001 DDR基础知识(一)存储器分类

发布时间 2023-08-21 16:26:47作者: 沐林枫

1 内存

        内存(Memory)指的是内存存储器,又称为主存,是CPU用来直接寻址和存储的空间,它相当于一座桥梁,用以负责诸如硬盘、主板、显卡等硬件上的数据与处理器之间数据交换处理,我们可以把内存看作数据缓存区,一个高速的缓存区。内存之所以称为内存,是相对于硬盘这些外存而言,我们要用的软件数据都安装存放在外存上,但是当我们运行他们时,就需要把这些软件的数据调入内存,才能运行顺畅,因为CPU和内存间的数据交换速度远高于和外存交换速度。 内存条是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。

  内存分ROM(只读存储器)和RAM(随机存储器)两部分,RAM可以理解为主存,ROM只是很小一部分,比如记录BIOS信息的ROM。而硬盘、U盘等存储设备属于外存,和ROM没有关系。

1.1 RAM

随机存取存储器(Random Access Memory,RAM),也叫主存,是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写(刷新时除外),而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。RAM工作时可以随时从任何一个指定的地址写入(存入)或读出(取出)信息。它与ROM的最大区别是数据的易失性,即一旦断电所存储的数据将随之丢失。RAM在计算机和数字系统中用来暂时存储程序、数据和中间结果。

  所谓“随机存取”,指数据不是线性依次存储,而是自由指定地址进行数据读写。相对的,读取或写入顺序访问(Sequential Access)存储设备中的信息时,其所需要的时间与位置就会有关系。它主要用来存放操作系统、各种应用程序、数据等。  

  RAM特点为:访问速度快,数据易失(断电会丢失数据,电容器或多或少有漏电的情形,不断电数据也会随时间流失,因此需要指定期读取电容器的状态,然后按照原来的状态重新为电容器充电,这一过程称为“刷新”),静电敏感性(静电会干扰存储器内电容器的电荷,引致数据流失)

  RAM与ROM最大的区别是,RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失,而ROM不会。

1.1.1 SRAM与DRAM

1.SRAM(静态RAM)

  不要刷新,只要不掉电,数据可以一直保存,存取速度快,但结构复杂,价格昂贵,CPU的缓存用的就是SRAM

2.DRAM(动态RAM)

  需要不断刷新,存取速度相对SRAM较慢

3.SDRAM(同步动态RAM)

  同步指工作时需要同步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为标准.

       同步动态随机存储器(Synchronous Dynamic RAM),采用3.3V工作电压,内存数据位宽64位,SDRAM与CPU通过一个相同的时钟频率锁在一起,使两者以相同的速度同步工作。SDRAM内存有以下几种:PC66/100/133150/166,核心频率分别为66MHz,100Mz133MHz,150MHz,166MHz。时钟频率、等效频率与核心频率相等单根 SDRAM内存数据传输带宽最高为 166MHz × 64bit ÷ 8 = 1.3GB/s。

4.DDR SDRAM(双倍率同步动态RAM)

  在SDRAM内存基础上发展而来,仍然沿用SDRAM生产体系;SDRAM在一个时钟周期的上升沿传输一次数据,DDR在时钟的上升期与下降期各传输一次数据。

       双倍速率同步动态随机存储器(Double data Rate SDRAM,DDR SDRAM,简称DDR),采用2.5V工作电压,内存数据位宽64位,一个时钟脉冲传输两次数据,分别在时钟脉冲的上升沿和下降沿各传输一次数据,因此称为双倍速率的SDRAM。

  DDR内存金手指为184脚。DDR内存有以下几种::DDR 200 / 266 / 333400 / 500。核心频率与时钟频率相等,分别为100 MHz, 133 MHz, 166 MHz, 200 MHz, 250 MHz,等效频分别为200 MHz, 266 MHz, 333 MHz, 400 MHz, 500 MHz,请注意, DDR内存的等效频率是时钟频率的两倍,因为DDR内存是双倍速率工作的。DDR内存核心采用2位数据预读取,也就是一次(一个脉冲)取2位。

