内存介绍完全手册
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一:介绍

  如果你想了解关于电脑内存的基础知识,那么到这里你就找对地方了。在本文-“内存介绍完全手册”中我们将向你解释关于电脑内存的基础知识,包括:内存的工作原理,当前内存的类型等。

  在文章开始时,我先向大家介绍两种基本的内存类型。

  第一种类型是ROM(即Read Only Memory,只读式内存),此类型内存常被用于存储重要的或机密的数据。理想上认为,此种类型的内存是只能读取,而不允许擦写。

  第二种类型就是RAM(即Random Access Memory,随机存取内存),此类型内存是我们最常接触的。它允许我们随机地读写内存中的数据。电脑上使用RAM来临时存储运行程序需要的数据,不过如果电脑断电后,这些存储在RAM中的数据将全部丢失。

  每种每台电脑中都结合有两种基本类型的内存,它们分别有不同的用途以完成不同的任务。下面就分类加以介绍:

二:ROM (Read Only Memory,只读式内存)

  为了存储数据的持久性,ROM常用于存储电脑重要的信息例如:电脑主板的BIOS(基本输入/输出系统)。不像RAM,存储在ROM中的数据理论上是永久的。即使电脑关机后,保存在ROM中的数据也不会丢失。

  存储在BIOS中的信息控制着你电脑系统的运行。真因为其重要性,对BIOS未经授权的复制或删除是不允许的。不过也有一些不同一般的ROM类型,它可为某种特殊的要求而涮新其内容。

  1:ROM - 这是标准的ROM,用于永久性存储重要数据。当一项科技性产品需要其部份信息不会随着外界等因素的变化而变更时,它们通常都使用此标准的ROM模块。在ROM中,信息是被永久性的蚀刻在ROM单元中的,这使得ROM在完成蚀刻工作后是不可能再将其中的信息改变得。

  2:PROM (Programmable ROM,可编程ROM) - 此类型的ROM的工作原理与CD-R相似,它允许你一次性地重写其中的数据,请记得:重写(涮新)其中数据的次数只有一次。一旦信息被写入PROM后,数据也将被永久性地蚀刻其中了,之后此块PROM与上面介绍的ROM就没什么两样了。

  3:EPROM (Erasable Programmable ROM,可擦去可编程ROM) - 当然存储在ROM中的数据需要抹去或进行重新写入时,EPROM可以办到。使用紫外线照射此类型的ROM可以抹去其中的数据,它还允许将你需要的信息存储入此类ROM中。

  4:EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM,电可擦去可编程ROM) - 此类ROM现在常用于电脑系统的BIOS,它与EPROM非常相似,EEPROM中的信息也同样可以被抹去,也可以向其中写入新数据。就如其名字所示,对于此EEPROM我们可以使用电来对其进行擦写,而不需要紫外线,这对于主板的BIOS是非常有用的。基于上面所介绍的原理,主板制造商可以发布他们最新的BIOS,以供用户升级主板的BIOS,而升级的方法就是利用BIOS升级程序来对产生电信号以涮新BIOS中的信息。

  通过上面的分析介绍,非常明显并不是所有的ROM内存都是"Read Only,只读的",你可能会奇怪那为什么都称他们为只读的呢?其实这只是延用历史名称罢了;至于其中的非只读部份却带给了我们许多好外;例如常用于主板BIOS的EEPROM,正因为它是不是只读的,而是可擦写的,因此主板产商可以通过发布最新主板BIOS的升级程序,用户只需下载并运行这些程序就可能升级主板的BIOS,而不必拿着主板到产商那去升级BIOS,如果是那样的话,我想主板产商一定会忙死,而我们大陆的用户也惨透了(因为大部份著名主板产商都在台湾哟,如果升级岂不跑到台湾去,哈哈!)

三:RAM (Random Access Memory,随机存储内存)

  第二种基本类型就是RAM了,它不是永久性存储数据的,此类的内存就是我们常说的"内存";RAM可被看作是电脑中使用的临时存储区,它能暂时存储程序运行时需要使用的数据或信息等。电脑的RAM是我们最常使用的部件之一,也是数据保存期相当短的一个部件,因为只有当电脑不断电的情况下,ROM中的数据才能保存住;如果你关机,那保存在RAM中的数据将全部丢失。如果你或你的电脑系统需要数据的保存期长些,简单点就是将数据保存到硬盘中,这样不论你系统是否断电,都可以永久保存数据。

