第三章電腦系統單元：中央處理器、主記憶體、匯流排、晶片組

第三章 電腦系統單元：中央處理器、主記憶體、匯流排、晶片組本章將介紹電腦硬體的最核心部分，也就是主機板上的元件，包含中央處理器（CPU）、主記憶體（Main memory）、匯流排（Bus）、晶片組(Chipset)。CPU可以說是電腦的心臟，主記憶體是存放程式的地方，匯流排則是連結CPU與主記憶體的橋樑，而晶片組則是用來協調匯流排速度的IC。

第三章 電腦系統單元：中央處理器、主記憶體、匯流排、晶片組 • 回顧電腦硬體的5大單元（如下圖），其中核心部分（系統單元）（主機板及主機板上的各類IC插槽）就是中央處理器與主記憶體，而連結這兩者的橋樑是匯流排，在本章中，我們將詳細說明此三項硬體的相關技術，除此之外，我們還將介紹現代電腦常見的設計技術。

第三章 電腦系統單元：中央處理器、主記憶體、匯流排、晶片組 • 中央處理器是電腦執行運算的單元，當資料由輸入單元輸入後，主記憶體可用來暫時存放運算時所需要的資料，而當中央處理器運算完畢之後，也會先暫時將運算結果存放在主記憶體中，然後再輸出到輸出單元。由於主記憶體會因失去電源而喪失資料，因此還需要儲存裝置（次要記憶體）來保存資料。 • 舉例來說，有一個計算成績的程式 • 使用者透過鍵盤（輸入單元）輸入資料後 • 這些資料將會存放到主記憶體中 • 接著透過中央處理器裡面的算術邏輯單元(ALU)計算平均成績， • 再將計算結果存回到主記憶體中，最後可以透過印表機（輸出單元）將資訊印出， • 最後也可以存放到硬碟（次要記憶體）中，以便保存下來。這整個過程中， • 這整個過程中，中央處理器裡面的控制單元(CU)則是負責協調其他各單元的運作，以完成程式的運作。 • 事實上，這個計算成績的程式原本應該存放在次要記憶體，而使用者可以在作業系統環境中，透過鍵盤或滑鼠要求執行該程式，然後程式將被載入到主記憶體中，之後才能夠被執行 • 所有要被執行的程式都必須先被載入到主記憶體中，才能夠被執行，因為CPU只能夠直接存取到主記憶體的資料

第三章 電腦系統單元：中央處理器、主記憶體、匯流排、晶片組 • 主機板又稱母板(motherboard)是電腦主機內部的一片由玻璃纖維製成的板子 • 上有許多電路與多種插槽，例如：CPU插槽、主記憶體插槽、介面卡插槽等等。 • 所有的電腦組件都必須直接或間接地連結到主機板，並根據主機板的設計使電腦正常運作。拆開機殼後就可以看到主機板主機板上有各式插槽

大綱 • 3.1 中央處理器（CPU） • 3.1.1 CPU的組織單元 • 3.1.2 CPU的種類 • 3.1.3 CPU及主機板規格 • 3.2 主記憶體（Main Memory） • 3.2.1 動態隨機存取記憶體(DRAM) • 3.2.2 靜態隨機存取記憶體(SRAM) • 3.2.3 唯讀記憶體(ROM) • 3.3 電腦的速度表示方法 • 3.4 匯流排(Bus) 與晶片組(Chipset) • 3.4.1 系統匯流排 • 3.4.2 I/O匯流排 • 3.4.3 晶片組(Chipset)

大綱 • 3.5 程式的執行流程 • 3.6 電腦結構的最新設計 • 3.6.1 階層式記憶體（Hierarchical Memory） • 3.6.2 管線（pipelining） • 3.6.3 超純量處理器（Superscalar Processor） • 3.6.4 平行處理(Parallel Processing) • 3.6.5 RISC與CISC • 3.7 重點回顧 • 本章習題

