第3章 内 存

图3.7 168-Pin SDRAM
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（2）DDR SDRAM DDR（Double Data Rate）SDRAM是双倍数据速率SDRAM，意思是拥有“双倍” 传输速率的新SDRAM。DDR SDRAM采用的主要技术是一种名为双缘转换时钟脉冲 （Double Transition Clocking）的机制。一个系统时钟脉冲可用“0-1-0”的过程来 表示，当从0变成1时称为上升沿或上升边缘）；而从1变成0时称为下降沿（或下 降边缘）。通常以系统时钟脉冲的上升沿或下降沿为基准点，来触发内存的传送 机制，双缘转换时钟脉冲则可以同时在系统时钟脉冲的上升沿或下降沿触发传送 机制，因此在相同的频率下可达到前者2倍的传输性能。 DDR内存的频率可以有工作频率和等效数据频率两个概念。工作频率是内存 颗粒实际的工作频率，即核心频率。但是由于DDR内存可以在脉冲的上升沿和下 降沿分别传输一次数据，因此等效数据频率是工作频率的2倍。
图3.9 184-Pin DDR内存
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（3）DDR2 SDRAM和DDR3 SDRAM DDR的核心频率即等于时钟频率，但等效数据频率为时钟频率的2倍，即在一 个时钟周期内必须传输2次数据。而DDR2采用4位预取（4 bit Prefetch）机制，工作 （核心）频率仅为时钟频率的一半，等效数据频率为时钟频率的2倍，这样即使核 心频率还在200 MHz，DDR2内存的等效频率也能达到800 MHz，也就是所谓的DDR2 800。 目前，DDR2内存分为DDR2 400、DDR2 533、DDR2 667和DDR2 800几种规格， 其核心频率分别为100 MHz、133 MHz、166 MHz和200 MHz，其总线频率（时钟频 率，或外频）分别为200 MHz、266 MHz、333 MHz和400 MHz，等效数据传输频率 分别为400 MHz、533 MHz、667 MHz和800 MHz，其对应的带宽分别为3.2 GB/s、 4.3 GB/s、5.3 GB/s和6.4 GB/s，按照带宽分别标注为PC2 3200、PC2 4300、PC2 5300 和PC2 6400，详细规格如表3.1所示。
图3.6 DDR内存的结构
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（1）PCB电路板。PCB电路板是内存颗粒、控制元件和电路的载体。图3.6中是 采用单面8颗粒TSOP封装的DDR内存条，有6层基板。 （2）金手指。它是一根根黄色的接触点，是内存与主板内存插槽接触的部分， 数据靠它们来传输。金手指是铜质导线，长时间使用可能有氧化的现象，会影响内 存的正常工作，易发生无法开机的故障，所以需每隔一年左右的时间用橡皮擦清理 一下金手指上的氧化物。 3 （3）内存芯片。内存芯片（通常称为内存颗粒）是内存的灵魂所在，内存的 性能、速度、容量都是由内存芯片决定的。 （4）内存芯片空位。在内存条上可能常看到这样的空位。因为厂商往往设计 一种内存封装结构，作为多个不同型号内存通用。一些型号的内存需要用到所有芯 片位，如带ECC校验的内存有ECC校验芯片，就没有内存芯片空位，而图3.6所示的 普通内存没有这个芯片，所以留下了一个“空位”。
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表3.1 DDR2规格表
内存规格 核心频率 时钟频率 等效数据传输频率 内存位宽 内存带宽 按带宽标注 接脚数 电压 DDR2 400 100 MHz 200 MHz 400 MHz 64 b 3.2 GB/s PC2 3200 240-Pin 1.8 V DDR2 533 133 MHz 266 MHz 533 MHz 64 b 4.3 GB/s PC2 4300 240-Pin 1.8 V DDR2 667 166 MHz 333 MHz 667 MHz 63 b 5.3 GB/s PC2 5300 240-Pin 1.8 V DDR2 800 200 MHz 400 MHz 800 MHz 64 b 6.4 GB/s PC2 6400 240-Pin 1.8 V
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（5）内存固定卡缺口。内存插到主板上，内存插槽会有两个夹子牢固地扣住内 存，内存固定卡缺口即用于固定内存。 （6）内存脚缺口。内存脚上的缺口一是用来防止内存插反的（内存插槽上有对 应突起的防插反装置），二是用来区分不同的内存。以前的SDRAM内存条有两个缺口， 而DDR只有一个缺口，不能混插。 （7）SPD芯片。SPD芯片中记录厂商名称、单片容量、芯片类型、工作速度和生 产日期等内容，还可能有电压、容量系数和一些厂商的特殊标识等。芯片标志是观察 内存条性能参数的重要依据。
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3.2.1 早期的内存 在第一代PC/XT中，看不到内存条的踪影，内存就是许多芯片颗粒，它们单独 插在主板的小插座上，称为DIP（Dual In-line Package，双列直插式封装）内存（即 DIP RAM），如图3.4所示。
（a） （b） 图3.4 内存芯片颗粒（a）和采用DIP内存封装的PC/XT主板（b）
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1．内存的种类 ． （1）SDRAM SDRAM即“同步”的DRAM，一般为168-Pin的DIMM（Dual Inline Memory Module，双列直插）模块，其最大特点是可与CPU外频同步。“同步”是指内存 与CPU外频、主板总线使用相同的工作时钟脉冲；若CPU的外频为100 MHz，则送 至内存上的频率也是100 MHz。因此将除掉时间上的延迟，以提高内存存取的效率。 图3.7所示为168-pin的SDRAM。
