如题所述
计算机内存及其相关技术介绍
内存
全称为内存储器，简称内存，用于存放当前待处理的信息和常用信息的半导体芯片。容量不大，但存取迅速。内存包括RAM、ROM和Cache。RAM（随机存取存储器）是电脑的主存储器，人们习惯将RAM称为内存，RAM分为SRAM (Static RAM，静态随机存储器)和DRAM (Dynamic RAM，动态随机存储器) ，其最大特点是关机或断电数据便会丢失。由于SRAM价格昂贵所以常用的内存一般为DRAM。我们一般用刷新时间评价DRAM的性能，单位为ns（纳秒），刷新时间越小存取速度越快。DRAM内存又分为SDRAM内存和DDR SDRAM（下文简称DDR）内存。内存越大的电脑，能同时处理的信息量越大。
内存规格
到目前为止出现过的内存规格主要有FPM、EDO、SDRAM、RDRA(即RAMBUS)、DDR以及现在刚刚上市不久的DDR2 SDRAM等。而目前主流的内存标准是DDR，按数据传输速率可分为DDR 200、DDR 266、DDR 333以及DDR 400，其标准工作频率分别为100MHz、133MHz、166MHz和200MHz，对应的内存传输带宽分别为1.6GB/s、2.12GB/s、2.66GB/s和3.2GB/s，非标准的还有DDR 433，DDR 500等等。DDR 266和PC 2100其实指的同一种规格，只是表述方法不同罢了。DDR 266是指的该内存的工作频率（实际工作频率为133MHz），而PC 2100则是指，其内存传输带宽为2100MB/s。内存带宽的计算公式为：B表示带宽；F表示存储器时钟频率；D表示存储器数据宽度；n表示时钟脉冲上下沿传输系数，SDRAM为1，DDR的系数为2，DDR2 SDRAM则为4；则内存的带宽为：
B = ( F × D / 8 ) × n
DRAM基本存储单元结构
RDRAM(Rambus)、DDR2 SDRAM、DDR、SDRAM甚至是EDO RAM的基本结构都是相同的，它们都是属于DRAM。所有的DRAM基本存储单元都是由一个晶体管和一个电容组成。这样的基本存储单元的架构是目前最经济的方式，电容的状态决定着内存基本存储单元的逻辑状态是“0”还是“1”－－充满电荷的电容器代表逻辑“1”，“空”的电容器代表逻辑“0”，不过正是因为使用了电容器所以产生了一些缺陷。电容内存储的电荷一般是会慢慢泄漏的，这也就是为什么内存需要不时的刷新的缘故。电容需要电流进行充电，而电流充电的过程也是需要一定时间的，一般是0.2-0.18微秒（由于内存工作环境所限制，不可能无限制的提高电流的强度），在这个充电的过程中内存是不能被访问的。而读取DRAM内存会造成内存基本存储单元中的电荷丢失,所以每当DRAM被访问之后都要进行刷新，以维持访问之前的状态，否则就会造成数据丢失。由于拿出专门的时间进行刷新，也就增加了访问时间，提高了延迟。SRAM则不存在刷新的问题；一个SRAM基本存储单元由4个晶体管和两个电阻器构成，它并不利用电容器来存储数据，而是通过切换晶体管的状态来实现的；所以SRAM的读取过程并不会造成SRAM内存储的的信息的丢失，也就不需要对存储单元刷新。
主流DRAM
市场上主流的DRAM主要有3种：
1. SDRAM（Synchronous DRAM，同步动态随机存储器)，这种DRAM工作速度与系统总线速度是同步的。如PC100、PC133等，100及133就是指系统总线频率，即PC100 SDRAM内存适用系统总线为100MHz的计算机中，而PC133则适用于系统总线为133MHz的计算机中。SDRAM为1个通道传送数据。SDRAM内存采用TSOP封装方式。由于速度较慢SDRAM已经在市场难于见到。
2. DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM，双倍数据率SDRAM)，DDR采用在信号的上升沿与下降沿时都进行数据处理与传输，因此理论上DDR 内存可提供双倍于SDRAM的速度，200MHz的DDR 400内存其性能就相当于400MHz的SDRAM内存。DDR采用2个通道传送数据。DDR内存还采用2位预取数(pre-fetch of 2 bits)技术加快速据的处理速度。DDR颗粒容量为128Mb-1Gb，采用TSOP封装方式。DDR是目前市场上的主流内存。
