計算機組裝及維護標準教程_第5章 數(shù)據(jù)處理-內(nèi)存

1、1第第5 5章章 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 內(nèi)內(nèi) 存存內(nèi)存簡介內(nèi)存簡介l存儲器的種類很多，按其用途可分為主存存儲器的種類很多，按其用途可分為主存儲器和輔助存儲器，簡稱主存和輔存。主儲器和輔助存儲器，簡稱主存和輔存。主存儲器又稱內(nèi)存儲器（內(nèi)存）。存儲器又稱內(nèi)存儲器（內(nèi)存）。l內(nèi)存儲器的主要硬件為內(nèi)存條。內(nèi)存儲器的主要硬件為內(nèi)存條。SPD（模組存在串行檢測）（模組存在串行檢測）是內(nèi)存條正面右側(cè)的一塊是內(nèi)存條正面右側(cè)的一塊8管腳小芯片，里面保存著管腳小芯片，里面保存著內(nèi)存條的速度、工作頻率、內(nèi)存條的速度、工作頻率、容量、工作電壓、容量、工作電壓、CAS、tRCD、SPD版本等信息。版本等信息。內(nèi)存分類內(nèi)存分

2、類內(nèi)存，由內(nèi)存芯片、電路板、金手指等內(nèi)存，由內(nèi)存芯片、電路板、金手指等部分組成，是部分組成，是CPU能直接尋址的存儲空能直接尋址的存儲空間，具有存取速率快的特點。內(nèi)存一般間，具有存取速率快的特點。內(nèi)存一般采用半導體存儲單元，包括采用半導體存儲單元，包括：隨機存儲器（隨機存儲器（RAM）靜態(tài)靜態(tài)SRAM：高速緩存：高速緩存動態(tài)動態(tài)DRAM：內(nèi)存條：內(nèi)存條只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）以及高速緩存（以及高速緩存（Cache）內(nèi)存的發(fā)展內(nèi)存的發(fā)展-RAM的分類的分類lSRAM（Static RAM,靜態(tài)隨機存儲器）靜態(tài)隨機存儲器）：所謂：所謂“靜態(tài)靜態(tài)”，是指只要保持通電，是指只要保持通電，SRA

3、M里面存儲的數(shù)據(jù)就可以恒久保持。里面存儲的數(shù)據(jù)就可以恒久保持。主要應用于主要應用于CPU的的Cache。lDRAM（Dynamic RAM,動態(tài)隨機存儲器動態(tài)隨機存儲器）：里面存儲的數(shù)據(jù)需要周期性的刷新才）：里面存儲的數(shù)據(jù)需要周期性的刷新才能保持。主要應用于內(nèi)存。能保持。主要應用于內(nèi)存。SDRAM存儲器存儲器l動態(tài)隨機存儲器動態(tài)隨機存儲器DRAM有很多種類，如有很多種類，如FPM DRAM、EDO DRAM 、RDRAM、VRAM 、SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory,）等，而計等，而計算機中使用最多的是算機中使用最多的是SDRAM。l

4、SDRAM已經(jīng)從已經(jīng)從 SDR SDRAM(Single Data Rate SDRAM )、 DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM) 、 DDR2 SDRAM 發(fā)展到發(fā)展到 DDR3 SDRAM。DDR時代時代lDDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM）簡稱）簡稱DDR，也就是，也就是“雙倍速率雙倍速率SDRAM”的意思。的意思。DDR可可以說是以說是SDRAM的升級版本，的升級版本，DDR在時鐘信號上升沿在時鐘信號上升沿與下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù)，這使得與下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù)，這使得DDR的數(shù)據(jù)傳輸速的數(shù)據(jù)傳輸速度為傳統(tǒng)度為傳統(tǒng)SDRAM的兩

