高手进阶——终极内存技术指南

《高手进阶——终极内存技术指南》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高手进阶——终极内存技术指南（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、高手进阶，终极内存技术指南高手进阶，终极内存技术指南完整完整/进阶版进阶版 一序：不得不说的话一序：不得不说的话 作为电脑中必不可少的三大件之一（其余的两个是主板与 CPU），内存是决定系统性能的关键设备之 一，它就像一个临时的仓库，负责数据的中转、暂存 不过，虽然内存对系统性能的至关重要，但长期以来，DIYer 并不重视内存，只是将它看作是一种买 主板和 CPU 时顺带买的“附件”，那时最多也就注意一下内存的速度。这种现象截止于 1998 年 440BX 主板 上市后，PC66/100 的内存标准开始进入普通 DIYer 的视野，因为这与选购有着直接的联系。一时间，有关 内存时序参数的介绍文

2、章大量出现（其中最为著名的恐怕就是 CL 参数）。自那以后，DIYer 才发现，原来 内存也有这么多的学问。接下来，始于 2000 年底/2001 年初的 VIA 芯片组 4 路交错（4-Way Interleave） 内存控制和部分芯片组有关内存容量限制的研究，则是深入了解内存的一个新开端。本刊在 2001 年第 2 期上也进行了 VIA 内存交错控制与内存与模组结构的详细介绍， 并最终率先正确地解释了这一类型交错 （内 存交错有多种类型）的原理与容量限制的原因。从那时起，很多关于内存方面的深入性文章接踵而至，如 果说那时因此而掀起了一股内存热并不夸张。大量的内存文章让更多的用户了解了内存，

3、以及更深一层的 知识，这对于 DIY 当然是一件好事情。然而，令人遗憾的是这些所谓的内存高深技术文章有不少都是错的 （包括后来的 DDR 与 RDRAM 内存的介绍），有的甚至是很低级的错误。在这近两年的时间里，国内媒体 上优秀的内存技术文章可谓是寥若晨星，有些媒体还编译国外 DIY 网站的大篇内存文章，但可惜的是，外 国网站也不见得都是对的（这一点，国内很多作者与媒体似乎都忽视了）。就这样，虽然打开了一个新的 知识领域，可“普及”的效果并不那么好，很多媒体的铁杆读者高兴地被带入内存深层世界，但也因此被引 向了新的误区。 不过，从这期间（2001 年初至今）各媒体读者对这类文章的反映来看，喜欢

4、内存技术的玩家大有人在 且越来越多，这是各媒体“培养”的成果。这些用户已经不满足如何正确的使用内存，他们更渴望深入的了 解这方面原来非常贫乏的知识，这些知识可能暂时不会对他们在使用内存过程中有什么帮助，但会大大满 足他们的求知欲。在 2001 年初，我们揭开 VIA 芯片组 4 路交错内存控制和部分芯片组有关内存容量限制 之迷时，还是主要围绕着内存使用的相关话题来展开，而且在这期间有关内存技术的话题，电脑高手 也都是一笔带过。但在今天，在很多人希望了解内存技术而众多媒体的文章又“力不从心”时，我们觉得有 必要再次站出来以正视听，也就是说，我们这次的专题不再以内存使用为中心，更多的是纯技术性介绍

5、， 并对目前现存的主要内存技术误区进行重点纠正。 在最后要强调的是，本专题以技术为主，由于篇幅的原因，不可能从太浅的方面入手，所以仍需要有 一定的技术基础作保证，而对内存感兴趣的读者则绝不容错过，这也许是您最好的纠正错误认识的机会！ 在本专题里，当讲完内存的基本操作之后，我们会给大家讲一个仓库的故事，从中相信您会更了解内 存这个仓库是怎么工作的，希望您能喜欢。 二二SDRAM 内存模组的物理内存模组的物理 Bank 与芯片位宽与芯片位宽 虽然有关内存结构与时序的基础概念，在本刊 2001 年第 2 期的专题中就已有阐述，但在这里为了保 证专题的可读性，我们需要再次加强这方面的系统认识。正确并深