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5．Flash ROM（Flash EEPROM） ． （ ） Flash ROM（闪存）是目前最常见的可擦写ROM，广泛用于主板、显卡、声卡、 网卡等设备的BIOS存储上。而现在各种邮票大小甚至指甲盖大小的半导体存储卡， 包括Compact Flash（CF）、Smart Media（SM）、Security Digital（SD）、mini-SD、 Multimedia Card/MMC、Memory Stick/MS及各种U盘，如图3.3所示，内部用的都是 Flash ROM。
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1．Mask ROM ． Mask ROM（带掩模的只读存储器）的数据是在半导体生产时以特制掩模 （Mask）写入线路的，数据是永久性的，而且成本非常低。适用于计算器、PDA 和电子词典等设备的固定数据（或固件）的存储，如图3.1所示。但是完全不能擦 写的特点，使它在计算设备制造中没有被广泛采用。
（a） （b） 图3.3 用于数码相机等设备的Flash存储卡（a）和闪存盘（b）
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RAM（Random Access Memory）即随机存储器。该词的由来源于早期 的计算机曾经使用磁鼓作为内存，而磁鼓和磁带都是典型的顺序读/写设 备，RAM可以随机读/写，因此得名。RAM的特点是易挥发性，掉电失去 数据。 RAM有两大类。一种称为静态RAM，即SRAM（Static Random Access Memory）。它速度非常快，但也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方 使用，如CPU的高速缓存。另一种称为动态RAM，即DRAM（Dynamic Random Access Memory），它的速度比SRAM慢，比ROM快。通常所说的 内存条就是利用RAM制造的，所以有时并不区分RAM和内存，尽管这样说 并不准确。
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参考图3.8，若采用单缘时钟，每时钟周期传输数据1次，设等效数据传输速率 （即等于工作频率）为200 MHz；若采用双缘转换时钟，则每时钟周期传输数据2次， 等效数据传输频率增加到2倍，即相当于400 MHz。
图3.8 单缘转换时钟（a）与双缘转换时钟（b）
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DDR SDRAM是以SDRAM为基础开发出来的高性能内存，DDR SDRAM与 SDRAM 在外观上几乎没有区别，最大的差别在于引脚。DDR的工作电压是2.5 V，且与主板 的接口线为184-Pin，这两点决定了SDRAM和DDR内存不能混插。图3.9所示是184-Pin DDR内存。
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如图3.2所示为EPROM芯片和ROM烧录器。
（a） （b） 图3.2 EPROM芯片（a）和ROM烧录器（b）

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4．EEPROM（或E2PROM，Electrically Erasable Programmable ROM） ． （ ， ） 与EPROM不同，EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）的擦写可以 用电路而不是紫外线完成。擦写的电压比读入电压要高，通常在20 V以上， 擦写速度也较EPROM快，在毫秒量级。EEPROM一度使用很多，不过目前 被一种改进的Flash ROM代替了。
图3.5 PCB边缘的数字6表示6层板
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（3）接脚。它是内存到主板间的信号通道，早期呈针状排列，后续改 良成长方形小金属片接脚（俗称“金手指”）。“金手指”所镀的金属以 锡或金为主，金的导电性、抗氧化性都优于锡，不过由于成本的缘故，市 场上还是锡制的“金手指”为多。此外，接脚的介质必须和插槽接点的介 质相同，否则内存可能无法运行。
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DDR2接脚数量有200-Pin、220-Pin、240-Pin，如图3.10所示，FBGA封装形式， 与DDR内存不相容。例如，早期的DDR400（PC 3200）内存是184-Pin接脚，电压为 2.5 V，与DDR2 400不同。虽然DDR2 400和DDR 400的等效数据频率相同，即带宽相 同，但前者的核心频率仅为后者的一半，这样DDR2 400的延迟也较长。所以在实 际测试时，DDR2 400的响应速度会略低于DDR 400，但发热量低得多，更加节能。
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（1）内存颗粒。它是提供记忆能力的核心元件，颗粒的容量和数量决定了该 内存模块的总容量。内存颗粒分布在PCB板的单面或两面，体积大小与芯片的制作 工艺和封装技术有关。 （2）PCB电路板。PCB电路板上布满连 接内存颗粒、控制元件和接脚间的电路。对 信号质量要求越高的内存，所需的基板层数 也越多。以往的内存使用4层基板即可，但 到高速内存出现后，6层板越来越普遍。但 从肉眼很难分辨PCB电路板是4层或6层的， 只能借助一些印在PCB电路板上的符号或标 识来断定，如图3.5所示。