5、倍。的兩倍。 l早期早期DDR常見的的時鐘頻率為常見的的時鐘頻率為DDR266 、DDR333 、DDR400 ，單位為，單位為MHz。DDR2時代時代lDDR2 能夠在能夠在100MHz 的發(fā)信頻率基礎(chǔ)上提供的發(fā)信頻率基礎(chǔ)上提供每插腳最少每插腳最少400MB/s 的帶寬，而且其接口將的帶寬，而且其接口將運行于運行于1.8V 電壓上，從而進一步降低發(fā)熱量電壓上，從而進一步降低發(fā)熱量，以便提高頻率。針對，以便提高頻率。針對PC等市場的等市場的DDR2內(nèi)存內(nèi)存擁有擁有400、533、667MHz等不同的時鐘頻率。等不同的時鐘頻率。高端的高端的DDR2內(nèi)存將擁有內(nèi)存將擁有800、1000MHz兩種兩

6、種頻率。頻率。 DDR3時代時代lDDR3相比起相比起DDR2有更低的工作電壓，從有更低的工作電壓，從DDR2的的1.8V降落到降落到1.5V，性能更好更為省電，性能更好更為省電；DDR2的的4bit預讀升級為預讀升級為8bit預讀。運行頻預讀。運行頻率為率為1066,1333,1600MHz, DDR3目前最高能目前最高能夠達到夠達到2000MHz以上的速度以上的速度 。SDR SDRAM與與DDR SDRAM主板上的內(nèi)存插槽主板上的內(nèi)存插槽DDR4時代時代lDDR4內(nèi)存是新一代的內(nèi)存規(guī)格。內(nèi)存是新一代的內(nèi)存規(guī)格。2011年年1月月4日日，三星電子完成史上第一條，三星電子完成史上第一條DDR

7、4內(nèi)存。內(nèi)存。lDDR4相比相比DDR3最大的區(qū)別有三點：最大的區(qū)別有三點：16bit預取預取機制（機制（DDR3為為8bit），同樣內(nèi)核頻率下理論速度），同樣內(nèi)核頻率下理論速度是是DDR3的兩倍；更可靠的傳輸規(guī)范，數(shù)據(jù)可靠的兩倍；更可靠的傳輸規(guī)范，數(shù)據(jù)可靠性進一步提升；工作電壓降為性進一步提升；工作電壓降為1.2V，更節(jié)能。，更節(jié)能。lDDR4的頻率提升至的頻率提升至2133MHz，根據(jù)規(guī)劃，隨后，根據(jù)規(guī)劃，隨后將進一步將電壓降至將進一步將電壓降至1.0V，頻率則實現(xiàn)，頻率則實現(xiàn)2667MHz，最高可達，最高可達4266MHz 。DDR4內(nèi)存與內(nèi)存與DDR3區(qū)別區(qū)別 lDDR3內(nèi)存自從內(nèi)存自

8、從2007年服役以來，至今已經(jīng)年服役以來，至今已經(jīng)走過了走過了8個年頭。相比個年頭。相比Intel的更新?lián)Q代步伐的更新?lián)Q代步伐來說，內(nèi)存發(fā)展可謂相當緩慢。不過好在來說，內(nèi)存發(fā)展可謂相當緩慢。不過好在2014年底，各大廠商紛紛上架年底，各大廠商紛紛上架DDR4內(nèi)存產(chǎn)內(nèi)存產(chǎn)品，起跳頻率達到品，起跳頻率達到2133MHz，標志著，標志著DDR4時代的開始時代的開始。l隨著隨著Intel 新一代新一代Skylake（2015年）架構(gòu)年）架構(gòu)處理器及處理器及100系列芯片主板的普及，系列芯片主板的普及，DDR4內(nèi)存真正邁向普及之路。內(nèi)存真正邁向普及之路。 DDR4內(nèi)存與內(nèi)存與DDR3區(qū)別區(qū)別l(1)DD

9、R4內(nèi)存內(nèi)存2133MHz頻率起步頻率起步 內(nèi)存最重要的性能指標：頻率。內(nèi)存的頻內(nèi)存最重要的性能指標：頻率。內(nèi)存的頻率高低一定程度上決定了內(nèi)存速度。在率高低一定程度上決定了內(nèi)存速度。在DDR3時代，時代，2133MHz已經(jīng)算是高頻率，再往上很已經(jīng)算是高頻率，再往上很難有所突破，難有所突破，2400MHz、2800MHz已經(jīng)是極已經(jīng)是極限限;而而DDR4內(nèi)存直接內(nèi)存直接2133MHz起步，起步，2400MHz也就是入門級頻率，最高可達到也就是入門級頻率，最高可達到4266MHz，超頻之后，超頻之后，DDR4內(nèi)存頻率可以達內(nèi)存頻率可以達到更高值。到更高值。 DDR4內(nèi)存與內(nèi)存與DDR3區(qū)別區(qū)別l(

