計算機維護與維修教程第五章.ppt

第5章內存 本章介紹了微機系統(tǒng)的內部存儲器 包括各種ROM和RAM芯片的特點和功能等 5 1系統(tǒng)內部存儲器5 2ROM存儲器5 3RAM存儲器5 4內存條和高速緩存 退出 5 1系統(tǒng)內部存儲器 5 1 1內部存儲器簡介系統(tǒng)內部存儲器簡稱為內存 它是系統(tǒng)的主存 負責存儲當前運行的程序指令和數(shù)據(jù) 并通過高速的系統(tǒng)總線 直接供CPU進行處理 因此必須是由高速集成電路存儲器組成 CPU 外圍芯片組 內存和總線接口這些最基本的部分組成計算機的主機 而內存的容量 速度和可靠性等指標都直接關系到系統(tǒng)的性能 在微機開始工作時 首先從外存將指定的文件 程序指令和數(shù)據(jù) 裝入內存 然后CPU非常頻繁地直接訪問內存 執(zhí)行程序指令 進行數(shù)據(jù)運算和系統(tǒng)控制等操作 完成特定的任務 并將最終的結果以文件的形式再保存到外存上 硬盤的速度較慢 且其速度對系統(tǒng)的影響遠不如內存大 內存由主板和內存條上安裝的多種存儲器集成電路組成 如只讀存儲器 ROM 和隨機讀寫存儲器 RAM 主機配備的內存存儲容量的大小應根據(jù)系統(tǒng)運行的操作系統(tǒng)和應用程序的需要而定 如果要求運行復雜的操作系統(tǒng)和同時運行多個應用程序 所需內存就要更大些 表5 1列出了幾種常用軟件的內存需求 表5 1常用軟件對內存的要求 5 1 2內存的技術指標內存的主要指標如下 1 內存容量內存容量是指內存的存儲單元的數(shù)量 單位是字節(jié) Byte 千字節(jié) KB 和兆字節(jié) MB 1MB 210KB 1024KB 220Byte 1024 1024Byte 目前系統(tǒng)內存通常為32MB 64MB 128MB或256MB 顯示內存通常為4MB 8MB 16MB或32MB 2 內存速度內存速度包括內存芯片的存取速度和內存總線的速度 內存存取速度即讀 寫內存單元數(shù)據(jù)的時間 單位是毫微秒 nS 1秒 Sec 106微秒 S 109毫微秒 nS 常用內存芯片的速度為幾十nS到幾個nS 顯然數(shù)值越小速度越快 內存總線的速度是指CPU到內存之間的總線速度 由總線工作時鐘決定 如33MHz 66MHz 100MHz和133MHz等 顯然數(shù)值越大速度約快 所謂PC 100和PC 133的SDRAM內存條 就是指分別滿足100MHz和133MHz總線的內存 由于頻率和周期互為倒數(shù) 10nS和7 5nS的內存應分別對應于100MHz和133MHz總線時鐘 3 內存芯片的種類內存芯片分為只讀存儲器 ROM 和隨機存取存儲器 RAM 兩大類 ROM又分為PROM EPROM和EEPROM等 RAM又分為DRAM SRAM CMOSRAM和VRAM等 而DRAM等還有各種不同的類型 4 奇偶校驗奇偶校驗 ParityCheck 是系統(tǒng)檢查數(shù)據(jù)存取和傳輸錯誤的一種最簡單的技術 以奇校驗為例 它采用附加的1bit校驗位來對8bit數(shù)據(jù)進行查錯 規(guī)定正確的數(shù)據(jù)中所含 1 的個數(shù)必須為奇數(shù)個 5 ECCECC ErrorCheckandCorrect 即錯誤檢測與糾正 它是一種內存數(shù)據(jù)檢驗和糾錯技術 ECC是對8bit數(shù)據(jù)用4bit來進行校驗和糾錯 帶ECC的內存穩(wěn)定可靠 一般用于服務器 5 2ROM存儲器 5 2 1系統(tǒng)ROMBIOSROM ReadOnlyMemory 即只讀存儲器IC 它的特點是只能讀不能寫 即它存儲的內容不會被改寫 并且關機后也不會丟失 因此ROM被用來存放開機就要首先執(zhí)行的BIOS程序 BIOS BasicInputOutputSystem 即基本輸入輸出系統(tǒng) 它是微機系統(tǒng)的最基礎程序 它 固化 在主板上的ROM芯片中 加電開機后首先執(zhí)行BIOS 并引導系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài) 