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1、计算机维修技术计算机维修技术 第第3版版教学课件教学课件 易建勋易建勋 编著编著清华大学出版社清华大学出版社2013年年8月月本课件随教材免费赠送免费赠送给读者，读者可自由播放、复制、分发本课件，也可对课件内容进行修改。课件中部分图片来自因特网公开的技术资料，这些图片的版版权属于原作者权属于原作者。感谢在因特网上提供技术资料的企业和个人。本课件不得用于任何商业用途本课件不得用于任何商业用途。课件版权属于作者和清华大学出版社，其他任何单位和个人都不得对本课件进行销售或修改后销售。作者：易建勋2013年8月 作者声明作者声明第第5章章 内存系统结构与故障维修内存系统结构与故障维修5.1 存储器类型
2、与组成5.1.1 存储器的基本类型5.1.2 内存条的组成形式5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理5.1.4 内存芯片阵列结构5.1.5 内存的读写与刷新内存的读写与刷新5.2 内存条的基本结构5.2.1 内存条的容量内存条的容量5.2.2 Unb-DIMM内存条基本结构内存条基本结构5.2.3 SO-DIMM内存条基本结构5.2.4 Reg-DIMM内存条基本结构5.3 内存主要技术性能5.3.1 内存条接口形式与信号5.3.2 内存主要技术参数内存主要技术参数5.3.3 DDR3内存设计技术5.3.4 双通道内存技术5.4 内存故障分析与处理5.4.1 内存数据出错校验5.4.2
3、内存条信号测试点5.4.3 内存常见故障分析5.4.4 内存故障维修案例5.1 存储器存储器类型与组成类型与组成5.1.1 存储器存储器的基本类型的基本类型1存储器的分类 DRAM：DRR3/DRR3/DDR4 内存 SRAM：CPU内部CacheCache存储器 半导体：闪存（SSD/U U盘）盘） 外存 磁介质：HDDHDD 光介质：CD-RAM/DVDDVD/BD主讲：易建勋第6页 共70页5.1.1 存储器存储器的基本类型的基本类型2存储器的材料内存内存内存内存材料：材料：半导体芯片半导体芯片；内存内存类型：类型：DRAM，SRAM；内存特性：内存特性：可以可以进行随机读写进行随机读写
4、操作操作；断电后会断电后会丢失其中的数据。丢失其中的数据。外存外存性能要求：性能要求：容量大，价格便宜，断电后容量大，价格便宜，断电后数据数据不丢失。不丢失。内存类型：内存类型：半导体半导体：电子硬盘，电子硬盘，U盘盘，存储，存储卡卡等等；磁介质磁介质：硬盘；硬盘；光介质光介质：CD-ROM，DVD-ROM，BD-ROM等等。【补充补充】存储器的层次结构存储器的层次结构5.1.1 存储器存储器的基本类型的基本类型【补充】常用存储器性能比较 存储器类型存储器类型读写速度读写速度存取密度存取密度可靠性可靠性读写次数读写次数存储成本存储成本存储材料存储材料DRAM4A4A5A无限无限40元元/GB半
5、导体半导体SRAM5A2A5A无限无限400元元/GB半导体半导体Flash Memory3A4A5A10万次万次15元元/GB半导体半导体HDD3A5A4A无限无限0.25元元/GB磁介质磁介质CD-ROM1A1A3A无限无限2.0元元/GB光盘光盘DVD-ROM1A2A3A无限无限1.5元元/GB光盘光盘BD-ROM1A4A3A无限无限0.5元元/GB光盘光盘注：1A=最慢/最低/最差；5A=最快/最高/最好5.1.1 存储器存储器的基本类型的基本类型3JEDEC内存技术标准内存技术标准由内存技术标准由JEDEC（联合电子设备工程委员会）（联合电子设备工程委员会）制定。制定。JEDEC内存
6、技术标准内存技术标准（1）电气参数电气参数：内存芯片的时钟长度、发送、载入、终止等信号的电气参数；内存芯片的时钟长度、发送、载入、终止等信号的电气参数；内存芯片的类型、工作频率、传输带宽等。内存芯片的类型、工作频率、传输带宽等。（2）机械参数机械参数：线路最大和最小长度；线路宽度和线路之间的间距；印制电线路最大和最小长度；线路宽度和线路之间的间距；印制电路板的层数路板的层数等等。（3）电磁兼容电磁兼容：对内存抑制电磁干扰提出了要求。对内存抑制电磁干扰提出了要求。5.1.1 存储器存储器的基本类型的基本类型4内存技术的市场发展内存以内存以DRAM芯片应用最为芯片应用最为广泛广泛。5.1.1 存储
7、器存储器的基本类型的基本类型内存的发展过程内存的发展过程5.1.1 存储器存储器的基本类型的基本类型内存的发展过程内存的发展过程5.1.2 内存条的组成形式内存条的组成形式1内存条的组成形式内存条内存条组成：组成：DRAM（动态随机存储器动态随机存储器）芯片）芯片；SPD（内存序列检测）芯片（内存序列检测）芯片；PCB（印制电路板）（印制电路板）；贴片电阻、贴片电容、金手指贴片电阻、贴片电容、金手指、散热片等。散热片等。内存条的区别内存条的区别不同技术标准的内存条，它们在外观上并没有太大区别，不同技术标准的内存条，它们在外观上并没有太大区别，但是它们的工作电压不同，引脚数量不同，定位卡口位但是
