM芯片位于基礎邏輯芯片之上。HBM主要用于數據中心、AI等高性能計算機、AI計算加速卡、高端專業顯卡,可以顯著提高AI、 機器學習運算的性能,如AMD Instinct、英偉達 A100、華為Ascend 910等AI訓練加速器以及Xilinx的Virtex Ultra Scale FPGA都搭載了HBM芯片。截止到2023年,SK海力士又相繼推出HBM2、HBM2E、HBM3數代產品。據悉,SK海力士半導體(中國)有限公司正在研發HBM4,預計新一代產品將能夠更廣泛地應用于高性能數據中心、超級計算機和AI等領域。

總的來說HBM相比DDR的技術特點,可以分為以下幾個方面:首先,HBM堆棧沒有以外部互連線的方式與信號處理器芯片連接,而是通過中間介質層緊湊而快速地連接,同時HBM內部的不同DRAM采用TSV實現信號縱向連接,HBM具備的特性幾乎與片內集成的RAM存儲器一樣。并且HBM的堆棧方式可以通過更多的I/O數量提供遠高于GDDR5存儲器的總帶寬,如HBM2帶寬可以達到307GB/s,而GDDR5存儲器的帶寬僅為28GB/s。其次,HBM具有可擴展更大容量的特性。HBM通過4層、8層以至12層堆疊的DRAM芯片,可實現更大的存儲容量,HBM 可以通過SiP集成多個HBM疊層DRAM芯片,從而實現更大的內存容量。最后,在系統集成方面,HBM將原本在PCB板上的DDR內存顆粒和CPU芯片一起全部集成到SiP里,因此HBM在節省產品空間方面也更具優勢。相對于GDDR5存儲器,HBM2節省了94%的芯片面積。

高帶寬、高延遲這個特性,決定了HBM是非常適用于作為GPU顯存的,因為游戲、圖形處理本身就是較大程度可預測的高并發工作任務。這類負載的特點就是需要高帶寬,而對延遲并沒有那么敏感。所以HBM會出現在高端GPU產品上。根據這個道理,其實也決定了HBM非常適合HPC高性能計算、AI計算,所以A64FX和下一代至強處理器雖然是CPU,但也會選擇考慮用HBM作內存。但對于個人電腦來說,CPU要處理的任務具有極大的不可預測性,要求各種隨機存儲訪問,對延遲天生有著更高的敏感度;而且對低延遲的要求往往還高于對高帶寬的要求。更何況HBM成本也很高。這就決定了至少就短期來看,HBM很難在PC上替代DDR。

傲騰持久性內存

2019年4月,英特爾正式發布了首代基于3D Xpoint技術的傲騰持久性內存(PMem),其單條設備容量最高可達512GB。傲騰持久性內存可以被配置為內存模式(memory mode)和應用直訪模式(app-direct mode)。傲騰持久內存采用標準的DDR4 DIMM外形規格,能夠直接部署到現有的基于英特爾處理器的架構中。內存模式下的英特爾傲騰持久內存使用時無需修改系統。內存模式可在不更改應用的情況下提供大容量內存,且性能可接近 DRAM(具體取決于工作負載)。與DRAM相比,PMem模塊具有128GB、256GB和512GB三種容量,且內存模式下的傲騰持久內存還能以更低成本提供更大容量。截至2023年,Redis Open Source和Redis Enterprise等應用以及威睿 Horizon、VMware Horizon with Citrix和VMware vSAN/vSphere等VDI解決方案均支持在內存模式下運行。

分類

按使用機型劃分

臺式機內存條:臺式機內存條使用標準雙列直插式存儲模塊(DualInline Memory Module,DIMM),這種接口類型的內存條兩邊都有引腳。184線的DDR SDRAM、240線的DDR2/DDR3 SDRAM、284線的DDR4內存條都屬于DIMM接口類型。

