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【摘要】计算机中由存放程序和数据的各种存储设备、控制部件及管理信息调度的设备和算法所组成的系统即为存储系统。而内存是存储器系统当中最为重要的存储器部件之一。本文主要介绍了内存的概念、分类、性能指标、发展史以及当前内存的基本概况。因为内存的发展推动着整个计算机的发展,而内存性能的高低也直接影响到计算机性能的发挥,从早期的X86系列后来的奔腾系列,再到现在双核多核时代,CPU高性能的支撑都少不了内存的支持,而内存也在不断的更新换代,为的是能发挥出计算机的最高性能。
【关键词】存储器系统 内存 发展
【中图分类号】N94 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2010)04-0-03
1 存储器概述
1.1 什么是存储系统
计算机中由存放程序和数据的各种存储设备、控制部件及管理信息调度的设备(硬件)和算法(软件)所组成的系统即为存储系统。存储系统的性能在计算机中的地位日趋重要。
计算机存储层次在计算机系统中存储层次可分为高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器三级。高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处理器的速度匹配问题。辅助存储器用于扩大存储空间。而我们主要研究的是主存储器,也就是我们常说的内存。
1.2 存储器
存储器是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。计算机中的全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。存储系统中最为重要的就是存储器,存储器的性能好坏,决定了存储系统的速度快慢,而存储器的发展也同样决定着存储系统的进步。按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存)。外存通常是磁性介质或光盘等,能长期保存信息。内存指主板上的存储部件,用来存放当前正在执行的数据和程序,但仅用于暂时存放程序和数据,关闭电源或断电,数据就会丢失。
2 内存基本介绍
2.1 内存的概念
内存指的就是主板上的存储部件,是CPU直接与之沟通,并用其存储数据的部件,存放当前正在使用的的数据和程序,它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。
2.2 内存的分类
内存一般采用半导体存储单元,包括随机存储器(RAM),只读存储器(ROM),以及高速缓存(CACHE)。
随机存储器(RAM)
随机存储器(Random Access Memory)表示既可以从中读取数据,也可以写入数据。当机器电源关闭时,存于其中的数据就会丢失。我们通常购买或升级的内存条就是用作电脑的内存,内存条(SIMM)就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板,它插在计算机中的内存插槽上,以减少RAM集成块占用的空间。目前市场上常见的内存条有1G/条,2G/条,4G/条等。
只读存储器(ROM)
ROM表示只读存储器(Read Only Memory),在制造ROM的时候,信息(数据或程序)就被存入并永久保存。这些信息只能读出,一般不能写入,即使机器掉电,这些数据也不会丢失。ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据,如BIOS ROM。其物理外形一般是双列直插式(DIP)的集成块。
高速缓冲存储器(Cache)
Cache也是我们经常遇到的概念,也就是平常看到的一级缓存(L1 Cache)、二级缓存(L2 Cache)、三级缓存(L3 Cache)这些数据,它位于CPU与内存之间,是一个读写速度比内存更快的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时,这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。当CPU再次需要这些数据时,CPU就从高速缓冲存储器读取数据,而不是访问较慢的内存,当然,如需要的数据在Cache中没有,CPU会再去读取内存中的数据。
2.3 内存的性能指标
内存的性能指标包括存储速度、存储容量、CAS延迟时间、内存带宽等,下面进行简单介绍。
2.3.1 存储速度
内存的存储速度用存取一次数据的时间来表示,单位为纳秒,记为ns,1秒=10亿纳秒,即1纳秒=10-9秒。Ns值越小,表明存取时间越短,速度就越快。
2.3.2 存储容量
原先常见的内存存储容量单条为128MB、256MB、512MB,当前也有单条1GB、2GB和4GB的内存,当然随着容量的提高,其价格也随之提高。就目前的行情来看,配机时尽时使用单条1GB以上的内存,不要选用多根512MB的方案。
2.3.3 CL