3. DDR II，DDR-II内存将是现有DDR内存的换代升级产品，DDR-II工作频率为400MHz以上，如533MHz、800MHz、1000MHz等等。DDR II采用4个通道传送数据，因而数据率与DDR相同的情况下，其核心频率只为DDR的一半，所以DDR II内存的功耗要比DDR小一半。DDR II采用了4位预取数技术，这是其性能提升的重要关键。同时提供了4位、8位512MB内存1KB的寻址设置，以及16位512MB内存2KB的寻址设置。DDR II颗粒容量为256Mb-2Gb，采用FBGA封装方式。目前DDR II价格比较高，成为主流还需时日。
内存参数
内存的寻址是先进行行寻址再进行列寻址。先介绍几个内存寻址中用到的名词：
RAS（Row Address Strobe ）行地址寻址；
CAS（Column Address Strobe / Column Address Select）列地址寻址/选择；
CL(CAS Latency)用于控制内存接收到一条数据读取指令后要等待多少个时钟周期才实际执行该指令，同时该参数也决定了在一次内存突发传送过程中完成第一部分传送所需要的时钟周期数；
tRCD(Time of RAS to CAS Delay)用于控制内存RAS信号转为CAS信号之间的延迟；
tRP(Time of Row Precharge)用于设定在另一行能被激活之前，RAS需要的预充电时间；
tRAS(MinRAS Active Timing）用于控制内存最小的行地址激活时钟周期数,表示一个行地址从激活到复位的时间。
比如说某内存的参数为3-4-4-8@275MHz，其是分别指内存的CL，tRCD，tRP和tRAS以及该内存工作在275MHz的频率下。在内存运行稳定的前提下，以上参数越小内存的性能也就越高。
内存插槽
内存插槽是指主板上采用的内存插槽类型。内存条通过金手指与主板连接，内存条正反两面都带有金手指。金手指可以在两面提供不同的信号，也可以提供相同的信号。目前主要的内存插槽有：
1. SIMM（Single In-line Memory Module，单内联内存模块）。两侧金手指都提供相同信号的内存结构，它多用于早期的FPM和EDO DRAM，最初一次只能传输8bif数据，后来逐渐发展出16bit、32bit的SIMM模组，其中8bit和16bitSIMM使用30pin接口，32bit的则使用72pin接口。现在已经被淘汰。
2. DIMM（Dual In-line Memory Module，双内联内存模块）。DIMM金手指的两侧不是互通的，它们各自独立传输信号，因此可以满足更多数据信号的传送需要。SDRAM DIMM为168Pin DIMM结构，金手指每面为84Pin，金手指上有两个缺口，用来避免插入插槽时，错误将内存反向插入而导致烧毁,其数据宽度为64bit，工作电压为3.3V。DDR DIMM则采用184Pin DIMM结构，金手指每面有92Pin，金手指上只有一个缺口，数据宽度为64bit，工作电压为2.5V，DDR内存与SDRAM内存是不兼容的。DDR II采用240pin DIMM结构，金手指每面有120pin，金手指上中间有一个缺口，数据宽度为64bit工作电压为1.8V，所以DDR II内存与DDR内存也是不兼容的。
3. RIMM（Rambus In-line Memory Module，双内联内存模块）RIMM是Rambus公司生产的RDRAM内存所采用的接口类型，RIMM内存与DIMM的外型尺寸差不多，金手指同样也是双面。RIMM也有184 Pin针脚，在金手指的中间部分有两个靠得很近的卡口。RIMM非ECC版有16位数据宽度，ECC版则都是18位宽。
4. SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module)：这是一种改良型的DIMM模块，比一般的DIMM模块来得小，内存管脚为144pin，应用于笔记型计算机、列表机、传真机或是各种终端机等。