8、它们的工作电压不同，引脚数量不同，定位卡口位置不同，互相不能兼容。置不同，互相不能兼容。5.1.2 内存条的组成形式内存条的组成形式内存条组成形式内存条组成形式定位卡口定位卡口金手指金手指PCB内存芯片内存芯片电阻电容电阻电容SPD5.1.2 内存条的组成形式内存条的组成形式【补充补充】安装在主板上的安装在主板上的内存条内存条5.1.2 内存条的组成形式内存条的组成形式【补充补充】内存条金手指内存条金手指金手指镀金厚度为：金手指镀金厚度为：0.4m0.4m1.3m1.3m；据测试，据测试，0.4m的镀金厚度可插拔的镀金厚度可插拔200次；次；1.3m的镀层可插拔的镀层可插拔2000次左右。次左
9、右。 金手指5.1.2 内存条的组成形式内存条的组成形式【补充补充】内存条内存条安装方式安装方式拉开固定卡拉开固定卡对准卡口对准卡口插入插入内存条内存条5.1.2 内存条的组成形式内存条的组成形式2SPD芯片的基本功能SPD芯片结构芯片结构采用采用8引脚引脚EEPROM芯片芯片，TSOP封装封装，容量容量256字节字节，工作频率工作频率100kHz，型号多为，型号多为：24LC01B、24C02A、24WC02J等。等。SPD记录内容记录内容内存条类型，工作频率，芯片容量，工作电压，操作时内存条类型，工作频率，芯片容量，工作电压，操作时序（如序（如CL、tRCD、tRP、tRAS等）等），等，
10、等其他参数。其他参数。SPD主要功能主要功能协助内存控制器调整内存参数，协助内存控制器调整内存参数，使内存达到最佳使内存达到最佳性能性能。开机时开机时，BIOS读取读取SPD中中的的内存参数，内存参数，内存控制器内存控制器根根据据SPD参数自动配置相应的内存时序。参数自动配置相应的内存时序。用户也可以手工调整部分内存控制参数。用户也可以手工调整部分内存控制参数。5.1.2 内存条的组成形式内存条的组成形式【补充补充】内存时钟频率获取内存时钟频率获取5.1.2 内存条的组成形式内存条的组成形式【补充补充】内存内存工作频率和电压的变化工作频率和电压的变化5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理
11、1内存条基本结构内存条基本结构内存条上一般有内存条上一般有4/8/16个内存芯片个内存芯片；每个内存芯片内部有每个内存芯片内部有2/4/8/16个逻辑存储阵列组个逻辑存储阵列组（Bank）；每个逻辑存储阵列组有几千万个存储单元（每个逻辑存储阵列组有几千万个存储单元（Cell）；这些存储单元的组合体称为这些存储单元的组合体称为“存储阵列存储阵列”。5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理内存条内存条基本基本结构结构5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理2DRAM存储单元（Cell）工作原理（1）DRAM存储单元电路结构。存储单元电路结构。1 1个个个个存储单元由存储单元由存储单元由存储
12、单元由1 1个晶体管和个晶体管和个晶体管和个晶体管和1 1个电容组成个电容组成个电容组成个电容组成。优点：优点：电路结构简单，集成度高，容量大电路结构简单，集成度高，容量大；缺点缺点：速度慢。速度慢。5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理（2）存储单元的）存储单元的充电与放电充电与放电。晶体管晶体管M控制数据输入线控制数据输入线D到存储电容到存储电容C之间的电流通之间的电流通断断；当晶体管当晶体管接通接通（ON）时，数据线到存储电容之间是连）时，数据线到存储电容之间是连通的通的；当晶体管断开（当晶体管断开（OFF）时，数据线到存储电容之间不能）时，数据线到存储电容之间不能连通。连通。可见
13、晶体管可见晶体管M控制着电容控制着电容C的充电和放电。的充电和放电。晶体管接通状态晶体管接通状态(ON)晶体管断开状态晶体管断开状态(OFF)5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理（3）电容的功能）电容的功能电容电容C的功能是保存数据的功能是保存数据。电容中有电荷时，存储器为逻辑电容中有电荷时，存储器为逻辑“1”；电容中没有电荷时，存储器为逻辑电容中没有电荷时，存储器为逻辑“0”。（4）数据读写）数据读写当当WL=1时，时，晶体管晶体管M处于处于接通接通（ON）状态，允许在）状态，允许在数据线数据线D进行进行读或写操作读或写操作。读是一种放电操作；读是一种放电操作；读是一种放电操作；读是
14、一种放电操作；写是一种充电操作写是一种充电操作写是一种充电操作写是一种充电操作。（5）数据保持）数据保持当当WL=0时，时，晶体管晶体管M处于断开（处于断开（OFF）状态，数据线）状态，数据线D不不允许允许写入或读出，写入或读出，存储单元存储单元保持原来状态保持原来状态。5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理（6）存储单元的刷新）存储单元的刷新存储单元中存储单元中，电容电容C失去电荷的速度非常快失去电荷的速度非常快。动态刷新是周期性的动态刷新是周期性的对存储单元对存储单元进行读出、放大、回写进行读出、放大、回写操作。操作。断电时，刷新电路不能工作，存储单元中的数据全部丢断电时，刷新电路不