3.1 中央處理器（CPU） • 中央處理器 • CPU（Central Processing Unit） • 處理器（Processor）或微處理器（MicroProcessor） • 電腦最重要的一個元件 • 其功能有如人類的大腦，主要負責算術邏輯運算及執行程式。

3.1.1 CPU的組織單元 • CPU是由控制單元、算術邏輯單元、及暫存器所組成（如下圖），本節中，我們將分別介紹這三個CPU內部單元所負責的工作以及使用的技術。中央處理器（左半部為CPU的組織元件）、記憶體與匯流排

3.1.1 CPU的組織單元 • 暫存器(Register) • 記憶體(Memory)其實分為很多種，分布在電腦的各個部分。而在CPU中的記憶體為暫存器(Register)。 • 暫存器可以用來存放將要進行運算的資料或運算完畢的資料。在ALU要執行運算時（擷取並解碼指令後），ALU將只針對暫存器內的資料進行運算，並且將結果存放在暫存器中。 • 暫存器的種類也有很多，我們可以依照特性及功能來加以分類如表3-1、3-2所列。暫存器依特性分類表

暫存器依功能分類表

暫存器依功能分類表(續)

3.1.1 CPU的組織單元 • 控制單元（CU） • 控制單元（Control Unit；簡稱CU）的功能是控制流程及協調輸入、輸出、記憶、算術邏輯等4大單元的運作 • 它可以讀取指令、解釋指令、產生控制訊號控制算術邏輯單元及暫存器來完成指令所代表的工作。 • 當指令進入CPU之後，控制元件就會先進行指令解碼(Decode)，並按照指令種類執行對應的微程式，發出不同的訊號完成該指令所需要完成的各項功能，最後執行邏輯電路以便取得下一個指令。 • 控制單元通常包含 • 記錄指令運作順序的微程式（microprogram） • 取得下一指令的邏輯電路 • 驅動元件的解碼器（decoder） • 眾多選擇器（multiplexer）。

3.1.1 CPU的組織單元 • 控制單元的製作方式分為兩種，兩種製作方式各有所長，目前大多數的控制單元使用的是微程式控制技術。 • 而控制單元的製作方式分為兩種： • 硬體線路控制（hardwired control） • 微程式控制（microprogrammed control）

3.1.1 CPU的組織單元 • 算術邏輯單元（ALU） • 算術邏輯單元（Arithmetic and Logic Unit；簡稱ALU），是執行程式中各類運算的實體單位，這些運算則可以分為兩大類：算術運算與邏輯運算。 • 算術運算包含加、減、乘、除等等的數值運算 • 邏輯運算則包含AND、OR、NOT、Exclusive OR、Shift（位元平移）、Rotate（位元旋轉）等的邏輯運算。 • 其中AND、OR、NOT是三種基本的邏輯運算子(operator)，這三種邏輯運算可以組合出所有的邏輯運算。 • 在第二章中，我們曾介紹單一位元的AND、OR、NOT、XOR邏輯運算，不同種類的CPU提供的指令也不相同 • 所有的CPU都會提供AND、OR、NOT等運算，但對運算元位元數的規定則不一定相同（與暫存器長度有關） • 大多數的CPU都會提供1、8、16、32、64位元的AND、OR、NOT運算。以下我們透過範例來說明多位元的邏輯運算。

3.1.1 CPU的組織單元 • AND邏輯運算子 • AND邏輯運算只有在兩個運算元同時為真(true)時，結果才會為真。其真值表如下：真值表： A AND B 真值表： A B 【註】：在二進制系統中，常常使用1來代表真(true)，0代表假(false)。