10、2)DDR4內(nèi)存容量更大，功耗更低內(nèi)存容量更大，功耗更低 在容量方面，同一單位的在容量方面，同一單位的DDR4內(nèi)存擁有內(nèi)存擁有比比DDR3多一倍的存儲空間，同時多一倍的存儲空間，同時DDR4能夠能夠搭載最多搭載最多8個模塊，也比個模塊，也比DDR3多一倍。這樣多一倍。這樣算下來，同樣的空間下算下來，同樣的空間下DDR4內(nèi)存最大容量比內(nèi)存最大容量比DDR3多多4倍。倍。DDR3所需的標準電源供應是所需的標準電源供應是1.5V，而，而DDR4降至降至1.35V/1.2V，移動設(shè)備設(shè)，移動設(shè)備設(shè)計的低功耗計的低功耗DDR4更降至更降至1.1V 。 DDR4內(nèi)存與內(nèi)存與DDR3區(qū)別區(qū)別l(3)DDR4

11、內(nèi)存金手指變彎了內(nèi)存金手指變彎了 考慮到平直的內(nèi)存金手指拔插不方便的考慮到平直的內(nèi)存金手指拔插不方便的問題，問題，DDR4將內(nèi)存金手指改成中間稍突出、將內(nèi)存金手指改成中間稍突出、邊緣收矮的形狀。在中央的高點和兩端的低邊緣收矮的形狀。在中央的高點和兩端的低點以平滑曲線過渡。點以平滑曲線過渡。 DDR4內(nèi)存與內(nèi)存與DDR3區(qū)別區(qū)別5.1.3 內(nèi)存封裝工藝內(nèi)存封裝工藝 對于內(nèi)存來說，對于內(nèi)存來說，內(nèi)存顆粒內(nèi)存顆粒的封裝工藝也在一定程的封裝工藝也在一定程度上影響著內(nèi)存的性能。因為，不同封裝技術(shù)在制度上影響著內(nèi)存的性能。因為，不同封裝技術(shù)在制造工序和工藝方面的差異很大，對內(nèi)存芯片自身性造工序和工藝方面的

12、差異很大，對內(nèi)存芯片自身性能的發(fā)揮，也起著至關(guān)重要的作用。目前，內(nèi)存顆能的發(fā)揮，也起著至關(guān)重要的作用。目前，內(nèi)存顆粒所采用的封裝工藝主要包括粒所采用的封裝工藝主要包括:DIP封裝封裝（雙列直插式封裝（雙列直插式封裝 ）TSOP封裝封裝（薄型小尺寸封裝）（薄型小尺寸封裝）BGA封裝封裝（球柵陣列封裝）（球柵陣列封裝）CSP封裝封裝（芯片級封裝）（芯片級封裝）l上個世紀的上個世紀的70年代，芯片封裝基本都采用年代，芯片封裝基本都采用DIP（Dual ln-line Package，雙列直插式封裝雙列直插式封裝）封裝，此封裝形式在當時具有適合）封裝，此封裝形式在當時具有適合PCB（印刷電路（印刷電路

13、板）穿孔安裝，布線和操作較為方便等特點。板）穿孔安裝，布線和操作較為方便等特點。lDIP封裝形式封裝效率是很低的，其芯片面積和封裝面積之比為封裝形式封裝效率是很低的，其芯片面積和封裝面積之比為1：1.86，這樣封裝產(chǎn)品的面積較大，內(nèi)存條，這樣封裝產(chǎn)品的面積較大，內(nèi)存條PCB板的面積是固定的，封裝面積板的面積是固定的，封裝面積越大在內(nèi)存上安裝芯片的數(shù)量就越少，內(nèi)存條容量也就越小。同時較大越大在內(nèi)存上安裝芯片的數(shù)量就越少，內(nèi)存條容量也就越小。同時較大的封裝面積對內(nèi)存頻率、傳輸速率、電器性能的提升都有影響。的封裝面積對內(nèi)存頻率、傳輸速率、電器性能的提升都有影響。l理想狀態(tài)下芯片面積和封裝面積之比為理

