第 5 章　内部存储器

第5章　内部存储器 信息工程学院

第5章　内部存储器 5.1微型计算机存储系统概述 5.2内存性能指标 5.3内存条种类 5.4内存条选购要素

第5章　内部存储器 5.1　微型计算机存储系统概述 • 微机的存储系统除了通常所说的内存和外存以外，还包括CPU寄存器、Cache（高速缓冲存储器）、各种板卡上的BIOSROM和RAM存储器以及I/O设备内部配置的Buffer（缓存）等，是一个十分庞杂的存储体系。

第5章　内部存储器 • 微机存储系统层次结构 • 微机存储系统的层次呈金字塔型结构，越往上，CPU访问频度越高，系统拥有量越少，存储容量越小，同时数据存取速度越快。

第5章　内部存储器 • 内存与外存的主要区别在于： ① 内存可直接与CPU交换数据；一切要执行的程序和要处理的外存数据都必须先装入内存，才能被CPU访问（间接）。 ② 内存由RAM和ROM半导体大规模集成电路芯片组成；外存主要由磁性和光学介质构成。 ③ 内存容量较小，存取速度较快，价格相对较高；外存容量较大，速度相对较慢，价格便宜。 ④ 内存所存储的信息在机器断电后自动丢失，数据临时存放；外存信息可长期保持。

第5章　内部存储器 • 内存分类及其主要特点 ⒈ 按工作原理分类 • 内存可以分为随机存取存储器RAM和只读存储器ROM两大类：

第5章　内部存储器 1）RAM：随机存取/访问存储器（易失性） • DRAM：动态RAM、动态内存，用于主存。 • SRAM：静态RAM、静态内存、快取内存，用于高速缓冲存储器Cache。 2） ROM：只读存储器、只读内存（非易失性） • 掩膜ROM：信息写入，就不能修改，用来存储固定程序和数据。 • PROM：一次性可编程只读存储器。 • EPROM：可擦除可编程只读存储器，利用专门设备可擦除、可再编程，芯片上有一个用不透光胶纸封盖的石英窗，可防止内部数据因光照紫外线而丢失。 • EEPROM／E2PROM：电可擦除可编程只读存储器，直接用电信号进行在板/在线擦除和写入。 • Flash Memory：闪速存储器，属于EEPROM的改进产品，存取速度更快、容量更大、功耗更小、可靠性和耐用性更强。

(a)掩膜ROM芯片 (b)PROM芯片 (c)EPROM芯片 (d)EEPROM芯片 (e)Flash Memory芯片第5章　内部存储器 • 各种ROM存储芯片

第5章　内部存储器 ⒉ 按用途分类 ⑴ 主存：即DRAM动态内存，临时存放正在使用的程序和数据。 ⑵ 缓存：即SRAM静态内存，临时存放CPU需要频繁使用的程序指令和数据。包括×级CPU缓存（Level × Cache，简写为L×）和设备缓存（Buffer）。 ⑶ 影子内存（Shadow RAM）：也称ROM Shadow、影射存储器或影子内存，它是主存中的内存保留区，1MB主存中768KB～1024KB（共256KB容量）区域，用来在机器启动时自动载入（影射）ROM BIOS的内容。 ⑷ 显存：显卡上的显示存储器的简称，RAM的一种，作用是在视频系统中以数字形式存储将用于屏幕显示的各种图形、图像等信息。

(b)内存条 (c)Cache插槽 (a)存储芯片第5章　内部存储器 ⒊ 按外观分类 ⑴ 存储芯片：用于内存条、Cache、主板上的CMOS RAM等部件上的Buffer或BIOS ROM等地方。 ⑵ 内存条：安插在主板上的内存插槽中使用。 ⑶Cache条：是CPU与内存之间进行速度匹配和数据缓冲、容量较小、速度极快的SRAM存储器。

直接焊接在板卡上的DIP芯片 安装在DIP插座上的DIP芯片第5章　内部存储器 ⒋ 按插接方式分类 • 早期的内存： DIP：双列直插式封装的内存芯片及其插座。 • 内存插槽： (1)SIMM：单边接触式内存模组，8位30线、32位72线。 (2)DIMM：双边接触式内存模组，64位168线SDRAM、64位184线DDR、64位240线DDR2、240线DDR3。 (3)RIMM：随机存储器总线式存储模组，16位184线RDRAM （Rambus DRAM）

嵌口卡孔 (a)30线SIMM内存条金属卡簧凸起 (b)30线SIMM内存插槽第5章　内部存储器

金属卡簧凸起 (d)72线SIMM内存插槽卡孔凹槽嵌口 (c)72线SIMM内存条第5章　内部存储器

两端的卡口 两个凹槽颗粒右侧的SPD芯片 (a)168线SDRAM内存条两个凸起两端的卡齿 (b)168线DIMM内存插槽第5章　内部存储器 SPD EEPROM芯片