  单根DDR内存数据传输带宽最高为500 MHz×64 bit/8=4 GB/s。

5.DDR2

       DDR2(Double Data Rate 2 SDRAM)采用1.8V工作电压,内存数据位宽64位。 DDR2内存和DDR内存一样,一个时钟脉冲传输两次数据,但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存的预读取能力,即4位数据预读取。

  DDR 2内存金手指为240脚。DDR2内存有以下几种: DDR2 533 / 667 / 800 / 066。核心频率分别为133 MHz, 166 MHz, 200 MHz, 266 MHz,时钟频率分别为: 266 MHz,333 MHz, 400 MHz, 533 MHz,等效频率分别为533 MHz, 667 MHz, 800 MHz, 1066 MHz。

  单根DDR2内存的数据传输带宽最高为1066 MH2z X 64 bit 8 - 8.6 GB/s。

6.DDR3

       DDR3(Double Data Rate 3 SDRAM)采用1.5 V工作电压,内存数据位宽64位。同样, DDR3内存拥有两倍于上一代DDR2内存的预读取能力,即8位数据预读取。

  DDR 3内存有以下几种: DDR3 1066 / 1333 / 1600 / 1800 / 2000。核心频率分别为133 MHz,166 MHz, 200 MHz, 225 MHz, 250 MHz,时钟频率分别分533 MHz, 667 MHz, 800 MHz,900 MHz, 1000 MHz,等效频率分别为: 1066 MHz, 1333 MHz, 1600 MHz, 1800 MHz,2000 MHz。

  单根DDR3内存的数据传输带宽最高为2000 MHz × 64 bit÷ 8 -16 GB/s。

7.DDR4

       DDR4(Double Data Rate 4 SDRAM)采用1.2V工作电压,内存数据位宽64位, 16位数据预读取。取消双通道机制,一条内存即为一条通道。工作频率最高可达4266 MHz。

  单根DDR4内存的数据传输带宽最高为34 GB/s。

注:

1,核心频率是内存颗粒内部存储单元的工作频率,即电容的刷新频率。它是内存工作的基础频率,其他频率都是建立在它基础之上的。

2,时钟频率又称内存总线频率,它是主板时钟芯片提供给内存的工作频率。

3,等效频率又称等效数据传输频率,它是内存与外界据交换的实际频率。通常内存标签上贴的就是等效效率。

 

 

1.2 ROM

ROM 是 read only memory的简称,表示只读存储器。只读存储器(ROM)是一种在正常工作时其存储的数据固定不变,其中的数据只能读出,不能写入,即使断电也能够保留数据,要想在只读存储器中存入或改变数据,必须具备特定的条件。

  ROM主要分为掩膜ROM(专用掩膜板)、PROM(可一次性编程 ROM)、EPROM(紫外线擦除可改写 ROM)、EEROM(电擦除可改写 ROM)、flash ROM(快闪 ROM)等几类。

1.3 FLASH闪存

FLASH闪存是属于内存器件的一种,"Flash"。闪存则是一种非易失性( Non-Volatile )内存,在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据,其存储特性相当于硬盘,这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。

  Flash是非挥发性随机存取存储器(NVRAM),它可以作为缓存或作为直接存储的底层设备。虽然比动态随机存储器(DRAM)慢10倍,但尽管这样,它还比硬盘快得多。它的速度和耐用性,让写操作变得比直接写硬盘快很多。将FLASH作为一个持续的高速缓存,再让它慢慢的写回磁盘作永久数据保存。

  NAND Flash的读写以page为单位,在写入前(在这里称之为编程),需要先擦除,擦除以block为单位,这些操作都会减少器件的寿命。由于NAND Flash的这种特性,使得它在编程时带来了写放大的副作用,并且管理算法更复杂,例如需要垃圾回收算法。所以一般我们对NAND Flash编程的步骤是,先把其中的有效数据page搬移到内存或者其他block中,然后擦除这个block,再把有效数据和新数据写回去。这个过程造成了多余的写入和擦除,这就是所谓的写放大。

  NAND Flash一般不单独使用,需要和专用控制器搭配组成一个系统。目前常见的使用NAND Flash的产品主要有固态硬盘(SSD),eMMC,SD记忆卡,U盘等。其中SSD和eMMC稳定性和性能要求比较高,一般需要使用品质优良的NAND Flash。