3.1.1 CPU的組織單元 • OR邏輯運算子 • OR邏輯運算只有在兩個運算元同時為假(false)時，結果才會為假。其真值表如下：真值表： A OR B 真值表： A + B

3.1.1 CPU的組織單元 【遮罩】：遮罩(mask)代表透過某些運算，使得某些位元保留，而其他位元（稱之為遮罩位元）統一為某種特定遮罩格式，意即遮罩有過濾的意涵。AND與OR運算都可以當作遮罩運算，例如，我們希望將某個位元組11100100的左半邊4個位元都變為0（右半邊的位元保留），則可以透過11100100 AND 00001111來加以完成，其結果為00000100。如果我們希望將某個位元組11100100的左半邊4個位元都變為1（右半邊的位元保留），則可以透過11100100 OR 11110000來完成，其結果為11110100。 • NOT邏輯運算子 • NOT邏輯運算只有一個運算元，並且會將運算元反相（inverse）做為輸出結果。也就是當輸入為真(true)，結果將為假(false)，當輸入為假(false)，則結果為真(true)。其真值表如下所列：真值表：NOT A 真值表：~ A

3.1.1 CPU的組織單元 • Exclusive OR(XOR)邏輯運算子 • Exclusive OR(XOR)也是常見的運算，大多數的CPU也都提供了XOR運算的指令，原因是因為設計XOR的邏輯電路非常簡單且不會耗費過多的資源，並且XOR可以變化出許多樣的指令效果。 • XOR邏輯運算的運算元有兩個，只有在兩個來源運算元的值不同時，結果才會為真，因此稱之為Exclusive OR（互斥或）。其真值表如下所列：真值表： A XOR B 真值表： A ⊕ B

3.1.1 CPU的組織單元 邏輯表示符號： AND、OR、NOT、XOR的表示符號通常如下 • Shift與Rotate運算 • Shift（位元平移）與Rotate（位元旋轉）運算必須考慮暫存器長度，同時又分為向左及向右兩類Shift與Rotate。 • Shift移出的位元將被丟棄，而由0補上空位。因此，向左位移n個位元，代表原本的值*2n • Rotate移出的位元則會進入另一端，構成循環式移動。

3.1.1 CPU的組織單元 • 範例（向左shift 2位元）： • 範例（向右rotate3位元）：

3.1.2 CPU的種類 • 由不同公司開發的CPU種類非常多 • 最有名的當然是Intel公司的x86系列、Pentium（奔騰）系列、Core 2系列、Celeron、Xeon等 • AMD公司的K6、Athlon XP/64/64 X2/64 FX、Duron • VIA公司的Cyrix III • Compaq公司的Alpha（21x64系列） • Sun公司的SPARC • Motorola公司的680x0 • Apple/Motorola/IBM公司合作開發的PowerPC等等各家廠牌的CPU

3.1.2 CPU的種類 • 主機板通常不會內附CPU，必須另外購買CPU然後插在主機板的CPU插槽，隨著電腦系統及主機板的種類不同，所使用的CPU種類也不一樣，例如個人電腦（IBM-PC）常採用Intel公司的Pentium系列、Celeron或AMD公司及VIA公司所開發的相容CPU。但早期Mac電腦則必須採用PowerPC做為中央處理器（表3-4為各類系統適用的CPU）。

3.1.3 CPU及主機板規格 • CPU、主記憶體與主機板關係密切，對於某一個特定的主機板而言，它只能插上某些規格的CPU與主記憶體。在本小節中，我們先釐清一些關於CPU及主機板的規格。 • 主機板規格範例（GA-8KNXP）：【圖片與規格取自技嘉網站】 • 規格請見課本技嘉的GA-965P-DQ6主機板

