內(nèi)存的發(fā)展歷程

1、2022/9/22審核： 製作人：xiaojun.yu內(nèi)存的發(fā)展歷程前言當(dāng)今世界上的計算機都是基于馮諾依曼結(jié)構(gòu)，一臺計算機必須包含運算器、控制器、存儲器和輸入、輸出設(shè)備五個部分，存儲器又可分為內(nèi)存儲器和外存儲器，內(nèi)存儲器可以簡單理解為CPU里面的緩存和插主板上的內(nèi)存，而外存儲器則是硬盤、U盤、軟盤等，內(nèi)存和硬盤對于一臺當(dāng)今的PC來說是不可或缺的部件。前言內(nèi)存發(fā)展古老的SIMM時代其實在最初的個人電腦上是沒有內(nèi)存條的，內(nèi)存是直接以DIP芯片的形式安裝在主板的DRAM插座上面，需要安裝8到9顆這樣的芯片，容量只有64KB到256KB，要擴展相當(dāng)困難，但這對于當(dāng)時的處理器以及程序來說這已經(jīng)足夠了，直

2、到80286的出現(xiàn)硬件與軟件都在渴求更大的內(nèi)存，只靠主板上的內(nèi)存已經(jīng)不能滿足需求了，于是內(nèi)存條就誕生了。遠(yuǎn)古的30pin SIPP (Single In-line Pin Package) 接口，針腳的定義其實與30pin SIMM一樣的內(nèi)存發(fā)展古老的SIMM時代SIPP很快就被SIMM（Single In-line Memory Modules）取代了，兩側(cè)金手指傳輸相同的信號，早期的內(nèi)存頻率與CPU外頻是不同步的，是異步DRAM，細(xì)分下去的話包括FPM DRAM（Fast Page Mode DRAM）與EDO DRAM（Extended data out DRAM），常見的接口有30pi

3、n SIMM與72pin SIMM，工作電壓都是5V。從上到下分別是30pin SIMM、蘋果的64pin SIMM與72pin SIMM第一代SIMM內(nèi)存有30個引腳，單根內(nèi)存數(shù)據(jù)總線只有8bit，所以用在16位數(shù)據(jù)總線處理器上（286、386SX等）就需要兩根，用在32位數(shù)據(jù)總線處理器上（386DX、486等）就需要四根30pin SIMM內(nèi)存，采購成本一點都不低，而且還會增加故障率，所以30pin SIMM內(nèi)存并不是完全被大家所接受。內(nèi)存發(fā)展古老的SIMM時代隨后誕生了72pin SIMM內(nèi)存，單根內(nèi)存位寬增加到32位，一根就可以滿足32位數(shù)據(jù)總線處理器，擁有64位數(shù)據(jù)總線的奔騰處理器則

4、需要兩根，內(nèi)存容量也有所增加，它的出現(xiàn)很快就替代了30pin SIMM內(nèi)存，386、486以及后來的奔騰、奔騰Pro、早期的奔騰II處理器多數(shù)會用這種內(nèi)存。內(nèi)存發(fā)展FPM DRAMFPM DRAM是從早期的Page Mode DRAM上改良過來的，當(dāng)它在讀取同一列數(shù)據(jù)是，可以連續(xù)傳輸行位址，不需要再傳輸列位址，可讀出多筆資料，這種方法當(dāng)時是很先進的。FPM DRAM有30pin SIMM和72pin SIMM兩種，前者常見于286、386和486的電腦上，后者則常見于486與早期型的奔騰電腦上，30pin的常見容量是256KB，72pin的容量從512KB到2MB都有。30pin FPM DR

5、AM內(nèi)存發(fā)展EDO DRAMEDO DRAM其實也是72pin SIMM的一種，它擁有更大的容量和更先進的尋址方式，這種內(nèi)存簡化了數(shù)據(jù)訪問的流暢，讀取速度要FPM DRAM快不少，主要用在486、奔騰、奔騰Pro、 早期的奔騰II處理器的電腦上面。在1991到1995年EDO內(nèi)存盛行的時候，憑借著制造工藝的飛速發(fā)展，EDO內(nèi)存在成本和容量上都有了很大的突破，單條EDO內(nèi)存容量從4MB到16MB不等，數(shù)據(jù)總線依然是32位，所以搭配擁有64位數(shù)據(jù)總線的奔騰CPU時基本都成對的使用。比較少見的168pin EDO內(nèi)存，通常都用在服務(wù)器上內(nèi)存發(fā)展SDR SDRAM然而隨著CPU的升級EDO內(nèi)存已經(jīng)不能