15、能工作，存储单元中的数据全部丢失。失。DDRDDR内存内存内存内存的的的的规定刷新周期为规定刷新周期为规定刷新周期为规定刷新周期为64ms64ms。5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理【补充补充】DRAM类似一个水桶中的浮动开关。类似一个水桶中的浮动开关。水在高位时为水在高位时为“1”；水在低位时为水在低位时为“0”；但是水桶总是漏水但是水桶总是漏水 。5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理【补充补充】DRAM半导体电路图半导体电路图5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理【补充补充】DRAM芯片存储阵列芯片存储阵列DRAM内存芯片制程工艺达到了内存芯片制程工艺达到了22nm
16、线宽（线宽（2012年）。年）。5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理3SRAM存储单元（Cell）工作原理SRAM工作原理工作原理当开关当开关C接通接通时，相当于逻辑时，相当于逻辑“1”状态状态；当开关当开关C关闭关闭时，相当于逻辑时，相当于逻辑“0”状态状态。SRAM不不需要刷新电路需要刷新电路。SRAM存储单元存储单元组成组成一个一个SRAM存储单元存储单元由由6个晶体管组成个晶体管组成;存储存储一个一个字节需要字节需要8个个存储单元存储单元；也就是说也就是说保存一个字节的数据需要保存一个字节的数据需要48个晶体管个晶体管。5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理SRAM存储单
17、元存储单元结构结构5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理SRAM芯片半导体电路（放大）芯片半导体电路（放大）5.1.3 存储单元工作原理存储单元工作原理【补充补充】SRAM不需要周期性刷新；不需要周期性刷新；因此因此SRAMSRAM功率消耗比功率消耗比功率消耗比功率消耗比DRAMDRAM低；低；低；低；CPU内部的内部的Cache采用采用SRAM作为存储单元；作为存储单元；DRAM与与SRAM的性能差别在缩小。的性能差别在缩小。SRAM是对晶体管锁存器进行读写；是对晶体管锁存器进行读写；DRAM是对存储器电容进行读写。是对存储器电容进行读写。SDRAM属于属于DRAM，它不是，它不是SR
18、AM。5.1.4 内内存芯片阵列结构存芯片阵列结构1逻辑存储阵列组（Bank）内存芯片内存芯片结构：结构：采用采用“存储阵列存储阵列” （BankBank）结构。结构。存储阵列存储阵列寻址：寻址：先指定先指定存储块（存储块（BankBank）；）；再指定再指定行行号和号和列列号号，就就可以准确找到存储单元。可以准确找到存储单元。5.1.4 内内存芯片阵列结构存芯片阵列结构Bank的大小的大小由于技术和成本等原因，不能做一个全内存容量的由于技术和成本等原因，不能做一个全内存容量的Bank；单一的单一的Bank将会造成严重的寻址冲突。将会造成严重的寻址冲突。DDR1内存芯片中的内存芯片中的Bank
19、为为2或或4个个；DDR2内存芯片中的内存芯片中的Bank为为4或或8个个；DDR3中中Bank为为8或或16个。个。5.1.4 内内存芯片阵列结构存芯片阵列结构2物理存储阵列组（Rank）内存总线位宽内存总线位宽CPU内部寄存器和内部寄存器和前端总线为前端总线为64位位；如果内存系统一次传输如果内存系统一次传输64位数据，位数据，CPU就不需要等待就不需要等待；内存控制器内存控制器（北桥（北桥或或CPU内内）位宽为位宽为64位。位。计算机最大内存计算机最大内存北北桥桥芯芯片片内内部部带带有有内内存存控控制制器器，因因此此内内存存的的一一些些重重要要参参数数也也由芯片组决定。如主板的最大内容容
20、量，单条内存容量等。由芯片组决定。如主板的最大内容容量，单条内存容量等。32位系统的最大物理寻址能力支持到位系统的最大物理寻址能力支持到4GB内存。内存。64位位CPU可以使用大内存，但是需要主板和操作系统的支持。可以使用大内存，但是需要主板和操作系统的支持。部部分分64位位CPU集集成成了了内内存存控控制制器器，因因此此支支持持最最大大内内存存容容量量也也就由就由CPU、主板和操作系统来决定。、主板和操作系统来决定。5.1.4 内内存芯片阵列结构存芯片阵列结构物理阵列（物理阵列（Rank）64位位宽的一组内存芯片存储单元称为位位宽的一组内存芯片存储单元称为1个个Rank。内存芯片的位宽较小，