3.1.3 CPU及主機板規格 • CPU的工作頻率與內頻： • 一般俗稱的CPU『工作頻率』，事實上指的是CPU內部執行運算的工作頻率，通常也稱之為『內頻』( Internal Frequency )，例如Pentium 4 3.06G的3.06G就是『工作頻率』。 • 主機板記載之外頻、倍頻： • 相對於CPU內頻，另外一個主機板上的名詞『外頻』 ( External Frequency )則是代表CPU之外的外部設備工作頻率 • 這些外部設備如晶片組、記憶體、第二層快取記憶體( L2 Cache )等等。CPU必須由這些外部設備取得資料，也必須將資料存回到這些外部設備，而外頻則可以說是這些外部設備傳輸資料到CPU的速率，由於外部設備是透過匯流排連結到CPU，因此外頻也就是匯流排速率(Bus speed)，單位一般以MHz來表示。 • 外頻是由主機板的時脈產生器所提供，因此在主機板與CPU的規格書內都會註明所支援的外頻是多少 • 而一般在主機板的規格書中，以FSB(Front Side Bus；前端匯流排)來代表外頻 • FSB的演變從早期的66/100/133/150/200/266MHz，乃至於目前的333/400/533/800/1066/1333MHz。 • 外頻與內頻的倍數關係稱之為『倍頻』，如下公式： • 『CPU工作頻率＝內頻＝外頻 × 倍頻』

3.1.3 CPU及主機板規格 • 以往在486時代之前，CPU的內頻與外頻是一樣的，之後CPU的運算速率不斷的提昇，但晶片組、記憶體等外部設備的效能卻無法跟上腳步，因此，為了不讓這些外部設備拖累CPU的速度，故而開始採用倍頻技術來解決此一問題。 • 倍頻通常以0.5的倍率成長，也就是1,1.5,2,2.5,….等等 • 例如1.6GHz的CPU可以使用100MHz(外頻)*16(倍頻)，也可以使用133MHz(外頻)*12(倍頻) • 主機板之所以要支援更高的外頻，通常主要的考量並不是CPU，而是其他元件的效能已經獲得提昇 • 例如：目前最流行的主記憶體已經由過去66/100/133/150 MHz 的SDRAM提升為333/400/533/667/800MHz的DDR II SDRAM • 因此，外頻主要是隨著主記憶體的速度而改變規格，因為CPU的內頻可以透過倍頻方式取得。 • 調整主機板上的外頻與倍頻方式，在過去，通常必須調整主機板上的開關(jumper)，但目前則大多可以在BIOS中直接設定。

3.1.3 CPU及主機板規格 • CPU封裝： • 封裝就是將晶片給包裝起來，所有的晶片都需要經過封裝的程序建立接腳與外界溝通，並且保護其內部元件。 • CPU也是一種晶片，因此也需要封裝，而封裝方式也有許多種，例如OPGA、mPGA、CPGA、FC-PGA、FC-PGA、OOI、PPGA、S.E.C.C、S.E.C.C.2、S.E.P. 封裝等等 • 半導體產業是一個非常龐大且精密分工的產業，一個VLSI(超大型積體電路)的製作流程被分為許多步驟，而封裝也是其中的一個步驟，並且是非常接近完成的步驟（其後仍有測試與驗證步驟），國內也有不少公司專門提供封裝服務。 • 封裝就是將晶片給包裝起來，所有的晶片都需要經過封裝的程序建立接腳與外界溝通，並且保護其內部元件。 CPU Pentium II，採用SECC封裝 CPU (AMD Athlon 64)的正反面，採用PGA封裝

3.1.3 CPU及主機板規格 • 主機板之CPU插槽腳座： • 主機板上的CPU插槽腳座恰好對應於CPU的接腳，由於封裝決定了CPU的接腳數，所以不同腳座必須使用不同的插槽，其接腳數也都不同。 • 常見的CPU插槽腳座有Socket 7、Socket 379、Slot 1、Slot 2、Slot A、Socket A、Socket 423、Socket 478、Socket 754、Socket 775/T、Socket 939、Socket 940。 • Slot 1、Slot 2、Slot A的CPU為卡夾式（使用S.E.C.C.封裝的Pentium II、III、Xeon） • 大部分Celeron與後來Pentium III則為Socket 370 • 至於Pentium 4的插槽腳座則是Socket 423與Socket 478 • 而多核心Core 2系列的插槽腳座則是Socket 775（又稱為Socket T） • 早期Athlon的插槽腳座為Slot A • 後來的Athlon與Duron插槽腳座都是Socket A • Athlon 64/Athlon 64 X2/Athlon 64 FX採用Socket 754、Socket 939、Socket 940。

