计算机组装与维护教案(4)--内存
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内存的技术指标与Cache
一、内存的技术指标
1、ECC校验：
在奇偶校验基础上开发的校验，奇偶校验指为了防止内存中的数据传输中发生错误需要对字节中的数据位进行的校验，可找出一位二进制错误但不能更正。ECC可纠正一位二进制错误。SDRAM内存有双面和单面设计每一面有8颗或9颗内存颗粒。
2、内存容量：
内存所存储数据的最大容量。
6．内存的电压
早期的FPM内存和EDO内存均使用5V电压，SDRAM内存一般使用3.3V电压，现在使用的DDR和Rambus内存都是2.5 V电压。而DDR II内存所使用的电压为1.8V电压。
二、Cache
Cache（高速缓冲存储器），Cache速度与CPU相当，CPU直接访问Cache可从计算机整体提高速度，并具有预测功能。
内存条的PCB板多数都是绿色的。如今的电路板设计都很精密，所以都采用了多层设计，例如4层或6层等，所以PCB板实际上是分层的，其内部也有金属的布线。理论上6层PCB板比4层PCB板的电气性能要好，性能也较稳定，所以名牌内存多采用6层PCB板制造。因为PCB板制造严密，所以从肉眼上较难分辩PCB板是4层或6层，只能借助一些印在PCB板上的符号或标识来断定。另外和PCB联系紧密的名词就是封装了。上图是Infineon原装256MB DDR266，采用单面8颗粒TSOP封装。
二、ROM（Read Only Memory）
只读存储器，特点：只能从中读取信息而不能任意写入信息。一般用于保存不可更改的数据，如BIOS。可分为以下三种：
⑴.EPROM：可擦可编程只读存储器，芯片上有一个透明窗口。
⑵.EEPROM：电可擦可编程只读存储器。
⑶.闪速存储器Flash Memory：可以将BIOS存储在其中，当需要时可以利用软件来自动升级和修改BIOS，较为方便。
授课
班级
2006级计算机应用九大队1、2班
2007级司法信息技术一大队13、14班
周学时数
4
课题
第四章存储器（内存）
课时分配
4
教学目的：
1.内存的分类
2Hale Waihona Puke Baidu内存的物理结构
3.常见内存条类型
4.内存的技术指标与Cache
5.从软件角度看内存
6.内存的使用与维护
7.内存的选购
教学重点：
内存的类型、技术指标以及使用和维护
2、SDRAM内存
SDRAM（Synchronous Dynamic RAM，同步动态内存），168pin和144pin（其中144pin用于笔记本），如图4-8所示，用3.3V电压，其数据宽度为64Bit。其工作原理是将RAM与CPU以相同的频率进行控制，取消了CPU的等待时间提高存取速度。可分为3个阶段：
7、虚拟内存：是在真实内存不够用时用硬盘来充当内存的一种方法。更改的方法：我的电脑—属性---性能----虚拟内存。
内存的选购
在电脑DIY的时代，内存已成为电脑系统性能的影响很大的一个主要原因。所以我们的选购内存时首先要考虑的是内存的种类和容量，这也是我们电脑性能稳定的一个根本原因之一。
在目前，普通的消费者几乎没有理由不选择DDR。内存的容量对系统性能的影响很大，256MB内存的电脑明显比128MB、64MB内存的电脑快，这应该是有目共睹的。内存容量可谓多多益善，但价格也更高。对一般用户有256MB的内存就不错了，如果有预算上的限制，起码也要准备128MB，就目前的主流操作系统和应用软件，没有128MB以上的内存是很痛苦的。
另外内存条上一般还有芯片标志，如图4-6所示，通常包括厂商名称、单片容量、芯片类型、工作速度、生产日期等内容，其中还可能有电压、容量系数和一些厂商的特殊标识在里面。芯片标志是观察内存条性能参数的重要依据。
常见内存条类型
1、EDO内存
EDO（Extended Data Out RAM,，扩展数据输出内存），可分为30pin和72pin（pin为线），如图4-7所示，用5V电压，数据宽度为32Bit，奔腾以上数据宽度都是64Bit甚至更高，所以EDO RAM在586主板上必须成对使用。
