第5章内存储器

存储器是计算机的重要组成部分，它分为内存储器和外存储器，外存储器通常是磁性介质（软盘、硬盘、磁带）、光盘或其他存储数据的介质，能长期保存信息，并且不依赖于供电来保存信息。内存储器（简称内存）通常是指用于计算机系统中存放数据和指令的半导体存储单元。它是微机的一个必要组成部分。它的容量和性能是衡量一台微机整体性能的一个重要因素。5.1内存的分类与性能指标5.1.1内存的分类内存储器包括随机存取存储器RAM（RandomAccessMemory）、只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）、高速缓冲存储器Cache等。从工作原理上将内存储器分为ROM存储器和RAM存储器两大类。5.1.2内存的主要性能指标1、内存的单位（1）位/比特（bit）（2）字节（Byte）（3）内存容量是指内存芯片或内存条能存储多少二进制数。通常采用字节为单位。内存的性能指标2、内存的性能指标（1）存取速度内存速度一般用存取一次数据的时间(单位一般用ns)作为性能指标，时间越短，速度就越快。（2）内存条容量（3）数据宽度和带宽内存的数据宽度是指内存同时传输数据的位数，以位（bit）为单位，如72线内存条为32位，168线和184线内存为64位。内存带宽是指内存的数据传输的速率，即每秒钟传输的字节数。例如DDR400内存的带宽为400M/S×64b÷8=3.2GB/s，DDR2677带宽为677×64/8=5.4GB/s。（4）内存的校验位为检验内存在存取过程中是否准确无误，有的内存条带有校验位，而大多数微机用的内存条不带校验位，在某些品牌机和服务器上采用带校验位的内存条。常见的校验方法有奇偶校验（Parity）与ECC校验（ErrorCheckingandCorrecting）。(5)内存的电压（6）SPDSPD（SerialPresenceDetect）是一颗8针的EEPROM，容量为256字节，里面主要保存了该内存条的相关资料（7）CLCL指CASLatency，CAS等待时间，即CAS信号需要经过多少个时钟周期之后，才能读写数据。这是在一定频率下衡量支持不同规范的内存的重要标志之一。（8）系统时钟循环周期TCK系统时钟循环周期代表内存能运行的最大频率，数据越小越快。（9）存取时间TAC存取时间是指从内存中读取数据或向内存写入数据所需要的时间。数值越大数据输出的时间就越长，性能就越差。5.1.3ROM存储器1、PROMPROM（ProgrammableROM）即可编程ROM。它允许用户根据自己的需要，利用特殊设备将程序或数据写到芯片内，也可以由集成电路工厂将内容固化到PROM中，进行批量生产.2、EPROMEPROM（ErasableProgrammableROM）即可擦除可编程ROM。用户可以根据自己的需要，使用专门的编程器和相应的软件来改写EPROM中的内容，可以多次改写。3、EEPROMEEPROM也叫闪速存储器（FlashROM），简称闪存。它既有ROM的特点，断电后存储的内容不会丢失，又有RAM的特点，可以通过程序进行擦除和重写。5.1.4RAM存储器根据制造原理的不同，现在的RAM多为MOS型半导体电路，它分为静态和动态两种。1、静态RAM静态RAM即SRAM（StaticRAM），它的一个存储单元的基本结构是一个双稳态电路，它的读写操作由写电路控制，只要有电，写电路不工作，它的内容就不会变，不需要刷新，因此叫静态RAM。对它进行读/写操作用的时间很短，比DRAM快2倍以上。2．动态RAM2、动态RAM即DRAM（DynamicRAM）就是通常所说的内存，它存储的数据需要不断地进行刷新，因为一个DRAM单元由一个晶体管和一个小电容组成。晶体管通过小电容的电压来保持断开、接通的状态，但充电后的小电容的电压很快就丢失，因此需要不断地给它刷新来保持相应的电压。由于电容的充、放电需要时间，所以DRAM的读写时间比SRAM慢。