两端的卡口 颗粒一个偏右的凹槽右侧的SPD芯片 (a)184线DDR内存条 (b)184线DIMM内存插槽第5章　内部存储器

两端的卡口 小颗粒一个居中的凹槽居中的SPD芯片 (a)240线DDR2内存条 (b)240线DDR2-DIMM内存插槽第5章　内部存储器

两端的卡口 小颗粒一个偏左的凹槽居中的SPD芯片 (a)240线DDR3内存条 (b)240线DDR3-DIMM内存插槽第5章　内部存储器

(a)184线RDRAM内存条 (b)C-RIMM续接器 (c)184线RIMM内存插槽第5章　内部存储器

第5章　内部存储器 5.按内存标准分 ① FPM：快速页面模式RAM，用于486和早期Pentium，72线SIMM，32位。 ② EDO：扩展数据输出 RAM，用于早期Pentium，72线SIMM和早期168线DIMM，32位和64位。 ③ SDRAM：同步DRAM，用于Pentium～Pentium Ⅲ，168线DIMM，64位，PC66/100/133规范。 ④ DDR SDRAM：SDRAM Ⅱ、双倍速率SDRAM，用于早期Pentium 4，184线DIMM，64位，PC200/266/ 333/400或PC1600/2100/2700/3200规范。 ⑤ RDRAM：存储器总线式DRAM，Intel专利，用于早期P4，184线RIMM，16位，PC600/700/800规范，外部加装散热片，空余插槽须用CRIMM终结条填满。 ⑥ DDR2 SDRAM：四倍速率SDRAM，用于LGA Socket 775 P4及以上，240线DIMM，64位，DDR2-400/533/667/800或PC3200/4300/5300/6400规范。

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第5章　内部存储器 5.2　内存性能指标 • 数据位宽 • 以bit（二进制位，简写为b）为单位，分为内存芯片数据位宽和内存条数据位宽两种： • 内存芯片数据位宽：内存颗粒内部总线能够同时传输的数据位数，有1b、4b、8b、16b等多种格式。 • 内存条数据位宽：内存条通过主板总线能够同时传输的数据位数，有8b、16b、32b、64b等多种格式。

(a)片容量＝32M×16b (b)单条容量＝256MB 第5章　内部存储器 • 存储容量 • 存储容量指存储器所能容纳的存储单元的总数量，以Byte（字节，简写为B）为基本单位，常用单位有KB、MB、GB和TB等。 • 存储容量又有最大容量与实际容量、片容量与单条容量之分。 • 片容量＝基本存储元数×内存芯片数据位宽（bit） • 单条容量＝颗粒数×片容量÷内存芯片数据位宽（Byte）

第5章　内部存储器 • 内存速度 ⒈ 内存芯片存取速度：单位ns（纳秒）。 ⑴ 时钟周期tCK（Clock Cycle Time） • 指内存工作时一个脉冲的时间跨度（也称脉宽），它与内存芯片可以运行的额定工作频率（也称颗粒核心频率）F成倒数关系，即tCK＝1/F。 • tCK一般以“-X”后缀标注形式反映在芯片型号上，其数值越小，说明内存的存取速度越快，所能运行的核心频率就越高。

第5章　内部存储器 ⑵ 存取时间tAC（Access Time From CLK） • 也称存储器访问时间或读写时间，指存储器完成一次完整的数据“读”或“写”操作所需要的时间。 • 存取时间越短，速度越快。 ⑶ 存取周期tMC（Memory Cycle Time） • 也称存储周期，指存储器两次独立的存取操作之间所需要的最短时间。半导体存储器的存取周期一般为60ns～120ns。注意：和存取时间tAC比，存储周期tMC则除了完成读出或写入信息的时间外，还包括存储器内部的恢复时间，所以通常tMC＞tAC。

第5章　内部存储器 ⒉ 内存总线速度 • 内存总线速度也称内存总线频率，通常用CPU到内存之间连接总线的工作速度来衡量，用频率来表示，单位为MHz，它由内存总线的工作时钟决定，数值越大，速度越快。 • 内存芯片的额定工作频率（核心频率）应不小于内存总线频率。

第5章　内部存储器 ⒊ 数据传输延迟时间 • CAS延迟时间(简称CL)：CPU等待时间 • 总延迟时间＝tCK时钟周期×CL值＋tAC存取时间 • tRCD：指列地址被暂存后转到行地址去执行所需要的等待时间。 • tRAS：内存行有效至预充电的最短周期。 • tRP：内存行地址控制器预充电时间。

(a)直接标注的CL值 (b)DDR2延时参数 (c)DDR3延时参数第5章　内部存储器内存条标签： • 4位数字连写的标注形式则相对较为复杂，其一般格式为“CL-tRCD-tRP-tRAS”，其中前三个数字比较重要，尤其第一个数字表示的就是CL值。

第5章　内部存储器 • 内存频率 • 内存频率用来表示内存的工作速度，代表着内存正常工作时所能达到的最高频率，以MHz为单位。在一定程度上，内存频率越高，内存所能达到的工作速度越快。 • 内存频率可以分为DRAM核心频率、工作频率和等效频率三种： • SDRAM的核心频率＝工作频率＝等效频率 • DDR的等效频率＝2×（工作频率＝核心频率） • DDR2的等效频率＝2×工作频率＝4×核心频率 • DDR3的等效频率＝2×工作频率＝8×核心频率