6、滿足系統(tǒng)的需求了，內(nèi)存技術(shù)也發(fā)生了大革命，插座從原來的SIMM升級為DIMM（Dual In-line Memory Module），兩邊的金手指傳輸不同的數(shù)據(jù)，SDR SDRAM內(nèi)存插座的接口是168Pin，單邊針腳數(shù)是84，進入到了經(jīng)典的SDR SDRAM（Single Data Rate SDRAM）時代。SDRAM其實就是同步DRAM的意思，內(nèi)存頻率與CPU外頻同步，這大幅提升了數(shù)據(jù)傳輸效率，再加上64bit的數(shù)據(jù)位寬與當(dāng)時CPU的總線一致，只需要一根內(nèi)存就能讓電腦正常工作了，這降低了采購內(nèi)存的成本。內(nèi)存發(fā)展SDR SDRAM第一代SDR SDRAM頻率是66MHz，通常大家都稱之為P

7、C66內(nèi)存，后來隨著Intel與AMD的CPU的頻率提升相繼出現(xiàn)了PC100與PC133的SDR SDRAM，還有后續(xù)的為超頻玩家所準(zhǔn)備的PC150與PC166內(nèi)存，SDR SDRAM標(biāo)準(zhǔn)工作電壓3.3V，容量從16MB到512MB都有。SDR SDRAM的存在時間也相當(dāng)?shù)拈L，Intel從奔騰2、奔騰3與奔騰4（Socket 478），以及Slot 1、Socket 370與Socket 478的賽揚處理器，AMD的K6與K7處理器都可以SDR SDRAM。從1999年開始AMD推出K7架構(gòu)，到2000年Intel推出奔騰4處理器，兩家處理器的FSB都在不斷攀升，只有133MHz的SDR SD

8、RAM根本無法滿足這個帶寬需求，至于誰是它的繼任者，Rambus DRAM與DDR SDRAM展開了一場大戰(zhàn)。內(nèi)存發(fā)展Rambus DRAM在選擇SDR SDRAM的繼任者的時候Intel選擇了與Rambus合作并推出了Rambus DRAM內(nèi)存，通常都會被簡稱為RDRAM，它與SDRAM不同，采用了新的高速簡單內(nèi)存架構(gòu)，基于RISC理論，這樣可以減少數(shù)據(jù)復(fù)雜性提高整個系統(tǒng)的性能。RDRAM采用RIMM插槽，184pin，總線位寬16bit，插兩條組建雙通道時就是32bit，工作電壓2.5V，當(dāng)時的頻率有600、700、800、1066MHz等。這款內(nèi)存通常都是用在Socket 423的奔騰4

9、平臺上，搭配Intel 850芯片組使用，然而大家都應(yīng)該清楚Socket 423的奔騰4是多么的悲劇，頻率高效率低的奔騰4被AMD K7+DDR內(nèi)存的組合打得滿地找牙，再加上RDRAM的制造成本高，很多內(nèi)存廠都沒有興趣，這直接導(dǎo)致RDRAM的零售價居高不下，奔騰4平臺的成本相對高，消費者也不買單，最終就是導(dǎo)致RDRAM完敗于DDR SDRAM，最終Intel拋棄RDRAM投奔到DDR陣營。內(nèi)存發(fā)展DDR SDRAMDDR內(nèi)存的正式名字是DDR SDRAM（Dual Date Rate SDRAM），顧名思義就是雙倍速率SDRAM，從名字上就知道它是SDR SDRAM的升級版，DDR SDRAM