内存的主要作用是用来临时存放数据，再与CPU协调工作，从而提高整机性能。内存作为个人计算机硬件的必要组成部分之一，其地位越来越重要，内存的容量与性能已成为衡量计算机整体性能的一个决定性因素。
在内存中最小的物理单元是位，从本质上来讲，位是一个位于某种二值状态（通常是0和1）下的电气单元。八位组成一个字节，这样组合的可能有256种（2的8次方）。字节是内存可访问的最基本单元，每个这样的组合可代表单独的一个数据字符或指令。
9、SPD
SPD是一个八脚的小芯片，它实际上是一个EEPROM可擦写存贮器，这的容量有256字节，可以写入一点信息，这信息中就可以包括内存的标准工作状态、速度、响应时间等，以协调计算机系统更好的工作。从PC100时代开始，PC100规模中就规定符合PC100标准的内存条必须安装SPD，而且主板也可以从SPD中读取到内存的信息，并按SPD的规定来使内存获得最佳的工作环境。
3、存取时间TAC：
存取数据时的时间，即存储器进行一次完整的存取操作所需要的时间，单位为纳秒。时间越小，速度越快。相应在内存条上标有-6、-7、-8、-10等字样。10NS ----100MHZ、7NS----142MZH、8NS----133MHZ。（LGS-7只有10 NS，市面上只有三星的是7NS）
4、内存颗粒空位
在内存条上你可能常看到这样的空位，这是因为采用的封装模式预留了一片内存芯片为其它采用这种封装模式的内存条使用。这块内存条就是使用9片装PCB，预留ECC校验模块位置。
5、电容
PCB板上必不可少的电子元件就是电容和电阻了，这是为了提高电气性能的需要。如图4-5所示。电容采用贴片式电容，因为内存条的体积较小，不可能使用直立式电容，但这种贴片式电容性能一点不差，它为提高内存条的稳定性起了很大作用。
教学过程与基本内容：
计算机的存储器由两大部份组成内存和外存，外存主要有硬盘、光盘等。计算机硬盘(或者是软盘和CD–ROM)就像是个文件柜，桌面就相当于电脑的内存，桌面越大，可以摆放的文件数量就越多，使用者就不必经常打开文件柜抽取或存放文件，这样它的工作效率也就会提高。同理内存越大，计算机的速度也越快。
1、动态随机存取存储器（DRAM，Dynamic RAM）
DRAM主要应用在计算机中的主存储器中，如内存条由此构成
特点：集成度高，结构简单，功耗低，生产成本低。
2、静态随机存取存储器（SRAM，Static RAM）
SRAM主要应用在计算机中的高速小容量存储器，如CACHE则是由此构成
特点：结构相对复杂，造价高，速度快。
⑴.PC-66规范：主板设计为4个72pin+2个168pin
⑵.PC-100规范：主板设计为2-4个168pin
⑶.PC-133规范：主板设计为2-4个168pin
3、DDR RAM内存
DDR RAM（Double Data Rage RAM，双倍速率SDRAM），如图4-9所示，比SDRAM的速度高一倍，工作电压在2.5V，特点是在时钟周期内的上升沿和下降沿各传输一次数据，为184pin。
从软件角度看内存
从软件角度看，内存可以分为常规内存、上位内存等，形式具体如下：
1、常规内存：只有640K又称低端内存、基本内存、自由内存，即0—640KB
2、上位内存：UMA指系统内存中第一个1M字节中保留的384K部分又称上端内存、保留内存、BIOS内存或适配器内存，即640K—1024K。
3、扩展内存：XMS是1MB以上的所有内存
内存的物理结构
内存也叫主存，是PC系统存放数据与指令的半导体存储器单元，也叫主存储器（Main Memory），通常分为只读存储器（ROM-Read Only Memory）、随机存储器（RAM-Red Access Memory）和高速缓存存储器（Cache）。我们平常所指的内存条其实就是RAM，其主要的作用是存放各种输入、输出数据和中间计算结果，以及与外部存储器交换信息时做缓冲之用。
现在市场上出现了DDRII内存，DDRII的工作电压由DDR的2.5V下降到了1.8V , 184Pin升级为232Pin ,内存总线为64位，现在的初期产品运行频率在DDR400～DDR533之间，能达到3.2-4.3GB/秒的带宽.
