內存儲器（計算機主要部件）

內存儲器（計算機主要部件）

內存儲器 （計算機主要部件） 次瀏覽 | 2022.10.24 12:33:23 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 內存儲器計算機主要部件

內存又稱為內存儲器，通常也泛稱為主存儲器，是計算機中的主要部件。內存儲器包括寄存器、高速緩沖存儲器（Cache）和主存儲器。寄存器在CPU芯片的內部，高速緩沖存儲器也制作在CPU芯片內，而主存儲器由插在主板內存插槽中的若干內存條組成。二是RAM只能用于暫時存放信息，一旦斷電，存儲內容立即消失，即具有易失性。不可在線改寫內容的ROM包括掩膜ROM(Mask ROM)、可編程ROM(PROM)和可擦除可編程ROM(EPROM)；可在線改寫內容的ROM包括電可擦除可編程ROM(EEPROM)和快擦除ROM(Flash ROM)。

中文名

內存儲器

外文名

Memory

所屬

計算機配套硬件

接口類型

DIP、SIMM、DIMM

技術指標

內存容量、存取時間、延遲

分類

一般常用的微型計算機的存儲器有磁芯存儲器和半導體存儲器，微型機的內存都采用半導體存儲器。

半導體存儲器從使用功能上分，有隨機存儲器（Random Access Memory，簡稱RAM），又稱讀寫存儲器；只讀存儲器（Read Only Memory，簡稱為ROM）。

1.隨機存儲器（Random Access Memory）

隨機存儲器是一種可以隨機讀∕寫數據的存儲器，也稱為讀∕寫存儲器。RAM有以下兩個特點：一是可以讀出，也可以寫入。讀出時并不損壞原來存儲的內容，只有寫入時才修改原來所存儲的內容。二是RAM只能用于暫時存放信息，一旦斷電，存儲內容立即消失，即具有易失性。RAM通常由MOS型半導體存儲器組成，根據其保存數據的機理又可分為動態（Dynamic RAM）和靜態（Static RAM）兩大類。DRAM的特點是集成度高，主要用于大容量內存儲器；SRAM的特點是存取速度快，主要用于高速緩沖存儲器。

2．只讀存儲器(Read Only Memory)

ROM是只讀存儲器，顧名思義，它的特點是只能讀出原有的內容，不能由用戶再寫入新內容。原來存儲的內容是采用掩膜技術由廠家一次性寫入的，并永久保存下來。它一般用來存放專用的固定的程序和數據。只讀存儲器是一種非易失性存儲器，一旦寫入信息后，無需外加電源來保存信息，不會因斷電而丟失。

按照是否可以進行在線改寫來劃分，又分為不可在線改寫內容的ROM，以及可在線改寫內容的ROM。不可在線改寫內容的ROM包括掩膜ROM(Mask ROM)、可編程ROM(PROM)和可擦除可編程ROM(EPROM)；可在線改寫內容的ROM包括電可擦除可編程ROM(EEPROM)和快擦除ROM(Flash ROM)。

3.CMOS存儲器（Complementary Metal Oxide Semiconductor Memory，互補金屬氧化物半導體內存)

CMOS內存是一種只需要極少電量就能存放數據的芯片。由于耗能極低，CMOS內存可以由集成到主板上的一個小電池供電，這種電池在計算機通電時還能自動充電。因為CMOS芯片可以持續獲得電量，所以即使在關機后，他也能保存有關計算機系統配置的重要數據。

接口

內存的接口類型分DIP，SIMM和DIMM三種(RDRAM又增加了RMM)，其中后兩種就是我們要重點論述的內容。

DIP是"Dualn-Line Package"的縮寫，即雙列直插內存芯片，它的常見單片容量有256KB，IMB等幾種。但現在內存發展這么快，哪里還會是幾百KB和幾兆容量的內存?因此DIP接口早已經是淘汰了的內存接口。

在SIMM和DIMM接口類型的內存條上，多個RAM芯片焊在一塊小電路板上，通過專用插座裝在主板或內存擴充板上，因此它們也可以看作是一個內存芯片。

SIMM是"Singleln-Line Memory Module"的縮寫，即單列直插內存模塊，這是5x86及較早的PC機中常用的內存接口方式。在更早的PC機中(486以前)，多采用30針的SIMM接口，而在Pentium級別的機器中，應用更多的則是72針的SIMM接口，或者是與DIMM接口類型并存。72線的內存條體積稍大，并提供32位的有效數據位，常見容量有4MB.8MB，16MB和32MB。

DIMM是"Dual In-Line Memory Module"縮寫，即雙列直插內存模塊，也就是說這種類型接口的內存的插板的兩邊都有數據接口觸片(俗稱為金手指)。