3.1.3 CPU及主機板規格 主機板上的CPU插槽(Slot 1) 插在主機板上面的CPU（slot 1與 Intel Pentium II）

3.1.3 CPU及主機板規格 主機板上的CPU插槽(Socket 775) 主機板上的CPU插槽(Socket 940)

3.1.3 CPU及主機板規格 插在主機板上面的CPU （Socket A與AMD Athlon）

3.1.3 CPU及主機板規格 • 主機板之DRAM插槽： • 主機板規格書中也會記載該主機板所使用的主記憶體類型 • 在早期這些插槽通常是30 pin的FPM RAM與72 pin的EDO RAM • 後來則改為168 pin的SDRAM • 至於目前最流行的則是184 pin的DDR SDRAM或240 pin的DDR II SDRAM。（詳見3.2.1節）

3.2 主記憶體（Main Memory） • 除了在CPU內的暫存器之外，電腦的記憶體可以分為主要記憶體(main memory)與次要記憶體(secondary memory)；通常分別由半導體與磁性元件構成；最常見的例子就是RAM和硬碟（HardDisk）。而本節所要介紹記憶體的則是屬於主要記憶體的部分（次要記憶體則於資料的儲存裝置一章中再行介紹）。 • 主要記憶體簡稱主記憶體（又稱為內部記憶體），目前以半導體元件製成，特性為存取速度快、成本高。 • 主記憶體依照存取特性又可以分為隨機存取記憶體(Random Access Memory；簡稱RAM)及唯讀記憶體(Read Only Memory；簡稱ROM)。 • RAM的成本較低，但是無法於電力消失時保存資料，故為揮發性記憶體的一種。 • ROM成本較高，但卻可以在無電力的狀況下保存資料，屬於非揮發性記憶體的一種 • 傳統的ROM只能寫入資料一次，因此通常只會把啟動電腦所需要的小程式儲存在ROM裡面，例如BIOS就是使用ROM做為儲存處的常見應用。

3.2 主記憶體（Main Memory） • RAM也分為動態隨機存取記憶體(DRAM)與靜態隨機存取記憶體(SRAM)兩種。 • DRAM也就是一般購買電腦時常聽到的RAM • SRAM由於速度較快，一般是用在需要快速記憶體的場合，例如快取記憶體(Cache)，其特性如表3-7所列。 RAM與ROM比較表

3.2 主記憶體（Main Memory） SRAM與DRAM比較表【註】：主要記憶體包含RAM(DRAM、SRAM)與ROM，但一般我們所謂的主記憶體若未特別提及，則通常指的是RAM，而且是DRAM。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • DRAM的全名為Dynamic Random Access Memory，中文可譯為『動態隨機存取記憶體』，通常充當電腦系統的主記憶體元件（也就是一般俗稱的RAM）。 • 使用DRAM作為主記憶體時，將可以暫時儲存指令及資料，以供CPU執行程式之用。事實上，所有準備要執行的程式都必須存放在主記憶體中，CPU才能夠執行程式。 • DRAM無法在電腦的電源消失時保持資料，因此，資料若在電源消失前，尚未從主記憶體搬移到磁碟中，在電源消失後（例如關機或重新開機），將會遺失這些資料。 • DRAM從過去到現在，隨著技術的進步，也出現了許多種類，如：Conventional RAM、FPM DRAM、EDO RAM、Burst EDO RAM、SDRAM、DRDRAM、DDR SDRAM等等。