6、刻理解内存的基础概念，是阅读本专题 的第一条件。因为即使是 RDRAM，在很多方面也是与 SDRAM 相似的，而至于 DDR 与 DDR-、QBM 等 形式的内存更是与 SDRAM 有着紧密的联系。 三三SDRAM 内存模组与基本结构内存模组与基本结构 我们平时看到的 SDRAM 都是以模组形式出现，为什么要做成这种形式呢？这首先要接触到两个概念： 物理 Bank 与芯片位宽。 PC133 时代的 168pin SDRAM DIMM 1、 物理物理 Bank 传统内存系统为了保证 CPU 的正常工作，必须一次传输完 CPU 在一个传输周期内所需要的数据。而 CPU 在一个传输周期能接受的数据容

7、量就是 CPU 数据总线的位宽，单位是 bit（位）。当时控制内存与 CPU 之间数据交换的北桥芯片也因此将内存总线的数据位宽等同于 CPU 数据总线的位宽，而这个位宽就称之为 物理 Bank（Physical Bank，下文简称 P-Bank）的位宽。所以，那时的内存必须要组织成 P-Bank 来与 CPU 打交道。 资格稍老的玩家应该还记得 Pentium 刚上市时， 需要两条 72pin 的 SIMM 才能启动， 因为一条 72pin -SIMM 只能提供 32bit 的位宽，不能满足 Pentium 的 64bit 数据总线的需要。直到 168pin-SDRAM DIMM 上 市后，才

8、可以使用一条内存开机。下面将通过芯片位宽的讲述来进一步解释 P-Bank 的概念。 不过要强调一点， P-Bank 是 SDRAM 及以前传统内存家族的特有概念， 在RDRAM 中将以通道 （Channel） 取代，而对于像 Intel E7500 那样的并发式多通道 DDR 系统，传统的 P-Bank 概念也不适用。 2、 芯片位宽芯片位宽 上文已经讲到SDRAM内存系统必须要组成一个P-Bank的位宽， 才能使CPU正常工作， 那么这个P-Bank 位宽怎么得到呢？这就涉及到了内存芯片的结构。 每个内存芯片也有自己的位宽，即每个传输周期能提供的数据量。理论上，完全可以做出一个位宽为 64b

9、it 的芯片来满足 P-Bank 的需要，但这对技术的要求很高，在成本和实用性方面也都处于劣势。所以芯 片的位宽一般都较小。台式机市场所用的 SDRAM 芯片位宽最高也就是 16bit，常见的则是 8bit。这样，为 了组成 P-Bank 所需的位宽，就需要多颗芯片并联工作。对于 16bit 芯片，需要 4 颗（416bit=64bit）。 对于 8bit 芯片，则就需要 8 颗了。 以上就是芯片位宽、芯片数量与 P-Bank 的关系。P-Bank 其实就是一组内存芯片的集合，这个集合的 容量不限，但这个集合的总位宽必须与 CPU 数据位宽相符。随着计算机应用的发展，一个系统只有一个 P-Ba

10、nk 已经不能满足容量的需要。所以，芯片组开始可以支持多个 P-Bank，一次选择一个 P-Bank 工作， 这就有了芯片组支持多少（物理）Bank 的说法。而在 Intel 的定义中，则称 P-Bank 为行（Row），比如 845G 芯片组支持 4 个行， 也就是说它支持 4 个 P-Bank。 另外， 在一些文档中， 也把 P-Bank 称为 Rank （列） 。 回到开头的话题，DIMM 是 SDRAM 集合形式的最终体现，每个 DIMM 至少包含一个 P-Bank 的芯片集 合。在目前的 DIMM 标准中，每个模组最多可以包含两个 P-Bank 的内存芯片集合，虽然理论上完全可以 在

11、一个 DIMM 上支持多个 P-Bank，比如 SDRAM DIMM 就有 4 个芯片选择信号（Chip Select，简称片选或 CS），理论上可以控制 4 个 P-Bank 的芯片集合。只是由于某种原因而没有这么去做。比如设计难度、制 造成本、 芯片组的配合等。 至于 DIMM 的面数与 P-Bank 数量的关系， 在 2001 年 2 月的专题中已经明确了， 面数P-Bank 数，只有在知道芯片位宽的情况下，才能确定 P-Bank 的数量，大度 256MB 内存就是明显一 例，而这种情况在 Registered 模组中非常普遍。有关内存模组的设计，将在后面的相关章节中继续探讨。 四四 S