所謂 固化 是說BIOS程序是以物理的方式保存在ROM芯片中的 即使關機也不會丟失 所以也叫做ROMBIOS BIOS程序中包括系統(tǒng)的啟動引導代碼 系統(tǒng)加電自檢程序POST PowerOnSelfTest 系統(tǒng)硬件配置程序 BIOSSetup或CMOSSetup 基本硬件驅動程序 如鍵盤 低分辨率顯示 軟盤 硬盤 通信接口等 以及BIOS的輸入輸出管理程序等 在微機加電之前 CPU的指令地址指向ROMBIOS的系統(tǒng)啟動引導代碼 加電后 CPU便首先自動執(zhí)行引導代碼 并開始運行BIOS程序 使BIOS獲得系統(tǒng)控制權 BIOS的POST程序根據(jù)CMOS存儲芯片中的硬件配置數(shù)據(jù)逐一檢測CPU 內存 顯示卡 鍵盤 軟盤驅動器和硬盤等 如果各個部分均正常 則引導程序就去引導磁盤操作系統(tǒng) DOS Windows等 在POST運行中 如果檢測到某個硬件不正常 BIOS就會通過PC小喇叭發(fā)出故障提示音響代碼 或者通過屏幕顯示故障提示文字 在BIOS開始運行POST 屏幕顯示內存信息時 屏幕下沿會提示按 Del 鍵去執(zhí)行系統(tǒng)硬件配置程序 CMOSSetup 進行硬盤類型 軟驅類型 日期時間和系統(tǒng)工作參數(shù)的設置 如果你及時按 Del 鍵 便可執(zhí)行CMOSSetup程序 設置后的數(shù)據(jù)存入CMOSRAM芯片 在下次啟動時BIOS會訪問CMOSRAM 得到正確的硬件配置和優(yōu)化參數(shù)來啟動系統(tǒng) 如果CMOS設置不當 系統(tǒng)也會因此而無法正常工作 5 2 2ROM存儲芯片1 PROMPROM ProgrammableROM 即可編程ROM 它允許用戶根據(jù)自己的需要 利用專門的寫ROM設備寫入內容 但只允許寫一次 使用起來仍然不方便 2 EPROMEPROM ErasableProgrammableROM 即可擦除可編程ROM 它允許用戶根據(jù)自己的需要 利用專門的EPROM寫入器改寫其內容 可以多次改寫 更新程序比較方便 因此在早期的PC機中都使用EPROM作為BIOS程序的存儲器 EPROM的外形見圖5 1 它可以用紫外線照射擦除存儲數(shù)據(jù) 用EPROM編程器進行程序編寫和輸入 3 EEPROMEEPROM或E2PROM ElectricalEPROM 即電可擦除可編程ROM 外形見圖5 1 目前的主板都使用EEPROM保存BIOS EEPROM存儲器也叫做閃速存儲器 FlashROM 簡稱為閃存BIOS 閃存的特點是程序改寫 升級方便 只需在機器運行的正常情況下使用專門的應用程序 將來自廠家或網站上的最新版本的BIOS寫入閃存即可 閃存ROM的擦除條件是加上12V電壓 這可以在主板上用跳線設置成高電壓的擦除寫入狀態(tài) 因此目前主板的BIOS升級是容易而及時的 由此主板可以充分發(fā)揮最佳效能 顯然閃存BIOS也有致命弱點 它很容易被CIH類的病毒改寫破壞 致使主板癱瘓 為此 在主板上采取了硬件跳線禁止寫閃存BIOS 軟件COMS設置禁止寫閃存BIOS和雙BIOS閃存芯片等保護性措施 圖5 1EPROM和EEPROM 5 2 3ROMBIOS的新特點ROMBIOS芯片和它在主板上的位置如圖5 2所示 目前的ROMBIOS具有如下一些新的特點 1 目前BIOS程序存儲在閃速存儲器 FlashMemory 中 改寫和升級比較容易 主板上還有專門的跳線來設置閃存BIOS的允許或不允許改寫狀態(tài) 以便保護BIOS程序不被病毒破壞 2 不僅能自動檢測硬盤的類型參數(shù) 還能自動檢測CPU類型 主頻和工作電壓 也還能自動檢測具有PnP功能的擴展卡 并能為之合理分配系統(tǒng)資源 3 除了用軟盤A 硬盤C啟動操作系統(tǒng)外 還可以用CD ROM光盤啟動系統(tǒng) 4 支持SMM SourceManagementMode 即電源管理模式 滿足 綠色電腦 的基本要求 它能在主板暫停工作時進入省電狀態(tài) 即低功耗運行 5 