21、需要用多个芯片构成一个内存条。内存芯片的位宽较小，需要用多个芯片构成一个内存条。1个Rank1个Bank5.4.2 内存条信号测试点内存条信号测试点内存内存【补充】内存总线布线5.1.5 内内存的读写与刷新存的读写与刷新1内存数据的读取过程首先进行列地址选定（首先进行列地址选定（CAS）；准备准备数据数据I/O通道通道，将数据输出到内存总线上。将数据输出到内存总线上。从从CAS与读命令发出与读命令发出，到第一次数据输出的时间定义为到第一次数据输出的时间定义为CL（列地址选通潜伏期）。（列地址选通潜伏期）。存储单元的电容很小，读取的信号要经过放大才能识别。存储单元的电容很小，读取的信号要经过放大
22、才能识别。一个一个Bank对应一个读出放大器（对应一个读出放大器（S-AMP）通道）通道。WE#WE#有效时为写入命令有效时为写入命令有效时为写入命令有效时为写入命令；WE#WE#无效时就是读取命令无效时就是读取命令无效时就是读取命令无效时就是读取命令。读操作形式有：顺序读，随机读，突发读，读读操作形式有：顺序读，随机读，突发读，读-写，读写，读-预充电，读预充电，读-状态中止等。状态中止等。5.1.5 内内存的读写与刷新存的读写与刷新读操作读操作DRAM的读操作是一个放电过程的读操作是一个放电过程；状态为状态为“1”的电容在读操作后，会因为放电而变为逻辑的电容在读操作后，会因为放电而变为逻辑
23、“0”；为了保证数据的可靠性，需要对存储单元原有数据进行为了保证数据的可靠性，需要对存储单元原有数据进行重写重写；重写任务由读出放大器（重写任务由读出放大器（S-AMP）完成。）完成。读操作时，读出放大器会保持数据的逻辑状态，再次读读操作时，读出放大器会保持数据的逻辑状态，再次读取同一数据时，它直接发送，不用再进行新的寻址。取同一数据时，它直接发送，不用再进行新的寻址。5.1.5 内内存的读写与刷新存的读写与刷新2内存数据的写入过程DRAM写操作是一写操作是一个个充电过程充电过程。写操作与读过程基本相同写操作与读过程基本相同；只是在列寻址时，只是在列寻址时，WE#为有效状态为有效状态；行寻址与
24、列寻址的时序与读操作一样。行寻址与列寻址的时序与读操作一样。写操作写操作的的形式有：写形式有：写-写、随机写、突发写、写到读、写、随机写、突发写、写到读、写到预充电、写固定长度或全页等。写到预充电、写固定长度或全页等。5.1.5 内内存的读写与刷新存的读写与刷新3内存系统的刷新过程存储单元中，电容的电荷会慢慢泄漏存储单元中，电容的电荷会慢慢泄漏；DDR2内存的充电时间为内存的充电时间为60ns左右左右；DDR3DDR3内存的内存的内存的内存的充电时间为充电时间为充电时间为充电时间为36ns36ns左右左右左右左右。充电过程中，存储单元不能被访问。充电过程中，存储单元不能被访问。定时对存储单元进
25、行充电称为定时对存储单元进行充电称为“动态刷新动态刷新动态刷新动态刷新”；在技术上实现存储单元的动态刷新并不困难。在技术上实现存储单元的动态刷新并不困难。目前公认的目前公认的标准刷新时间间隔是标准刷新时间间隔是标准刷新时间间隔是标准刷新时间间隔是64ms64ms。5.2 内存条内存条的基本结构的基本结构5.2.1 内存条的容量存条的容量1内存芯片技术规格内存芯片容量采用内存芯片容量采用“MW”的形式表示，的形式表示，M表示表示1个数据个数据I/O接口的最大存储容量，单位接口的最大存储容量，单位bit；W表示内存芯片输表示内存芯片输入入/输出位宽。输出位宽。【例【例5-3】：】：64Mbit8，
26、表示内存芯片在，表示内存芯片在1个个I/O接口的接口的存储容量为存储容量为64Mbit，内存芯片有，内存芯片有8个这样的数据个这样的数据I/O接口，接口，1个内存芯片总存储容量为个内存芯片总存储容量为64Mbit8=512Mbit。如果采用如果采用8个这样的内存芯片，则可以构成一个个这样的内存芯片，则可以构成一个512MB的内存条（的内存条（1个个Rank）；）；如果采用如果采用16个这样的内存芯片个这样的内存芯片，则可以构成一个则可以构成一个1GB的的内存条（内存条（2个个Rank）。）。5.2.1 内存条的容量存条的容量3内存芯片与内存条内存芯片与内存条Rank的关系的关系内存芯片数据内存
27、芯片数据I/O位宽有位宽有：4/8/16/32bit等等类型。类型。组成一个组成一个Rank（64bit）就需要多个内存芯片并联工作。）就需要多个内存芯片并联工作。【例【例5-4】：】：内存条的不同组成形式。内存条的不同组成形式。采用采用16bit的的I/O位宽芯片时，需要位宽芯片时，需要4颗（颗（16bit4颗颗=64bit）芯片；）芯片；8bit的的I/O位宽芯片，需要位宽芯片，需要8颗（颗（8bit8颗颗=64bit）；）；4bit的的I/O位宽芯片，需要位宽芯片，需要16颗（颗（4bit16颗颗=64bit）。）。5.2.1 内存条的容量存条的容量4内存条的类型内存条类型内存条类型DD
