电脑DIY基本知识扫盲---内存篇

内存类： 1. 内存的CL值和内存延迟：         CL是CAS Latency的缩写，是内存性能的一个重要指标，它是内存纵向地址脉冲的反应时间。当电脑需要向内存读取数据时，在实际读取之前一般都有一个“缓冲期”，而“缓冲期”的时间长度，就是这个CL了。                 内存延迟表示系统进入数据存取操作就绪状态前等待内存相应的时间，它通常用4个连着的阿拉伯数字来表示，例如“3-4-4-8”。其中第一个数字表示内存读取数据所需的延迟时间（CAS Latency），即我们常说的CL值；第二个数字表示从内存行地址到列地址的延迟时间（tRCD）；第三个数字表示内存行地址控制器预充电时间（tRP），即内存从结束一个行访问到重新开始的间隔时间；第四个数字表示内存行地址控制器激活时间（tRAS）。一般来说，这4个数字越小，表示内存性能越好。 2. 内存总线频率和CPU外频的关系         计算机系统的时钟速度是以频率来衡量的。晶体振荡器控制着时钟速度，在石英晶片上加上电压，其就以正弦波的形式震动起来，这一震动可以通过晶片的形变和大小记录下来。晶体的震动以正弦调和变化的电流的形式表现出来，这一变化的电流就是时钟信号。而内存本身并不具备晶体振荡器，因此内存工作时的时钟信号是由主板芯片组的北桥或直接由主板的时钟发生器提供的，也就是说内存无法决定自身的工作频率，其实际工作频率是由主板来决定的。         通过主板调节CPU的外频也就调整了内存的实际工作频率。内存工作时有两种工作模式，一种是同步工作模式，此模式下内存的实际工作频率与CPU外频一致，这是大部分主板所采用的默认内存工作模式。另外一种是异步工作模式，这样允许内存的工作频率与CPU外频可存在一定差异，它可以让内存工作在高出或低于系统总线速度33MHz，又或者让内存和外频以3：4、4：5等定比例的频率上。利用异步工作模式技术就可以避免以往超频而导致的内存瓶颈问题。 3. DDR、DDR2和DDR3内存介绍和比较： （1）DDR内存：         严格的说DDR应该叫DDR SDRAM，人们习惯称为DDR，部分初学者也常看到DDR SDRAM，就认为是SDRAM。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写，是双倍速率同步动态随机存储器的意思。DDR内存是在SDRAM内存基础上发展而来的，仍然沿用SDRAM生产体系。         SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，因此称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率。 （2）DDR2内存：         DDR2（Double Data Rate 2） SDRAM是由JEDEC（电子设备工程联合委员会）进行开发的新生代内存技术标准，它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力（即：4bit数据预读取）。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。         DDR2内存技术最大的突破点其实不在于用户们所认为的两倍于DDR的传输能力，而是在采用更低发热量、更低功耗的情况下，DDR2可以获得更快的频率提升，突破标准DDR的400MHz限制。         DDR内存通常采用TSOP芯片封装形式，这种封装形式可以很好的工作在200MHz上，当频率更高时，它过长的管脚就会产生很高的阻抗和寄生电阻，这会影响它的稳定性和频率提升的难度。这也就是DDR的核心频率一直不容易突破275MHz的原因。而DDR2内存均采用FBGA封装形式。不同于目前广泛应用的TSOP封装形式，FBGA封装提供了更好的电气性能与散热性，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了良好的保障。         DDR2内存采用1.8V电压，相对于DDR标准的2.5V，降低了约50%，从而明显降低了功耗和发热量，这一点变化是意义重大的。         要注意的是：DDR2不兼容DDR，除非主板标明同时支持。 （3）DDR内存和DDR2内存频率小结： DDR内存的核心频率=DDR内存的总线频率=1/2*DDR内存的等效传输频率（即标称频率）         DDR2内存的核心频率=1/2*DDR2内存的总线频率=1/4*DDR2内存的等效传输频率（即标称频率）         （4）DDR3内存：         DDR3可以看作DDR2的改进版。与DDR2相比：         a. 工作电压与频率：         DDR3相比起DDR2有更低的工作电压， 从DDR2的1.8V降落到1.5V，性能更好更为省电；DDR3目前最高能够可以达到1600Mhz的速度，目前最为快速的DDR2内存速度为800Mhz/1066Mhz。         