12、DRAM 的逻辑的逻辑 Bank 与芯片容量表示方法与芯片容量表示方法 1、逻辑、逻辑 Bank 与芯片位宽与芯片位宽 讲完 SDRAM 的外在形式，就该深入了解 SDRAM 的内部结构了。这里主要的概念就是逻辑 Bank。简 单地说，SDRAM 的内部是一个存储阵列。因为如果是管道式存储（就如排队买票），就很难做到随机访问 了。 阵列就如同表格一样，将数据“填”进去，你可以把它想象成一张表格。和表格的检索原理一样，先指 定一个行（Row），再指定一个列（Column），我们就可以准确地找到所需要的单元格，这就是内存芯片 寻址的基本原理。对于内存，这个单元格可称为存储单元,那么这个表格（存储阵

13、列）叫什么呢？它就是逻 辑 Bank（Logical Bank，下文简称 L-Bank）。 L-Bank 存储阵列示意图 由于技术、成本等原因，不可能只做一个全容量的 L-Bank，而且最重要的是，由于 SDRAM 的工作原 理限制，单一的 L-Bank 将会造成非常严重的寻址冲突，大幅降低内存效率（在后文中将详细讲述）。所以 人们在 SDRAM 内部分割成多个 L-Bank，较早以前是两个，目前基本都是 4 个，这也是 SDRAM 规范中的 最高 L-Bank 数量。到了 RDRAM 则最多达到了 32 个，在最新 DDR-的标准中，L-Bank 的数量也提高到 了 8 个。 这样，在进行寻

14、址时就要先确定是哪个 L-Bank，然后再在这个选定的 L-Bank 中选择相应的行与列进 行寻址。可见对内存的访问，一次只能是一个 L-Bank 工作，而每次与北桥交换的数据就是 L-Bank 存储阵 列中一个“存储单元”的容量。在某些厂商的表述中，将 L-Bank 中的存储单元称为 Word（此处代表位的集 合而不是字节的集合）。 从前文可知，SDRAM 内存芯片一次传输率的数据量就是芯片位宽，那么这个存储单元的容量就是芯片 的位宽（也是 L-Bank 的位宽），但要注意，这种关系也仅对 SDRAM 有效，原因将在下文中说明。 2、内存芯片的容量、内存芯片的容量 现在我们应该清楚内存芯片的

15、基本组织结构了。那么内存的容量怎么计算呢？显然，内存芯片的容量 就是所有 L-Bank 中的存储单元的容量总合。计算有多少个存储单元和计算表格中的单元数量的方法一样： 存储单元数量存储单元数量=行数行数列数（得到一个列数（得到一个 L-Bank 的存储单元数量）的存储单元数量）L-Bank 的数量的数量 在很多内存产品介绍文档中， 都会用MW的方式来表示芯片的容量 （或者说是芯片的规格/组织结构） 。 M 是该芯片中存储单元的总数，单位是兆（英文简写 M，精确值是 1048576，而不是 1000000），W 代表 每个存储单元的容量，也就是 SDRAM 芯片的位宽（Width），单位是 bi

16、t。计算出来的芯片容量也是以 bit 为单位，但用户可以采用除以 8 的方法换算为字节（Byte）。比如 8M8，这是一个 8bit 位宽芯片，有 8M 个存储单元，总容量是 64Mbit（8MB）。 不过，MW 是最简单的表示方法。下图则是某公司对自己内存芯片的容量表示方法，这可以说是最 正规的形式之一。 业界正规的内存芯片容量表示方法 我们可以计算一下，结果可以发现这三个规格的容量都是 128Mbits，只是由于位宽的变化引起了存储 单元的数量变化。从这个例子就也可以看出，在相同的总容量下，位宽可以采用多种不同的设计。 3、与芯片位宽相关的、与芯片位宽相关的 DIMM 设计设计 为什么在相同的总容量下，位宽会有多种不同的设计呢？这主要是为了满足不同领域的需要。现在大 家已经知道 P-Bank 的位宽是固定的，也就是说当芯片位宽确定下来后，一个 P-Bank 中芯片的个数也就自 然确定了，而前文讲过 P-Bank 对芯片集合的位宽有要求，对芯片集合的容量则没有任何限制。高位宽的芯 片可以让 DIMM 的设计简单一些（因为所用的芯片少）