Conventional DRAM Conventional DRAM是非常早期使用的DRAM，運作原理如下：整個記憶體被切割成陣列（類似大表格），每一個陣列元素（小格）的位元數是匯流排一次可以傳輸的最大值，而此陣列（大表格）可以由列(Row)與行(Column)來標記每個陣列元素（小格）（即某記憶體區塊），以示區別，如圖所示。 3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) 記憶體的陣列配置方式

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • 在讀取記憶體區塊的內容前，首先要送出該區塊的位址（透過列與行來標示）Conventional DRAM的做法是，首先送出區塊的列位址訊號，稱之為RAS訊號(row address select訊號)，然後再送出區塊的行位址訊號，稱之為CAS訊號(column address select訊號)，這樣才能選取到所需要的記憶體區塊。雖然這種記憶體存取方式簡單，但Conventional DRAM未能在存取速度上有大幅度改進，因此，Conventional DRAM已經被淘汰了。 • 值得注意的是，在圖3-18中位址匯流排與資料匯流排將連到CPU的位址接腳與資料接腳，記憶體的大小受到位址匯流排與資料匯流排的影響，由於位址匯流排經過解碼器解碼（以2的次方增長），因此記憶體大小的計算公式如下： • 記憶體大小 = 2位址匯流排寬度× 字組寬度 = 2位址匯流排寬度× 資料匯流排寬度 • 舉例來說，有16位元的位址匯流排與16位元的資料匯流排（字組為16位元），則記憶體大小為216×16bits，也就是64K個Word或128KBytes。【註】：有些書籍，將RAS與CAS的原文稱為row address Strobe與column address Strobe。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) • FPM RAM在486/Pentium時代，一度是個人電腦最常見的DRAM。 • 內部以分頁(page)為單位，供CPU存取資料，每個分頁從512位元組到數K位元組，具有快速切換分頁的效果。 • 一般為30-Pin或72-Pin記憶體模組。在屬於它的年代，由於全名過長且無其他競爭對手，因此，許多人將FPM省略，直接簡稱為DRAM。 • FPM之所以稱為Fast Page，是因為它以更快的速度存取位於同一列的資料（也就是同一分頁），因此，FRM改善了更早期的記憶體存取速度。它的存取速度約為70ns~60ns(ns為10-9秒)。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • EDO RAM (Extended Data Out RAM) • 在1995年，一項新的EDO技術取代了FPM RAM，並且EDO RAM在Pentium等級的電腦中，成為必備的主記憶體元件。 • EDO與FPM技術其實大同小異，主要的差別在於 • (1)EDO不採用分頁方式，而是將資料放在連續的記憶體位置內。 • (2)EDO延長了資料輸出的時間，使得下一次讀取記憶體的動作可以在這一次資料傳送尚未完成時就開始 • (3)記憶體控制器能夠在下達指令的過程中省略數個步驟，以便節省時間。 • 實際上，EDO技術只比FPM技術快了15%~20%左右，差距並不大，不過由於EDO RAM的市場需求較大，因此平均售價得以降低，而取代了FPM的市場。不過，由於EDO RAM無法支援高速的系統時脈（超過66MHz），因此後來又被SDRAM取代。 EDO RAM