28、R3DDR2DDRSDRAMUnb-DIMM240脚，无ECC240脚，无ECC184脚，无ECC168脚，无ECCSO-DIMM204脚，无ECC200脚，无ECC200脚，无ECC144脚，无ECCReg-DIMM240脚，有ECC240脚，有ECC184脚，有ECC168脚，有ECCMicro-DIMM214脚，无ECC172脚，无ECC144脚，无ECCMini-DIMM244脚，有ECC注：ECC=错误校验5.2.1 内存条的容量存条的容量Unb-DIMM（无缓冲双列直插式内存模组）（无缓冲双列直插式内存模组）台式计算机台式计算机使用最多使用最多，简称简称DIMM；分为有分为有ECC
29、和无和无ECC两种，市场上绝大部分是无两种，市场上绝大部分是无ECC型。型。SO-DIMM（小外型内存模组）（小外型内存模组）笔记本笔记本计算机使用的计算机使用的DIMM；市场上绝大部分是无市场上绝大部分是无ECC型。型。Reg-DIMM（寄存（寄存器器内存模组）内存模组）用于用于PC服务器服务器；市场上几乎都是市场上几乎都是ECC型。型。5.2.2 Unb-DIMM内存条基本结构内存条基本结构1Unb-DIMM内存条设计方案Unb-DIMM内存条主要用于台式计算机内存条主要用于台式计算机；主板中内存总线位宽是固定的（主板中内存总线位宽是固定的（64位）；位）；主板对内存条的容量和数量都有限制
30、主板对内存条的容量和数量都有限制。5.2.2 Unb-DIMM内存条基本结构内存条基本结构内存条容量计算公式：内存条容量计算公式：内存条容量（内存条容量（内存条容量（内存条容量（MBMB）BankBank容量（容量（容量（容量（MbitMbit） 芯片芯片芯片芯片I/OI/O位宽（位宽（位宽（位宽（bitbit） 内存芯片个数内存芯片个数内存芯片个数内存芯片个数8bit8bit由上式可见：由上式可见：Bank容量和芯片容量和芯片I/O位宽由芯片厂商提供；位宽由芯片厂商提供；采用不同位宽的芯片，可以设计不同容量的内存条；采用不同位宽的芯片，可以设计不同容量的内存条；内存条有不同容量和不同芯片的设
31、计方案。内存条有不同容量和不同芯片的设计方案。 5.2.2 Unb-DIMM内存条基本结构内存条基本结构【例例5-5】：采用不同位宽的内存芯片，设计一个】：采用不同位宽的内存芯片，设计一个内存总线位宽为内存总线位宽为64bit，容量为，容量为1GB的内存条。的内存条。（1）方案）方案1：采用采用128Mbit4的内存芯片，需要的内存芯片，需要16个内存个内存芯片。芯片。优点优点：采用低容量内存芯片，实现高容量内存条设计采用低容量内存芯片，实现高容量内存条设计；缺点缺点：工艺复杂。工艺复杂。（2）方案）方案2：采用采用128Mbit8的内存的内存芯片，需要芯片，需要8个内存个内存芯片芯片。应用：
32、应用：广泛广泛用于用于台式计算机内存条设计。台式计算机内存条设计。（3）方案）方案3：采用采用128Mbit16的内存的内存芯片，需要芯片，需要4个内存个内存芯片芯片。优点：利用高容量内存芯片实现少芯片的内存条设计。缺点：要求采用高密度内存芯片；应用：广泛用于笔记本计算机。5.2.2 Unb-DIMM内存条基本结构内存条基本结构2Unb-DIMM内存条电路结构内存条内存条的电路结构差别的电路结构差别不大不大；64位位DDR3 1GB内存条电路内存条电路结构结构。5.2.3 SO-DIMM内存条基本结构内存条基本结构SO-DIMM内存条主要用于笔记本计算机。内存条主要用于笔记本计算机。SO-DI
33、MM内内存存条条在在电电气气参参数数和和性性能能上上，与与Unb-DIMM和和Reg-DIMM内存条相同。内存条相同。SO-DIMM内存条机械尺寸更短。内存条机械尺寸更短。64位位DDR3 SO-DIMM内存条尺寸内存条尺寸5.2.3 SO-DIMM内存条基本结构内存条基本结构8GB DDR3-1600 SO-DIMM内存条内存条5.2.3 SO-DIMM内存条基本结构内存条基本结构64位位DDR3 SO-DIMM 512MB内存条电路结构内存条电路结构5.2.4 Reg-DIMM内存条基本结构内存条基本结构Reg-DIMM内存条内存条增加的器件增加的器件Registered（寄存器）（寄存器
34、）：稳定信号，隔离外部干扰。：稳定信号，隔离外部干扰。PLL（锁相环）（锁相环）：减少内存时延，保证数据同步。：减少内存时延，保证数据同步。ECC（错误校验）（错误校验）：保证数据安全。：保证数据安全。在在DDR 1/2/3内存条内存条中中，这，这3个器件都相同。个器件都相同。72位位DDR Reg-DIMM内存条内存条5.2.4 Reg-DIMM内存条基本结构内存条基本结构内存条内存条数量增加导致的问题数量增加导致的问题服务器服务器内存数量内存数量的的增增加加，会导致以下问题：会导致以下问题：内存内存芯片到芯片到CPU之间之间的线路的线路长度长度产生产生较大差别较大差别；容易导致信号时序产生