14、想狀態(tài)下芯片面積和封裝面積之比為1：1將是最好的將是最好的，但這是無法實，但這是無法實現(xiàn)的，除非不進行封裝，但隨著封裝技術(shù)的發(fā)展，這個比值日益接近現(xiàn)的，除非不進行封裝，但隨著封裝技術(shù)的發(fā)展，這個比值日益接近。 DIP封裝封裝到了上個世紀到了上個世紀80年代，內(nèi)存第二代的封裝技術(shù)年代，內(nèi)存第二代的封裝技術(shù)TSOP出現(xiàn)，出現(xiàn)， TSOP是是“Thin Small Outline Package”的縮寫，意思是的縮寫，意思是薄型小尺寸封裝薄型小尺寸封裝。TSOP內(nèi)存是在芯片的周圍做出內(nèi)存是在芯片的周圍做出引腳引腳，采用，采用SMT技術(shù)（表面安裝技術(shù)技術(shù)（表面安裝技術(shù)）直接附著在）直接附著在PCB板的

15、表面。板的表面。TSOP封裝外形尺寸時，寄生參數(shù)封裝外形尺寸時，寄生參數(shù)(電流大幅度變化時，引起輸出電壓電流大幅度變化時，引起輸出電壓擾動擾動) 減小，適合高頻應用，操作比較方便，可靠性也比較高。同時減小，適合高頻應用，操作比較方便，可靠性也比較高。同時TSOP封裝具有成品率高，價格便宜等優(yōu)點，因此得到了極為廣泛的封裝具有成品率高，價格便宜等優(yōu)點，因此得到了極為廣泛的應用，應用，時至今日仍有很多內(nèi)存顆粒采用時至今日仍有很多內(nèi)存顆粒采用TOSP封裝工藝進行生產(chǎn)。封裝工藝進行生產(chǎn)。TSOP封裝方式中，內(nèi)存芯片是通過芯片引腳焊接在封裝方式中，內(nèi)存芯片是通過芯片引腳焊接在PCB板上的，焊板上的，焊點和

16、點和PCB板的接觸面積較小，使得芯片向板的接觸面積較小，使得芯片向PCB板傳熱就相對困難。板傳熱就相對困難。而且而且TSOP封裝方式的內(nèi)存在超過封裝方式的內(nèi)存在超過150MHz后，會產(chǎn)品較大的信號干后，會產(chǎn)品較大的信號干擾和電磁干擾，從而影響內(nèi)存的正常工作。擾和電磁干擾，從而影響內(nèi)存的正常工作。TSOP封裝封裝l20世紀世紀90年代隨著技術(shù)的進步，芯片集成度不斷提高，年代隨著技術(shù)的進步，芯片集成度不斷提高，I/O引腳數(shù)急引腳數(shù)急劇增加，功耗也隨之增大，對集成電路封裝的要求也更加嚴格。為了劇增加，功耗也隨之增大，對集成電路封裝的要求也更加嚴格。為了滿足發(fā)展的需要，滿足發(fā)展的需要，BGA封裝開始被

17、應用于生產(chǎn)。封裝開始被應用于生產(chǎn)。BGA是英文是英文Ball Grid Array Package的縮寫，即的縮寫，即球柵陣列封裝球柵陣列封裝。l采用采用BGA技術(shù)封裝的內(nèi)存，可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量技術(shù)封裝的內(nèi)存，可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高兩到三倍，提高兩到三倍，BGA與與TSOP相比，具有更小的體積，更好的散熱性相比，具有更小的體積，更好的散熱性能和電性能。能和電性能。BGA封裝成為目前主流的內(nèi)存芯片封裝技術(shù)封裝成為目前主流的內(nèi)存芯片封裝技術(shù)。BGA封裝封裝lCSP（Chip Scale Package），是芯片級封裝的意思。），是芯片級封裝的意思。CSP封裝最封

