2010年8月8日 星期日

電腦硬體介紹之 RAM。││

介紹

這些年來,為追求更好的記憶體,消耗了大量的人力、物力和財力。初期曾使用延遲線,磁帶循環, 真空管和磁芯等用來做記憶體,後來才使用晶體管記憶體,現在我們的PC電腦所用的 RAM,就是晶體管記憶體。
技術的進步,在同樣面積的晶片能夠製造更多的晶體管,使一粒 RAM 的存貯容量,隔一段時間就增 長四培,從 64 KBit -256KBit -1MBit -4MBit -16MBit。現在市場上最多的是 1 MBit 和 4MBit 的, 而包裝的形式,主要有以下的四種類型: SIMM、DIP、SIP 和 ZIP。
下面逐個簡短描述:

SIMM
它是 Single In-line Memory Module 的縮寫。現最流行,它由一小電路板構成,這小電路板為 3 英寸寬 0.25 至 0.5 英寸高,且在其一長邊上有 30 或 72 針,在這小電路板上裝配塑料或 陶瓷外殼的 3 或 9 粒晶片。

有傳聞說 3 粒晶片和 9 粒晶片的是不兼容,但實際上它們是可以一起工作的。
30 針的 SIMM 板是用分頁的方式工作的,因此追求速度的用戶現在是喜歡使用 72 針的 SIMM 板, 但你先看自己的電腦主板,是否有 72 針的插座。
現在新出的電腦主板,有的是兼有 30 和 72 針的 SIMM 板插座。它有六排 SIMM 插座,右邊的兩 排是 72 針的,左邊的四排是 30 針的插座。在圖二中,左邊的兩個 SIMM RAM 板是 30 針的,右 邊的兩個 SIMM RAM 板是 72 針的。

DIP
它是 Dual In-line Package 的縮寫。早期流行但現在較少用。它由一個矩形塑料或陶瓷塊構成。 它大約是 0.25 吋寬和 0.5 吋長(而一些 DIP 外殼會更寬、或更長),在其外殼的兩長邊上有金屬針,供插入其插座。

SIP
它是 Single In-line Package 的縮寫。 它的外形和 SIMM RAM 相似,在底部長有 30 條金屬針,它的插座是有 30 個洞。
前幾年有的電腦主板是使用 SIP RAM,而市場是有出售能將 SIMM RAM 板改裝為 SIP RAM 板的套件,即在 SIMM RAM 焊上 30 條金屬針。

ZIP
它是 Zigzag In-line Package 的縮寫。它的外殼類似 DIP。但其兩排針不在同一直線上,針交替 左右出現,給出 "之" 字外觀。這種外殼通常用於特殊設備,例如視頻卡,很少用於電腦主板。 當選擇 RAM 時,最重要的因素是考慮 RAM 型號,每個 RAM 型號有它自己的用途。

DRAM:
工程師們採用一刷新數據的技術來克服 DRAM 裡數據在數秒或更短時間裡能夠消失的缺點,即 DRAM 的數據不斷被讀取和重新寫入,這可使數據長久保持。
但刷新周期的讀取部分佔用電腦 CPU 周期(刷新周期的寫部分由 DRAM 自己電路產生)。這樣一來, CPU 周期有 15% 之多將消耗在刷新周期的讀出部分,因而降低了 CPU 的功率,且 DRAM 也相對較慢, 有時會引起 CPU 等待數據。
由於它比便宜其它品種便宜得多,所以我們仍然選擇它,一些使用者把 DRAM 與 DIP 混同,認為 DIP 外殼裡的 RAM 即為 DRAM,事實上,DIP 外殼可用於 SRAM 和 DRAM 電路。而 DRAM 現在多是使用 SIMM 板。

SRAM:
靜態的 SRAM 速度比 DRAM 快。只要電源一接上,除非 SRAM 被改寫,否則其內容穩定不變,且他們 不需刷新,但 SRAM 比 DRAM 貴且消耗電力多。

VRAM:
穩定的視頻 RAM 區別於 SRAM 的重要方面是:它能同時寫入和讀取。這在快速寫入和讀取數據的圖形 卡上非常有效。一般電腦主板不用它,因它太貴且 CPU 也用不著同時讀取和寫入數據。

FDO RAM
Fast Data Out Ram

EDO RAM
Extended Data Out Ram

SD RAM
Synchronous DRam

ECC Ram
Error Correcting and Control Ram



RAM 電路的速度,是決定於該電路接收了地址訊息以後直到提供所需要數據的時間,當然是越快越好。
RAM 速度是以亳微秒(ns)為單位進行測量的,按規在標準,小於 60ns 為快,大於 80ns 為慢。 RAM 速度至少要達到 CPU 的預期,快了更好,但沒必要。
理論上,RAM 的等候時間最好是不要超過 CPU 的一個周期,頻率為 25MHz,則要使用延遲不大於 40ns 的 RAM,33MHz 的電腦主板需要 30ns 的 RAM,50ns 的主板需要 20ns 的 RAM 。但 40ns 的 RAM 太貴,因此要用其它的方法。