4、RDRAM
RDRAM（Rambus DRAM,存储器总线式动态随机存取存储器），如图4-10所示，由Rambus公司和Intel公司推出的一种内存规格，184pin，使用2.5V电压，根据速度分600MHz、700MHZ和800MHZ三种，可在单个时钟内的上升沿和下降沿各传输数据。
4、高端内存区：HMA是1024---1088KB之间的空间的64KB
5、扩充内存：在扩展内存中展开的16KB或64KB的空间
6、映射内存：（SHADOW RAM）也称影子内存是为提高系统效率而采用的一种专门技术，是将主板上的系统ROM BIOS和适配卡上的视频ROM BIOS中的程序拷贝到上位内存的部分空间。
4、数据宽度
内存的数据宽度是指内存同时传输数据的位数，以位（bit）为单位。内存的带宽指内存的数据传输速率。
5．存取周期TMC：
内存的速度用存取周期来表示。读入和写出是存储器的两个基本操作，它指的是将信息在存储器和寄存器之间进行读写。两次独立的存储操作之间所需的最短时间称为存储周期TMC，单位为ns(纳秒)，这个时间越短，存取速度就越快，也就标志着内存的性能越好。目前存储器的存取周期一般为60 ns～100 ns
6、电阻
电阻也是采用贴片式设计，一般好的内存条电阻的分布规划也很整齐合理。
7、内存固定卡缺口
内存插到主板上后，主板上的内存插槽会有两个夹子牢固的扣住内存，这个缺口便是用于固定内存用的。
8、内存脚缺口
内存的脚上的缺口一是用来防止内存插反的（只有一侧有），二是用来区分不同的内存，以前的SDRAM内存条是有两个缺口的，而DDR则只有一个缺口，不能混插。
计算机中运行速度由快到慢为：CPU——CPU内部L1 Cache——CPU内部L2 Cache——主板上的Cache——内存——硬盘中的Cache（光盘中的Cache）——硬盘中的数据（光盘中的数据）。其存储量分别为：L1 Cache：16KB----64KB，甚至达到128KB；L2 Cache：128KB----512KB，甚至达到8M；主板上Cache：512KB----1MB；硬盘上：128KB----4MB；CDROM：64KB----256KB，甚至达到512KB。
本章只介绍内存的相关知识，有关外存的内容将在下一章介绍。
内存的分类
内存（Memory）也称内部存储器或主存，按照内存的工作原理主要分为两类。
一、RAM（Random Access Memory）
随机存取存储器，用来暂时存放程序和数据，其特点是存储的数据在掉电后会丢失。系统运行时，首先将指令和数据从外部存储器（外存）中调入内存，CPU再从内存中读取指令和数据进行运算，并将运算结果存入内存中。它又分为两种。
教学难点：
内存的扩展技术
教学设计：（反映为达到本章教学目的所进行的整体规划，内容组织与安排，教学过程控制的基本思路）
本章授课计划为：第1次课讲授内存的分类和物理结构以及内存的类型，重点在内存的物理结构。
第2次课主要讲授内存的技术指标与Cache、内存的使用与维护和内存的选购。主要掌握内存的技术指标与Cache。
内存经过了EDO、SDRAM的发展，现在已经进入DDR的时代。下面就以主流的DDR内存来介绍内存的物理结构。如图4-1和4-2所示。
上图是三星的DDR内存条的正面以及背面，代表当今主流的内存条－PC3200DDR。下图4-3为一条品牌为Infineon(英飞菱)的内存条为例讲述内存条的结构。
1、PCB板
2、金手指
这一根根黄色的接触点是内存与主板内存槽接触的部分，数据就是靠它们来传输的，通常称为金手指。金手指是铜质导线，使用时间长就可能有氧化的现象，会影响内存的正常工作，易发生无法开机的故障，所以可以隔一年左右时间用橡皮擦清理一下金手指上的氧化物。
3、内存芯片
内存的芯片就是内存的灵魂所在，内存的性能、速度、容量都是由内存芯片组成的。如图4-4所示。如今我们市场上有许多种类的内存，但内存颗粒的型号并不多，常见的有HY、KINGMAX、WINBOND、TOSHIBA、SEC、MT、Apacer等等。不同厂商的内存颗粒在速度、性能上也有很多不同。
一、内存的技术指标
1、ECC校验：