18、裝最新一代的內(nèi)存芯片封裝技術(shù)，其技術(shù)性能又有了新的提升。新一代的內(nèi)存芯片封裝技術(shù)，其技術(shù)性能又有了新的提升。CSP封裝封裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過可以讓芯片面積與封裝面積之比超過1:1.14，已經(jīng)相當接近，已經(jīng)相當接近1:1的理的理想想情況，絕對尺寸也僅有情況，絕對尺寸也僅有32平方毫米，約為普通的平方毫米，約為普通的BGA的的1/3，僅僅，僅僅相當于相當于TSOP內(nèi)存芯片面積的內(nèi)存芯片面積的1/6。與。與BGA封裝相比，同等空間下封裝相比，同等空間下CSP封裝可以將存儲容量提高三倍。封裝可以將存儲容量提高三倍。lCSP封裝內(nèi)存不但體積小，同時也更薄，其金屬基板到散熱體的最有封裝內(nèi)存不

19、但體積小，同時也更薄，其金屬基板到散熱體的最有效散熱路徑僅有效散熱路徑僅有0.2毫米，大大提高了內(nèi)存芯片在長時間運行后的可毫米，大大提高了內(nèi)存芯片在長時間運行后的可靠性，線路阻抗顯著減小，芯片速度也隨之得到大幅度提高?？啃?，線路阻抗顯著減小，芯片速度也隨之得到大幅度提高。CSP封裝封裝5.2 內(nèi)存的性能指標內(nèi)存的性能指標l 內(nèi)存對計算機的整體性能影響很大內(nèi)存對計算機的整體性能影響很大，計算機在執(zhí)行很多任務時的效率都會，計算機在執(zhí)行很多任務時的效率都會受到內(nèi)存性能的影響。為了更加深入地受到內(nèi)存性能的影響。為了更加深入地了解內(nèi)存的各種特性，必須全面掌握內(nèi)了解內(nèi)存的各種特性，必須全面掌握內(nèi)存的各項性

20、能指標。存的各項性能指標。5.2.1 內(nèi)存的容量內(nèi)存的容量l 內(nèi)存容量是指該內(nèi)存條的存儲容量，是用戶接觸內(nèi)存容量是指該內(nèi)存條的存儲容量，是用戶接觸最多的內(nèi)容性能指標之一，也是評判內(nèi)存性能的一項最多的內(nèi)容性能指標之一，也是評判內(nèi)存性能的一項主要指標。內(nèi)存的容量一般都是主要指標。內(nèi)存的容量一般都是2的整次方倍，例如的整次方倍，例如128MB、256MB等。目前，內(nèi)存容量已經(jīng)開始使用等。目前，內(nèi)存容量已經(jīng)開始使用GB作為單位，如常見內(nèi)存至少都是作為單位，如常見內(nèi)存至少都是1GB，而更大容量，而更大容量的的2GB、4GB、8GB等內(nèi)存也已逐漸普及。一般情況等內(nèi)存也已逐漸普及。一般情況下，內(nèi)存容量越大，

21、其系統(tǒng)的運行也就越穩(wěn)定下，內(nèi)存容量越大，其系統(tǒng)的運行也就越穩(wěn)定5.2.2 內(nèi)存的主頻內(nèi)存的主頻內(nèi)存主頻以內(nèi)存主頻以MHz為單位來計算的，為單位來計算的，與與CPU一樣，習慣上被用來表示內(nèi)存一樣，習慣上被用來表示內(nèi)存的速度，代表著該內(nèi)存所能達到的最的速度，代表著該內(nèi)存所能達到的最高工作頻率。例如高工作頻率。例如2010年較為主流的年較為主流的內(nèi)存頻率是內(nèi)存頻率是533 MHz /667 MHz /800 MHz的的DDR2內(nèi)存。內(nèi)存。 當前較為流行的當前較為流行的DDR3頻率在頻率在1600MHz以上。以上。5.2.3 內(nèi)存的延遲時間內(nèi)存的延遲時間l 內(nèi)存延遲表示系統(tǒng)進入數(shù)據(jù)存取操作就緒狀態(tài)前等

