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landtop_高手进阶_终极内存技术指南——完整进阶版
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2013-10-29
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SDRAM经典指导文件,叫你如何快速掌握复杂的SDRAM读写时序,FPGA实现
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高手进阶,终极内存技术指南——完整/进阶版
作为电脑中必不可少的三大件之一(其余的两个是主板与 CPU),内存是决定系统性能的关键设备之一,
它就像一个临时的仓库,负责数据的中转、暂存……
不过,虽然内存对系统性能的至关重要,但长期以来,DIYer 并不重视内存,只是将它看作是一种买主
板和 CPU 时顺带买的“附件”,那时最多也就注意一下 内存的速度。这种现象截止于 1998 年 440BX 主
板上市后,PC66/100 的内存标准开始进入普通 DIYer 的视野,因为这与选购有着直接的联系。一 时
间,有关内存时序参数的介绍文章大量出现(其中最为著名的恐怕就是 CL 参数)。自那以后,DIYer 才
发现,原来内存也有这么多的学问。接下来,始于 2000 年底/2001 年初的 VIA 芯片组 4 路交错(4-
Way Interleave)内存控制和部分芯片组有关内存容量限制的研究,则是深入了解内存的一个新开端。
本刊在 2001 年第 2 期上也进行了 VIA 内存交错控 制与内存与模组结构的详细介绍,并最终率先正确地
解释了这一类型交错(内存交错有多种类型)的原理与容量限制的原因。从那时起,很多关于内存方面的
深入性 文章接踵而至,如果说那时因此而掀起了一股内存热并不夸张。大量的内存文章让更多的用户了
解了内存,以及更深一层的知识,这对于 DIY 当然是一件好事情。 然而,令人遗憾的是这些所谓的内存
高深技术文章有不少都是错的(包括后来的 DDR 与 RDRAM 内存的介绍),有的甚至是很低级的错误。
在这近两年的时间 里,国内媒体上优秀的内存技术文章可谓是寥若晨星,有些媒体还编译国外 DIY 网站
的大篇内存文章,但可惜的是,外国网站也不见得都是对的(这一点,似乎国 内很多作者与媒体似乎都
忽视了)。就这样,虽然打开了一个新的知识领域,可“普及”的效果并不那么好,很多媒体的铁杆读者高
兴地被带入内存深层世界,但也 因此被引向了新的误区。
不过,从这期间(2001 年初至今)各媒体读者对这类文章的反映来看,喜欢内存技术的玩家大有人在且
越来越多,这是各媒体“培养”的成果。这些用户已经不 满足如何正确的使用内存,他们更渴望深入的了解
这方面原来非常贫乏的知识,这些知识可能暂时不会对他们在使用内存过程中有什么帮助,但会大大满足
他们的求 知欲。在 2001 年初,我们揭开 VIA 芯片组 4 路交错内存控制和部分芯片组有关内存容量限制
之迷时,还是主要围绕着内存使用的相关话题来展开,而且在这期 间有关内存技术的话题,《电脑高
手》也都是一笔带过。但在今天,在很多人希望了解内存技术而众多媒体的文章又“力不从心”时,我们觉
得有必要再次站出来以正视听,也就是说,我们这次的专题不再以内存使用为中心,更多的是纯技术性介
绍,并对目前现存的主要内存技术误区进行重点纠正。
在最后要强调的是,本专题以技术为主,由于篇幅的原因,不可能从太浅的方面入手,所以仍需要有一定
的技术基础作保证,而对内存感兴趣的读者则绝不容错过,这也许是您最好的纠正错误认识的机会!