b. 逻辑Bank数量：         DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的设计，目的就是为了应对未来大容量芯片的需求。而DDR3很可能将从2Gb容量起步，因此起始的逻辑Bank就是8个，另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备。         c. 封装（Packages）：         DDR3由于新增了一些功能，所以在引脚方面会有所增加，8bit芯片采用78球FBGA封装，16bit芯片采用96球FBGA封装，而DDR2则有60/68/84球FBGA封装三种规格。并且DDR3必须是绿色封装，不能含有任何有害物质。         d. 突发长度（BL，Burst Length）         由于DDR3的预取为8bit，所以突发传输周期（BL，Burst Length）也固定为8，而对于DDR2和早期的DDR架构的系统，BL=4也是常用的，DDR3为此增加了一个4-bit Burst Chop（突发突变）模式，即由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输，届时可通过A12地址线来控制这一突发模式。而且需要指出的是，任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止，且不予支持，取而代之的是更灵活的突发传输控制（如4bit顺序突发）。         e. 寻址时序（Timing）         就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样，DDR3的CL周期也将比DDR2有所提高。DDR2的CL范围一般在2至5之间，而DDR3则在5至11之间，且附加延迟（AL）的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0至4，而DDR3时AL有三种选项，分别是0、CL-1和CL-2。另外，DDR3还新增加了一个时序参数——写入延迟（CWD），这一参数将根据具体的工作频率而定。         此外，DDR3内存还有部分DDR2内存所不具备的功能，正是这些，让DDR3内存的表现有了根本性的提高：         a. 重置（Reset）         重置是DDR3新增的一项重要功能，并为此专门准备了一个引脚。DRAM业界已经很早以前就要求增这一功能，如今终于在DDR3身上实现。这一引脚将使DDR3的初始化处理变得简单。当Reset命令有效时，DDR3内存将停止所有的操作，并切换至最少量活动的状态，以节约电力。在Reset期间，DDR3内存将关闭内在的大部分功能，所以有数据接收与发送器都将关闭。所有内部的程序装置将复位，DLL（延迟锁相环路）与时钟电路将停止工作，而且不理睬数据总线上的任何动静。这样一来，将使DDR3达到最节省电力的目的。         b. ZQ校准         ZQ也是一个新增的脚，在这个引脚上接有一个240欧姆的低公差参考电阻。这个引脚通过一个命令集，通过片上校准引擎（ODCE，On-Die Calibration Engine）来自动校验数据输出驱动器导通电阻与ODT的终结电阻值。当系统发出这一指令之后，将用相应的时钟周期（在加电与初始化之后用512个时钟周期，在退出自刷新操作后用256时钟周期、在其他情况下用64个时钟周期）对导通电阻和ODT电阻进行重新校准。         c. 参考电压分成两个         对于内存系统工作非常重要的参考电压信号VREF，在DDR3系统中将分为两个信号。一个是为命令与地址信号服务的VREFCA，另一为数据总线服务的VREFDQ，它将有效的提高系统数据总线的信噪等级。         d. 根据温度自动自刷新（SRT，Self-Refresh Temperature）         为了保证所保存的数据不丢失，DRAM必须定时进行刷新，DDR3也不例外。不过，为了最大的节省电力，DDR3采用了一种新型的自动自刷新设计（ASR，Automatic Self-Refresh）。当开始ASR之后，将通过一个内置于DRAM芯片的温度传感器来控制刷新的频率，因为刷新频率高的话，消电就大，温度也随之升高。而温度传感器则在保证数据不丢失的情况下，尽量减少刷新频率，降低工作温度。不过DDR3的ASR是可选设计，并不见得市场上的DDR3内存都支持这一功能，因此还有一个附加的功能就是自刷新温度范围（SRT，Self-Refresh Temperature）。通过模式寄存器，可以选择两个温度范围，一个是普通的的温度范围（例如0℃至85℃），另一个是扩展温度范围，比如最高到95℃。