35、错位；容易导致信号时序产生错位；使命令与寻址信号的稳定性受到严峻考验；使命令与寻址信号的稳定性受到严峻考验；内存控制器的信号驱动能力内存控制器的信号驱动能力也也会不堪重负会不堪重负。解决方案：解决方案：服务器内存条上服务器内存条上增加了增加了寄存器芯片寄存器芯片；内存控制信号仅仅针对寄存器内存控制信号仅仅针对寄存器芯片通信芯片通信，不用对内存条上每个，不用对内存条上每个内存芯片输出信号内存芯片输出信号；这降低了内存控制这降低了内存控制器器的负载的负载；寄存器的作用是稳定命令寄存器的作用是稳定命令和和地址信号，隔离外部干地址信号，隔离外部干扰扰。5.2.4 Reg-DIMM内存条基本结构内存条基
36、本结构Reg-DIMM（寄存器型内存模组（寄存器型内存模组）DDR芯片ECC芯片Reg芯片SPD芯片5.2.4 Reg-DIMM内存条基本结构内存条基本结构Reg-DIMM内存条内存条5.3 内存内存主要技术性能主要技术性能5.3.1 内存条接口形式与信号内存条接口形式与信号1DDR SDRAM（双倍数据速率同步动态随机存储器）内存内存DDR内存采用的技术内存采用的技术一般将一般将DDR SDRAM内存统称为内存统称为DDR内存。内存。采用了延时锁相环（采用了延时锁相环（DLL）技术）技术；在时钟脉冲的上升沿和下降沿都可以传输数据在时钟脉冲的上升沿和下降沿都可以传输数据；采用同步电路，使指定地
37、址、数据采用同步电路，使指定地址、数据传输等传输等步骤既能独立步骤既能独立执行，又与执行，又与CPU保持完全同步。保持完全同步。不同类型的不同类型的DDR内存在结构没有太大区别内存在结构没有太大区别；主要区别在一些技术参数和内存性能上。主要区别在一些技术参数和内存性能上。5.3.1 内存条接口形式与信号内存条接口形式与信号DDR内存技术参数内存技术参数技术指标技术指标技技 术术 参参 数数内存类型DDR3DDR2DDRJEDEC标准PC3-6400/8500/10600/12800PC2-3200/43003/53007PC-1600/2100/2700内存标注DDR3-800/1066/13
38、33/1600DDR2-400/533/667/800DDR-200/266/333/400内存时钟频率（MHz）100/133/166/200100/133/166/200100/133/166/200数据传输频率（MHz）800/1000/1333/1600400/533/667/800200/266/333/400总线位宽（bit）646464总线带宽（GB/s）6.4/8.0/10.7/12.83.2/4.3/5.3/6.41.6/2.1/2.7/3.2内存插座类型240脚DIMM240脚DIMM184脚DIMM工作电压（V）1.50.0751.80.12.50.1芯片封装78/82/
39、96球点FBGA60/84球点BGATSOP/TSOP IIBank数（个）8/164/82/4芯片I/O位宽（bit）4/8/164/8/164/8/16/32单芯片最大容量512Mbit8Gbit256Mbit4Gbit64Mbit1GbitCAS周期CL=7/8/9/10CL=3/4/5CL=1.5/2/2.5/3突发长度（bit）BL=8/4BL=4/8BL=2/4/8预取长度（bit）842时钟输入差分时钟差分时钟差分时钟PCB层数86/865.3.1 内存条接口形式与信号内存条接口形式与信号2不同DDR内存的区别不同规格的不同规格的DDR内存，定位卡口位置会有不同，这样内存，定位卡
40、口位置会有不同，这样防止了用户的错误安装。防止了用户的错误安装。5.3.1 内存条接口形式与信号内存条接口形式与信号3DDR3内存条主要信号引脚数据数据总线（总线（DQ0DQ63）：）：64地址总线地址总线（ A0A13 ）：）：14Bank地址选择地址选择（BA0BA2 ）：3Rank地址选择地址选择（S0#S1#）：）：2行地址选通（行地址选通（RAS）；1列地址选通（列地址选通（CAS）：1写允许（写允许（ WE# ）；1数据掩码（数据掩码（DM0DM7）：8电源（电源（VDD）：24地线地线（VSS）：59时钟：时钟：4共计共计240根信号线根信号线。5.3.2 内存主要技术参数内存主
41、要技术参数1内存的内部时钟频率和外部时钟频率内存频率指标内存频率指标核心频率：内存内部存储单元（核心频率：内存内部存储单元（Cell）的工作频率；）的工作频率；I/O频率：内存输入频率：内存输入/输出（输出（I/O）缓存的传输频率；）缓存的传输频率；数据传输频率：内存在总线上的数据传输速率。数据传输频率：内存在总线上的数据传输速率。5.3.2 内存主要技术参数内存主要技术参数DDR3内存数据传输内存数据传输DDRDDR内存在时钟脉冲的上升和下降沿都可以传输数据内存在时钟脉冲的上升和下降沿都可以传输数据内存在时钟脉冲的上升和下降沿都可以传输数据内存在时钟脉冲的上升和下降沿都可以传输数据；DDR3
42、核心核心时钟频率时钟频率在在200MHz以上；以上；DDR3的的I/O传输频率为传输频率为400MHz以上；以上；因此因此DDR3的数据传输频率达到了的数据传输频率达到了800MHz以上以上。5.3.2 内存主要技术参数内存主要技术参数内存带宽计算：内存带宽计算：内存带宽内存带宽(B/s)=内存传输频率内存传输频率(Hz)内存总线位数内存总线位数(bit)/8例：计算例：计算DDR3 1600内存条的带宽。内存条的带宽。1600是指内存数据传输频率，内存总线位宽为是指内存数据传输频率，内存总线位宽为64bit；内存带宽内存带宽=1600MHz64bit/8=12800MB/s=12.5GB/s