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • 【BEDO RAM】 • BEDO RAM 是Burst EDO RAM的簡稱，它只是將原有的EDO RAM加以改良，在EDO RAM中加入管線技術，使得記憶體的存取時間更快，Burst EDO RAM可以適用於更高速的系統時脈，在效能上，和後來出現的第一代SDRAM差不多，不過由於價格較高，在主機板支援不夠普遍的環境下，被SDRAM擊敗。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • SDRAM (Synchronous DRAM) • 在1996年底，出現了一種新的DRAM技術－『Synchronous DRAM；同步動態存取記憶體；簡稱SDRAM』 • 為了因應更高時脈的高效能CPU，主記憶體勢必須要改變EDO RAM的非同步特性。SDRAM最重要的變化就是『同步』（早期的DRAM為非同步），『同步』代表記憶體的時脈與電腦時脈相同，使得記憶體控制器能夠掌握準確的時鐘週期，如此一來，CPU就不需要延後下一次的資料存取。 • SDRAM同時透過Interleaving與Bursting技術，加快記憶的讀取速度，並且SDRAM擁有多種不同的速度，以便和系統時鐘同步。 • 舉例來說，市面上曾經出現的SDRAM有PC66/100/133/150等等，恰好搭配主機板的66/100/133/150等外頻，而外頻又可以透過倍頻方式獲得CPU所需的內部頻率，因此，整個系統的效能得以完全發揮。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • SDRAM的資料傳輸寬度為64位元，一般採用DIMM記憶體模組，且分為buffered與unbuffered兩種，工作電壓有3.3及5伏特等規格。但市面上常見的SDRAM則通常採用unbuffered及3.3伏特電壓的規格，封裝則採用TSOP。 • 值得注意的是，SDRAM和SRAM完全不同，SDRAM仍舊屬於DRAM的架構，因此必須充電，充電則將產生時間延遲的問題。 SDRAM 【註】：廣義的SDRAM專指Synchronous DRAM，也就是包含PC XXX SDRAM及DDR SDRAM，但一般中古市場上所稱之SDRAM產品，通常是狹義的SDRAM，也就是PC XXX SDRAM。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) 【記憶體模組設計】個人電腦的DRAM記憶體不是將一顆顆IC晶片直接插到電腦主機板上，為了擴充性考量，目前的DRAM記憶體都採用記憶體模組概念來設計。記憶體模組設計是將記憶體晶片設計整合在統一規格的印刷電路板上(Printed Circuit Board)，透過公認的存取介面，組成相容的記憶體模組，如此一來，主機板廠商只要預留記憶體模組插槽及相關電路，就可以隨時擴充電腦系統的記憶體容量。記憶體模組包含幾個主要元件 (1)記憶體晶片 (2)控制晶片 (3)IC電路板 (4)金手指傳輸介面等。而常見的記憶體模組則有：SIMM、DIMM、SO-DIMM、RIMM(Rambus Module)、C-RIMM(Continuity RIMM)、SO-RIMM、DDR DIMM、等等。並且可分為SIMM、DIMM、RIMM三大類。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) 【記憶體模組設計】(續) SIMM (single in-line memory module；單面針腳記憶體模組)： SIMM的封裝方式有兩種，30pin與72pin，30pin通常是在486以前的電腦使用，早期的FPM RAM、EDO RAM都是採用30 pin SIMM記憶體模組，SIMM對外傳輸單位則是8位元，由於使用在32位元的系統，因此資料傳輸也以32位元為單位。插入30pin記憶體模組時，必須4支一組插入（32位元=4*8位元）。而72pin對外傳輸單位則是32位元，而Pentium系統為64位元，所以需要以2隻一組方式插入（64位元=2*32位元）。 30 pin SIMM上面的記憶體晶片為單面晶片結構，而72 pin SIMM則是單面或雙面晶片的產品都曾出現過，一般來說，每一隻SIMM DRAM上面可能會有8個或9個（或其倍數）記憶體晶片，而9個中的其中一個晶片的功用則是偵錯。 DIMM (dual in-line memory module；雙面針腳記憶體模組)： DIMM與主機板的接觸點有168 pin，對外傳輸單位則是64位元，因此在64位元的Pentium系統中，只需要一支就可以獨立運作。最常見到的應用就是SDRAM。除了168 pin的DIMM之外，後來又發展出184 pin的DDR DIMM，目前應用於DDR SDRAM，是目前個人電腦的主流。 RIMM(Rambus in-line memory module；Rambus專用記憶體模組)：這是針對Rambus DRAM而特殊設計的規格，又稱為Rambus module，與主機板的接觸點也是184 pin。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • DRDRAM (Direct Rambus DRAM) • DRDRAM是Intel與RAMBus公司合作開發的一種記憶體規格，第一代的DRDRAM使用的記憶體模組為16位元 RIMM模組，封裝方式使用的是μBGA。與主機板的接觸點為184 pin，工作頻率可達800MHz。 • Direct Rambus與傳統DRAM的結構及介面皆不相同。早期記憶體的資料傳輸寬度大多為64位元，而Direct Rambus卻只有16位元 • 或許讀者覺得奇怪，如此不是降低了資料傳輸的速度嗎？答案當然是否定的，因為Direct Rambus去除了傳統SDRAM所存在的時間延遲問題，因此使得整體速度更為驚人 • 它以800MHz的速度透過狹窄的16位元匯流排來傳輸資料（此匯流排稱為Direct Rambus Channel），並在時鐘週期波峰及波谷都可執行作業（稱為double clocked），使得每個DRDRAM模組上的記憶體能夠提供每秒1.6GB的高速頻寬。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • 後來，RAMBus公司又推出了32位元 RIMM模組的DRDRAM，包含 • 工作頻率為800MHz 的RIMM 3200（頻寬為3.2GB/s） • 工作頻率為1066MHz 的RIMM 4200（頻寬為4.2GB/s） • 工作頻率為1200MHz的RIMM 4800（頻寬為4.8GB/s） • 工作頻率為1600MHz的RIMM 6400（頻寬為6.4GB/s）。 • 其速度非常之快，同時也支援了雙通道技術，接腳則改為242pin（雙通道技術容後說明）。並且RAMBus公司也正在設計64位元RIMM模組 DRDRAM 與主機板