对于DRAM内部设定的这两种温度范围，DRAM将以恒定的频率和电流进行刷新操作。         e. 局部自刷新（RASR，Partial Array Self-Refresh）         这是DDR3的一个可选项，通过这一功能，DDR3内存芯片可以只刷新部分逻辑Bank，而不是全部刷新，从而最大限度的减少因自刷新产生的电力消耗。这一点与移动型内存（Mobile DRAM）的设计很相似。         f. 点对点连接（P2P，Point-to-Point）         这是为了提高系统性能而进行了重要改动，也是与DDR2系统的一个关键区别。在DDR3系统中，一个内存控制器将只与一个内存通道打交道，而且这个内存通道只能一个插槽。因此内存控制器与DDR3内存模组之间是点对点（P2P，Point-to-Point）的关系（单物理Bank的模组），或者是点对双点（P22P，Point-to-two-Point）的关系（双物理Bank的模组），从而大大减轻了地址/命令/控制与数据总线的负载。而在内存模组方面，与DDR2的类别相类似，也有标准DIMM（台式PC）、SO-DIMM/Micro-DIMM（笔记本电脑）、FB-DIMM2（服务器）之分，其中第二代FB-DIMM将采用规格更高的AMB2（高级内存缓冲器）。不过目前有关DDR3内存模组的标准制定工作刚开始，引脚设计还没有最终确定。     此外，DDR3还在功耗管理，多用途寄存器方面有不少新的设计。 4. ECC内存         ECC内存即纠错内存，简单的说，其具有发现错误，纠正错误的功能，一般多应用在高档台式电脑/服务器及图形工作站上，这将使整个电脑系统在工作时更趋于安全稳定。         ECC内存在数据位上的额外的位存储一个用数据加密的代码。当数据被写入内存，相应的ECC代码与此同时也被保存下来。当重新读回刚才存储的数据时，保存下来的ECC代码就会和读数据时产生的ECC代码做比较。如果两个代码不相同，他们则会被解码，以确定数据中的那一位是不正确的。然后这一错误位会被抛弃，内存控制器则会释放出正确的数据。被纠正的数据很少会被放回内存。假如相同的错误数据再次被读出，则纠正过程再次被执行。重写数据会增加处理过程的开销，这样则会导致系统性能的明显降低。如果是随机事件而非内存的缺点产生的错误，则这一内存地址的错误数据会被再次写入的其他数据所取代。         使用ECC校验的内存，会对系统的性能造成不小的影响，不过这种纠错对服务器等应用而言是十分重要的，带ECC校验的内存价格比普通内存要昂贵许多。 5. GDDR和DDR的区别         显卡和主板上都有“内存”，不过主板上的那种被称为内存条，而显卡上的被称为显存。一般显卡用的被称为GDDR，高端显卡需要比系统内存更快的存储器，所以显卡厂商转向使用DDR2和DDR3技术。显卡用的DDR与主板上的DDR有所不同，其中最主要的是电压不同。因此显卡用的被称为GDDR2和GDDR3，以示区别（这里“G”是英文显卡的单词Graphics的缩写）。另外由于GDDR2的工作频率比系统内存的DDR2高很多，所以它用的工作电压不是1.8伏而是2.5伏，发热量比较大。 6. 内存封装技术 （1）DIP封装技术         上个世纪的70年代，芯片封装基本都采用DIP（Dual ln-line Package，双列直插式封装）封装，此封装形式在当时具有适合PCB（印刷电路板）穿孔安装，布线和操作较为方便等特点。DIP封装的结构形式多种多样，包括多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP等。但DIP封装形式封装效率是很低的，其芯片面积和封装面积之比为1：1.86，这样封装产品的面积较大，内存条PCB板的面积是固定的，封装面积越大在内存上安装芯片的数量就越少，内存条容量也就越小。同时较大的封装面积对内存频率、传输速率、电器性能的提升都有影响。理想状态下芯片面积和封装面积之比为1：1将是最好的，但这是无法实现的，除非不进行封装，但随着封装技术的发展，这个比值日益接近，现在已经有了1：1.14的内存封装技术。 （2）TSOP封装技术         到了上个世纪80年代，内存第二代的封装技术TSOP出现，得到了业界广泛的认可，时至今日仍旧是内存封装的主流技术。TSOP是“Thin Small Outline Package”的缩写，意思是薄型小尺寸封装。TSOP内存是在芯片的周围做出引脚，采用SMT技术（表面安装技术）直接附着在PCB板的表面。TSOP封装外形尺寸时，寄生参数(电流大幅度变化时，引起输出电压扰动) 减小，适合高频应用，操作比较方便，可靠性也比较高。同时TSOP封装具有成品率高，价格便宜等优点，因此得到了极为广泛的应用。 TSOP封装方式中，内存芯片是通过芯片引脚焊接在PCB板上的，焊点和PCB板的接触面积较小，使得芯片向PCB办传热就相对困难。