主板第四章内存

第四章内存

本章学习目标

内存（Memory）也称内存储器或主存，它保存着

程序指令、程序运行时所需的数据以及程序运行的中

间结果等数据。随着微电子技术的迅速发展，计算机

的更新越来越快，人们对计算机的要求也越来越高，

作为计算机必不可少的硬件—内存，其容量与性能

已成为衡量计算机整体性能的决定性因素之一。

本章学习重点

(1)内存的分类。

(2)内存的性能指标。

(3)内存的封装技术。

(4)内存的选购。

(5)主流内存产品。

(6)习题四。

第一节内存的分类

内存泛指计算机系统中存放数据与指令的半导体存

储单元。内存按照不同的方法可分为不同的类别，下面

就从内存的工作原理和外观对其进行分类。

一、按内存的工作原理分类

内存在计算机中起着临时存放数据的作用，是CPU

与外部设备交流的桥梁，用于存放程序和等待处理的数

据。按照内存的工作原理可将内存分为两大类：一类是

ROM（ReadOnlyMemory,只读存储器）；另一类是

RAM（RandomAccessMemory,随机存储器）。

内存的详细分类如图4.1.1所示。

厂只读存储器（ROM）

内存

同步内存

(Memory)

动态随机存储器（DRAM）

随机存储器（RAM）｛异步内存

静态随机存储器（SRAM）

图4.1.1内存分类

1.ROM

ROM是计算机生产厂商用特殊的装置把内容写在芯

片中，这种存储器的特点是：只能读取其中的内容，而

不能修改，并且关机后存储的内容也不会丢失。它的容

量较小，一般应用于PC系统的程序码、主机板上的BIOS

（BasicInput/OutputSystem,基本输入/输出系统）等。

ROM又可分为一次写ROM和可改写的EPROM。EPROM

可用特殊的装置擦除和重写它的内容。EPROM又可以分

为以下3种。

(1)EPROM(ErasableProgrammableROM,可擦

除的烧录式只读存储器)。这种存储器芯片上有一个透

明的窗口，用特殊的装置向芯片写入数据后，用不透明

的标签贴住，如需要擦除EPROM中的内容，只需揭掉标

签，用紫外线照射EPROM芯片上的窗口，其中的内容就

会丢失，如图4.1.2所示。

(2)EEPROM(ElectricallyErasableProgrammable

ROM,电可擦除可编程ROM)。这种存储器中的内容也

可以被改写，与EPROM不同的是，对内容进行改写时不

是用紫外线而是用12V的电压来进行清除的，另外它还

可以用电信号进行数据写入。

图4.1.2EPROM

（3）FlashMemory（闪速存储器）。闪速存储器的主要

।特点是在不加电的情况下能长期保存存储的信息。从本质上

说FlashMemory属于EEPROM类型的一种，其特点是存取速

|度高、易于擦写和重写、功耗小，目前很多厂商将BIOS存在

其中，这样做有利于BIOS的升级。

H2.RAM

.RAM就是平常所说的内存，它是由半导体存储器组成，

,当系统运行时，将所需的指令和数据从外部存储器（硬盘、

以光盘、软盘等）调入内存中，CPU再从内存中读取数据或指

令进行运算，并把运算结果放入内存中。在此过程中，如果

H关机或者断电，其中的数据就会丢失。

RAM内存又可以分为SRAM和DRAM两大类。

(1)SRAM(StaticRAM,静态随机存储器)。这

彳中存储器是靠双稳态触发器来存储信息，读写速度非常

快，一般比DRAM快2〜3倍，但是价格非常昂贵，一般

用作CPU的L2Cache或者主板上的高速缓存。

(2)DRAM(DynamicRAM,动态随机存储器)。

DRAM的结构比SRAM要简单得多，具有结构简单、集成

度高、功耗小、生产成本低等优点，适合制造大容量的

存储器，平时所用的内存大多是由DRAM构成的。

DRAM根据访问方式的不同又可以分为两种：同步内存

和异步内存。二者的区别是同步内存能够和系统时钟同

步，而异步内存则不能。在内存的发展过程中先后出现

了30PinSIMMRAM,72PinSIMMFPMRAM,EDO,

SDRAM,RDRAM等类型的存储器，而目前占据市场主

流的是DDR存储器。

1）30PinSIMMRAMo这种内存主要用在早期的80286

।计壹机中，内存芯片大多直接焊接在主板上。这种内存条为

30Pin,256KB,而且在当时的价格非常昂贵，此内存早已

j被淘汰。

2）72PinSIMMFPMRAM（快页模式内存）。这种存

M］储器通常应用于486和586主板，为72线，5V电压FPM芯片速

度可达70ns。这种内存必须成对使用，现已被淘汰。

V3）EDORAM（ExtendedDataOutputRAM,可扩展数据

输出方式）。这是在FPM的基础上对存储器控制技术加以改

盘进。常用于早期的586主板，有72线和168线之分，5V电压，

可带宽为32bit,芯片速度在40ns以上，由于Pentium级以上的

CPU数据总线宽度都是64bit甚至更高，因此EDORAM必须