這種接口模式的內存廣泛應用于現在的計算機中，通常為84針，但由于是雙邊的，所以一共有168針，也就是人們常說的168線內存條。168線內存條的體積較大，提供64位有效數據位。

DRAM內存通常為72線的，SDRAM內存通常為168線的，而EDO RAM內存則既有72線的，也有168線的。人們經常用內存的管線數來稱呼內存。但需要注意的是，并非只有SDRAM內存是168線的，某些SIMM型內存也具有168線。SIMM的工作電壓是5v，DIMM的工作電壓是3.3v。

發展

計算機誕生初期并不存在內存條的概念。最早的內存是以磁芯的形式排列在線路上，每個磁芯與晶體管組成的一個雙穩態電路作為一比特（BIT）的存儲器。

每一比特都要有玉米粒大小，可以想象一間機房只能裝下不超過百k字節左右的容量。后來才出現了焊接在主板上的集成內存芯片，以內存芯片的形式為計算機的運算提供直接支持。

那時的內存芯片容量都特別小，最常見的莫過于256K×1bit、1M×4bit。雖然如此，但對于那時的運算任務來說卻綽綽有余了。內存芯片的狀態一直沿用到286初期。鑒于它存在著無法拆卸更換的弊病，這對計算機的發展造成了現實的阻礙。

有鑒于此，內存條便應運而生了。將內存芯片焊接到事先設計好的印刷線路板上，電腦主板上也改用內存插槽。這樣，把內存難以安裝和更換的問題徹底解決了。

在80286主板發布之前，內存沒有被世人重視。這個時候的內存直接固化在主板上，容量只有64～256KB。對于當時PC所運行的工作程序來說，這種內存的性能以及容量足以滿足當時軟件程序的處理需要。

隨著軟件程序和新一代80286硬件平臺的出現，程序和硬件對內存性能提出了更高要求。為了提高速度并擴大容量，內存必須以獨立的封裝形式出現，因而誕生了“內存條”的概念。

80286主板剛推出時，內存條采用了SIMM（Single In-lineMemory Modules，單邊接觸內存模組）接口，容量為30pin、256kb，必須是由8片數據位和1片校驗位組成1個bank。

正因如此，我們見到的30pin SIMM一般是四條一起使用。自1982年PC進入民用市場一直到現在，搭配80286處理器的30pin SIMM內存是內存領域的開山鼻祖。

隨后，在1988～1990年當中，PC技術迎來另一個發展高峰，也就是386和486時代。此時，CPU已經向16bit發展，所以30pin SIMM內存再也無法滿足需求，其較低的內存帶寬已經成為急待解決的瓶頸，所以此時72pin SIMM內存出現了。

72pin SIMM支持32bit快速頁模式內存，內存帶寬得以大幅度提升。72pin SIMM內存單條容量一般為512KB～2MB，而且僅要求兩條同時使用。

由于其與30pin SIMM內存無法兼容，因此這個時候PC業界毅然將30pin SIMM內存淘汰出局了。EDO DRAM（Extended Date Out RAM外擴充數據模式存儲器）內存，這是1991年到1995年之間盛行的內存條。EDO DRAM同FPM DRAM（Fast Page Mode RAM快速頁面模式存儲器）極其相似，它取消了擴展數據輸出內存與傳輸內存兩個存儲周期之間的時間間隔，在把數據發送給CPU的同時去訪問下一個頁面。

故而速度要比普通DRAM快15~30%。工作電壓為一般為5V，帶寬32bit，速度在40ns以上，其主要應用在當時的486及早期的Pentium電腦上。

1991年至1995年期間，內存技術發展比較緩慢，幾乎停滯不前。我們看到此時EDO DRAM有72pin和168pin并存的情況，事實上EDO內存也屬于72pin SIMM內存的范疇。

不過它采用了全新的尋址方式。EDO在成本和容量上有所突破，憑借著制作工藝的飛速發展。此時單條EDO內存的容量已經達到4～16MB。由于Pentium及更高級別的CPU數據總線寬度都是64bit甚至更高，所以EDO DRAM與FPM DRAM都必須成對使用。

自Intel Celeron系列以及AMD K6處理器以及相關的主板芯片組推出后，EDO DRAM內存性能再也無法滿足需要了。內存技術必須徹底得到革新才能滿足新一代CPU架構的需求，此時內存開始進入比較經典的SDRAM時代。

第一代SDRAM內存為PC66規范，但很快由于Intel和AMD的頻率之爭將CPU外頻提升到了100MHz。所以PC66內存很快就被PC100內存取代，接著，133MHz外頻的PIII以及K7時代的來臨，PC133規范也以相同的方式進一步提升SDRAM的整體性能，帶寬提高到1GB/c以上。