筆記本電腦內存條:為了滿足筆記本電腦對小尺寸的要求,一般采用一種改良型的DIMM(稱為SO-DIMM)。SO-DIMM應用于筆記本電腦、打印機、傳真機等設備。SO-DIMM的尺寸比標準的DIMM小很多,而且引腳數也不相同。SO-DIMM根據DDR內存規格的不同而不同,SO-DIMMDDR有184個引腳,DDR2有200個引腳,DDR3有204個引腳,DDR4有256個引腳。

按帶寬大小劃分

HBM:2019年,SK海力士半導體(中國)有限公司發布的HBM2E每個針腳傳輸速率為3.6Gbps,搭配1024-bit位寬的話可以提供超過460GB/s的超高帶寬,之后在2021年SK發布的HBM3芯片堆棧容量為24GB, 最高帶寬達到了819GB/s,相比HBM2E提升了78%。 截至2023年,HBM3內存提供16GB和24GB這2種類型,分別為8層和12層堆疊,每層容量為16Gbit。Rambus推出的HBM3內存單引腳的數據傳輸速率高達8.4Gbit/s,帶寬突破1TB。

DRAM:截止2023年主流CPU的主頻高達5GHz,而DRAM內存性能取決于電容充放電速度以及DRAM與CPU之間的接口帶寬,總體來看其性能提升速度遠遠慢于CPU。先進的DDR4 3200單通道是25.6GB/s,DDR5 6400帶寬可達51.2GB/s。在高性能計算、數據中心、人工智能 (AI)應用中,頂級高算力芯片的數據吞吐量峰值在數百TB/s級別,但主流DRAM內存或顯存帶寬一般為幾GB/s到幾十GB/s量級。

傲騰持久內存:傲騰持久內存和DRAM一樣都具備有限的帶寬。帶寬飽和后,將迅速導致應用程序性能瓶頸。帶寬限制可能因平臺而異。以2020年英特爾發布第三代可擴展至強(Cooper Lake)的同時,推出的第二代傲騰持久內存Optane PMem 200系列為例,它繼續采用DDR4 DIMM的產品形態,與系統內存共存,可插入現有的DRAM插槽。與上一代產品相比,200系列傲騰持久內存將內存帶寬平均提高多達32%。單條容量提供三種選擇128GB、256GB、512GB,實際可用容量分別為126.4GiB、252.4GiB、502.5GiB,熱設計功耗分別為15W、18W、18W。其中15W 256B讀寫帶寬最高分別為6.8GB/s、2.3GB/s,15W 64B讀寫帶寬最高分別為0.58GB/s、1.75GB/s。另外相比于主流的NAND閃存,傲騰持久內存的數據訪問速度高出多達225倍。

按在計算機內的用途劃分

主存儲器:主存儲器(Main Memory,簡稱主存)又稱內存儲器,位于機體內部。主要功能是暫時存儲正在執行的程序和所需要的數據及存儲控制計算機操作的系統程序。存儲在主存儲器中的信息會因機器關掉電源而大部分丟失。

輔助存儲器:輔助存儲器(Auxiliary Memory,簡稱輔存)又稱外存儲器,是內存儲器的后備和補充,它可以永久性保存信息從而彌補了內存儲器關機后丟信息的不足。它不直接與CPU交道,只是批量的與內存交換信息,工作速度與內存相比要慢得多。但它的容量比內存大,相對價格比內存低。

按使用方式劃分

常規存儲器(ConventionalMemory):常規存儲器又稱為基本存儲器。它是地址為00000~9FFFF這一連續的存儲空間,即64kB,在這個范圍的程序和數據dos及一般軟件是可以直接使用的。

內存保留區(ReservedMemory):內存保留區是DOS預留給擴充界面而使用的存儲器,它是地址為A0000一FFFFF的384KB空間。DOS所能控制的1MB空間,就是指64KB的常規存儲器和這段384KB的內存保留區。只不過這384KB是留給ROM作為系統與其它硬件配置接口的地址,并不是真正的384KB存儲器,不可直接用來存取數據。在這段存儲器中,可以利用軟件的方法,將內存保留區中一部分沒有被利用的空間設置成上位存儲器(UMB)。