双通道内存技术
双通道内存技术最初是从RAMBUS推出的RDRAM内存条开始的。RAMBUS的内存速度非常快，但是总线宽度却比SDRAM内存还要小，因此它不得不结合Intel的双通道内存控制技术提高带宽，达到高速的数据传输速率。
双通道内存技术其实是一种内存控制和管理技术，它依赖于芯片组的内存控制器发生作用，在理论上能够使两条同等规格内存所提供的带宽增长一倍。它的技术核心在于：芯片组（北桥）可以在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数据从而使内存达到128位的数据带宽。双通道DDR有两个64bit内存控制器，双64bit内存体系所提供的带宽等同于一个128bit内存体系所提供的带宽，但是二者所达到效果却是不同的。双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能内存控制器，两个内存控制器都能够在彼此间零等待时间的情况下同时运作。例如，当一个控制器准备进行下一次存取内存的时候，另一个控制器就在读/写主内存，反之亦然。两个内存控制器的这种互补“天性”可以让有效等待时间缩减50%。
内存的发展
毋庸置疑，DDRⅡ的前途一片光明，作为DDR的接替者，DDRⅡ将顺利接替DDR作为下一代PC的主流内存，从DDRⅡ400到DDRⅡ533、DDRⅡ667、DDRⅡ800，DDRⅡ发展将一帆风顺，无论Intel平台还是AMD平台，都做好了迎接DDRⅡ时代的准备，以当前的微处理器水平而论，DDRⅡ完全可以满足需要；而ATI和nVIDIA两大图形芯片制造商，也都迫不及待抢先在显卡中使用DDRⅡ类型的显存，在所有PC相关的应用中，DDRⅡ将一统天下的事实难以撼动。
而Rambus退出PC舞台之后，谁也没想到它竟然会卷土重来——XDR DRAM（eXtreme Data Rate DRAM，终极数据率内存）便是Rambus寄以厚望的新技术。和以前的RDRAM一样，XDR DRAM在性能上比DDRⅡ存在压倒性的优势，问题是它要想成功还得面对其它诸多因素，高性能并不能说明一切。
Rambus将会推出2.4GHz、3.2GHz、4.0GHz三种速度的XDR内存，未来可提升到6.4GHz的高水准。由于采用了八倍数据频率技术，这些XDR版本的核心频率却只有300MHz、400MHz和500MHz，加上先进的DRSL信号技术，XDR的功耗和发热量都不会太高。XDR DRAM的内存宽度仍为16位，这样XDR 2.4GHz、XDR 3.2GHz、XDR 4.0GHz所拥有的内存带宽就可达到4.8GB/s、6.4GB/s和8GB/s，如果采用双通道技术的话性能还可翻倍，称之为“终极数据率内存”毫不过分。同时XDR采用多通道架构，最多可扩充到支持八个通道(128bits)。在八通道下，采用XDR 3.2GHz模组，系统可获得的最高带宽将突破50GB/s；而用XDR 6.4GHz版本就能超过100GB/s，在性能上已经超过了更遥远的DDR III。Rambus为XDR DRAM制定了名为“XDIMM”的模组规格，为重返PC市场做好了技术上的准备。DIMM模组的外形同现在的RDRAM内存非常相似，两者尺寸相同、接口引脚数相似，模组上同样覆盖着一个金属散热片，内存芯片将采用CSP封装。但是目前只有索尼的PS3游戏机采用了XDR，在PC机领域还未有动静。
那么在RDRAM、DDR之后是什么呢？剑桥大学和日立公司的科研人员宣布，其开发新一代“DRAM杀手PLEDM内存”将于五年内投入生产。PLEDM内存全称为相位级低电子空穴数驱动内存，它可以快速读取记录大量数据，一部电影也可以被存储在单个内存芯片上，它采用一种新型单元结构，采用两个晶体管，这就可以在更小的空间里容纳更多单元。由于PLEDM不但体积小，而且耗电量小，其将会采用在移动产品设备上，并且由于其拥有高速和存储能力，将可能会取代目前的驱动器。无论如何，内存技术在未来都会有更加飞速的发展，必将带给我们容量更大，速度更快，价格更低的内存。
内存