由于SDRAM的帶寬為64bit，正好對應CPU的64bit數據總線寬度，因此，它只需要一條內存便可工作，便捷性進一步提高。在性能方面，由于其輸入輸出信號保持與系統外頻同步，速度明顯超越EDO內存。

SDRAM內存由早期的66MHz，發展至后來的100MHz、133MHz。盡管沒能徹底解決內存帶寬的瓶頸問題，但此時的CPU超頻已成為DIY用戶永恒的話題。

不少用戶將品牌好的PC100品牌內存超頻到133MHz使用以獲得CPU超頻成功。為了方便一些超頻用戶的需求，市場上出現了一些PC150、PC166規范的內存。

SDRAM PC133內存的帶寬可提高到1064MB/S，加上Intel已開始著手最新的Pentium 4計劃，所以SDRAM PC133內存不能滿足日后的發展需求。

Intel為了達到獨占市場的目的，與Rambus聯合在PC市場推廣Rambus DRAM內存（稱為RDRAM內存）。與SDRAM不同的是，其采用了新一代高速簡單內存架構，基于一種類RISC(Reduced Instruction Set Computing，精簡指令集計算機）理論，這個理論可以減少數據的復雜性，使得整個系統性能得到提高。

在AMD與Intel的競爭中，這屬于頻率競備時代。這時CPU的主頻不斷提升，Intel為了蓋過AMD，推出高頻PentiumⅢ以及Pentium 4處理器。

Rambus DRAM內存被Intel看著是未來自己的競爭殺手锏。Rambus DRAM內存以高時鐘頻率來簡化每個時鐘周期的數據量，內存帶寬在當時相當出色。如：PC1066MHz32bits帶寬可達到4.2GByte/c，Rambus DRAM曾一度被認為是Pentium 4的絕配。

Rambus RDRAM內存生不逢時，依然要被更高速度的DDR“掠奪”其寶座地位。當時，PC600、PC700的Rambus RDRAM內存因出現Intel820芯片組“失誤事件”、PC800 Rambus RDRAM因成本過高而讓Pentium 4平臺高高在上，無法獲得大眾用戶擁戴。

發生的種種問題讓Rambus RDRAM胎死腹中，Rambus曾希望具有更高頻率的PC1066規范RDRAM來力挽狂瀾，但最終也是拜倒在DDR內存面前。

DDRSDRAM(Double Data Rate SDRAM）簡稱DDR，也是“雙倍速率SDRAM”的意思。DDR可說是SDRAM的升級版本。DDR在時鐘信號上升沿與下降沿各傳輸一次數據，使得DDR的數據傳輸速度為傳統SDRAM的兩倍。

由于僅多采用了下降緣信號，不會造成能耗增加。至于定址與控制信號則與傳統SDRAM相同，僅在時鐘上升緣傳輸。DDR內存作為一種性能與成本間折中的解決方案，其目的是迅速建立起牢固的市場空間，繼而一步步在頻率上高歌猛進，最終彌補內存帶寬上的不足。

第一代DDR200規范沒有得到普及，第二代PC266 DDR SRAM（133MHz時鐘×2倍數據傳輸=266MHz帶寬）是由PC133SDRAM內存所衍生出的。它將DDR內存帶向第一個高潮。

目前還有不少賽揚和AMD K7處理器都在采用DDR266規格的內存，其后來的DDR333內存也屬于一種過渡。而DDR400內存成為目前的主流平臺選配，雙通道DDR400內存已經成為800FSB處理器搭配的基本標準，隨后的DDR533規范則成為超頻用戶的選擇對象。

隨著CPU性能的不斷提高，大眾對內存性能的要求也逐步提高。依高頻率提升帶寬的DDR遲早會力不從心，因此JEDEC組織很早就開始醞釀DDR2標準，加上LGA775接口的915/925以及最新的945等新平臺開始對DDR2內存的支持，所以DDR2內存將開始演義內存領域的今天。

DDR2能夠在100MHz的發信頻率基礎上提供每插腳最少400MB/s的帶寬，而且其接口將運行于1.8V電壓上，從而進一步降低發熱量，以便提高頻率。

此外，DDR2將融入CAS、OCD、ODT等新性能指標和中斷指令，提升內存帶寬的利用率。從JEDEC組織者闡述的DDR2標準來看，針對PC等市場的DDR2內存將擁有400、533、667MHz等不同的時鐘頻率。