但它的结构简单，生产时集成度高，成本很低，因此用于主内存。3、内存条目前的PC中，内存的使用都是以内存条的形式出现的。按内存条的接口形式，常见内存条有两种：单列直插内存条（SIMM）和双列直插内存条（DIMM），而双列直插内存条中又有一种专用笔记本电脑的内存条叫小尺寸双列直插内存条（SO-DIMM）。5.2内存条的发展图5-3不同时代内存的内存外形SDRAM第一代SDRAM内存为PC66规范，但很快由于Intel和AMD的频率之争将CPU外频提升到了100MHz，所以PC66内存很快就被PC100内存取代，接着133MHz外频的PIII以及K7时代的来临，PC133规范也以相同的方式进一步提升SDRAM的整体性能，带宽提高到1GB/sec以上DDRDDR的核心建立在SDRAM的基础上，但在速度和容量上有了提高。首先，它使用了更多、更先进的同步电路。其次，DDR使用了Delay-LockedLoop(DLL，延时锁定回路)来提供一个数据滤波信号。当数据有效时，存储器控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据，每16位输出一次，并且同步来自不同的双存储器模块的数据。DDR本质上不需要提高时钟频率就能加倍提高SDRAM的速度，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据，因而其速度是标准SDRAM的两倍。DDR2DDR2是在DDR的基础之上改进而来的，外观、尺寸上与DDR内存几乎一样，但为了保持较高的数据传输率，适合电气信号的要求，DDR2对针脚进行重新定义，采用了双向数据控制针脚，针脚数也由DDR的184Pin增加为240Pin与DDR相比，它具有以下优点：（1）更低的工作电压（2）更小的封装（3）更低的延迟时间（4）采用了4bitPrefect架构（5）ODT功能DDR3DDR3在DDR2基础上采用的新型设计：（1）8bit预取设计，而DDR2为4bit预取，这样DRAM内核的频率只有接口频率的1/8，DDR3-800的核心工作频率只有100MHz。（2）采用点对点的拓朴架构，以减轻地址/命令与控制总线的负担。（3）采用100nm以下的生产工艺，将工作电压从1.8V降至1.5V，增加异步重置（Reset）与ZQ校准功能。在功能上，DDR3的较大改进：（1）突发长度（BurstLength，BL）由于DDR3的预取为8bit，所以突发传输周期（BurstLength，BL）也固定为8，而对于DDR2和早期的DDR架构系统，BL=4也是常用的，DDR3为此增加了一个4bitBurstChop（突发突变）模式，即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输SDRAM、DDR、DDR2和DDR3的数据传输方式（2）寻址时序（Timing）DDR2的CL范围一般在2～5之间，而DDR3则在5～11之间，且附加延迟（AL）的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0～4，而DDR3时AL有三种选项，分别是0、CL-1和CL-2。另外，DDR3还新增加了一个时序参数——写入延迟（CWD），这一参数将根据具体的工作频率而定。（3）重置（Reset）功能重置是DDR3新增的一项重要功能，并为此专门准备了一个引脚。这一引脚将使DDR3的初始化处理变得简单。当Reset命令有效时，DDR3内存将停止所有操作，并切换至最少量活动状态，以节约电力。（4）ZQ校准功能ZQ也是一个新增的脚，在这个引脚上接有一个240欧姆的低公差参考电阻。这个引脚通过一个命令集，通过片上校准引擎（On-DieCalibrationEngine，ODCE）来自动校验数据输出驱动器导通电阻与ODT的终结电阻值。（5）参考电压分成两个在DDR3系统中，对于内存系统工作非常重要的参考电压信号VREF将分为两个信号，即为命令与地址信号服务的VREFCA和为数据总线服务的VREFDQ，这将有效地提高系统数据总线的信噪等级。