(a)DDR-400内存条标签 (b)DDR2-800内存条标签 (c)DDR3-1600内存条标签第5章　内部存储器 • 内存条标签上标注的等效频率

第5章　内部存储器 • 内存带宽 • 内存带宽，即内存传输标准，是内存的数据传输速率，指单位时间（每秒钟）内能够访问内存的最大字节数。内存带宽＝核心频率×倍率系数×数据位宽÷8 ＝等效频率×数据位宽÷8 • 倍率系数与内存条种类有关，SDRAM为1，DDR为2，DDR2为4，DDR3为8。 • 内存带宽通常以MB/s（也写作MBPS）或GB/s（也写作GBPS）为单位，表示为“PC× XXXX”。

第5章　内部存储器 • 对于不同种类的内存条，内存传输标准有多种类型。如DDR3内存条标签上有标注相应的内存传输标准:

第5章　内部存储器 • 内存电压 • 内存电压是指内存正常工作时所需要的电压值。 • SDRAM: 3.3V±0.3V • DDR SDRAM: 2.5V±0.2V • DDR2 SDRAM: 1.8V～2.3V左右 • DDR3 SDRAM: 1.5V左右

(a)DDR内存电压 (b)DDR2内存电压 (c)DDR3内存电压第5章　内部存储器 • 内存条标签上标注的工作电压

(a)30Pin FPM DRAM内存条 (b)72Pin FPM DRAM内存条第5章　内部存储器 5.3　内存条种类在选择内存条时，一般需要遵循一系列为内存模组制定的内存规范。 • 以往的内存条 ⒈FPMDRAM内存条(快速页面模式动态随机存取内存)。继续

第5章　内部存储器 内存规范 ⑴ 接口标准：分为SIMM、DIMM、RIMM等，目前以DIMM为主； ⑵ 金手指数量：分为30线、72线、168线、184线、240线，现以240线为主； ⑶ 芯片类别：分为SDRAM、DDR、DDR2、DDR3等，目前以DDR2和DDR3为主流； ⑷ 数据位宽：分为8b～64b等，目前均为64b； ⑸ 单条容量：分为256KB～2GB等，最好在1GB以上； ⑹ 工作频率：分为100MHz、133MHz、166MHz、200MHz、200MHz以上； ⑺ 传输标准：分为SDRAM的PC66～PC133、DDR SDRAM的PC1600～PC4300、RDRAM的PC600、PC800和PC1066、DDR2 SDRAM的PC2 3200～PC2 6400、DDR3 SDRAM的PC3 6400～PC3 12800等，目前以PC2和PC3为主； ⑻ 其他性能：是否具有带校验（自动检错）、带纠错（自动纠错）等功能，这些功能视生产厂商、品牌、适用类型而定。

第5章　内部存储器 ⒉ EDODRAM内存条(扩展数据输出动态随机存取内存) EDO DRAM内存条

第5章　内部存储器 ⒊ SDRAM内存条(同步动态随机存取内存) PC133 SDRAM内存条 PC150 SDRAM内存条

第5章　内部存储器 ⒋ RDRAM内存条(存储器总线式动态随机存取存储器) RDRAM内存条

(b)DDR内存芯片 (a)DDR内存条第5章　内部存储器 • DDR SDRAM内存条 • DDR（Double Data Rate）SDRAM称为双倍数据速率同步动态随机存取存储器，简称DDR。

第5章　内部存储器 • 各种类型的DDR内存传输标准：

(b)DDR2内存芯片 (a)DDR2内存条第5章　内部存储器 • DDR2 SDRAM内存条 • DDR2（Double Data Rate 2）SDRAM称为双倍数据速率Ⅱ代同步动态随机存取存储器，简称DDR2。

第5章　内部存储器 • DDR与DDR2内存条的主要区别：名称：DDR双倍、DDR2是4倍速率线数：DDR是184线（疏）、DDR2 是240线（密）颗粒大小：DDR大、DDR2小金手指缺口位置：均1个卡口，DDR偏右、DDR2居中 SPD位置：DDR的右侧、DDR2的居中ＤＤＲＤＤＲ２

第5章　内部存储器 • DDR2与DDR内存技术标准对比

第5章　内部存储器 • DDR2采用了许多新技术，改善了DDR的诸多不足，具体表现在： ⑴ 数据处理方式的改进。 ⑵ 内存频率进一步细化。 ⑶ 内存带宽加倍提升。 ⑷ 新型封装方式和低功耗。

(b)DDR3内存芯片 (a)DDR3内存条第5章　内部存储器 • DDR3 SDRAM内存条 • DDR3（Double Data Rate 3）SDRAM称为双倍数据速率Ⅲ代同步动态随机存取存储器，简称DDR3。

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