CL是CAS Latency的缩写,即CAS延迟时间,是指内存纵向地址脉冲的反应时间,是在一定频率下衡量不同规范内存的重要标志之一。对于PC1600和PC2100的内存来说,其规定的CL应该为2,即他读取数据的延迟时间是两个时钟周期。也就是说他必须在CL=2R 情况下稳定工作的其工作频率中。
2.3.4 SPD芯片
SPD是一个8针256字节的EERROM(可电擦写可编程只读存储器) 芯片.位置一般处在内存条正面的右侧, 里面记录了诸如内存的速度、容量、电压与行、列地址、带宽等参数信息。当开机时,计算机的BIOS将自动读取SPD中记录的信息。
2.3.5 奇偶校验
奇偶校验就是内存每一个字节外又额外增加了一位作为错误检测之用。当CPU返回读取储存的数据时,它会再次相加前8位中存储的数据,计算结果是否与校验相一致。当CPU发现二者不同时就会自动处理。
2.3.6 内存带宽
从内存的功能上来看,我们可以将内存看作是内存控制器(一般位于北桥芯片中)与CPU之间的桥梁或仓库。显然,内存的存储容量决定“仓库”的大小,而内存的带宽决定“桥梁的宽窄”,两者缺一不可。
3 内存的发展
最早的内存是以磁芯的形式排列在线路上,每个磁芯与晶体管理组成的一个双稳态电路作为一比特的存储器,每一比特都要有玉米粒大小,可以想象,一间的机房只能装下不超过百k字节左右的容量。后来才出线现了焊接在主板上集成内存芯片,以内存芯片的形式为计算机的运算提供直接支持。那时的内存芯片容量都特别小,最常见的莫过于256K×1bit、1M×4bit,虽然如此,但这相对于那时的运算任务来说却已经绰绰有余了。
3.1 内存的诞生
内存芯片的状态一直沿用到286初期,鉴于它存在着无法拆卸更换的弊病,这对于计算机的发展造成了现实的阻碍。有鉴于此,内存条便应运而生了。将内存芯片焊接到事先设计好的印刷线路板上,而电脑主板上也改用内存插槽。这样就把内存难以安装和更换的问题彻底解决了。如图3-1。
在80286刚推出的时候,内存条采用了SIMM(Single In-line Memory Modules,单边接触内存模组)接口,容量为30pin、256kb,必须是由8 片数据位和1 片校验位组成1个bank,正因如此,我们见到的30pin SIMM一般是四条一起使用。自1982年PC进入民用市场一直到现在,搭配80286处理器的30pin SIMM内存是内存领域的开山鼻祖。如图3-2.
随后,在1988～1990年当中,PC 技术迎来另一个发展高峰,也就是386和486时代,此时CPU已经向16bit发展,所以30pin SIMM 内存再也无法满足需求,其较低的内存带宽已经成为急待解决的瓶颈,所以此时72pin SIMM内存出现了(如图3-3),72pin SIMM支持32bit快速页模式内存,内存带宽得以大幅度提升。72pin SIMM内存单条容量一般为512KB～2MB,而且仅要求两条同时使用,由于其与30pin SIMM 内存无法兼容,因此这个时候PC业界毅然将30pin SIMM 内存淘汰出局了。
【关键词】存储器系统 内存 发展
【中图分类号】N94 【文献标识码】A 【文章编号】1673-8209(2010)04-0-03
1 存储器概述
1.1 什么是存储系统
计算机中由存放程序和数据的各种存储设备、控制部件及管理信息调度的设备(硬件)和算法(软件)所组成的系统即为存储系统。存储系统的性能在计算机中的地位日趋重要。
计算机存储层次在计算机系统中存储层次可分为高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器三级。高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处理器的速度匹配问题。辅助存储器用于扩大存储空间。而我们主要研究的是主存储器,也就是我们常说的内存。
1.2 存储器
存储器是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。计算机中的全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。存储系统中最为重要的就是存储器,存储器的性能好坏,决定了存储系统的速度快慢,而存储器的发展也同样决定着存储系统的进步。按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存)。外存通常是磁性介质或光盘等,能长期保存信息。内存指主板上的存储部件,用来存放当前正在执行的数据和程序,但仅用于暂时存放程序和数据,关闭电源或断电,数据就会丢失。
2 内存基本介绍
2.1 内存的概念
内存指的就是主板上的存储部件,是CPU直接与之沟通,并用其存储数据的部件,存放当前正在使用的的数据和程序,它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。
2.2 内存的分类
内存一般采用半导体存储单元,包括随机存储器(RAM),只读存储器(ROM),以及高速缓存(CACHE)。
随机存储器(RAM)