  当电脑系统装载一个程序时,它会先加载一部份数据到电脑的RAM中以供程序运行使用。在这里你可以按照你的意愿运行你的程序,而他不会改变电脑中任何永久性数据信息。这就如你在电脑中使用文字处理程序来编辑一份报告等,你知道为了能安全地保存你的报告,你必须save它,否则当电脑断电后,你所做的所有事都将会丢失。当你使用记事本等编辑你的报告时,在未将内容保存到硬盘中之前,所有的事都是存在电脑的RAM中的,这允许你自由地删减报告内容等;当报告存储到硬盘中后,在RAM中的信息就被转化成了永久性数据了。以后要再次使用这些数据,就可以读取硬盘中的这个文件,系统会将其内容重新加载到电脑RAM。

  目前广泛使用的RAM也有两种类型,它们适用于不同的用途。下面就分别介绍这两种RAM的工作原理及其用途。

  1:SRAM (Static RAM,静态随机存储器) - 此类静态RAM的运行速度非常快,也非常昂贵,其体积相对来说也比较大。今天我们常说的CPU内的一级、二级缓存就是使用了此SRAM。英特尔的Pentium III Coppermine CPU中结合有256KB的全速二级缓存,这实际上就是一种SRAM。非常不幸得就是 此种SRAM与其"伙伴"DRAM相比非常地昂贵,因此在CPU内只能使用少量的SRAM,以降低处理器的生产成本;不过由于SRAM的特点---高速度,因此对提高系统性能非常有帮助。处理器内的一级缓存,其运行频率与CPU的时钟同步;而二级缓存可以整合在CPU中,也可以位于如一些Slot-1 CPU的边上。

  当系统得到一个请求时,它首先查找处理器的一级缓存,看其中否有相像相似的信息,这速度几乎或者说就是与CPU的时钟同步的。如果信息就位于一级缓存中,那CPU将夺取此部份信息而不再去二级缓存或者系主内存单元中查找以节省处理时间。整合了小容量的外部一级或二级SRAM缓存将能CPU的性能得到进一步的提高。

  2:DRAM (Dynamic RAM,动态RAM) - 动态RAM算是我们非常熟悉的一种RAM类型了,我们常说的内存(即电脑系统主内存)就是使用了此种动态RAM。动态RAM比SRAM慢,但同时也比SRAM便宜得多,在容量上也可以做得更大;存储在DRAM中的数据必须不断进行涮新以保持数据的完整性,否则数据将会丢失。DRAM中的每个最小单元是由一个电容构成的,电脑通过读取其中的信息(1或0)来识别保存在其中的数据是否被改变,如果电容被改变(涮新),则从中读取出的值将为1,如果没有改变(涮新),则读出的值为0。由于电容值改变(涮新)得非常快,因此就需要不停地对其涮新以维护其中数据的完整性,这是使用特定的涮新电路来对DRAM中存储数据进行涮新工作的。

  DRAM的低价格及小体积特点,这使其能用于电脑系统的主内存。

四:DRAM - 物理特性

  当我们看电脑的说明书时,经常可以发现内存说明中写得是电脑内存价格,现在标准的配置应该是128MB,当然也有配置低点的电脑系统,他们的内存只有64MB或32MB。如果你现在在电脑市场想配一台电脑,以用它来完全日常的工作或娱乐,那我在此推荐的是128MB配置的(DRAM)。

  因为如果电脑的内存大得话,那系统可以在同时处理器多条请求,现在非常时髦得不就是讲究多任务嘛!在大内存的电脑系统中你可以同时做如:浏览网站,享受音乐,在线聊天,打印报告……等工作,而系统也不至于会由于内存容量问题而迟饨响应或停止响应。

  现在典型的RAM 芯片是168针的DIMM,即(Dual Inline Memory Module,双线内存模块)。

五:RAM - 工作原理

  每一个内存单元是由一个能短暂存储电荷的电容器构成的,这电荷表示内存单元所存储的信息代表什么含义,如果电容器所存储的电荷量超过一半,那就表示其值为1,如果其所存储的电荷量少于一半或者没有存储电荷,那表示此电容器的值为0。非常不幸得是内存单元(即电容器)失去电荷的速度非常快(也就是失去存储在其中的数据)。因此DRAM必须包括一个涮新电路,此电路能不断地检查每一个内存单元(即电容器),然后需要时就涮新其中的电荷,以使其值保持不变。

  对于SRAM,每个内存单元具有2-4晶体管,他们都含有一些值(0或1),并且不确定性地工作于开关(1)或关断(0)状态上,正因为每个SRAM单元中都包括有2-4个晶体管,这使其物理体积相对于DRAM来说大好多。

