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1、MemoryMEMORY Technology Introduction1 MEMORY的组成：存储器是计算机的重要组成部分，按其用途可分为主存储器（Main Memory，简称主存）和辅助存储器（Auxiliary Memory，简称辅存），主存储器又称内存储器（简称内存）。内存是用来存储执行中的数据,常见的有内存条、高速缓存等。主存储器由存储体，地址译码电路，驱动电路，读写电路和控制电路等组成，其各部分的主要功能是：存储体：是存储信息的集合体，即由某种存储介质按一定结构组成的存储单元的集合。通常是组织成二维阵列。 地址寄存器，译码电路与驱动器：既寻址系统。在对存储体内部某个存储单元的信息进

2、行读写操作前，必须指定存储单元的位置（地址），地址寄存器的作用就是存放特定存储单元的地址数据，以保证能够对指定的存储单元进行读写操作。译码电路负责将地址寄存器中的地址转换为对存储单元的选择信号，电路驱动器的作用是增加电路的负载能力，保证译码电路能够有效地选择每个存储单元。读写电路与数据寄存器：数据寄存器的作用是暂时保存从存储器中读出的信息或将写入存储器的信息。读写电路负责从数据寄存器到特定存储单元之间的信息读写操作。控制电路：负责接收CPU传来的控制命令，经过控制电路一系列的处理，产生一组时序信号控制存储器的操作。在存储器的组成中，存储体是核心，其余部分是存储体的外围电路。不同的存储器都是由这

3、几部分组成，只是在选用不同的存储介质和不同的存取方式时，各部分的结构与工作方式略有变化。2 MEMORY的分类： 内存按存储信息的功能可分为只读存储器ROM（Read Only Memory）、随机存储器RAM（Random Access Memory）。 ROM可分为：A.PROM B.EPROM RAM可分为: A.SRAM（Static RAM）：静态随机存取存储器是靠双稳态触发器来记忆信息的；B. DRAM（Dynamic RAM）：动态随机存取存储器是靠MOS电路中的栅极电容来记忆信息的。由于RAM集电容上的电荷会泄漏，需要定时给与补充，所以动态RAM需要设置刷新电路。但动态RAM比

4、静态成度高、功耗低，从而成本也低，适于作大容量存储器。所以主内存通常采用动态RAM，而高速缓冲存储器（Cache）则使用静态RAM。2.1 DRAM的分类：动态RAM按制造工艺的不同, 又可分为扩展数据输出随机存储器（Extended Data Out RAM）和同步动态随机存储器（Synchromized Dynamic RAM）。3DRAM的原理：3.1 MEMORY CELL所有的DRAM基本单位(MEMORY CELL简称MC)都是由一个晶体管和一个电容器组成， 电容器的状态决定了MC的逻辑状态是1还是0，但是电容的被利用的这个特性也是它的缺点。一个电容器可以存储一定量的电子或者是电荷

5、。一个充电的电容器在数字电子中被认为是逻辑上的1，而“空”的电容器则是0。电容器不能持久的保持储存的电荷，所以内存需要不断定时刷新，才能保持暂存的数据。3.2BANK每个MC代表一个“位”Bit（也就是一个比特），并且有一个由列地址和行地址定义的唯一地址。8个比特组成一个字节，它可代表256种组合（即2的八次幂），字节是内存中最小的可寻址单元。MC不能被单独寻址否则现在的内存将会更加复杂，而且也没有必要。很多MC连接到同一个列线（Row line）和同一个行线（Column line），组成了一个矩阵结构，这个矩阵结构就是一个Bank。大部分的SDRAM芯片由4个Bank组成，而SDRAM D

6、IMM (Dual Inline Memory Module双列直插式)可能由8或者16个芯片组成。SDRAM DIMM有14条地址线和64 bit数据线（如果一个DIMM内存使用8bit SDRAM芯片，那么你应该在内存条上看到8个芯片，当然有的DIMM使用4 bit SDRAM芯片，那么你将会在内存条上看到16片）。注 RAS(ROE ADDRESS STROBE) CAS(COLUMN ADDRESS STORBE) RAS和CAS的作用是在一个阵列中去指定一个特殊的位置。3.2MEMORY在系统中的位置 注:MEMORY BUS中的300/400为RAMBUS的FSB3.4 技术参数