22、待內(nèi)內(nèi)存延遲表示系統(tǒng)進入數(shù)據(jù)存取操作就緒狀態(tài)前等待內(nèi)存相應的時間，通常用存相應的時間，通常用4個連著的阿拉伯數(shù)字來表示，如個連著的阿拉伯數(shù)字來表示，如3-4-4-8、4-4-4-12等，分別代表等，分別代表CL-TRP-TRCD-TRAS。其其中，第一個數(shù)字最為重要，它表示的是中，第一個數(shù)字最為重要，它表示的是CAS Latency（列（列地址選通脈沖時間延遲地址選通脈沖時間延遲 ）的縮寫的縮寫,指的從讀取請求開始到指的從讀取請求開始到輸出端可以提供數(shù)據(jù)為止的時間輸出端可以提供數(shù)據(jù)為止的時間.一般而言，這一般而言，這4個數(shù)字越個數(shù)字越小，表示內(nèi)存的性能越好。小，表示內(nèi)存的性能越好。255.2.

23、4 內(nèi)存帶寬內(nèi)存帶寬l 內(nèi)存是內(nèi)存控制器與CPU之間的橋梁與倉庫，橋梁與倉庫兩者缺一不可，其內(nèi)存的容量直接決定了倉庫的大小，而內(nèi)存的帶寬則決定了“橋梁”的寬度，即內(nèi)存速度。提高內(nèi)存帶寬，在一定層度上可以快速提升內(nèi)存的整體性能。1內(nèi)存帶寬的重要性內(nèi)存帶寬的重要性2提高內(nèi)存帶寬提高內(nèi)存帶寬265.3 內(nèi)存技術(shù)內(nèi)存技術(shù)l 隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)無法滿足CPU日益增加的運算能力。為此，廠商不斷研制包含一些新技術(shù)的內(nèi)存，并研發(fā)并推出多通道內(nèi)存技術(shù)。27285.3.1 多通道內(nèi)存技術(shù)多通道內(nèi)存技術(shù)l 多通道內(nèi)存技術(shù)是同時運行多個內(nèi)存控制器多通道內(nèi)存技術(shù)是同時運行多個內(nèi)存控制器

24、的方法，從而在低成本的情況下，盡可能的提高的方法，從而在低成本的情況下，盡可能的提高了內(nèi)存性能。目前市場上出現(xiàn)了雙通道和三通道了內(nèi)存性能。目前市場上出現(xiàn)了雙通道和三通道內(nèi)存技術(shù)，其四通道內(nèi)存技術(shù)也即將面世。內(nèi)存技術(shù)，其四通道內(nèi)存技術(shù)也即將面世。雙通道技術(shù)雙通道技術(shù)三通道技術(shù)三通道技術(shù)295.3.2 內(nèi)存新技術(shù)（了解）內(nèi)存新技術(shù)（了解） 每種新型計算機硬件設(shè)備的出現(xiàn)，必然伴隨著一定的新技術(shù)，內(nèi)存也不例外。本節(jié)便將對應用于DDR2和DDR3上的新技術(shù)進行簡單介紹。1應用于應用于DDR2的技術(shù)的技術(shù)2應用于應用于DDR3的技術(shù)的技術(shù)5.4 內(nèi)存故障與選購內(nèi)存故障與選購 內(nèi)存是計算機中數(shù)據(jù)的處理中心，是保障就是運行的重要組件。當內(nèi)存出現(xiàn)故障時，一般會直接導致計算機無法開機，或者導致系統(tǒng)多次自動重啟等現(xiàn)象。在本小節(jié)中，將詳細介紹選購內(nèi)存的一些基本知識，以及平時使用內(nèi)存出現(xiàn)故障時，所使用的一些處理方法和和維修技巧。305.4.1 內(nèi)存常見故障內(nèi)存常見故障l 在實際使用計算機的過程中，經(jīng)常會碰到一些莫在實際使用計算機的過程中，經(jīng)常會碰到一些莫名其妙的問題，有些問題有可能是系統(tǒng)造成的，但大名其妙的問題，有些問題有可能是系統(tǒng)造成的，但大多數(shù)問題也許是內(nèi)存細微故障引起的。一般