擴展存儲囂(ExtendedMemory):DOS所能直接控制的內存共計1MB。擴展存儲器就是超過這1MB以上的機器所有配置的存儲器。CPU的尋址能力取決于地址總線的寬度。如CPU為8086地址總線寬度為20,則2^20=1MB,CPU可管理1MB的存儲器,可根據情況配置擴展儲存器。

高位存儲區(HMA-HighMeomoryArea):在1MB以上的第一個64KB存儲空間為HMA,具體為1024KB一1088KB這段內存區域。這是擴展存儲器中最前面一段的存儲區,它通過軟件的方法將擴展存儲器變為HMA,因此至少要有64KB的擴展存儲器,才能獲得HMA。有了HMA就可以像使用常規存儲器一樣使用擴展存儲器。

擴充存儲器(ExpandedMemory):擴充存儲器是通過軟件方法將擴展存儲器抓來模擬而獲得的。它不能直接存取程序和數據,而是間接地通過內存中的一段連續64KB稱為頁框的區域來進行分段交換信息,而且如果使用的軟件版本不同,擴充存儲器的最大容量也不同。目前新型的計算機都配有擴展存儲器,只有一少部分配有真正的擴充存儲器。原因是新的應用軟件很少有需要擴充存儲器的。擴充存儲器的地位與硬件差不多。因此它的工作速度比擴展存儲器要慢,但比磁盤驅動器還是快得多。

應用領域

PC市場

電腦領域當中,中央處理器(即CPU)的發展一直頗受矚目,但是隨著處理器主頻的不斷提高,整個系統對內存性能也提出了更高的要求。內存也叫主存,是PC系統存放數據與指令的半導體存儲器單元,也叫主存儲器,其主要的作用是存放各種輸入、輸出數據和中間計算結果,以及與外部存儲器交換信息時做緩沖之用。因此,每次內存技術的提升都對PC整體性能產生重大的影響。

服務器

服務器內存也是內存,它與普通PC機內存在外觀和結構上沒有明顯實質性的區別,主要是在內存上引入了一些新的技術,例如ECC技術。服務器內存主要有FBD內存和DDR內存兩種,少量服務器會用到傲騰持久內存和HBM內存。FBD(fully-buffer DIMM,全緩存模組技術)內存,是英特爾在DDR2、DDR3的基礎上開發出來的一種新型內存模組與互聯架構,既可以搭配DDR2內存芯片,也可以搭配DDR3內存芯片。在DDR內存中,服務器內存一般使用具備糾錯功能的DDR4 ECC2400內存。服務器內存條必須要帶有服務器廠家的Logo,方便后續進行內存的報修等操作,所以服務器內存條一般是由主流內存品牌代工生產的,例如金士頓、三星、海力士等。

組成結構

內存一般是由內存芯片、系列參數預置檢測(SPD)芯片、少量電阻元件等輔助元件共同焊接在條狀的印刷電路板(PCB)上構成。下面主要介紹這幾種配件:

內存芯片:內存芯片俗稱內存顆粒,它的性能決定內存的性能。常用的內存芯片主要有以下幾種類型:(1)SDRAM內存基于雙存儲體結構,內含兩個交錯的存儲陣列以提高讀取數據的效率;(2)DDRSDRAM的工作原理是在時鐘觸發沿的上、下沿都能進行數據傳輸,在相同的總線頻率下具有更高的數據帶寬,不需要提高時鐘頻率就能得到雙倍的傳輸速度;(3)DDR3采用四倍數據率同步動態隨機存取存儲器,運行電壓1.5V,延續DDR2的ODT、OCD、PostedCAS,AL控制方式,新增CWD、Reset、ZQ、SRT、RASR等功能;(4)DDR4采用八倍數據率同步動態隨機存取存儲器,傳輸率更高;運行電壓是1.2V,更為節能,內存頻率達4266MHz,內存容量大大提升,可高達128GB等等。