成对使用，因此这种内存也被淘汰，如图4.1.3所示。

4)SDRAMoSDRAM又称“同步动态内存”，为168

线，带宽64bit,3.3V电压，其工作原理是将RAM与CPU

以相同的时钟频率进行控制，使RAM和CPU的外频同步，

这样大大提高了其访问速度，如图4.1.4所示。

图4.1.3EDO内存条图4.1.4SDRAM内存条

5）DDRDRAM（DoubleDateRateDRAM,双倍数

据速率存储器）。DDR是DDRSDRAM的简称，DDR内

存规格有PC200,PC266和PC133。作为一种最新的

SDRAM内存，在设计和操作上与SDRAM十分相似，不

同的是它在时钟脉冲的上升沿和下降沿都进行操作，因

此其速率也是SDRAM的两倍，而且DDR内存支持ECC

和非奇偶校验，如图4.1.5所示。

6）DDRIIDRAM（DoubleDataRateSynchronous

DRAM,第二代同步双倍速率动态随机存取存储器）。

DDRII内存将是现有DDRI内存的换代产品，如图4.1.6

所示。

图4.1.5DDR内存条

图4.1.6DDRII内存条

DDRn的主要改进是在采用内存模块速度相同的情

况下，可以提供相当于DDR内存两倍的带宽，这主要是

通过在每个设备上使用两个DRAM核心来实现的（其实

在每个DDR上只能使用一个DRAM核心，只是DDRII可

以并行存取，这就相当于有两个DRAM核心），在每个

时钟周期可处理4个数据；而普通的DDR内存只能使用一

个DRAM核心，在每个时钟周期只能处理两个数据。不

过带宽的增加会导致内存延迟时间的增加，也就是说每

次操作要消耗的时钟周期会增加。另外DDRII内存的其

他一些改变包括电压下降为1.8V,功耗减小，芯片温度

和写入延迟不定性也都有所下降，如图4.1.7所示为DDR

内存条和DDRII内存条的区别。

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〉图4.1.7DDR内存条和DDRII内存条的区别

7)RDRAM(RambusDRAM)。采用标准的RDRAM

j封装，内存模块被一个金属外壳包住，以减少其在工作时产

||生的电磁干扰，这是一种高性能的新型SDRAM存储器。可

支持300MHz总线频率，又由于它是在时钟信号的上升沿和

区下降沿工作，所以实际上相当于工作在600MHz的时钟总线

F±o如果安装PC600的RDRAM,内存带宽能达到2.4GB/s；

二如果安装PC800的RDRAM,内存带宽能达至U3.6GB/s,

习RDRAM,DDR和SDRAM不能互换，必须配备专门的主板，

,但它们的共同点就是存储容量越大越能改善系统性能，如图

H4.1.8所示。|

图4.1.8RDRAM内存条

二、按内存的外观分类

按照内存的外观可将内存分为双列直插内存芯片和

内存条。

1.双列直插内存芯片

双列直插内存芯片DIP(DoubleInlinePackage)一般

每排都有若干只引脚。一般一个芯片有64Kb,256Kb或

1024Kb等不同容量。

2.内存条

为了节省空间和增强使用灵活性，现在的主板多采

用内存条结构，内存条从外观上看是一长条形的电路板，

必须插在主板的内存插槽中使用，这块电路板上集成了

内存芯片、电容等元器件。

第二节内存的性能指标

要了解一款内存质量的好坏，必须对内存的性能指

标有一定的了解，内存的性能指标包括以下几个方面：

1.内存容量

内存容量是指存放计算机运行所需的程序或数据的

多少。内存容量的大小直接影响着计算机的整体性能。

系统与应用软件的发展对内存容量要求越来越高，现在

的168线SDRAM大多为64MB和128MB,而184线的256

MB内存和容量更大的512MB内存已经成为市场的主流。

2.tCK

tCK（ClockCycleTime,内存时钟周期）代表了内

存可以运行的最大工作频率，数字越小表明内存所能运

行的频率越高，其单位为ns。

3.tAC

tAC（AccessTimeFromCLK,存取时间）代表访问

数据所需的时间，存取时间越短，则该内存的性能越好。

大多数内存芯片的存取时间为5ns,6ns,7ns,8ns或10

nso

4.工作频率

内存的工作频率与时钟周期成倒数关系，如内存的

时钟周期为7.5ns时，它的工作频率为133MHz,即内存

可以在133MHz的频率下正常工作。

5.CL

CL(CASLatency)表示CAS(ColumnAddress

Strobe,列地址控制器)的延迟时间，这是纵向地址脉冲

的反应时间，也是在一定频率下衡量不同规格内存的重

要标志之一。具体来说当电脑需要向内存读取数据时，

都需要一个“缓冲期”，这个“缓冲期”的时间长度，

就是CAS延迟时间。内存的CAS延迟时间越短，该内存的

性能就越好。

6.ECC

ECC校验技术是指错误自动校验与更正，是一种数

据校验技术，表示具有自动纠错功能的内存。它不仅能

够判断数据的正确性，还能纠正大多数错误，意味着系

统能在不中断和不破坏数据的情况下继续运行。