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • 雖然DRDRAM的速度非常快，但仍可能被淘汰，原因大致有下列幾點： • (1)工作時脈過高，因此通常必須搭配散熱片。 • (2)DRDRAM的技術門檻較高，因此在記憶體顆粒的良率上，表現並不理想。 • (3)DRDRAM採用不同的製程，因此必須使用新的設備製作。 • (4)最重要的一點，DRDRAM並非開放的標準，每一家製造DRDRAM的廠商都必須支付RAMBus公司2%權利金。 • 由於DRDRAM價格較為昂貴，因此，在PC中使用DRDRAM相對來說屬於少數，但DRDRAM確常見於某些電視遊樂器的設計中，主要的原因仍然在於其速度上的優勢。

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) • DDR SDRAM（又稱DDR RAM）是目前最新的SDRAM • 它和DRDRAM有很多方面類似，例如它的主機板接觸點也是184 pin（DDRII為240pin），也能夠在時鐘周期的波峰及波谷傳送資料 • 但不同的是，DDR是開放標準，並且延續SDRAM的設計，採用TSOP封裝，因此相對於DRDRAM，DDR SDRAM更容易獲得製造商的喜愛。 • DDR SDRAM是目前個人電腦主記憶體的主流，其規格發展非常快，計有DDR、DDRII、DDRIII三種規格 • 其中，DDR、DDRII都已有產品問世，而DDRIII暫時僅限於高速繪圖卡使用 • 到目前為止出現的DDRI SDRAM順序分別是DDR-200(又稱PC1600)、DDR-266(又稱PC2100)、DDR-333(又稱PC2700)、DDR-400(又稱PC3200)，DDRII SDRAM的有DDRII-400(又稱PC3200)、DDRII-533(又稱PC4200)、DDRII-667(又稱PC5400)及DDRII-800(又稱PC6400)

3.2.1動態隨機存取記憶體(DRAM) • DDR之所以稱為Double Data Rate，原因是因為，它可以達到雙倍資料傳輸速率的緣故 • 舉例來說，DDR-266與PC133都是在同樣的133MHz頻率下工作，但DDR-266的傳輸速率是266MHz，為PC133的兩倍，這是因為它在一個時鐘週期中，可以傳送兩次資料（分別在波峰及波谷）。 184 Pin的DDR RAM 與主機板

第三章 電腦系統單元： 中央處理器、主記憶體、匯流排、晶片組