全称为内存储器，简称内存，用于存放当前待处理的信息和常用信息的半导体芯片。容量不大，但存取迅速。内存包括RAM、ROM和Cache。RAM（随机存取存储器）是电脑的主存储器，人们习惯将RAM称为内存，RAM分为SRAM (Static RAM，静态随机存储器)和DRAM (Dynamic RAM，动态随机存储器) ，其最大特点是关机或断电数据便会丢失。由于SRAM价格昂贵所以常用的内存一般为DRAM。我们一般用刷新时间评价DRAM的性能，单位为ns（纳秒），刷新时间越小存取速度越快。DRAM内存又分为SDRAM内存和DDR SDRAM（下文简称DDR）内存。内存越大的电脑，能同时处理的信息量越大。
内存规格
到目前为止出现过的内存规格主要有FPM、EDO、SDRAM、RDRA(即RAMBUS)、DDR以及现在刚刚上市不久的DDR2 SDRAM等。而目前主流的内存标准是DDR，按数据传输速率可分为DDR 200、DDR 266、DDR 333以及DDR 400，其标准工作频率分别为100MHz、133MHz、166MHz和200MHz，对应的内存传输带宽分别为1.6GB/s、2.12GB/s、2.66GB/s和3.2GB/s，非标准的还有DDR 433，DDR 500等等。DDR 266和PC 2100其实指的同一种规格，只是表述方法不同罢了。DDR 266是指的该内存的工作频率（实际工作频率为133MHz），而PC 2100则是指，其内存传输带宽为2100MB/s。内存带宽的计算公式为：B表示带宽；F表示存储器时钟频率；D表示存储器数据宽度；n表示时钟脉冲上下沿传输系数，SDRAM为1，DDR的系数为2，DDR2 SDRAM则为4；则内存的带宽为：
B = ( F × D / 8 ) × n
DRAM基本存储单元结构
RDRAM(Rambus)、DDR2 SDRAM、DDR、SDRAM甚至是EDO RAM的基本结构都是相同的，它们都是属于DRAM。所有的DRAM基本存储单元都是由一个晶体管和一个电容组成。这样的基本存储单元的架构是目前最经济的方式，电容的状态决定着内存基本存储单元的逻辑状态是“0”还是“1”－－充满电荷的电容器代表逻辑“1”，“空”的电容器代表逻辑“0”，不过正是因为使用了电容器所以产生了一些缺陷。电容内存储的电荷一般是会慢慢泄漏的，这也就是为什么内存需要不时的刷新的缘故。电容需要电流进行充电，而电流充电的过程也是需要一定时间的，一般是0.2-0.18微秒（由于内存工作环境所限制，不可能无限制的提高电流的强度），在这个充电的过程中内存是不能被访问的。而读取DRAM内存会造成内存基本存储单元中的电荷丢失,所以每当DRAM被访问之后都要进行刷新，以维持访问之前的状态，否则就会造成数据丢失。由于拿出专门的时间进行刷新，也就增加了访问时间，提高了延迟。SRAM则不存在刷新的问题；一个SRAM基本存储单元由4个晶体管和两个电阻器构成，它并不利用电容器来存储数据，而是通过切换晶体管的状态来实现的；所以SRAM的读取过程并不会造成SRAM内存储的的信息的丢失，也就不需要对存储单元刷新。
主流DRAM
市场上主流的DRAM主要有3种：
1. SDRAM（Synchronous DRAM，同步动态随机存储器)，这种DRAM工作速度与系统总线速度是同步的。如PC100、PC133等，100及133就是指系统总线频率，即PC100 SDRAM内存适用系统总线为100MHz的计算机中，而PC133则适用于系统总线为133MHz的计算机中。SDRAM为1个通道传送数据。SDRAM内存采用TSOP封装方式。由于速度较慢SDRAM已经在市场难于见到。
2. DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM，双倍数据率SDRAM)，DDR采用在信号的上升沿与下降沿时都进行数据处理与传输，因此理论上DDR 内存可提供双倍于SDRAM的速度，200MHz的DDR 400内存其性能就相当于400MHz的SDRAM内存。DDR采用2个通道传送数据。DDR内存还采用2位预取数(pre-fetch of 2 bits)技术加快速据的处理速度。DDR颗粒容量为128Mb-1Gb，采用TSOP封装方式。DDR是目前市场上的主流内存。