在本专题里,当讲完内存的基本操作之后,我们会给大家讲一个仓库的故事,从中相信您会更了解内存这
个仓库是怎么工作的,希望您能喜欢。
===========
SDRAM 内存模组的物理 Bank 与芯片位宽
虽然有关内存结构与时序的基础概念,在本刊 2001 年第 2 期的专题中就已有阐述,但在这里为了保证
专题的可读性,我们需要再次加强这方面的系统认识。正确 并深刻理解内存的基础概念,是阅读本专题
1
的第一条件。因为即使是 RDRAM,在很多方面也是与 SDRAM 相似的,而至于 DDR 与 DDR-
Ⅱ、QBM 等形式 的内存更是与 SDRAM 有着紧密的联系。
SDRAM 内存模组与基本结构
我们平时看到的 SDRAM 都是以模组形式出现,为什么要做成这种形式呢?这首先要接触到两个概念:
物理 Bank 与芯片位宽。
PC133 时代的 168pin SDRAM DIMM
1、 物理 Bank
传统内存系统为了保证 CPU 的正常工作,必须一次传输完 CPU 在一个传输周期内所需要的数据。而
CPU 在一个传输周期能接受的数据容量就是 CPU 数据总线 的位宽,单位是 bit(位)。当时控制内存
与 CPU 之间数据交换的北桥芯片也因此将内存总线的数据位宽等同于 CPU 数据总线的位宽,而这个位
宽就称之为物 理 Bank(Physical Bank,下文简称 P-Bank)的位宽。所以,那时的内存必须要组
织成 P-Bank 来与 CPU 打交道。资格稍老的玩家应该还记得 Pentium 刚上市 时,需要两条 72pin 的
SIMM 才能启动,因为一条 72pin -SIMM 只能提供 32bit 的位宽,不能满足 Pentium 的 64bit 数
据总线的需要。直到 168pin-SDRAM DIMM 上市后,才可以使用一条内存开机。下面将通过芯片位
宽的讲述来进一步解释 P-Bank 的概念。
不过要强调一点,P-Bank 是 SDRAM 及以前传统内存家族的特有概念,在 RDRAM 中将以通道
(Channel)取代,而对于像 Intel E7500 那样的并发式多通道 DDR 系统,传统的 P-Bank 概念也
不适用。
2
2、 芯片位宽
上文已经讲到 SDRAM 内存系统必须要组成一个 P-Bank 的位宽,才能使 CPU 正常工作,那么这个 P-
Bank 位宽怎么得到呢?这就涉及到了内存芯片的结构。
每个内存芯片也有自己的位宽,即每个传输周期能提供的数据量。理论上,完全可以做出一个位宽为
64bit 的芯片来满足 P-Bank 的需要,但这对技术的要 求很高,在成本和实用性方面也都处于劣势。所
以芯片的位宽一般都较小。台式机市场所用的 SDRAM 芯片位宽最高也就是 16bit,常见的则是 8bit。
这 样,为了组成 P-Bank 所需的位宽,就需要多颗芯片并联工作。对于 16bit 芯片,需要 4 颗
(4×16bit=64bit)。对于 8bit 芯片,则就需 要 8 颗了。
以上就是芯片位宽、芯片数量与 P-Bank 的关系。P-Bank 其实就是一组内存芯片的集合,这个集合的
容量不限,但这个集合的总位宽必须与 CPU 数据位 宽相符。随着计算机应用的发展,一个系统只有一个
P-Bank 已经不能满足容量的需要。所以,芯片组开始可以支持多个 P-Bank,一次选择一个 P- Bank
工作,这就有了芯片组支持多少(物理)Bank 的说法。而在 Intel 的定义中,则称 P-Bank 为行
(Row),比如 845G 芯片组支持 4 个 行,也就是说它支持 4 个 P-Bank。另外,在一些文档中,也
把 P-Bank 称为 Rank(列)。
回到开头的话题,DIMM 是 SDRAM 集合形式的最终体现,每个 DIMM 至少包含一个 P-Bank 的芯片
集合。在目前的 DIMM 标准中,每个模组最多可以 包含两个 P-Bank 的内存芯片集合,虽然理论上完
全可以在一个 DIMM 上支持多个 P-Bank,比如 SDRAM DIMM 就有 4 个芯片选择信号(Chip
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demonfish章鱼
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