7、容量：容量这一指标是我们比较关心的，因为它将直接制约系统的整体性能。另外，内存条是否以完整的存储体（Bank）为单位安装将决定内存能否正常工作，这与计算机的数据总线位数是相关的，不同机型的计算机，其数据总线的位数是不同的。 带宽：在给定时间内可以发送的最大数据量，通过总线速度乘以总线宽度可以得到带宽的大小。总线宽度指的是可以同时发送的数据位数。如PC-100的SDRAM的带宽为100*64/8=800MBytes/S内存条芯片的存取时间：内存条芯片的存取时间是内存的另一个重要指标，其单位以纳秒（ns）度量，换算关系为1ns=10-3ms=10-6s，常见的有60ns、70ns、80ns、120

8、ns等几种，相应在内存条上标为-60、-70、-80、-120等字样。这个数值越小，存取速度越快，但价格也便随之上升。FSB: CPU与二级高速缓存和内存之间的通信速度,下表列出各种DRAM的FSBFSB(MHZ/S)SDRAMPC-100100PC133133DDRPC-1600(DDR200)200PC-2100(DDR266)266RAMBUSRD800400RD600300TCK：SYSTEM CYCLE TIME（相当于MEMORY SPEED）TAC：ACCESS TIME FROM CLK（读取时间）CL：CAS LATENEY（CAS指令下定后等待W/R指令的时间），这是因为C

9、PU的速度总是大于MEMORY，所以设置等待时间等MEMORY反应。ECC：类似奇偶校验，只是在一组数据中多加入几位足够数据以记录具体是哪一位数据发生错误，如8位数据就需要4位错误纠正码。SPD: Serial Presence Detect。它指的是内存条上一个较一般SDRAM IC小的E2PROM器件以及它里边记录的数据；SPD里面的数据有128Byte，每一个都代表特定的意思，分别指出该内存条的各种信息，包括容量、组成结构、性能参数以及厂家信息等。SPD可以为主板提供内存条的容量、组成及其性能参数，使主板得以完全根据内存的性能来配置内存的工作，从而可以充分发挥内存条的性能。3.5 封装形

10、式内存有两种接口类型，分别是SIMM接口类型和DIMM类型接口，下面分别说说它们是怎样一种技术。SIMM是Single-In Line Memory Medule的简写，即单边接触内存模组，这是5X86及其较早的PC机中常用的内存的接口方式。在更早的PC机中（486以前），多采用30针的SIMM接口，而在Pentium中，应用更多的则是72针的SIMM接口，或者是与DIMM接口类型并存。DIMM是Dual In-Line Memory Module的简写，即双边接触内存模组，也就是说这种类型接口内存的插板的两边都有数据接口触片，这种接口模式的内存广泛应用于现在的计算机中，通常为84针，但的，所

11、以一共有84由于是双边2=168线接触，故而人们经常把这种内存称为168线内存，而把72线的SIMM类型内存模组直接称为72线内存。DRAM内存通常为72线，EDO-RAM内存既有72线的，也有168线的，而SDRAM内存通常为168线的。4 EDO（Extended Data Out）RAMEDORAM也称扩展数据输出内存与FPM RAM有基本相同的应用范围。EDO-RAM同DRAM相似，它取消了扩展数据输出内存与传输内存两个存储周期之间的时间间隔，在把数据发送给CPU的同时去访问下一个页面，故而速度要比普通DRAM快1530%。工作电压为一般为5V，带宽32bit，速度基本都在40ns以上

12、，其接口方式多为72线的SIMM类型，但也有168线的DIMM类型。由于其目前已被市场所淘汰，所以在此不做详述。5 SD（Synchronous Dynamic）RAMSD（SynchronousDynamic）RAM也称同步动态内存，SDRAM同DRAM有很大区别，它使用同一个CPU时钟周期即可完成数据的访问和刷新，即以同一个周期、相同的速度、同步的工作，因而可以同系统总线以同频率工作，可大大提高数据传输率，其速度要比DRAM和EDO-RAM快很多（比EDO-RAM提高近50%），最大可达到133MHz，工作电压一般为3.3V，其接口多为168线的DIMM类型。6 DDR （Double D