3. DDR II，DDR-II内存将是现有DDR内存的换代升级产品，DDR-II工作频率为400MHz以上，如533MHz、800MHz、1000MHz等等。DDR II采用4个通道传送数据，因而数据率与DDR相同的情况下，其核心频率只为DDR的一半，所以DDR II内存的功耗要比DDR小一半。DDR II采用了4位预取数技术，这是其性能提升的重要关键。同时提供了4位、8位512MB内存1KB的寻址设置，以及16位512MB内存2KB的寻址设置。DDR II颗粒容量为256Mb-2Gb，采用FBGA封装方式。目前DDR II价格比较高，成为主流还需时日。
内存参数
内存的寻址是先进行行寻址再进行列寻址。先介绍几个内存寻址中用到的名词：
RAS（Row Address Strobe ）行地址寻址；
CAS（Column Address Strobe / Column Address Select）列地址寻址/选择；
CL(CAS Latency)用于控制内存接收到一条数据读取指令后要等待多少个时钟周期才实际执行该指令，同时该参数也决定了在一次内存突发传送过程中完成第一部分传送所需要的时钟周期数；
tRCD(Time of RAS to CAS Delay)用于控制内存RAS信号转为CAS信号之间的延迟；
tRP(Time of Row Precharge)用于设定在另一行能被激活之前，RAS需要的预充电时间；
tRAS(MinRAS Active Timing）用于控制内存最小的行地址激活时钟周期数,表示一个行地址从激活到复位的时间。
比如说某内存的参数为3-4-4-8@275MHz，其是分别指内存的CL，tRCD，tRP和tRAS以及该内存工作在275MHz的频率下。在内存运行稳定的前提下，以上参数越小内存的性能也就越高。
内存插槽
内存插槽是指主板上采用的内存插槽类型。内存条通过金手指与主板连接，内存条正反两面都带有金手指。金手指可以在两面提供不同的信号，也可以提供相同的信号。目前主要的内存插槽有：
1. SIMM（Single In-line Memory Module，单内联内存模块）。两侧金手指都提供相同信号的内存结构，它多用于早期的FPM和EDO DRAM，最初一次只能传输8bif数据，后来逐渐发展出16bit、32bit的SIMM模组，其中8bit和16bitSIMM使用30pin接口，32bit的则使用72pin接口。现在已经被淘汰。
2. DIMM（Dual In-line Memory Module，双内联内存模块）。DIMM金手指的两侧不是互通的，它们各自独立传输信号，因此可以满足更多数据信号的传送需要。SDRAM DIMM为168Pin DIMM结构，金手指每面为84Pin，金手指上有两个缺口，用来避免插入插槽时，错误将内存反向插入而导致烧毁,其数据宽度为64bit，工作电压为3.3V。DDR DIMM则采用184Pin DIMM结构，金手指每面有92Pin，金手指上只有一个缺口，数据宽度为64bit，工作电压为2.5V，DDR内存与SDRAM内存是不兼容的。DDR II采用240pin DIMM结构，金手指每面有120pin，金手指上中间有一个缺口，数据宽度为64bit工作电压为1.8V，所以DDR II内存与DDR内存也是不兼容的。
3. RIMM（Rambus In-line Memory Module，双内联内存模块）RIMM是Rambus公司生产的RDRAM内存所采用的接口类型，RIMM内存与DIMM的外型尺寸差不多，金手指同样也是双面。RIMM也有184 Pin针脚，在金手指的中间部分有两个靠得很近的卡口。RIMM非ECC版有16位数据宽度，ECC版则都是18位宽。
4. SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module)：这是一种改良型的DIMM模块，比一般的DIMM模块来得小，内存管脚为144pin，应用于笔记型计算机、列表机、传真机或是各种终端机等。
双通道内存技术
