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1、第1章 CPU、内存储器和主板 1.2 内存储器,存储器（Memory或Storage）是用来存储程序和数据的部件，分为内部存储器（也称主存储器）、外部存储器（也称辅助存储器）两种。内存储器（Internal Memory）简称内存或主存。通过键盘输入的命令，要处理的信息和数据，都必须先存入内存，才能由CPU取出予以执行，加以处理或进行运算，因此可以说所有的程序都在内存中运行。内存作为影响电脑性能发挥的最主要配件之一，其性能直接关系着能否充分发挥电脑数据高速处理能力，以及电脑运行的稳定性和可靠性。,1.2.1 内存的分类,内存芯片内存按存储信息的功能可分为随机存储器RAM（Random Acc
2、ess Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）。RAM就是我们平常所说的内存，主要用来存放各种现场的输入、输出数据，中间计算结果，以及与外部存储器交换信息和做堆栈用。它的存储单元根据需要可以读出，也可以写入或修改。RAM只能暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的数据就会丢失。RAM芯片根据工作方式的不同分为DRAM和SRAM两大类。DRAM（Dynamic RAM）称为动态存储器，不能维持信息的保存，所以必须不断地用电荷来刷新，使存储的信息不致丢失。一旦关闭电源或发生断电，其中的数据就会丢失。SRAM（Static RAM）称为静态存储器，静态存储器存
3、储的信息能够保持，直到再次充电才改变，因此不需要刷新，而且速度非常快。DRAM比SRAM集成度高、功耗低，从而成本也低，适于做大容量存储器。所以主内存通常采用DRAM，而高速缓冲存储器（Cache）则使用SRAM。,1.2.1 内存的分类,内存条内存主要分为SIMM（Single In-line Memory Modules， 单列直插式存储器模块）、DIMM（Dual Inline Memory Modules，双重在线存储器模块）两种类型。SIMM和DIMM是把一些存储器芯片焊在一小条印刷电路板上做成的条状存储器，通常称为“内存条”。SIMM分为30线（30-Pin）和72线（72-Pin
4、）两种规格。30线内存条有256KB、512KB、1MB几种容量，主要用于286、386和早期486微机上；72线内存条容量有4MB、8MB、16MB、32MB几种，主要用于486和早期586微机上。这两种内存条现均被淘汰。DIMM为168线内存条，是目前的主流内存条，容量有16MB、32MB、64MB、128 MB等。,1.2.1 内存的分类,FPM DRAM、EDO DRAM和SDRAM按工作方式，内存条分为FPM DRAM（Fast Page Mode DRAM，快页模式）内存（也称为普通内存）、EDO（Extended Data Output，扩展数据输出）内存和SDRAM（Synch
5、ronous DRAM，同步DRAM）内存。EDO内存采用了FPM模式，同时还在RAM 的输出端增加了一组“门槛”电路（也叫二级内存单元），它可以存储着数据并保持到CPU读取。SDRAM称为同步内存，它的基本原理是将CPU和RAM 通过一个相同的时钟锁在一起，使得RAM和CPU能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作，这样可以彻底解决高性能CPU和RAM速度不匹配的问题。ECC是错误检测和校正（Error Checking and Correcting）的缩写。当内存的读写速度提高到一定程度时，难免会出现读写错误，为解决这一问题，就需要为内存条加上校验功能。SDRAM也称为DDR（Doubl
6、e Data Rate，双倍数据速率），是SDRAM 的换代产品，DDR的核心建立在SDRAM的基础上，但在速度和容量上有了提高。它使用了更多、更先进的同步电路，其速度是标准SDRAM的两倍。,1.2.1 内存的分类,ROM与BIOSROM（Read-Only Memory， 只读存储器）只能读出其中的数据而用一般方法不能写入，而且断电后保存的数据不会丢失，因此用来保存计算机经常使用且固定不变的程序和数据。ROM分为两类：可擦写型（EPROM、EEPROM）和固化型（PROM）。PROM（可编程只读存储器）是工厂在生产时就将数据写好了，用户无法修改。EPROM （可擦可编程只读存储器）、EEP
7、ROM（电可擦可编程只读存储器）用户可以将其中旧的数据用紫外线或电擦除后再写入新的数据，EPROM在PC板卡中使用较多，这类ROM的特征就是芯片的上面总贴有一张不干胶封签，以封住一个用来透射紫外线的小孔，从而防止已经写入的数据丢失。,EPROM芯片,1.2.1 内存的分类,ROM中保存的最重要的程序是BIOS（Basic Input Output System，基本输入输出系统）程序。ROM中的BIOS是对微机各种输入输出设备进行管理和配置的程序。BIOS 对主板的影响很大，好的BIOS可以充分发挥主板上各部件的能力，提高效率。接通电源后，BIOS将运行POST（Power On System
8、 Test），进行其所有内部设备的自检，测试完成后，系统将从A盘或C盘寻找操作系统，并将其装入RAM。当第一次启动计算机或计算机系统的配置发生改变时，可运行驻留在BIOS中的SETUP程序来设置系统，告诉SETUP程序系统中主要硬件设备的参数。,BIOS芯片,1.2.1 内存的分类,CMOSCMOS是互补式金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semi Conductor）的缩写，是一种功耗极小的大规模集成电路。CMOS用于存放系统当前日期和时间、硬件参数、硬件开关设置状态及系统密码等。CMOS作为存储器属于RAM，因而可以改写。早期的CMOS一般集成在芯片中（