  当RAM处理信息时,它实际上处理得是就些位,一个位只有两种状态,即0或1。这些由许多位组成数字串就是所谓的二进制。RAM将这些位数据存储在由许多行及列组成的像栅格一样的东东里。这些行与列包含着数以万计的内存单元。

  当CPU(中央处理器)处理信息时,它可能需要将部份信息存储到RAM中以供稍后的时间里使用,如果需要完成这项动作,则处理器会发出一个"写"信号到CPU中,通过系统总线,到达RAM单元。这些RAM单元然后就按特殊地址编排将这些信息数据存储到那些"栅格"中。当CPU需要读取RAM中的数据,则他会向RAM发出请求信号,这些信号中包含地址信息,以确定数据在那些数以万计的栅格中的位置。

六:系统总线

  DRAM另一个非常重要的因素就是系统总线了。系统总线是在CPU与内存之间传递数据的通道。如果你的处理器工作于600MHz,那么在CPU内处理数据的频率就是600MHz,但是如果需要将数据从CPU传送到另的外设中(如硬盘等)时,那数据就必须经过系统总线了。由于受系统总线带宽的限制(目前来说系统总线的带宽一般来说都比CPU的时钟频率慢,目前电脑系统中系统总线普遍上为100MHz),因此当数据经过系统总线后,其速度就会被限制在系统总线所能处理的最大速度中。至于DRAM方面,如果DRAM能足够快以至于跟上系统总线的速度,那就不会拖系统的处理速度了,当然相对地,系统的性能也就得到了相对性地提高。

七:DRAM - 不同的类型

  RAM 除了上面介绍那两种基本类型外,在具体运行操作上还有许多不同的方法、特性,特性包括数据传输率,存取时间,潜伏期,质量及操作程序。这些特征上的不同就细分出了更多的内存类型,这包括SDRAM、DDR SDRAM和DRDRAM。下面将就介绍一下具体的细分后内存类型的特性。目前来说,SDRAM还是内存的主要类型,虽然新出有DRDRAM及DDR SDRAM,但在市场占用份额上他们还不足以于SDRAM相比,不过随着电脑技术的不断推出,对速度的要求也越来越高,因此可以相信采用后面两种类型内存必将会逐步增多。

  1:SDRAM,即Synchronous DRAM(同步动态随机存储器),这是目前使用程序最为广泛及普通的一种内存类型。就如其名字所示,它是同步的,也就是其工作速度与系统总线速度是同步的。你可能听过或看过如PC100、PC133等字样的产品,此处所示的100及133就是指系统总线频率,即PC100内存最适用系统总线为100MHz的电脑中,而PC133则最适用于系统总线为133MHz的电脑中。当前100MHz的系统总线还是标准,因此在市面上最为常见的还是PC100 SDRAM内存;不过近斯推出的电脑系统一般来说都转向了采用133MHz的系统总线,随着电脑速度越来越快,PC133必将占领PC100市场而为主流。

  SDRAM 单元之间的不同点在于其速度(PC100或PC133)、存取时间、CAS速度、及封装模式。内存被定为是PC100或PC133由其所工作的系统总线为100MHz或133MHz而产生的;理论上PC100内存具有800MBps的内存子系统带宽。如果内存是PC133型的,那么内存带宽将具有1.1GBps或1100MBps。

  内存单元的存取时间通常只有十亿分之一秒,这十亿分之一实际是一个内存单元在一个时钟周期所花的最小量时间。大部份的PC100内存存取时间为8ns,这在理论上允许操作125MHz的总线带宽。如果你的内存存取时间为10ns,那理论上它可运行于100MHz的总线下;不过这肯定是会有一定程序的错误偏差的,因此在制造PC100的内存在时其存取时间要求达到为8ns;这样使其支持总线为125MHz,扣去偏差部份后,实际支持总线频率大概就是100MHz。同样地对于PC133内存,在制造时要求其存取时间达到7.5ms,以配合133MHz的系统总线。就如你所猜想的,更小的内存存取时间就意味着有更快的速度。

  一个内存单元的CAS潜伏就是时间上的延迟,也就是指在一个时钟同期中从登记一个读命令到第一簇从RAM中突发输出数据之间的时间间隔;典型的CAS包括CAS2与CAS3,CAS2在读取信息到产生第一位信息结果需要两个时钟同期时间。更小的CAS,表示内存更快。