随机存储器(Random Access Memory)表示既可以从中读取数据,也可以写入数据。当机器电源关闭时,存于其中的数据就会丢失。我们通常购买或升级的内存条就是用作电脑的内存,内存条(SIMM)就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板,它插在计算机中的内存插槽上,以减少RAM集成块占用的空间。目前市场上常见的内存条有1G/条,2G/条,4G/条等。
只读存储器(ROM)
ROM表示只读存储器(Read Only Memory),在制造ROM的时候,信息(数据或程序)就被存入并永久保存。这些信息只能读出,一般不能写入,即使机器掉电,这些数据也不会丢失。ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据,如BIOS ROM。其物理外形一般是双列直插式(DIP)的集成块。
高速缓冲存储器(Cache)
Cache也是我们经常遇到的概念,也就是平常看到的一级缓存(L1 Cache)、二级缓存(L2 Cache)、三级缓存(L3 Cache)这些数据,它位于CPU与内存之间,是一个读写速度比内存更快的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时,这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。当CPU再次需要这些数据时,CPU就从高速缓冲存储器读取数据,而不是访问较慢的内存,当然,如需要的数据在Cache中没有,CPU会再去读取内存中的数据。
2.3 内存的性能指标
内存的性能指标包括存储速度、存储容量、CAS延迟时间、内存带宽等,下面进行简单介绍。
2.3.1 存储速度
内存的存储速度用存取一次数据的时间来表示,单位为纳秒,记为ns,1秒=10亿纳秒,即1纳秒=10-9秒。Ns值越小,表明存取时间越短,速度就越快。
2.3.2 存储容量
原先常见的内存存储容量单条为128MB、256MB、512MB,当前也有单条1GB、2GB和4GB的内存,当然随着容量的提高,其价格也随之提高。就目前的行情来看,配机时尽时使用单条1GB以上的内存,不要选用多根512MB的方案。
2.3.3 CL
CL是CAS Latency的缩写,即CAS延迟时间,是指内存纵向地址脉冲的反应时间,是在一定频率下衡量不同规范内存的重要标志之一。对于PC1600和PC2100的内存来说,其规定的CL应该为2,即他读取数据的延迟时间是两个时钟周期。也就是说他必须在CL=2R 情况下稳定工作的其工作频率中。
2.3.4 SPD芯片
SPD是一个8针256字节的EERROM(可电擦写可编程只读存储器) 芯片.位置一般处在内存条正面的右侧, 里面记录了诸如内存的速度、容量、电压与行、列地址、带宽等参数信息。当开机时,计算机的BIOS将自动读取SPD中记录的信息。
2.3.5 奇偶校验
奇偶校验就是内存每一个字节外又额外增加了一位作为错误检测之用。当CPU返回读取储存的数据时,它会再次相加前8位中存储的数据,计算结果是否与校验相一致。当CPU发现二者不同时就会自动处理。
2.3.6 内存带宽
从内存的功能上来看,我们可以将内存看作是内存控制器(一般位于北桥芯片中)与CPU之间的桥梁或仓库。显然,内存的存储容量决定“仓库”的大小,而内存的带宽决定“桥梁的宽窄”,两者缺一不可。
3 内存的发展
最早的内存是以磁芯的形式排列在线路上,每个磁芯与晶体管理组成的一个双稳态电路作为一比特的存储器,每一比特都要有玉米粒大小,可以想象,一间的机房只能装下不超过百k字节左右的容量。后来才出线现了焊接在主板上集成内存芯片,以内存芯片的形式为计算机的运算提供直接支持。那时的内存芯片容量都特别小,最常见的莫过于256K×1bit、1M×4bit,虽然如此,但这相对于那时的运算任务来说却已经绰绰有余了。
3.1 内存的诞生
内存芯片的状态一直沿用到286初期,鉴于它存在着无法拆卸更换的弊病,这对于计算机的发展造成了现实的阻碍。有鉴于此,内存条便应运而生了。将内存芯片焊接到事先设计好的印刷线路板上,而电脑主板上也改用内存插槽。这样就把内存难以安装和更换的问题彻底解决了。如图3-1。
在80286刚推出的时候,内存条采用了SIMM(Single In-line Memory Modules,单边接触内存模组)接口,容量为30pin、256kb,必须是由8 片数据位和1 片校验位组成1个bank,正因如此,我们见到的30pin SIMM一般是四条一起使用。自1982年PC进入民用市场一直到现在,搭配80286处理器的30pin SIMM内存是内存领域的开山鼻祖。如图3-2.
随后,在1988～1990年当中,PC 技术迎来另一个发展高峰,也就是386和486时代,此时CPU已经向16bit发展,所以30pin SIMM 内存再也无法满足需求,其较低的内存带宽已经成为急待解决的瓶颈,所以此时72pin SIMM内存出现了(如图3-3),72pin SIMM支持32bit快速页模式内存,内存带宽得以大幅度提升。72pin SIMM内存单条容量一般为512KB～2MB,而且仅要求两条同时使用,由于其与30pin SIMM 内存无法兼容,因此这个时候PC业界毅然将30pin SIMM 内存淘汰出局了。