10、在時鐘周期的上升沿與下降沿各傳輸一次信號，使得它的數(shù)據(jù)傳輸速度是SDR SDRAM的兩倍，而且這樣做還不會增加功耗，至于定址與控制信號與SDR SDRAM相同，僅在上升沿傳輸，這是對當(dāng)時內(nèi)存控制器的兼容性與性能做的折中。內(nèi)存發(fā)展DDR SDRAMDDR SDRAM采用184pin的DIMM插槽，防呆缺口從SDR SDRAM時的兩個變成一個，常見工作電壓2.5V，初代DDR內(nèi)存的頻率是200MHz，隨后慢慢的誕生了DDR-266、DDR-333和那個時代主流的DDR-400，至于那些運行在500MHz、600MHz、700MHz的都算是超頻條了，DDR內(nèi)存剛出來的時候只有單通道，后來出現(xiàn)了支持雙

11、通芯片組，讓內(nèi)存的帶寬直接翻倍，兩根DDR-400內(nèi)存組成雙通道的話基本上可以滿足FSB 800MHz的奔騰4處理器，容量則是從128MB到1GB。DDR內(nèi)存在對RDRAM的戰(zhàn)爭中取得了完全勝利，所以相當(dāng)多的主板廠家都選擇推出支持DDR內(nèi)存的芯片組，當(dāng)時的主板市場可是相當(dāng)?shù)臒狒[，并不只有Intel與AMD兩個在單挑，還有NVIDIA、VIA、SiS、ALI、ATI等廠家，所以能用DDR內(nèi)存的CPU也相當(dāng)?shù)亩啵琒ocket 370的奔騰3與賽揚，Socket 478與LGA 775的奔騰4、奔騰D、賽揚4、賽揚D，只要你想酷睿2其實也可以插到部分865主板上用DDR內(nèi)存，AMD的話Socket

12、A接口的K7與Socket 939、Socket 754的K8架構(gòu)產(chǎn)品都是可以用DDR內(nèi)存的。內(nèi)存發(fā)展DDR2在DDR內(nèi)存戰(zhàn)勝了RDRAM之后就開啟了DDR王朝，就如大家所知道的，后續(xù)的都是DDR的衍生產(chǎn)品，DDR2內(nèi)存在2004年6月與Intel的915/925主板一同登場，伴隨了大半個LGA 775時代，而AMD的K8架構(gòu)由于把內(nèi)存控制器整合在CPU內(nèi)部，要把內(nèi)存控制器改成DDR2的比Intel麻煩得多，直到2006年6月AM2平臺推出才開始支持DDR2內(nèi)存，估計現(xiàn)在還有些用DDR2內(nèi)存的電腦在使用。內(nèi)存發(fā)展DDR2DDR和DDR2的關(guān)鍵區(qū)別是：DDR2內(nèi)存單元的核心頻率是等效頻率的1/4

13、（而不是1/2）。這需要一個4-bit-deep的預(yù)取隊列，在并不用改變內(nèi)存單元本身的情況下，DDR2能有效地達到DDR數(shù)據(jù)傳輸速度的兩倍，此外DDR2融入了CAS、OCD、ODT技術(shù)規(guī)范和中斷指令，運行效率更高。DDR2內(nèi)存的金手指數(shù)比DDR多，DDR2有240個金手指，DDR只有184個，兩者的防呆缺口位置防止用戶差錯插槽，有一個比較容易從外觀上區(qū)分DDR與DDR2內(nèi)存的方法，就是DDR內(nèi)存是采用TSSOP封裝的，而DDR2內(nèi)存是用BGA封裝的，看內(nèi)存芯片就能分清楚兩者。DDR2的標(biāo)準(zhǔn)電壓下降至1.8V，這使得它較上代產(chǎn)品更為節(jié)能，DDR2的頻率從400MHz到1200MHz，當(dāng)時的主流的