双通道内存技术最初是从RAMBUS推出的RDRAM内存条开始的。RAMBUS的内存速度非常快，但是总线宽度却比SDRAM内存还要小，因此它不得不结合Intel的双通道内存控制技术提高带宽，达到高速的数据传输速率。
双通道内存技术其实是一种内存控制和管理技术，它依赖于芯片组的内存控制器发生作用，在理论上能够使两条同等规格内存所提供的带宽增长一倍。它的技术核心在于：芯片组（北桥）可以在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数据从而使内存达到128位的数据带宽。双通道DDR有两个64bit内存控制器，双64bit内存体系所提供的带宽等同于一个128bit内存体系所提供的带宽，但是二者所达到效果却是不同的。双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能内存控制器，两个内存控制器都能够在彼此间零等待时间的情况下同时运作。例如，当一个控制器准备进行下一次存取内存的时候，另一个控制器就在读/写主内存，反之亦然。两个内存控制器的这种互补“天性”可以让有效等待时间缩减50%。
内存的发展
毋庸置疑，DDRⅡ的前途一片光明，作为DDR的接替者，DDRⅡ将顺利接替DDR作为下一代PC的主流内存，从DDRⅡ400到DDRⅡ533、DDRⅡ667、DDRⅡ800，DDRⅡ发展将一帆风顺，无论Intel平台还是AMD平台，都做好了迎接DDRⅡ时代的准备，以当前的微处理器水平而论，DDRⅡ完全可以满足需要；而ATI和nVIDIA两大图形芯片制造商，也都迫不及待抢先在显卡中使用DDRⅡ类型的显存，在所有PC相关的应用中，DDRⅡ将一统天下的事实难以撼动。
而Rambus退出PC舞台之后，谁也没想到它竟然会卷土重来——XDR DRAM（eXtreme Data Rate DRAM，终极数据率内存）便是Rambus寄以厚望的新技术。和以前的RDRAM一样，XDR DRAM在性能上比DDRⅡ存在压倒性的优势，问题是它要想成功还得面对其它诸多因素，高性能并不能说明一切。
Rambus将会推出2.4GHz、3.2GHz、4.0GHz三种速度的XDR内存，未来可提升到6.4GHz的高水准。由于采用了八倍数据频率技术，这些XDR版本的核心频率却只有300MHz、400MHz和500MHz，加上先进的DRSL信号技术，XDR的功耗和发热量都不会太高。XDR DRAM的内存宽度仍为16位，这样XDR 2.4GHz、XDR 3.2GHz、XDR 4.0GHz所拥有的内存带宽就可达到4.8GB/s、6.4GB/s和8GB/s，如果采用双通道技术的话性能还可翻倍，称之为“终极数据率内存”毫不过分。同时XDR采用多通道架构，最多可扩充到支持八个通道(128bits)。在八通道下，采用XDR 3.2GHz模组，系统可获得的最高带宽将突破50GB/s；而用XDR 6.4GHz版本就能超过100GB/s，在性能上已经超过了更遥远的DDR III。Rambus为XDR DRAM制定了名为“XDIMM”的模组规格，为重返PC市场做好了技术上的准备。DIMM模组的外形同现在的RDRAM内存非常相似，两者尺寸相同、接口引脚数相似，模组上同样覆盖着一个金属散热片，内存芯片将采用CSP封装。但是目前只有索尼的PS3游戏机采用了XDR，在PC机领域还未有动静。
那么在RDRAM、DDR之后是什么呢？剑桥大学和日立公司的科研人员宣布，其开发新一代“DRAM杀手PLEDM内存”将于五年内投入生产。PLEDM内存全称为相位级低电子空穴数驱动内存，它可以快速读取记录大量数据，一部电影也可以被存储在单个内存芯片上，它采用一种新型单元结构，采用两个晶体管，这就可以在更小的空间里容纳更多单元。由于PLEDM不但体积小，而且耗电量小，其将会采用在移动产品设备上，并且由于其拥有高速和存储能力，将可能会取代目前的驱动器。无论如何，内存技术在未来都会有更加飞速的发展，必将带给我们容量更大，速度更快，价格更低的内存。
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