7.内存线数

所谓内存线数是指内存条与主板插接时有多少个接

触点，这些接触点就是平常所说的“金手指”或者“引

脚”。内存引脚是内存和外部进行数据传输的接口。

内存的线数经历了30线，72线，168线，184线，240

线等。30线内存条的数据宽度为8bit；72线内存条的数据

宽度为32bit；168线内存条的数据宽度为64bit,如图

421所示为内存引脚。

图4.2.1内存引脚

第三节内存的封装技术

封装形式也就是内存芯片的引脚形式，目前市场的

封装形式主要有TSOP,BGA,BLP,CSP等。现在大部

分内存采用TSOP封装方式，这种封装方式操作方便、可

靠性较高，是主流的封装方式。

1.TSOP封装

TSOP（ThinSmallOut-LinePackage,薄型小尺寸封装）

|方式在封装芯片的周围做出弓I脚，采用SMT技术（表面安

再装技术）直接附着在PCB板的表面，如图431所示。目前

的内存采用的封装方式多种多样，大约90%的内存都采用的|

«是TSOP封装方式。TSOP封装的内存条适合高频应用、可|

,靠性高，且TSOP封装具有成品率高、价格便宜等优点，因

目而被广泛采用，但随着时间的推移和技术的进步，TSOP已

经不适用于高频、高速的新一代内存，一些新型的封装方|

K式应运而生。；

2.BGA封装

BGA（BallGridArray,球栅阵列封装）是新一代的

芯片封装技术，它已经在笔记本电脑内存、主板芯片组

等大规模集成电路的封装领域得到了广泛的应用。

封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在

封装下面。这种封装方式可以减小芯片和整个内存的

PCB面积，且组装成品率高。目前使用这种封装技术的

主要有Tonicom的SimBGA,Kingmax的TinyBGA以及

Apacer的WBGA等,如图4.3.2所示为Kingmax的Tiny

BGA封装。

图4.3.1TSOP封装图4.3.2TinyBGA封装

3.BLP封装

BLP（BottomLeadedPlastic,底部引出塑封技术）

封装也是目前市场上常用的一种技术，其针脚由底部引

出，芯片面积与封装面积之比大于1:1.1,不仅高速、面

积极小，而且电气性得到进一步提高，制造成本也不高，

这种封装技术广泛应用于SDRAM/RDRAM/DDR等新一

代内存制造上。

4.CSP图4.3.3CSP封装

CSP（ChipScalePackage,芯片型封装）可以让芯片

面积与封装面积之比超过1:1.14,已经相当接近1:1的理想

情况，绝对尺寸为32mm2,是普通BGA的1/3,相当于

TSOP内存芯片面积的1/6,极大地提高了单位容量。

采用底面直接引出针脚的方式，与TSOP封装相比，

其引脚数明显增多，这样，它可以支持I/O端口的数目也

就得到相应的增加。

CSP封装的内存颗粒不但体积小,而且更薄，其金属

基板到散热体的有效散热路径仅有0.2mm,大大提升内

在芯片在长时间运行后的可靠性，线路阻抗显著减小，

芯片速度随之大幅度地提升，如图433所示。

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图4.3.3CSP封装

第四节内存的选购

目前市场上的内存种类很多，品牌各异，这些内存

彼此采用的工艺略有不同，因此在性能上有些差异。对

品牌内存进行选购时，应从其质量、性价比、工艺流程

等诸多方面进行比较。

1.品牌

在选购内存时，首先要明确内存的品牌，不同品牌

的产品其质量不同。这里所说的品牌是指内存芯片的品

牌，因为一个完整的内存是由内存芯片和PCB板组成，所

以内存芯片的质量对内存来说很重要。目前市场上常见

的内存品牌除了大家熟悉的HY（现代）及Kingmax等。

还有一些比较有名的品牌，例如Kingston、Micron＞三星、

金邦、NEC等，这些都是高端产品。

2.制作工艺

内存的制作工艺主要从3个方面衡量，即金手指工艺、

PCB板工艺和焊接工艺。

（1）金手指工艺。金手指实际是在一层铜皮上通过

特殊工艺再覆上一层金，这样做能够有效地防止引脚被

氧化，而且其导通性能也非常好，内存处理单元的所有

数据流、电子流都是通过金手指与内存插槽的接触与计

算机系统进行数据交换，是内存的输入/输出端口，因此

制造工艺相当重要。金手指的金层有两种工艺标准：化

学沉淀和电镀金。

1）化学沉淀。目前市面上见到的内存金手指大多采

用这种工艺，其原理是采用含金的特殊化学溶液，通过

化学反应的形式将溶液中离子态的金转化为原子态的金。

采用这种工艺形成的金层，其厚度一般在3〜5最厚

也超不过10由于金层过薄，在安装时容易因摩擦而

脱落，使内存引脚容易被氧化。

2）电镀金。电镀金是在含金电解液中的正极凝集，

只要负极存在，金的积淀就会持续下去，理论上金层厚

度可以无限，这种工艺的金手指能有效地防止摩擦，抗

氧化性非常好。

(2)PCB板工艺。PCB板是内存的