PCB板:內存條的PCB板大多數都是綠色的。如今的電路板設計都很精密,所以都采用了多層設計,例如4層或6層等,所以PCB板實際上是分層的,其內部也有金屬的布線。理論上6層PCB板比4層PCB板的電氣性能要好,性能也較穩定,所以名牌內存多采用6層PCB板制造。因為PCB板制造嚴密,所以從肉眼上較難分辨PCB板是4層或6層,只能借助一些印在PCB板上的符號或標識來斷定。

金手指:黃色的接觸點是內存與主板內存槽接觸的部分,數據就是靠它們來傳輸的,通常稱為金手指。金手指是銅質導線,使用時間長就可能有氧化的現象,會影響內存的正常工作,易發生無法開機的故障,所以可以隔一年左右時間用橡皮擦清理一下金手指上的氧化物。

電容、電阻:PCB板上必不可少的電子元件就是電容和電阻,這是為了提高電氣性能的需要。電容采用貼片式電容,因為內存條的體積較小,不可能使用直立式電容,但這種貼片式電容性能一點不差,它為提高內存條的穩定性起了很大作用。電阻也是采用貼片式設計,一般好的內存條電阻的分布規劃也很整齊合理。

內存固定卡缺口:內存插到主板上后,主板上的內存插槽會有兩個夾子牢固的扣住內存,這個缺口便是用于固定內存用的。

內存腳缺口:內存的腳上的缺口一是用來防止內存插反的(只有一側有),二是用來區分不同的內存,以前的SDRAM內存條是有兩個缺口的,而DDR則只有一個缺口,不能混插。

SPD:SPD是SERIALPRESENCEDETECT的縮寫,中文意思是模組存在的串行檢測。直觀地說,SPD就是內存上的一個小小的芯片。SPD是一組關于內存模組的配置信息,如P-Bank數量、電壓、行地址/列地址數量、位寬、各種主要操作時序(如CL、tRCD、tRP、tRAS等)它們存放在一個容量為256字節的EEPROM中。

標簽:內存條上一般貼有一張標簽,上面印有廠商名稱、容量、內存條類型、生產日期等內容,其中還可能有運行頻率、時序、電壓和一些廠商的特殊表示。內存條標簽是了解內存條性能參數的重要依據。

工作原理

內存條工作原理大致分為以下四個部分:

1、內存尋址

首先,內存條從CPU獲得查找某個數據的指令,然后再找出存取資料的位置這一系列動作稱為尋址。尋址需要先定出橫坐標(也就是列地址),再定出縱坐標(也就是行地址),這就好像在地圖上畫個十字標記一樣,非常準確地定出這個地方。但是對于電腦來說還不僅僅這么簡單,同時還需要判斷該地址的信號是否正確,最后才能讀或寫。

2、內存傳輸

內存傳輸指的是內存條把處理好的指令反饋給CPU,其實內存的工作結果,還是為了服務CPU,首先CPU通過地址總線把指令傳達給內存條,然后內存條里的數據總線會把相應的準確數據送往微處理器,最后再反饋給CPU。

3、存取時間

存取時間稱總線尋址,指的是內存條讀取寫入內存內的數據需要的過程時間,也就是我們常說的頻率。從CPU發出指令給內存條,便會要求內存條在取用特定的地址與特定的數據,內存響應CPU之后,便會將CPU要索取的資料傳送給CPU,一直到CPU把收到數據為止,這樣的一個過程我們稱之為讀取流程。這個過程所產生的時間一般都是納秒級別的,內存條上習慣用該過程的時間倒數來表示速度,這也就是內存條頻率越高,速度越快的原因之一。

4、內存延遲

延遲指的是從FSB到內存的時間之和,說到這里我們要先認識幾個參數,首先CAS指的是行地址控制器,RAS指的是列地址控制器,算的時間主要指的是延遲時間,首先是FSB到主板芯片間的延遲時間(±一個時鐘周期),芯片組到DRAM之間的延遲時間(±一個時鐘周期),RAS(2-3個時鐘周期)到CAS(2-3個時鐘周期)之間的延遲時間,CAS的延遲時間,另外還需要一個時鐘周期用來傳送數據。內存延遲時間越短,速度就會越快,其中CAS延遲是較為重要。