14、是DDR2-800，更高頻率其實都是超頻條，容量從256MB起步最大4GB，不過4GB的DDR2是很少的，在DDR2時代的末期大多是單條2GB的容量。內(nèi)存發(fā)展DDR3DDR3內(nèi)存隨著Intel在2007年發(fā)布3系列芯片組一同到來的，AMD支持DDR3內(nèi)存已經(jīng)是2009年2月的AM3平臺發(fā)布的時候 ，直到現(xiàn)在他依然還是市場的主流。然而直到2008年11月推出x58平臺徹底拋棄DDR2的時候DDR3其實還不算是市場主流，在LGA 775平臺上消費者大多數(shù)依然會選擇DDR2，歸咎原因主要還算初期DDR3的頻率偏低只有1066MHz，而那時候高端DDR2也是能達到這個頻率的，而且同頻下DDR2的性能更

15、好， 價格更低，所以剛上市那兩年DDR3其實不怎么受歡迎，直到后來DDR3的價格降下來，頻率提到DDR2觸碰不到1333MHz時才開始普及。內(nèi)存發(fā)展DDR3和上一代的DDR2相比，DDR3在許多方面作了新的規(guī)范，核心電壓降低到1.5V，預(yù)取從4-bit變成了8-bit，這也是DDR3提升帶寬的關(guān)鍵，同樣的核心頻率DDR3能夠提供兩倍于DDR2的帶寬，此外DDR3還新增了CWD、Reset、ZQ、STR、RASR等技術(shù)。DDR3內(nèi)存與DDR2一樣是240Pin DIMM接口，不過兩者的防呆缺口位置是不同的，不能混插，常見的容量是512MB到8GB，當(dāng)然也有單條16GB的DDR3內(nèi)存，只不過很稀少

16、。頻率方面從800MHz起步，目前比較容量買到最高的頻率是2400MHz，實際上有廠家推出了3100MHz的DDR3內(nèi)存，只是比較難買得到，支持DDR3內(nèi)存的平臺有Intel的后期的LGA 775主板P35、P45、x38、x48等，LGA 1366平臺，LGA 115x系列全都支持還有LGA 2011的x79，AMD方面AM3、AM3+、FM1、FM2、FM3接口的產(chǎn)品全都支持DDR3。內(nèi)存發(fā)展DDR4DDR4在2014年登場的時候并沒有重走DDR3發(fā)布的舊路，首款支持DDR4內(nèi)存的是Intel旗艦級的x99平臺，DDR4初登場的時候其實與高頻DDR3沒啥性能與價格上的優(yōu)勢，然而x99只支持

17、DDR4內(nèi)存，想用旗艦平臺你也只能花高價買內(nèi)存，DDR4內(nèi)存真正走向大眾其實已經(jīng)是2015年8月Intel發(fā)布Skylake處理器與100系列主板時的事情了。內(nèi)存發(fā)展DDR4從DDR1到DDR3，每一代DDR技術(shù)的內(nèi)存預(yù)取位數(shù)都會翻倍，前三者分別是2bit、4bit及8bit，以此達到內(nèi)存帶寬翻倍的目標(biāo)，不過DDR4在預(yù)取位上保持了DDR3的8bit設(shè)計，因為繼續(xù)翻倍為16bit預(yù)取的難度太大，DDR4轉(zhuǎn)而提升Bank數(shù)量，它使用的是Bank Group（BG）設(shè)計，4個Bank作為一個BG組，可自由使用2-4組BG，每個BG都可以獨立操作。使用2組BG的話，每次操作的數(shù)據(jù)就是16bit，4組

18、BG則能達到32bit操作，這其實變相提高了預(yù)取位寬。DDR4內(nèi)存的針腳從DDR3的240個提高到了284個，防呆缺口也與DDR3的位置不同，還有一點改變就是DDR4的金手指是中間高兩側(cè)低有輕微的曲線，而之前的內(nèi)存金手指都是平直的，DDR4既在保持與DIMM插槽有足夠的信號接觸面積，也能在移除內(nèi)存的時候比DDR3更加輕松。DDR4內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)電壓是1.2V，頻率從2133MHz起步，目前最高是4200MHz，單條容量有4GB、8GB和16GB，目前已經(jīng)很大程度的取代了DDR3，新的200糸主板已經(jīng)沒有提供DDR3內(nèi)存插槽了，已經(jīng)徹底進入了DDR4時代。內(nèi)存發(fā)展展望DDR5DDR5內(nèi)存目前還在研發(fā)階段，尚未有具體規(guī)范，所以廠商