下面有三種技術允許CPU和低速RAM一起工作。

等待狀態(wait states):
它讓 CPU 等待 RAM 的響應。例如 RAM 的響應是慢兩倍的時間,則 CPU 通過等待一個額外 CPU 周期, 給 RAM 一個額外時間去響應。
用作等待的每個 CPU 周期,是叫做一個 wait state,例如 25MHz 的 CPU 原本是需要 40ns 的 RAM, 加上一個 wait state 以後,就可以使用 80ns 的 RAM;而加上兩個 wait state 就可以使用 120ns 的 RAM。
不幸的是,由於 CPU 在等待狀態期間不做有用功,所以這技術降低了電腦效率。

Cache(快存緩衝):
在 CPU 的慢速 DRAM 之中加上一個快速的 8KB 至 256KB 的小存儲空間。 這小存儲空間是叫做 cache,通常由 SRAM 構成,因為 SRAM 的速度很快。
這種 RAM cache 容納主存儲器裡最新的讀取成為入的數據,如果所需要的數據已在 cache中,由於 SRAM 速度很快,可使 CPU 全速存取。
如果所需要的數據不在cache中,就要通過wait state從主記憶體中讀取,讀取的速度當然是變慢了。
如果所需要的數據已在 cache 是叫做 hit,一個 8KB cache 的 hit 率可達 90%,而一個2 56KB cache 的 hit 率可達 99%,甚至常常達到 99.99%。這小小的 cache 存儲空間使大的 DRAM 整體看 起來非常快。
說到 RAM cache,裝在電腦主板的是叫做外部 cache,而裝在微處理器內部(486DX 或以上的微處 理器才有)是叫做內部 cache,內部 cache 的效率比外部 cache 更高。

交錯式(Interleave):
交錯式是需要兩組存儲器:一組存儲奇數存儲器位置數據, 另一組存儲偶數地址的數據。由於大多數 存取是連續的,而交錯式可使這兩組存儲器交替工作。這種存貯方式現在是很少用,而幾年前用得比較多。
它的改進效果不如 cache 方式,而現在高速的 SRAM 已不再昂貴,所以交錯式需要的額外電路就變得 高成本。
如果 DRAM 的速度是超過 CPU 所需要的,並不能使 CPU 的工作速度提高。例如設計為使用 80ns RAM 的 CPU,如使用 60ns RAM,其 CPU 速度仍為 80ns 而不會變為 60ns,又超高速 DRAM 需要短的刷新 周期,而低速 CPU又不能提供。

RAM 的組織
RAM 是 PC 電腦的小型存儲器,你要存貯數據,給出它的儲存地址和所要存貯的數據,它就加以存儲。 以後,你給他們一個地址,它將取出先前存在那兒的數據。
SIMM RAM 是有各種各樣的結構,有 256 Kbit*9,1 Mbit*9,4Mbit*9 和 16Mbit*9。由於電腦中每字 節數據需 9位(8位數據和用來校驗數據的 1 位奇偶),所以 1 個 IMB*9 SIMM 其存貯容量就是 1MB。
現在的一些新 SIMM RAM 板,有 I Mbit*36 或 4 Mbit*36 的, 而一個 1 Mbit*36 的 SIMM RAM 容量為 4MB。

記憶體的 banks
現代的 CPU 能同時處理 16,32 和甚至 64 數據位。但最流行的 9 位寬 SIMM RAM 僅能存貯八位數據。
為了解決在現行 CPU 和 RAM 設計之間的數據寬度矛盾,工程師們求助於記憶體 banks。一個記憶體 bank 為一組 RAM 組件,它們共同提供所需要的位寬度。
以前使用 DIP 式的 RAM,例如 256KBit 的 44256,要存貯一個 Byte 的數據,是要使用一組九個的 44256,每一個 44256 存貯一個 Bit 的數據。
一個 SIMM RAM 是可以存貯八個 Bit 的數據,而如果要存貯 32 位(Bit)的數據,是要用四個 SIMM RAM,每一個 SIMM RAM 存貯八位數據,加起來就是 32 位。即 32 位寬度的數據,是分裝在 4 個 SIMM RAM 中,產生所需要的 32 位數據。

以下是一些 CPU 型號和它們的記憶體寬度(每次對記憶體傳輸的數據位數),記憶體的寬度一定要和 總線的寬度相匹配。

CPU 型號記憶體總線/Bank 寬度

80286 : 16

S0386Sx : 16

80386Dx : 32

80486 : 32




參考來源
http://entry.hit.edu.tw/~d914045/000.htm

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