第3章内存储器讲解.docx

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第3章内存储器讲解

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。

主板上的“北桥”

CPU的运算单元

一级缓存

二级缓存

三级缓存

内存

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“BySPD”，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。

PCB

排阻和电容

SPD

触点

内存芯片

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3-5DDR、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3-6TSOP封装图3-7BGA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，DDR31066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DDR2800也停了下来，而DDR3内存，市场上有DDR31066、DDR31333、DDR31600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）、RASActiveTime（简称RAS）等几种。

其中第一位“CAS延迟时间”数值大小最重要，普通用户关注第一位延迟值就可以了。

从DDR、DDR2、DDR3内存身上看到，虽然它们的传输速度越来越快，频率越来越高，容量也越来越大，但延迟值却提高了，如DDR内存的延迟值为1.5、2、2.5、3；而到了DDR2时代，延迟值提升到了3、4、5、6；到了DDR3时代，延迟值也继续提升到了5、6、7、8或更高。

如图3-8所示，标签中的都标有内存的“延迟时间”。

图3-8内存条上的标明的延迟时间

使用技巧：

在主板BIOS设置中，可以设置内存的延迟时间。

如果把各项内存延迟时间的值手动设置为比较小的数值，那么可以提高内存性能，从而间接提升系统性能，例如将“CAS”设置为“2”。

其它选项，一般可以使用默认值。

需要注意的是，如果内存不能承受设置的延迟时间，那么会导致系统出错，甚至死机。

因此在设置时可以反复试验，找到一个既稳定，同时数值也最小的设置方案。

3.2制定选购方案：

选购原则及分析

购买内存时最重要的考量是与系统的兼容性，除此之外必须决定需要多少内存容量，以及其它考量，例如价格、品质、供应性、服务以及保证。

一、在DDR、DDR2及DDR3之间是否可以选择？

选择什么类型的内存条要依据主板上内存插槽来确定，而这实际上由主板上北桥芯片来决定的。

如果是奔腾4时代的旧主机，也只能选择DDR内存；如果是酷睿系列，一般是DDR2来匹配；现阶段到了酷睿i5、i7时代，DDR3已经完全取代其它类型的内存。

虽然还有的部分主板同时支持DDR2和DDR3内存，考虑到同容量DDR2和DDR3内存价格相差不大，而DDR3带宽更大，及为今后硬件升级考虑，DDR3内存是唯一的选择。

二、是否有散热片？

现在的内存很多都安装有散热片，安装散热片有以下三个方面的好处：

首先安装散热片后，减少了对内存的电磁干扰作，加强了内存的稳定性。

安装散热片，有利于提高散热作效果。

最后就是散热片对内存起到的保护作用。

就像金属盔甲一样，安装散热片后，对内存芯片和末端电容都得到了很好保护，不用再担心运输途中或者是插拔时受到损坏。

同时金属的外壳，也避免了用户插拔内存时因身上静电而损坏的情况。

三、是选单面的还是双面的？

同样容量的内存，有单面的，也有双面的，该如何选择呢？

这个要分不同的用途来说，单面内存一般内存颗粒较少，所以单面内存的功耗和发热量，肯定要比双面内存好一些。

并且，单面内存PCB的走线较为稀疏，导线与导线之间的电磁干扰更少，所以对内存性能要求比较高的用户，如通过超频来提高性能的用户有一定帮助。

四、延迟时间越小越好？

在内存的标签上都标有延迟时间，选购时一定要看清楚。

前面，延迟时间越小，性能越好。

如同样的DDR31333内存，延迟时间为8-8-8-24的内存，性能肯定要比9-9-9-27的好。

当然用户也可以用CPU-Z等检测软件来检测延迟时间信息。

知识补充：

在内存条上面一般都有两个标签，一个是前面讲到的可以识别包括内存容量、频率和带宽、延迟时间及工作电压等参数的标签，还有一个是激光防伪标签，用户依此可以辨别该内存的真伪。

图3-9内存条上的两个标签

二、尽管DDR3内存成为市场主流，DDR31066、DDR31333、DDR31600等，如何选择？

目前来看，DDR31066只是一款过渡产品，不仅性能差，而且没有价格优势，首先要放弃选择。

DDR31333、DDR31600是目前市场上的主流产品。

二者之间如何选择要依据CPU所能够支持内存频率来决定。

例如酷睿i5处理器不超频下最高支持DDR31333内存，而酷睿i7则可支持DDR31600的频率。

DDR31600相对于DDR31333MHz在性能上还是有一定提升的。

如果DDR31333、DDR31600价格相差不大时，那肯定首选DDR31600内存

三、多大容量的内存才够用？

由于WindowsXP的普及，现在计算机的内存最基本的要求是512MB容量了，但从应用的需求来看，如果是办公处理及上网浏览网页，内存为容量1G比512MB更能提高系统性能，如果要应用在图形编辑，视频编辑等多媒体方面，或者多任务处理等方面的应用应该选择2GB的内存。

如果操作系统是最新的Windows7或Vista，面对这些消耗内存的大户，1BG容量是装机用户的标准配置。

2GB容量的内存可满足大部分用户的需求，但4GB容量内存在多任务多程序的时候，还是优势明显。

3.3实战：

内存条的选购

确定了内存条的容量、带宽、种类和条数后，就需要到市场上去选购，要选购适用的内存条必须掌握它的识别方法和技术。

3.3.1.内存条质量的检测方法

通过实践发现，有的内存条在平时使用时没问题，但是在安装Windows操作系统时总是出现蓝屏或报错，这说明这样的内存条质量并不可靠。

因为在安装Windows操作系统时，由于CPU与内存交换的数据量非常大，此时，对内存的质量是一个巨大考验。

如果内存条在安装操作系统的全过程中没有出现任何问题，说明该内存条质量没问题。

还有一种简单的方法，用待检测内存条多运行一些对内存消耗比较大的大型应用软件，如3DMAX.CAD等，正常情况下，内存不会出现问题。

3.4习题与实践

A级：

基本要求

填空题

1．内存条主要由、、、等组成。

2．目前计算机中所用的内存主要有、、等三种类型。

3．内存的封装方式主要有、、等三种。

4．内存中比较重要的技术指标有、、、。

选择题

1．内存按工作原理可分为（）几种类型。

A.RAMB.ROMC.CMOSD.BIOS

2．现在市场上主流内存条是（）线的。

A.30B.72C.168D.184E.240

简述题

1．简述内存条选购要点。

2．简述内存条的基本工作原理。

3．辨别DDR、DDR2和DDR3内存最简单有效的办法有哪些？

4．内存条的主要技术指标有哪些？

5．DDR、DDR2及DDR3内存工作电压分别是多少？

它们之间的变化说明说明问题？

实践题

1．认识主板上的内存插槽，判断其类型，并选购适宜的内存条。

2．到计算机配件市场上了解内存条的主要厂商和主流内存类型。

B级：

较高要求

1．利用前面介绍过的CPU-Z软件可以测出内存条的延迟时间。

如图3-10所示，该内存的类型是，容量为，CAS的延迟时间为。

图3-10CPU-Z软件测试内存结果

2.某用户买回一内存条，如图3-11所示，在内存包装盒和内存上都有标签，内存条标签上的“KVR1333D3N9/2G”字样中，“1333”表示的是该内存的，“D3”表示，“2G”表示。

包装盒标签上“2GBPC3-106600CL5240-PinDIMM”的字样中，“PC3”表示，“106600”表示，“240-Pin”表示。

图3-11内存包装上提供的信息