13、ata Rate）RAM6.1 DDR简介 1999年随着Intel Pentium III的大量上市，CPU的速度变得越来越快，计算机的整体性能也得到了较大的提升，内存子系统从早期的66MHz EDO DRAM 发展到100/133MHz SDRAM，如果速度、带宽再不提升的话，将会成为系统整体性能提升的瓶颈。为此，Intel与很有实力的存储芯片生产公司RamBus结为联盟，计划全面支持RamBus RDRAM。在这种情况下Intel完全摒弃了SDRAM架构转而推出只支持RDRAM的i820、i840、i850芯片组以及Pentium 4 CPU。 Intel的此举令它的主要两个竞争对手VI

14、A和AMD感受到了巨大的威胁，它们也不甘苟活在Intel的阴影下，对Intel亦步亦趋，在看准了RAMBUS RDRAM架构成本太高、技术不成熟、目前市场接受的难度较大等致命弱点后，联合推出了DDR SDRAM内存架构以抗衡Intel的RAMBUS RDRAM架构。从在KX133、KT133芯片组和Duron及Athlon上互相抬轿到联合力推PC133 SDRAM标准，VIA和AMD两者的合作都取得了很大的成功，逐渐蚕食Intel的主要市场。同样这一次，DDR SDRAM架构在与RAMBUS RDRAM的较量中逐渐占据了上风，得到了全球大多数半导体厂商的支持，其中就包括已抛弃RAMBUS架构的

15、Intel公司。现在DDR SDRAM已经成为业界事实上的标准了，各种产品也纷纷推出。6.2 DDR的原理何谓DDR SDRAM内存？首先从字面上理解，DDR就是双倍数据传输率（Double Data Rate）的SDRAM，DDR内存是更先进的SDRAM。SDRAM只在时钟周期的上升沿传输指令、地址和数据。而DDR内存的数据线有特殊的电路，可以让它在时钟的上下沿都传输数据。所以DDR在每个时钟周期可以传输两个字(四个字节)，而SDRAM只能传输一个字。所以DDR代表Double Data Rate-双倍数据速率。举例来说，DDR266能提供2.1GB/S的内存带宽，而单通道的RAMBUS只有

16、1.6GB/S，双通道也不过3.2GB/S，可以看到DDR架构可以提供堪于RAMBUS媲美的优异性能。更重要的是它作为一个开发的标准规格，不需支付任何厂商专利金。另外由于它是基于SDRAM的设计制造技术，因此厂房、流水线等设备的更新成本也可降到最低。以上种种原因，使得DDR SDRAM的价格不比普通的SDRAM贵多少，市场的接受度也非常高，也是DDR SDRAM在于RAMBUS RDRAM的较量中占据上风的原因。 DDR内存在DRAM阵列和数据线之间有一个特殊的逻辑部件，这个叫DQS的部件产生闪频信号使得数据输出与外部时钟信号同步。数据在输出时不必等待下一个时钟的上升沿，转而以DQS信号为依据

17、就可以在时钟的下沿也同步地输出数据。简单地说，就是用DQS信号来增加一个特殊的时钟上沿，而这个时钟上沿与外部时钟的下沿相对应。写入数据时，由芯片组的内存接口电路产生DQS信号，使数据输入与时钟同步，实现在时钟上下沿写入。这些闪频电路虽然会增加芯片内核的面积，但增加的量很小，可以忽略不计。 DDR技术其实并不复杂，在SDRAM诞生之初所有应用条件就已经满足，只不过是在当时的软硬件环境下，仅用时钟上沿传输数据就已经绰绰有余，没有必要急着发展DDR。6.3 DDR内存规格DDR内存目前有两个版本：PC1600(DDR200)和PC2100(DDR266)，在下表中可以看到它们的总线宽度、工作频率和峰

18、值带宽。 PC1600(DDR200)和PC2100(DDR266)技术规格RAM类型总线宽度频率每周期传输数据数最大带宽PC2100(DDR266) 64位133MHz 2133264位2100MB/sPC1600(DDR200) 64位100MHz 2100264位1600MB/sSDRAM133 64位133MHz 113364位1064MB/sSDRAM100 64位100MHz 110064位800MB/s可以看出工在133MHZ的DDR内存比PC-133内存带宽高出一倍，而且超过了RDRAM的1.6GB/s。（注：这些只作是理论速度，是带宽的峰值，通常情况下设备不会在如此高的频率下