9、如82C206等），为保证CMOS的内容不丢失，主板上有一个3V钮扣电池为它供电，以后的主板通常将CMOS与系统实时时钟和后备电池集成到一块芯片中（如DALLAS DS1287等）。 有些主板则把CMOS集成在芯片组中（如VIA Apollo系列芯片组）。当用户微机设置好之后，就不必再使用SETUP程序了，除非记录在CMOS RAM 中的参数丢失或硬件有所改变。,内建时钟和电池的CMOS芯片,1.2.1 内存的分类,CacheCache是Cache Memory（高速缓冲存储器，简称高速缓存）的简写。Cache有内部Cache和外部Cache两种，内部和外部是对CPU而言的，如486DX、Pe
10、ntium等芯片均含有内部Cache。内部Cache也称一级（Level1，简写为L1）Cache，一般容量较小，但较为灵活方便。外部Cache也称二级（Level2，简写为L2）Cache，容量比内部Cache要大得多。由于从Pentium 开始，L2 Cache也集成到CPU内部，现在一般不再按内部和外部来区分Cache。二级Cache是由静态存储器SRAM芯片组成，由于SRAM的制造成本较高，因此微机中只能用少量的Cache来增加系统性能，Cache的容量越大，综合性能越高。目前的微机系统通常都配有256KB或512KB的二级Cache。图1.18中为主板上的256KB二级Cache。C
11、ache有Synchronous（同步）Cache、Pipeline Burst（流水线突发） Cache、Asynchronous（异步） Cache三种，前两者要比后者速度快。,主板上的Cache芯片（256KB）,1.2.2 内存的性能指标,存储容量存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量。目前内存容量通常是128MB或256MB，外存的容量在千兆（GB）以上。存取周期存储器的两个基本操作为读出与写入，是指将数据在存储单元与存储寄存器（MDR）之间进行读写。存储器从接收读出命令到被读出信息稳定在MDR的输出端为止的时间间隔，称为取数时间TA；两次独立的存取操作之间所需的最短时间称为存储周
12、期TMC，习惯上将其称为读写速度，以ns（纳秒）表示。存储器的速度指标通常以某种形式印在芯片上，一般是在芯片型号的后面标注。如-60、-70、-10、-7等，-60和-70代表其存取速度为60ns、70ns，-10和-7分别代表10ns、7ns。可靠性存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF来衡量，MTBF可以理解为两次故障之间的平均时间间隔。MTBF越长，表示可靠性越高，即保持正确工作能力越强。,1.2.3 内存的发展,30线的SIMM时代最初的内存芯片是直接焊接在主板上的。我们所熟悉的内存条是从286、386主板开始出现的30线、256KB内存条，而且必须由24条组成一个Bank才能正常工
13、作。,30线内存条,1.2.3 内存的发展,72线的SIMM FPM/EDO时代486时代是72线SIMM FPM内存条的天下，在Pentium时代早期出现72线SIMM EDO内存条。无论FPM还是EDO，72线的SIMM都是32位，在Pentium主板上使用要两条组成一个Bank才能正常工作。,72线EDO内存条,1.2.3 内存的发展,168线的DIMM时代SDRAM最先出现支持168线EDOSDRAM DIMM内存的是Intel的VX芯片组主板，随即Intel又发布了性能价格比更好的TX芯片组主板，同时配备4个72线和2个（或3个）168线内存插槽。PC100PC100内存规范由Int
14、el推出，内存芯片速度为8ns或10ns。带有SPD、专为系统总线频率为100MHz下使用的SDRAM称为PC100 SDRAM内存条。PC133VIA（威盛）公司和LG、IBM、NEC、西门子、富士通等芯片制造厂商一起， 共同制订了PC133内存规范，将内存芯片速度提高为7.5ns，满足了AGP4传输率的需要。,PC100 SDRAM内存条,1.2.3 内存的发展,当代的内存目前主流内存主要有三类：SDRAM、DDR和RDRAM，这三种内存的架构各不兼容。SDRAM台式机使用的SDRAM一般为168线引脚接口，64位数据通道，工作电压为3.3V，目前最快的内存模块为5.5ns。由于其标准是采
15、用将内存与CPU进行同步频率刷新的工作方式，基本上消除了CPU等待时间，提高了系统整体性能。,PC166 SDRAM内存条,1.2.3 内存的发展,KINGMAX PC-150内存,KINGMAX PC-133内存,1.2.3 内存的发展,当代的内存DDR SDRAMDDR SDRAM是在SDRAM的基础上，采用DLL（Delay-Locked Loop，延时锁定环）技术提供数据选通信号，对数据进行精确定位，在时钟脉冲的上升沿和下降沿同时传输数据，因此命名为DDR SDRAM。在相同的总线频率下，与SDRAM相比，DDR内存具有更高的数据带宽，即使在133MHz的总线频率下，带宽也能达到2.1GB/s，是PC133规格的两倍。不过DDR内存为保持较高的数据传输率，电气信号要求能迅速改变，因此采用了2.5V的SSTL2标准，其引脚数为184线，与SDRAM无法实现兼容。,PC2700DDR内存条,1.2.3 内存的发展,KINGMAX DDR- 266内存,KINGMAX DDR- 400内存,1.2.3 内存的发展,当代的内存RDRAMRDRAM（Rambus DRAM）原本是Intel强力推广的未来内存发展方向，其技术引入了RISC（精简指令集），依靠高时钟频率（目前有300MHz、350MHz和400MHz 三种规格）来简化每个时钟周期的数据量。,RDRAM内存,