43、5.3.2 内存主要技术参数内存主要技术参数内存条内存条技术技术规格规格技术指标技术指标技技 术术 参参 数数内存类型DDR3-1600 DDR3-1333 DDR3-1066 DDR3-800DDR2-400DDR-200核心频率(MHz)400333266200100100I/O频率(MHz)800666533400200100传输频率(MHz)160013331066800400200总线位宽(bit)646464646464最高带宽(MB/s)1280010664852864003200800插座类型DIMMDIMMDIMMDIMMDIMMDIMM信号引脚（个）240240240240
44、240184长高（mm）133301333013330133301333013330适应CPUCore i系列Core i系列Core i系列Core i系列Core 2Pentium4工作电压（V）1.51.51.51.51.82.5市场应用高端主流主流主流淘汰淘汰5.3.2 内存主要技术参数内存主要技术参数【补充补充】实际实际捕获的捕获的DDR2数据传输信号数据传输信号注：DQ=数据；DQS=数据选取脉冲5.3.2 内存主要技术参数内存主要技术参数2DDR内存的主要技术参数内存数据读写延迟用内存数据读写延迟用“CL-tRCD-tRP ” 参数形式表示。参数形式表示。例例：某个某个DDR2-
45、533的内存延迟参数为的内存延迟参数为“4-4-4”；低低1个数字个数字=CL（列地址选择潜伏周期列地址选择潜伏周期）=4；第第2个数字个数字=tRCD（RAS相对相对CAS的延迟的延迟）=4；第第3个数字个数字=tRP（行预充电有效周期行预充电有效周期）=4。以上延迟参数以以上延迟参数以tCK（内存时钟周期内存时钟周期）为单位为单位；它们的它们的延迟延迟时间为：延迟周期数时间为：延迟周期数tCK的时间的时间假设假设tCK=5ns时，时，“4-4-4”的延迟时间为：的延迟时间为：20-20-20（ns）。）。5.3.2 内存主要技术参数内存主要技术参数内存信号延迟技术参数内存信号延迟技术参数t
46、CKtCK（时钟周期）（时钟周期）：决定内存工作频率。决定内存工作频率。CLCL（列地址选通潜伏期）（列地址选通潜伏期）：决定列寻址到数据被读取所花费的时间。决定列寻址到数据被读取所花费的时间。tRCDtRCD（从行地址转换到列地址的延迟）（从行地址转换到列地址的延迟）：决定行寻址有效至读决定行寻址有效至读/写命令列寻址之间的时间。写命令列寻址之间的时间。 tRPtRP（行预充电有效周期）（行预充电有效周期）：决定在同一决定在同一Bank中不同工作行转换的时间。中不同工作行转换的时间。5.3.2 内存主要技术参数内存主要技术参数【补充补充】DDR3内存信号延迟内存信号延迟参数参数5.3.2 内
47、存主要技术参数内存主要技术参数【补充补充】BIOS中中CL-tRCD-tRP 参数参数调整调整5.3.2 内存主要技术参数内存主要技术参数【补充补充】BIOS中内存中内存参数参数调整调整5.3.3 DDR3内存设计技术内存设计技术1DDR3内存性能的提高DDR3内存工作电压从内存工作电压从DDR2的的1.8V降至降至1.5V，降低，降低了了功耗功耗；DDR3新增了一些功能，在引脚方面有所增加。新增了一些功能，在引脚方面有所增加。DDR3的延迟值高于的延迟值高于DDR2。2DDR3内存的技术改进（1）预取位数）预取位数：DDR2是是4bit，DDR3提提高高到到8bit。（2）寻址时序）寻址时序
48、：DDR2的的CL在在25，DDR3在在511。（3）突发长度。）突发长度。DDR3的突发长度的突发长度BL=8。5.3.4 双通道内存技术双通道内存技术多通道内存主要是依靠多通道内存主要是依靠内存内存控制控制器器技术，与内存技术，与内存本身无关。本身无关。多通道技术：多通道技术：内存控制器在多个不同数据通道上分别寻址、读写数据。内存控制器在多个不同数据通道上分别寻址、读写数据。部分部分CPU内部集成了内存控制器内部集成了内存控制器；另外一部分集成在北桥芯片中。另外一部分集成在北桥芯片中。双通道双通道内存技术内存技术可以可以使数据使数据等待时间减少等待时间减少50%。5.3.4 双通道内存技术
49、双通道内存技术安装要求安装要求：颜色颜色相同相同的内存插槽的内存插槽，它们属于同一个，它们属于同一个内存通道内存通道。单内存条无法达到双通道的性能。单内存条无法达到双通道的性能。注意注意对称安装对称安装对称安装对称安装（不同颜色搭配不同颜色搭配），第，第1个通道个通道（如黄色）（如黄色）的的第第1个插槽个插槽，搭配第搭配第2个通道个通道（如红色）的（如红色）的第第1个插槽，个插槽，依此类推。依此类推。相同颜色插槽上安装内存条，只能工作在单通道模式。相同颜色插槽上安装内存条，只能工作在单通道模式。测试表明，双通道内存性能测试表明，双通道内存性能能够能够提升提升60%左右。左右。5.4 内存内存故