19、工作。）在接口方面，SDRAM的规格为168-pin，而DDR SDRAM则为184-pin，电压上也由3.3v调低至2.5v。两者的外观非常相似，但DDR SDRAM只有一个定位槽，而普通的SDRAM有两个定位槽，两者并不兼容不能混插。7RDRAM：Direct Rambus DRAM（DRDRAM）7.1 RDRAM概述 RAMBUS Inc创立于1990年，公司创建之初便致力于高端存储产品的研究与开发，由于其在内存技术上的先进性，很快成为了Intel下一代高性能处理器的主存平台。那么什么是RAMBUS内存呢？简单的说RAMBUS内存就是一种高性能、芯片对芯片接口技术的新一代存储产品，它使

20、得新一代的处理器可以发挥出最佳的功能。RAMBUS Inc宣称这种新的技术能够提供十倍于普通DRAM和三倍于PC100 SDRAM的性能，单根的RAMBUS DRAM，即RDRAM，在16位的数据传输通道上速度可高达800MHz。RAMBUS内存的发展历经了三个主要阶段，第一代和第二代产品称为Base RAMBUS和Concurrent RAMBUS，这一阶段的内存速度已达到600MHz的数据传输速率，被用于一些娱乐设施(如SONY PS2)，高端图形工作站以及一些高性能的显卡等。第三代产品称为Direct RAMBUS，其存储模块被简称为RIMM(RamBus In-line Memory

21、Module)。目前主要被用于一些高性能个人电脑、图形工作站、服务器和其它一些对带宽和时间延迟要求更高的设备。在2000年晚些时候采用了RAMBUS内存的笔记本电脑有望问世。7.2 Rambus硬件原理RDRAM：Direct Rambus DRAM（DRDRAM）接口动态随机存储器，这是Intel所推崇的未来内存的发展方向，它将RISC（精简指令集）引入其中，依靠高时钟频率来简化每个时钟周期的数据量。它具有相对SDRAM较高的工作频率（不低于300MHz），但其数据通道接口带宽较低，只有16bit，当工作时钟为300MHz时，RAMBUS利用时钟的上沿和下沿分别传输数据，因此它的数据传输率能

22、达到3001628=1.2GB/S，若是两个通道，就是2.4GB/S。它与传统DRAM的区别在于引脚定义会随命令变化，同一组引脚线既可以被定义成地址线也可以被定义成控制线。其引脚数仅为普通DRAM的三分之一。当需要扩展芯片容量时，只需要改变命令，不需要增加芯片引脚。DRDRAM要求RIMM中必须都插满，空余的插槽中必须插上传接板（也叫终结器）。目前只有Intel 的i820芯片组和未来的i850芯片组对RDRAM进行支持。RAMBUS内存的发展历经了三个主要阶段，第一代和第二代产品称为Base RAMBUS和Concurrent RAMBUS，这一阶段的内存速度已达到600MHz的数据传输速率

23、，被用于一些娱乐设施(如SONY PS2)，高端图形工作站以及一些高性能的显卡等。第三代产品称为Direct RAMBUS，其存储模块被简称为RIMM(RamBus In-line Memory Module)。目前主要被用于一些高性能个人电脑、图形工作站、服务器和其它一些对带宽和时间延迟要求更高的设备。7.3 Rambus的前景RAMBUS虽然性能出众，但由于它在i820上不能很好的配合，且它对制造工艺极其严格，厂家为了生产RANBUS还要新开流水线，由此造成的后果就是产品合格率不高、成本居高不下，因此价格就无法降下来；再加上RAMBUS内存并不是一个开放的架构，所有要生产这种内存的厂商都要向RAMBUS公司支付一笔数量相当可观的费用才能生产，这样导致它的价格无法被普通用户接受，加上目前DDR市场的走俏，使得RAMBUS的前景不被看好。RAMBUS内存目前主要有64M，128M，256M三种规格，直到目前为止，全球几大内存厂商中真正能大规模生产RAMBUS内存的只有三星一家。