性能指標

內存主頻:和CPU主頻一樣,內存主頻習慣被用來表示內存的速度,它代表著該內存所能達到的最高工作頻率。內存主頻是以MHz為單位來計量的,內存主頻越高,所能達到的速度越快。目前較為主流的內存頻率是1800MHz、1866MHz、2000MHz和2133MHz。但是內存無法決定自身的工作頻率,其實際工作頻率是由主板來決定的。

內存的線數:內存的線數是指內存條與主板插槽接觸點的個數,這些接觸點就是金手指,早期有30線、72線和168線。30線內存條的數據寬度為8bit;72線內存條的數據寬度為32bit;168線內存條的數據寬度為64bit。現在主流內存條DDR3是240線,數據寬度為64bit;DDR4是284線,數據寬度為128bit。

存儲速度:內存的存儲速度用存取一次數據的時間來表示,單位為納秒,記為ns,ls=10億ns。ns值越小,表明存取時間越短,速度就越快。

容量:內存的容量越大越不容易卡頓,但它要受到主板支持最大容量的限制。單條內存的容量有1GB、2GB、4GB等幾種。主板上通常都至少提供兩個內存插槽,如裝有多條內存,則電腦內存的總容量是所有內存容量之和。

延遲時間:CL是CAS Lstency的縮寫,即CAS延遲時間,是指內存縱向地址脈沖的反應時間,是在一定頻率下衡量不同規范內存的重要標志之一。

SPD芯片:SPD是一個8針256字節的EER ROM(可電擦寫可編程只讀存儲器)芯片,位置一般處在內存條正面的右側,里面記錄了諸如內存的速度、容量、電壓與行、列地址、帶寬等參數信息。當開機時,計算機的BIOS將自動讀取SPD中記錄的信息。

工作電壓:由于低電壓內存要低于標準電壓1.5V保證穩定工作,因此生產低電壓內存要求更高的品質,出廠時內存電壓越高就代表內存品質越不好,這也是低電壓內存的優點之一。因此,內存條高低電壓的區別就在于低壓內存條比高壓內存條耗電量低,更加環保。

位寬和帶寬:內存條的數據位寬是指內存在一個時鐘周期內傳輸數據的位數,以位(bit)為單位。內存帶寬,從功能上理解,可以將內存看作內存控制器(一般位于北橋芯片中)與CPU之間的橋梁或倉庫,內存的容量決定“倉庫”的大小,而內存的帶寬決定“橋梁”的寬窄,兩者缺一不可。內存帶寬的計算公式為帶寬=內存核心頻率*內存總線位數*倍增系數。

ECC:ECC功能指內存條具備錯誤修正碼功能。ECC功能使得內存條在傳輸數據的同時,在每段數據上增加檢驗位,以確保數據的正確性。若有數據錯誤發生,可以對它加以修正并繼續傳輸,這樣不至于因為錯誤而中斷。

參考資料 >

Intel發布第二代傲騰持久內存:單條最大512GB、TDP最高18W.新浪科技.2023-12-14

來自英特爾大連工廠的好消息:144層QLC和全新傲騰正在路上.微型計算機.2023-12-15

DDR333內存是否值得購買?.新浪科技.2023-12-14

廠商力推DDR400供需不旺 近期難成氣候.中關村在線.2023-12-14

單條容量1TB!三星聯合AMD開發大容量DDR5內存.網易.2023-12-14

The History of Random Access Memory: From Drums to DDR5.HYBRID.CO.ID.2023-11-14

HBM會替代DDR,成為計算機內存嗎?.電子工程專輯.2023-12-14

內存分層:應對當代數據挑戰的新途徑.英特爾.2023-12-14

海力士HBM2E內存:帶寬460GB/s.手機鳳凰網.2023-12-14

三星稱DDR6內存2029年問世:帶寬沖上100GB/s.快科技.2023-12-14

借助英特爾? 傲騰? 持久內存,從數據中獲取更深層次的洞察.英特爾.2023-12-14

內存條結構及工作原理知識詳細介紹,不懂這些,怎么敢買內存條!.搜狐網.2023-12-12

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