50、障分析与处理故障分析与处理5.4.1 内存数据出错校验内存数据出错校验1存储器引发的故障存储器引发的故障内存芯片出错的原因内存芯片出错的原因电源中的尖峰电压电源中的尖峰电压；高频脉冲干扰信号高频脉冲干扰信号；电源噪声电源噪声；不正确的内存速率不正确的内存速率；无线电射频干扰无线电射频干扰；静电影响等。静电影响等。干扰引发的错误不会引起内存芯片损坏，但是它们将引干扰引发的错误不会引起内存芯片损坏，但是它们将引发临时性数据错误。发临时性数据错误。5.4.1 内存数据出错校验内存数据出错校验2奇偶校验奇偶校验早期内存条都设计有奇偶校验芯片。早期内存条都设计有奇偶校验芯片。1994年开始，大部分内存厂
51、商取消了内存条上的奇偶校年开始，大部分内存厂商取消了内存条上的奇偶校验芯片，这样内存条可以节约验芯片，这样内存条可以节约10左右的生产成本。左右的生产成本。目前微机一般目前微机一般不支持奇偶校验的内存条。不支持奇偶校验的内存条。PC服务器服务器大多大多采用奇偶校验的内存条采用奇偶校验的内存条。5.4.1 内存数据出错校验内存数据出错校验奇校验的基本方法奇校验的基本方法如果一个字节中如果一个字节中“1”的个数为偶数个，则奇校验电路产的个数为偶数个，则奇校验电路产生一个生一个“1”，并且将它存储在校验位中（第，并且将它存储在校验位中（第9位），使全位），使全部部9位数据为奇数个。位数据为奇数个。如
52、果一个字节中如果一个字节中“1”的个数为奇数，则校验电路产生一的个数为奇数，则校验电路产生一个个“0”，并将它存储在校验位中（第，并将它存储在校验位中（第9位），全部位），全部9位数位数据还是为奇数个。据还是为奇数个。这个工作由北桥芯片中的硬件电路自动完成。这个工作由北桥芯片中的硬件电路自动完成。奇偶校验可以发现错误，但是无法改正错误。奇偶校验可以发现错误，但是无法改正错误。服务器服务器内存内存广泛采用奇偶校验进行检错。广泛采用奇偶校验进行检错。5.4.2 内存条信号测试点内存条信号测试点2内存工作电压和对地阻值测试内存时钟内存时钟CK和电源和电源VDD是故障测试的关键点。是故障测试的关键点。
53、内存时钟信号如果不稳定，会导致内存工作不正常。内存时钟信号如果不稳定，会导致内存工作不正常。可以利用内存打阻值卡插在主板上的内存插槽中进行测可以利用内存打阻值卡插在主板上的内存插槽中进行测试。试。5.4.3 内存常见故障分析内存常见故障分析1内存故障原因分析内存故障原因分析（1）金手指氧化）金手指氧化故障故障（2）金手指脱落）金手指脱落故障故障（3）接触不良）接触不良故障故障（4）内存槽异物）内存槽异物故障故障（5）电信号）电信号故障故障（6）带电拔插）带电拔插内存条内存条5.4.2 内存条信号测试点内存条信号测试点2内存常见故障现象内存常见故障现象故障现象故障现象故故 障障 主主 要要 原原
54、 因因 分分 析析死机，无任何报警信号内存条与主板接触不良；内存条损坏等随机性死机内存质量不佳；金手指氧化；BIOS中内存参数设置过高等运行程序中断内存条性能下降；金手指氧化；BIOS中内存参数设置过高等频繁自动重新启动内存条质量不佳；金手指接触不良等不识别内存条兼容性问题；主板BIOS限制；金手指接触不良等内存容量减少主板兼容性不好；接触不良；内存条损坏；病毒破坏等自动进入安全模式内存质量不佳；BIOS中内存参数设置过高等进入桌面后自动关机内存质量不佳；BIOS中内存参数设置过高等加大内存后系统资源反而降低内存条兼容性不好等安装Windows时错误内存条质量不佳；金手指接触不良等经常报告注册
55、表错误内存条质量不佳；金手指接触不良等【补充补充】 FB-DIMM服务器内存服务器内存FB-DIMM（全全缓缓冲冲内内存存模模组组）是是Intel公公司司在在DDR2基础上开发的一种新型内存条结构。基础上开发的一种新型内存条结构。FB-DIMM采采用用了了并并并并行行行行传传传传输输输输与与与与串串串串行行行行传传传传输输输输相相相相结结结结合合合合的的设设计方案。计方案。 FB-DIMM通通过过AMB（高高级级内内存存缓缓冲冲器器）芯芯片片，将将并并行行传传送送转转化化为为串串行行传传送送，以以提提升升内内存存传传输输速速率。率。【补充补充】 FB-DIMM服务器内存服务器内存【补充补充】 FB-DIMM服务器内存服务器内存FB-DIMM内存条工作原理内存条工作原理【补充补充】内存技术内存技术工业计算机主板上的工业计算机主板上的SO-DIMM内存插座内存插座SO-DIMM 课程作业与讨论课程作业与讨论讨论：（1）如何）如何提高内存的数据传输带宽。提高内存的数据传输带宽。（2）内存内存容量越大越好吗？容量越大越好吗？（3）虚拟）虚拟内存可以无限大吗。内存可以无限大吗。（4）串行传输串行传输会成为今后内存的发展方向吗？会成为今后内存的发展方向吗？（5）2条条4GB内存和内存和1条条8GB的的内存内存哪哪个个更更快快。【本章结束本章结束】