而且TSOP封装方式的内存在超过150MHz后，会产品较大的信号干扰和电磁干扰。 （3）TinyBGA封装技术         TinyBGA技术是Kingmax的专利，于1998年8月开发成功。要了解TinyBGA技术，首先要知道BGA是什么，BGA是Ball-Gird-Array的英文缩写，即球栅阵列封装，是新一代的芯片封装技术，它的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是可增加I/O数和间距，消除高I/O数带来的生产成本和可靠性问题。它已经在笔记本电脑的内存、主板芯片组等大规模集成电路的封装领域得到了广泛的应用。         TinyBGA就是微型BGA的意思，TinyBGA英文全称为Tiny Ball Grid Array（小型球栅阵列封装），其芯片面积与封装面积之比不小于1：1.14，属于BGA封装技术的一个分支。该项革新技术的应用可以使所有计算机中的DRAM内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，TinyBGA采用BT树脂以替代传统的TSOP技术，具有更小的体积，更好的散热性能和电性能。           TinyBGA封装技术使每平方英寸的存储量有了惊人的提升，在和128M TSOP封装的144针SO-DIMM相同空间的PCB板上利用TinyBGA封装方式可以制造256M内存。以相同大小的两片内存模块而言，TinyBGA封装方式的容量比TSOP高一倍，但价格却未有明显变化。资料显示，采用TinyBGA封装技术的内存产品以相同容量比较，体积只有TSOP封装的三分之一；当内存模组的制程直径小于0.25 m时TinyBGA封装的成本要小于TSOP封装成本。         TinyBGA封装内存的I/O端子是由芯片中心方向引出的，而TSOP则是由四周引出。这有效地缩短了信号的传导距离，信号传输线的长度仅是传统的TSOP技术的四分之一，因此信号的衰减便随之减少。这样不仅大幅度升芯片的抗干扰、抗噪性能，而且提高了电性能，采用TinyBGA封装芯片可抗高达300MHz的外额，而采用传统TSOP封装最高只可抗150MHz的外额。而且，用TinyBGA封装的内存，不但体积较之相同容量的TSOP封装芯片小，同时也更薄(封装高度小于0.8mm)，从金属基板到散热体的有效散热路径仅有0.36mm。于是，TinyBGA内存便拥有更高的热传导效率，非常适用于长时间运行的系统，稳定性极佳。经过反复测试显示，TinyBGA的热抗阻比TSOP的低75％。很明显与传统TSOP封装方式相比，TinyBGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。 （4）BLP封装技术         除了TinyBGA之外，BLP技术也是目前市场上常用的一种技术，BLP英文全称为Bottom Leaded Plastic(底部引出塑封技术)，其芯片面积与封装面积之比大于1：1.1，符合CSP(Chip Size Package)填封装规范。不仅高度和面积极小，而且电气特性得到了进一步的提高，制造成本也不高，广泛用于SDRAM\RDRAM\DDR等新一代内存制造上。随着由于BLP封装中关键部件塑封基底价格的不断下降，BLP封装内存很快就会走入普通用户的家庭 （5）CSP封装技术         CSP（Chip Scale Package），是芯片级封装的意思。CSP封装最新一代的内存芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14，已经相当接近1:1的理想情况，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA的1/3，仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。         CSP封装内存不但体积小，同时也更薄，其金属基板到散热体的最有效散热路径仅有0.2毫米，大大提高了内存芯片在长时间运行后的可靠性，线路阻抗显著减小，芯片速度也随之得到大幅度提高。         CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效地缩短了信号的传导距离，其衰减随之减少，芯片的抗干扰、抗噪性能也能得到大幅提升，这也使得CSP的存取时间比BGA改善15%－20%。在CSP的封装方式中，内存颗粒是通过一个个锡球焊接在PCB板上，由于焊点和PCB板的接触面积较大，所以内存芯片在运行中所产生的热量可以很容易地传导到PCB板上并散发出去。CSP封装可以从背面散热，且热效率良好，CSP的热阻为35℃/W，而TSOP热阻40℃/W。 来源：穷则独善其身

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