第3章内存储器详解

第三章内存储器教学提示：本章主要介绍了内存的概念和发展，了解内存的性能指标和结构，学会识别区分各种内存，掌握内存条的选购和测试。

教学目标：A级：（基本要求）1. 了解内存的基本知识和性能指标。

2. 掌握内存的安装和基本设置。

B级：（较高要求）1. 了解识别内存条的基本方法。

2. 掌握条据需要选购内存条的方法。

3. 对内存进行测试和维护。

历史回顾：计算机内存的诞生。

世界上第一台数字计算机可以追溯到上个世纪30 年代宋到40 年代初，约翰阿塔纳索夫和他的学生贝瑞在美国艾奥瓦州立大学组装出了世界上第一台数字计算机。

该计算机具备了许多现代计算机的设计思想．包括使用二进制数字、可再生存储器、并行计算以及将计算单元和存储单元分离开来等。

约翰阿塔纳索夫计算机的存储系统使用的是一个大的磁鼓，这也是计算机内存储器的雏形。

图3-1 早期的计算机的存储系统使用的是一个大的磁鼓内存储器（内存）是微型计算机主机的组成部分，用来存放当前正在使用的或随时要使用的程序。

在计算机的存储系统中内存储器直接决定CPU的工作效率，它是CPU与其它部件进行数据传输的纽带。

内存储器是计算机中仅次于CPU的重要部件，内存的容量及性能是影响计算机性能主要因素之一。

因此配置和维护计算机就要了解和掌握内存储器的基本知识。

知识补充：内部存储器按存储信息的功能可分为只读存储器（ROM ）、可改写的只读存储器EPROM和随机存储器RAM三大类。

存放在RAM上的数据既可以快速写入，也能快速读出。

“中转仓库”一般就是用RAM来搭建的。

因此，如果不是特别说明，内存一般指的就是RAM。

3.1 基础知识：认识内存储器内存储器有很多种类，通常所说的内存就是指内存条，下面就逐步介绍内存条。

3.1.1 认识内存条1．内存的工作原理当CPU 在工作时，需要从硬盘等外部存储器上读取数据，但由于硬盘这个“仓库”太大，加上离CPU 也很“远”，运输“原料”数据的速度就比较慢，会使CPU 的生产效率降低。

为了解决这个问题，在CPU 与外部存储器之间，建了一个“小仓库”：内存。

内存虽然容量不大，一般只有几十MB 到几百MB ，但中转速度非常快，当CPU 需要数据时，事先可以将部分数据存放在内存中，这样提高了CPU的工作效率，同时也减轻了硬盘的负担。

由于内存只是一个“中转仓库”，因此它并不能用来长时间存储数据，当突然断电时，内存中的所有数据都会丢失。

内存的工作如图3-2所示。

图3-2 内存的工作示意图2．内存条的组成内存条主要由印刷电路板、内存芯片、SPD 芯片、金手指等组成。

如图3-3所示。

（1） 印刷电路板（PCB ）用来安装内存芯片、SFD 芯片、排阻等元器件的这块薄薄的、韧性很好的塑胶板。

也称之为PCB 板，它是所有元器件的载体，采用多层结构，层数越多，成本越高，但干扰越少，工作越稳定。

（2）内存芯片及封装内存芯片，也称内存颗粒，是内存条的灵魂，其结构和封装对速度、电气性能、散热效果及抗干扰等影响极大。

采用新封装技术的内存条存储容量也越来越大。

（3）SPD 芯片SPD 是一个8针的SOIC 封装256字节的EEPROM （电可擦写可编程只读存储器）芯片，里面主要保存着内存生产厂家在内存出厂时所设定的有关内存的相关资料，通常有内存条的容量、芯片模块的生产厂商、标称运行频率、是否具备ECC 校验等基本信息。