具有DMI DesktopManagementInterface 即桌面管理接口 用戶可以利用各種支持DMI的工具軟件 如Norton等 查看和修改硬件數(shù)據(jù) 可以直接管理硬件配置 6 支持ESCD ExtendedSystemConfigurationData 即擴展系統(tǒng)配置數(shù)據(jù) 它包括各擴展卡和集成在主板上的設備的IRQ號 I O口地址和DMA通道號 在開機完成系統(tǒng)檢測后 屏幕顯示系統(tǒng)硬件配置表 在表中除了顯示上述DMI的數(shù)據(jù)外 還顯示ESCD的數(shù)據(jù) 圖5 2ROMBIOS 在選擇一個主板時 要特別注意它配備的BIOS程序的版本 功能和兼容性 ROM的讀取速度都比較慢 為了提高BIOS讀取速度 ROMBIOS本身提供了將自身程序代碼復制到RAM上執(zhí)行的功能 這叫做映象 即ShadowRAM 可在CMOSSetup中加以設置 5 3RAM存儲器 RAM RandomAccessMemory 即隨機讀寫存儲器IC 內存主要由RAM存儲器芯片構成 按芯片類型和在系統(tǒng)中作用的差別 RAM又可分為DRAM CMOSRAM SRAM和VRAM等多種 5 3 1DRAMDRAM DynamicRAM 即動態(tài)RAM 因為它的集成度高 單片容量可達64M位 價格便宜且可讀可寫 因此系統(tǒng)內存的主要容量空間是由DRAM構成的 DRAM芯片的容量大存儲單元多 地址線的位數(shù)多 為了減少芯片的引腳 就把每個存儲單元的地址分為行地址和列地址兩部分表示 在對每個存儲單元進行讀寫操作時 地址要分兩次輸入 首先是行地址 然后是列地址 這顯然降低了對存儲芯片的訪問速度 另外DRAM芯片的存儲單元是一個電容性電路 系統(tǒng)要定時對存儲數(shù)據(jù)進行額外的刷新 因此 DRAM芯片的存取速度低 一般為70nS 毫微秒 或60nS 比CPU低許多 DRAM芯片的訪問方式決定著它的存取速度 按照訪問方式DRAM可以分為如下幾種 1 FPMFPM FastPageMode DRAM即快速頁方式 FPM的芯片速度可達70ns 常用于486和586主板 2 EDOEDO ExtendedDataOutput DRAM即可擴展數(shù)據(jù)輸出方式 EDO的芯片速度可達60ns 常用于586和早期Pentium 主板 3 SDRAMSDRAM SynchronousDRAM 即同步DRAM 所謂 同步 是指這種存儲器能與系統(tǒng)總線時鐘同步工作 SDRAM存儲器按系統(tǒng)總線 FSB 的時鐘分為66MHz 100MHz和133MHz等多種 后者分別標記為PC100和PC133 SDRAM芯片的讀寫速度可達10nS 甚至7nS 用于Pentium 以上的主板 4 RDRAMRDRAM RambusDRAM 是一種高性能的新型SDRAM存儲器 它通過一個新型的高速RamBus總線傳輸數(shù)據(jù) 可以支持300MHz總線時鐘 又由于是在時鐘信號的上升和下降沿均工作 實際上相當于工作在600MHz上 最新的奔騰四主板以雙通道的4個RIMM插槽支持RDRAM內存 5 DDRDDR DoubleDataRate 即雙數(shù)據(jù)率DRAM 它也是一種新型的高速SDRAM存儲器 它在時鐘脈沖的上升和下降沿都進行操作 理論上也是目前SDRAM速度的兩倍 5 3 2CMOSRAMCMOSRAM ComplementaryMetalOxideSemiconductorRAM 即互補型金屬氧化物半導體RAM存儲器 由于該類存儲器耗電極低 開機時由PC電源給CMOS芯片供電 關機后即可切換到主板上的小電池供電 使之不丟失存儲信息 因此主板上的CMOSRAM芯片用于存儲不允許丟失但需要用戶改寫的系統(tǒng)BIOS硬件配置信息 如軟盤驅動器類型 硬盤驅動器類型 顯示模式 內存大小和系統(tǒng)工作狀態(tài)參數(shù)等 每當硬件配置改變時 比如更換了硬盤 內存條等 用戶必須在開機時按 Del 鍵 首先運行BIOSSetup程序 也叫CMOSSetup程序 對相關信息進行修改 