高端的DDR2內存將擁有800、1000MHz兩種頻率。DDR-II內存將采用200-、220-、240-針腳的FBGA封裝形式。

最初的DDR2內存將采用0.13微米的生產工藝，內存顆粒的電壓為1.8V，容量密度為512MB。內存技術在2005年將會毫無懸念，SDRAM為代表的靜態內存在五年內不會普及。QBM與RDRAM內存也難以挽回頹勢，因此DDR與DDR2共存時代將是鐵定的事實。

PC-100的“接班人”除了PC一133以外，VCM(VirXual Channel Memory）也是很重要的一員。VCM即“虛擬通道存儲器”，這也是目前大多數較新的芯片組支持的一種內存標準。

VCM內存主要根據由NEC公司開發的一種“緩存式DRAM”技術制造而成。它集成了“通道緩存”，由高速寄存器進行配置和控制。

在實現高速數據傳輸的同時，VCM還維持著對傳統SDRAM的高度兼容性，所以通常也把VCM內存稱為VCM SDRAM。

VCM與SDRAM的差別在于不論是否經過CPU處理的數據，都可先交于VCM進行處理，而普通的SDRAM就只能處理經CPU處理以后的數據，所以VCM要比SDRAM處理數據的速度快20%以上。

目前可以支持VCM SDRAM的芯片組很多，包括：Intel的815E、VIA的694X等。

Intel推出PC-100后，由于技術的發展，PC-100內存的800MB/s帶寬不能滿足更大的需求。而PC-133的帶寬提高并不大（1064MB/s），同樣不能滿足日后的發展需求。

Intel為了達到獨占市場的目的，與Rambus公司聯合在PC市場推廣Rambus DRAM(DirectRambus DRAM）。

Rambus DRAM是：Rambus公司最早提出的一種內存規格，采用了新一代高速簡單內存架構，基于一種RISC(Reduced Instruction Set Computing，精簡指令集計算機）理論，從而可以減少數據的復雜性，使得整個系統性能得到提高。

Rambus使用400MHz的16bit總線，在一個時鐘周期內，可以在上升沿和下降沿的同時傳輸數據，這樣它的實際速度就為400MHz×2=800MHz，理論帶寬為（16bit×2×400MHz/8）1.6GB/s，相當于PC-100的兩倍。

另外，Rambus也可以儲存9bit字節，額外的一比特是屬于保留比特，可能以后會作為：ECC(ErroI Checking and Correction，錯誤檢查修正）校驗位。Rambus的時鐘可以高達400MHz，而且僅使用了30條銅線連接內存控制器和RIMM(Rambus In-line MemoryModules，Rambus內嵌式內存模塊），減少銅線的長度和數量就可以降低數據傳輸中的電磁干擾，從而快速地提高內存的工作頻率。

不過在高頻率下，其發出的熱量肯定會增加，因此第一款Rambus內存甚至需要自帶散熱風扇。

DDR3相比起DDR2有更低的工作電壓，從DDR2的1.8V降落到1.5V，性能更好更為省電；DDR2的4bit預讀升級為8bit預讀。

DDR3目前最高能夠達到2000Mhz的速度，盡管目前最為快速的DDR2內存速度已經提升到800Mhz/1066Mhz的速度，但是DDR3內存模組仍會從1066Mhz起跳。

DDR3在DDR2基礎上采用的新型設計：

1．8bit預取設計，而DDR2為4bit預取，這樣DRAM內核的頻率只有接口頻率的1/8，DDR3-800的核心工作頻率只有100MHz。

2．采用點對點的拓樸架構，以減輕地址/命令與控制總線的負擔。

3．采用100nm以下的生產工藝，將工作電壓從1.8V降至1.5V，增加異步重置（Ret）與ZQ校準功能。部分廠商已經推出1.35V的低壓版DDR3內存。

2012年，DDR4時代將開啟，工作電壓降至1.2V，而頻率提升至2133MHz，次年進一步將電壓降至1.0V，頻率則實現2667MHz。

新一代的DDR4內存將會擁有兩種規格。根據多位半導體業界相關人員的介紹，DDR4內存將會是Single-endedSignaling(傳統SE信號）方式DifferentialSignaling(差分信號技術）方式并存。其中AMD公司的PhilHester先生也對此表示了確認。

預計這兩個標準將會推出不同的芯片產品，因此在DDR4內存時代我們將會看到兩個互不兼容的內存產品。

針對5G超大網絡流量及傳輸速率所導致的功耗問題,5G基帶芯片的低功耗研究具有重要研究價值。而存儲器在如今基帶芯片設計中占比已達60%,為了降低5G基帶芯片的功耗,對存儲器低功耗技術的研究對5G基帶芯片設計更是顯得尤為重要。[1]

參考資料