启动计算机后，主板BIOS 就会读取SPD 中的信息，主板北桥芯片组就会条据这些参数信息来自动调整内存的工作状态，确保内存处于正常的工作状态。

知识补充：SPD 是一组关于内存模组的配置信息，如P-Bank 数量、电压、行地址/列地址数量、位宽、各种主要操作时序（如CL 、tRCD 、tRP 、tRAS 等）。

如果在BIOS 中将内存设置选项定为“By SPD ”，那么在开机时，主板的北桥会条据SPD 中的参数信息来自动配置相应的内存时序与控制寄存器，避免人为出现设置错误而引起故障。

当然，也可以自由调整时序与控制参数（物理参数仍要借助SPD 或北桥自己检测CPU 的运算单元 一级缓存 二级缓存三级缓存内存主板上的“北桥”来确定）。

（4）触点触点也称金手指，是内存条与插槽直接接触的部分，触点是由很多的金属引脚构成的。

这些引脚是内存和外部进行数据传输的接口。

触点和主板插槽之间的接触良好是保证系统稳定工作先决条件。

图3-3 内存条的硬件构成使用技巧：由于触点是由金属构成的，因此在使用一段时期以后，金手指的表面可能出现氧化层（或污垢）。

导致金手指的导电性能变差，从而导致内存条与插槽接触不良，从而引发系统频繁死机、无法开机、稳定性差等。

解决的方法是用橡皮擦擦拭金手指，直到光亮如新为止，如图3-4所示。

通过该方法，一般能去掉金手指上的氧化层或污垢。

图3-4 用橡皮清洁内存条上的触点（5）排阻和电容在金手指的上方有一列十分整齐的电阻。

通常为了FCB 布线方便，都采用排阻的形式，排阻每边4 个引脚，集成了4 个相同的电阻，之间互不相通，目前大部分是用表面印有100 （等于10 欧）的或220 （等于22 欧）的排阻。

排阻、电容是内存条的重要组成部分，有些厂商在生产内存条时，为了降低成本，往往会省略这些排阻及电容。

此时虽然内存还能工作，但影响了内存的稳定性。

在挑选内存条时，内存芯片下方的排阻越多、越密，相对来说内存芯片触点排阻和电容做工及用料越好。

3.1.3 内存条的分类十年前，SDRAM、RAMBUS和DDR三足鼎立。

SDRAM是传统霸王，RAMBUS有Intel撑腰。

但最后获胜的却是性能比SDRAM强、价格比RAMBUS便宜的DDR内存。

如今，DDR 内存已经从和奔腾４CPU匹配的第一代DDR，与酷睿２匹配的二代DDR2发展到针对酷睿ｉ7系列的第三代DDR3了。

DDR 内存单面金手指针脚数量为92个（双面184个），缺口左边为52个针脚，缺口右边为40个针脚；DDR2 内存单面金手指120个（双面240个），缺口左边为64个针脚，缺口右边为56个针脚；DDR3内存单面金手指也是120个（双面240个），缺口左边为72个针脚，缺口右边为48个针脚。

三种类型的内存工作电压也完全不同，DDR内存的工作电压为2.5V；DDR2工作电压降至1.8V；到了DDR3内存时代，工作电压又降至1.5V。

从DDR内存发展到DDR3内存，工作电压的降低，意味着内存功耗越低，发热量也越低，工作也更稳定。

并且内存带宽也大幅提升。

DDR 、DDR2和DDR3内存外观如图3-5所示。

图3-5 DDR 、DDR2和DDR3内存条比较3.1.4 内存的封装不同规格的内存，内存芯片的外形和体积不尽相同，这是因为内存芯片“封装”技术的不同导致的。

一般来说，DDR内存采用了TSOP封装技术，如图3-6所示。

而DDR2和DDR3内存均采用FBGA（底部球形引脚封装）封装技术，如图3-7所示。

图3-6 TSOP封装图3-7 BGA封装FBGA封装把DDR2和DDR3内存芯片比TSOP封装的要小巧很多，内存PCB基板上也看不到DDR内存芯片上的金属触点，因为其柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，所有的触点就被“包裹”起来了，外面自然看不到。