每次開機啟動時 BIOS程序都要訪問CMOS存儲芯片 以便正確檢測和配置硬件 CMOS的電池有3 6V的可充電電池和3 3V的普通CR2032鈕扣電池等 CMOSRAM芯片和電池如圖5 3所示 有些主板的可充電CMOS電池做在了CMOS元件內部 有些CMOS電路也集成到了南橋芯片組內 圖5 3CMOSRAMM和電池 5 3 3SRAMSRAM StaticRAM 即靜態(tài)RAM SRAM是由靜態(tài)MOS管構成 它的體積大 集成度比DRAM低 容量小 單片為512Kbits到512KB 和價格高 但是它的速度遠高于DRAM 通常為15nS 毫微秒 到幾個nS 因此它被用來構成主板的系統(tǒng)高速緩沖存儲器 Cache 以解決低速主存與高速CPU不匹配的瓶頸問題 5 4內存條和高速緩存 5 4 1內存條早期IBM PC機的主存儲器都是固定安裝在主板上 由許多存儲芯片組成的 見前面圖4 1 容量為256KB 隨著系統(tǒng)對內存容量需求越來越大 已無法在主板有限的空間上排列更多的內存芯片了 因此采用ISA總線擴展卡來解決 這就是老式微機的ISA內存擴展卡 通常為384KB 將內存擴充到640KB ISA總線的數(shù)據(jù)線是16位 速度又相當慢 從386微機開始 改為在主板上另外專門為32位數(shù)據(jù)總線設計了高速的內存總線和內存擴展插槽 內存的DRAM芯片做在稱為內存條的印刷電路板上 再把內存條插入內存插槽即可連入系統(tǒng) 內存條是由印刷電路板和內存芯片構成 采用存儲器芯片的多少由內存條的容量和芯片的數(shù)據(jù)位數(shù)決定 比如一個1MB的內存條 可以由2個1M 4bit的存儲芯片組成 如圖5 4所示 圖5 430線SIMM內存條電路圖 內存條插槽的一種叫做SIMM SingleInlineMemoryModule 即單列直插存儲器模塊 分為30線 引腳 和72線兩種標準 另一種叫做DIMM DoubleInlineMemoryModule 即雙列直插存儲器模塊 為168線標準 30線的SIMM內存擴展插槽提供8位數(shù)據(jù) 必需四個一組 稱為Bank 使用才能提供32位數(shù)據(jù)寬度的主存 它常用于386或486主板 采用FP內存芯片 存取速度為80或70nS 72線的SIMM內存擴展插槽可提供32位數(shù)據(jù) 常用于486或586主板 在486機上72線內存條可以單條使用 存儲芯片通常為80nS的FPM內存 而在586機上 則應將完全一樣的兩個72線內存條同時使用構成一組 稱為Bank 才能與PentiumCPU的64位外部數(shù)據(jù)線相吻合 采用的內存芯片通常為70nS的FPM或60nS的EDO內存 168線的內存擴展可提供64位數(shù)據(jù)寬 因此168線內存條單條安裝便可與64位的PentiumCPU外部數(shù)據(jù)總線相吻合 這類內存條的芯片分為單面安裝和兩面安裝兩種 16M和64M條常做成單面式 8M 32M和128M條常做成兩面式 采用的存儲芯片為10nS的SDRAM 最初也有EDO的 常用于PentiumMMX 多能奔騰 Pentium 和Pentium 主板 最初的DIMMSDRAM支持66MHz系統(tǒng)總線 目前還有支持100MHz和133MHz高速系統(tǒng)總線的標有PC100和PC133標記的SDRAM內存條 各種內存條的外形結構如圖5 5所示 圖5 6是SIMM和DIMM內存條的照片 圖5 5SIMM和DIMM內存條的結構 圖5 6SIMM和DIMM內存條 內存的速度要由內存總線和內存芯片的速度配合來實現(xiàn) 通常 總線速度用其工作時鐘的頻率來表示 比如33 66 100和133MHz總線等 而存儲器芯片的速度用其存取時間來表示 比如25 20 15 10和7nS等 以頻率和周期的倒數(shù)關系來比較 與66 100和133MHz內存總線相配合的存儲器芯片的速度應該分別為15 10和7 5nS 在比較系統(tǒng)中CPU 系統(tǒng)總線 內存和其它元器件的速度配合時也可以用類似的方法 5 4 2系統(tǒng)高速緩存主存儲器的高速緩充存儲器也稱為