（6）点对点连接（Point-to-Point，P2P）这是为了提高系统性能而进行的重要改动，也是DDR3与DDR2的一个关键区别。在DDR3系统中，一个内存控制器只与一个内存通道打交道，而且这个内存通道只能有一个插槽，因此，内存控制器与DDR3内存模组之间是点对点（P2P）的关系（单物理Bank的模组），或者是点对双点（Point-to-two-Point，P22P）的关系（双物理Bank的模组），从而大大地减轻了地址/命令/控制与数据总线的负载。5.3内存的优化与测试5.3.1内存的优化1、监视内存2、及时释放内存空间3、优化系统的虚拟内存设置4、优化内存中的数据5、提高系统其他部件的性能5.3.2内存的测试1、MemTest86Memtest86是一款免费的内存测试软件，测试准确度比较高，内存的隐性问题也能检查出来，它是一款基于Linux核心的测试程序.Memtest86的启动界面2、MicrosoftWindowsMemoryDiagnostic该软件是微软发布的一款用来检查计算机内存（RAM）的软件,是基于光盘的方式启动。工具启动时默认为“Standard”（标准）模式，此模式包括6项不同的连续内存测试，每项测试都使用一种独特的算法来扫描不同类型的错误。在程序运行时，屏幕会显示每个单独测试的结果，列出它的进度以及正在扫描的内存地址范围。WindowsMemoryDiagnostic3、RightMarkMemoryAnalyzerRightMarkMemoryAnalyzer在Windows中运行状况，该软件可以检测出所有与内存相关的硬件芯片详细信息，还能够根据你的硬件配置测量内存的稳定性如何。RightMarkMemoryAnalyzer5.4内存的选购5.4.1内存的组件的选择1、内存颗粒内存颗粒是内存条重要的组成部分，内存颗粒将直接关系到内存容量的大小和内存条的好坏。因此，一个好的内存必须有良好的内存颗粒作保证。2、金手指金手指（ConnectingFinger）是内存条上与内存插槽之间的连接部件，所有的信号都是通过金手指进行传送的。质量好的金手指从外观看上去会富有光泽，由于镀层的关系直接给消费者呈现的将会是一个“漂亮的接口”，而忽视这方面的厂家的产品金手指则暗淡无光。3、PCB电路板PCB是所有电子元器件的重要组成部分，就是人体的骨架一样。PCB的生产过程非常复杂，对设计者的技术要求非常之高，良好的PCB设计可以节省一定的成本。一般情况下在PCB金手指上方和芯片上方都会有很小的陶瓷电容。这些细小的环节往往被人们所忽视。一般来说，电阻和电容越多对于信号传输的稳定性越好。4、SPD隐藏信息SPD信息非常重要，它能够直观反映出内存的性能及体制，它里面存放着内存可以稳定工作的指标信息以及产品的生产，厂家等信息。不过，由于每个厂商都能对SPD进行随意修改，因此很多杂牌内存厂商都将SPD参数进行修改，更有甚者根本就没有SPD这颗元件，又或者有些兼容内存生产商直接COPY名牌产品的SPD。5.4.2内存芯片的标识内存条容量和性能主要由内存芯片所决定，通过了解内存芯片的标识，可以推算出内存容量。在我国常见内存芯片为三星SAMSUNG、现代hynix（以前为Hyundai）、镁光Micron、胜创Kingmax等厂商生产。因此在内存芯片上有相应的厂家品牌标识及芯片的型号，通过内存芯片上的型号可以知道它的容量构成和规格。各内存厂商生产的内存芯片命名规则不同，具体命名规则可查阅各厂商的网站或相关资料。5.4.3内存选购要点1、选购内存应按需购买，量力而行2、认准内存类型3、注意Remark4、仔细察看电路板5、售后服务5.5内存的常见故障及排除1、内存接触不良故障接触不良是最常见的故障，一般是由于用户内存没有插到位、内存槽有灰尘或者内存槽自身有问题引起的。此类故障的通常表现是开机后系统发出报警，报警信息随着BIOS的不同而不同。P