其优点是有效地缩短了信号的传导距离。

FBGA封装形式在抗干扰、散热等方面优势明显。

知识补充：物理内存和虚拟内存是什么关系？物理内存是能看到的内存条。

而虚拟内存就是“假”的内存条，它是在硬盘上开辟的一个用于存储的空间，对于物理内存来说，它是一种扩展和补充。

当内存空间紧张时，系统就会将一些暂时用不到的数据转存到虚拟内存当中。

这就像在一个流动仓库中，管理员把一些滞销的货物先移到后备仓库去，将空间腾出来留给那些经常进出仓库的货物使用。

3.1.5 内存的技术指标1.内存的品牌内存品牌也就是生产该内存条的厂商的名字，例如Kingston（金士顿）、ADATA威刚、Hyundai（现代）、Kingmax（胜创）、GEIL（金邦科技）、Apacer（宇瞻）、KINGBOX（黑金刚）、Corsair（海盗船）、Samsung（三星）等。

通过标签上的商标可以看出来。

2.容量内存容量反映的就是一条内存条的总容量。

也就是“仓库”的“库容”。

DDR时代主流一条内存是512MB或1GB，而到了DDR2时代，两条1GB内存，或单条2GB的内存就只是标准配置了，DDR3时代4GB的内存将成为主流。

4.频率和带宽内存的频率是指内存工作的时钟频率，类似于CPU的主频，内存的频率也称等效频率，它反映了内存的速度；内存的带宽反映了内存和CPU交换数据要通过“桥梁”的宽窄。

桥越宽，可以通过的人就越多，通行速度就越快；同样，带宽足够大，才可以满足CPU的对数据传输要求。

带宽和频率的关系有一个公式：内存带宽＝内存位宽×频率÷8（内存位宽，如果是一条内存，也就是单通道的，位宽为64位；如果是两条参数完全一致的内存组成的双通道内存，位宽为128位。

除以8是把结果换算成字节来表示，1字节＝8位）。

比如CPU和内存之间的通道带宽为8.5GB/s，那么只要内存带宽等于或大于这个带宽就可以了。

同样通过带宽公式计算，8.5GB/s＝64bit×频率÷8，一条等效频率为1066MHz的内存就可以满足了；如果是组成双通道，内存位宽就会由64bit变为128bit，8.5GB/s＝128bit×频率÷8，所以两条等效频率为533MHz的内存组成双通道就可以满足CPU带宽的需要。

知识补充：前面讲到内存频率都是“等效频率”，和实际频率有区别。

DDR/DDR2/DDR3的等效频率分别除以“2”、“4”、“8”就是它们的实际频率。

比如，DDR3 1066的等效频率为1066MHz，实际频率就为1066MHz÷8=133MHz。

实际频率只要了解就行了，衡量内存的性能，要看等效频率。

DDR、DDR2和DDR3内存有个重要的特征就是越到后面的产品的等效频率就越高。

比如，DDR发展到DDR400时就到顶了，它的等效频率为400MHz，DDR2发展到DDR2 800也停了下来，而DDR3内存，市场上有DDR3 1066、DDR3 1333、DDR3 1600等众多型号,说明DDR3内存正处于一个发展阶段。

5.延迟时间延迟时间也称CAS延迟值，这就好像用字典查找某个字一样，不同的同学所需的时间是不一样的。

花费的时间越短，说明该同学的反应越快，同理内存的延迟值越小，传输速度越快。

延迟时间也是内存的一个重要指标，它包括CAS 延迟时间（简称CAS或CL）、RAS 到CAS的延迟时间（简称tRCD）、RAS 预充电时间（简称tRP ）、RAS Active Time （简称RAS）等几种。