  至于SDRAM的封装模式,使用得是与上面介绍的DIMM配置一样的,这可为内存提供64位的数据联接。

  2:DDR SDRAM 或Double Data Rate SDRAM(双数据速度SDRAM),这是采用了最新的内存技术而推出的产品。相对于现在使用的SDRAM,理论上DDR 内存可提供双倍于SDRAM的速度,这样也将带来双倍的性能。与SDRAM一样,DDR也是与系统总线时钟同步的,不同点在于DDR在信号的上升沿与下降沿时都进行数据处理与传输,而SDRAM只在信号的上升沿对读取数据,因此DDR的速度是SDRAM的双倍。因此133MHz的DDR内存其性能就相当于266MHz的SDRAM内存。

  按我们上面所讨论的,一个PC133内存可提供1.1GBps的内存带宽;基于上面所说的原因,因此对于同样频率的DDR内存就具有2.2GBps的内存子系统带宽了。这对于系统性能来说可算是有一个不小的飞跃哟!同时,如果使用200MHz的DDR内存则他提供的内存子系统带宽将可达到3.2GBps。

  与SDRAM相似,DDR内存也是使用DIMM模块,就如我们上面所述的,DIMM设计能为RAM提供64位的数据连接。但有一点非常重要,也非常令人遗憾得就是DDR SDRAM与现在广泛使用的SDRAM内存控制器不相兼容。正是基于这个原因,主板及芯片组制造商不得不重新生产DDR SDRAM的兼容产品,这带来的成本是可想而知的!

  预计在2000年的第三季度时,电脑系统的主内存将会转向DDR SDRAM上来,现在我们已经看到在显卡中使用的作为显存的芯片正逐渐转向使用DDR SDRAM,例如NVIDIA的Geforce 256显卡芯片。将来的显卡将有可能分成两大派系,一个派别使用得是DDR SDRAM,此类显卡可提供非常高的性能,但同时价格也是比较昂贵的。

  3:DRDRAM 或Direct Rambus DRAM,这是Intel为配合Intel 820芯片组而主推的一种内存类型,现在看来可以算是一种失败的内存了。其失败的原因我们可以归结为是:造价太高。虽然此种内存所带来的性能能超过SDRAM一些,但由于其造价实在太过于昂贵了,以使得电脑的成本大幅上升。可算是得不偿失,所以现在普遍认为Rambus DRAM内存是一款失败的产品。

  一般地讲,DRDRAM的价格是SDRAM价格的2-3倍,因为RAM产商为了制造DRDRAM内存需要重新建立他们的生产线,而这些新设备及发展新计划是需要花费许多钱的,而这部份资金需要包含在DRDRAM的生产成本中,这就使得Rambus DRAM的成本急剧上升。同时现在支持此Rambus DRAM内存的芯片组产商与CPU产商还比较有限,到目前为止支持此Rambus DRAM内存的主要系统也只有英特尔的i820及i840主板芯片组,同时非常不幸的事,由于技术上的错误使得i820芯片组一推再推。虽然如此,一些主要的电脑产商如DELL也已经采用了最新的Intel芯片及DRDRAM。不过我们可以看出这毕竟不是市场的主流。

  上面介绍了关于DRDRAM内存的负面影响,但他也有其好的方面,首先DDR相对于SDRAM来说在设计上算是有革命性的飞跃,此 Rambus 频道实际上采用的是高速的16位总线,而此总线的最速度就是400MHz。与DDR SDRAM的工作原理相似,DRDRAM也是在信号的上升沿与下降沿同时进行数据处理与传输的,因此在理论上400MHz的总线速度相当于800MHz的工作速率。

  上面的我们说得SDRAM使用得是16位的高速数据连接,而上面我们介绍的SDRAM使用得是64位的数据连接,难道Rambus DRAM想使用更小的内存子系统带宽吗?这其中的原因在于更小的内存带宽能得到更高的速度,为了能达到上面所示的最小速度为400MHz,因此Rambus DRAM使用16位的高速数据连接。这也使得Rambus在理论上能达到1.6GBps的最高带宽。

  按上面所述的,可以猜想DRDRAM不是使用标准的DIMM内存模块,取代之得是一种称为Rabmus Inline Memory Module的模块或RIMM,此RIMM设计在大小及外形等都与DIMM非常想像。

八:综上所述

  上面我们已经将目前几乎所有内存类型的工作原理及其用途都介绍一遍,我想通过上文相信大家对电脑内存有了更深层次的了解


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