在奇偶校验基础上开发的校验，奇偶校验指为了防止内存中的数据传输中发生错误需要对字节中的数据位进行的校验，可找出一位二进制错误但不能更正。ECC可纠正一位二进制错误。SDRAM内存有双面和单面设计每一面有8颗或9颗内存颗粒。
2、内存容量：
内存所存储数据的最大容量。
6．内存的电压
早期的FPM内存和EDO内存均使用5V电压，SDRAM内存一般使用3.3V电压，现在使用的DDR和Rambus内存都是2.5 V电压。而DDR II内存所使用的电压为1.8V电压。
二、Cache
Cache（高速缓冲存储器），Cache速度与CPU相当，CPU直接访问Cache可从计算机整体提高速度，并具有预测功能。
内存条的PCB板多数都是绿色的。如今的电路板设计都很精密，所以都采用了多层设计，例如4层或6层等，所以PCB板实际上是分层的，其内部也有金属的布线。理论上6层PCB板比4层PCB板的电气性能要好，性能也较稳定，所以名牌内存多采用6层PCB板制造。因为PCB板制造严密，所以从肉眼上较难分辩PCB板是4层或6层，只能借助一些印在PCB板上的符号或标识来断定。另外和PCB联系紧密的名词就是封装了。上图是Infineon原装256MB DDR266，采用单面8颗粒TSOP封装。
二、ROM（Read Only Memory）
只读存储器，特点：只能从中读取信息而不能任意写入信息。一般用于保存不可更改的数据，如BIOS。可分为以下三种：
⑴.EPROM：可擦可编程只读存储器，芯片上有一个透明窗口。
⑵.EEPROM：电可擦可编程只读存储器。
⑶.闪速存储器Flash Memory：可以将BIOS存储在其中，当需要时可以利用软件来自动升级和修改BIOS，较为方便。
授课
班级
2006级计算机应用九大队1、2班
2007级司法信息技术一大队13、14班
周学时数
4
课题
第四章存储器（内存）
课时分配
4
教学目的：
1.内存的分类
2Hale Waihona Puke Baidu内存的物理结构
3.常见内存条类型
4.内存的技术指标与Cache
5.从软件角度看内存
6.内存的使用与维护
7.内存的选购
教学重点：
内存的类型、技术指标以及使用和维护
2、SDRAM内存
SDRAM（Synchronous Dynamic RAM，同步动态内存），168pin和144pin（其中144pin用于笔记本），如图4-8所示，用3.3V电压，其数据宽度为64Bit。其工作原理是将RAM与CPU以相同的频率进行控制，取消了CPU的等待时间提高存取速度。可分为3个阶段：
7、虚拟内存：是在真实内存不够用时用硬盘来充当内存的一种方法。更改的方法：我的电脑—属性---性能----虚拟内存。
内存的选购
在电脑DIY的时代，内存已成为电脑系统性能的影响很大的一个主要原因。所以我们的选购内存时首先要考虑的是内存的种类和容量，这也是我们电脑性能稳定的一个根本原因之一。
在目前，普通的消费者几乎没有理由不选择DDR。内存的容量对系统性能的影响很大，256MB内存的电脑明显比128MB、64MB内存的电脑快，这应该是有目共睹的。内存容量可谓多多益善，但价格也更高。对一般用户有256MB的内存就不错了，如果有预算上的限制，起码也要准备128MB，就目前的主流操作系统和应用软件，没有128MB以上的内存是很痛苦的。
另外内存条上一般还有芯片标志，如图4-6所示，通常包括厂商名称、单片容量、芯片类型、工作速度、生产日期等内容，其中还可能有电压、容量系数和一些厂商的特殊标识在里面。芯片标志是观察内存条性能参数的重要依据。
常见内存条类型
1、EDO内存
EDO（Extended Data Out RAM,，扩展数据输出内存），可分为30pin和72pin（pin为线），如图4-7所示，用5V电压，数据宽度为32Bit，奔腾以上数据宽度都是64Bit甚至更高，所以EDO RAM在586主板上必须成对使用。
内存的主要作用是用来临时存放数据，再与CPU协调工作，从而提高整机性能。内存作为个人计算机硬件的必要组成部分之一，其地位越来越重要，内存的容量与性能已成为衡量计算机整体性能的一个决定性因素。
在内存中最小的物理单元是位，从本质上来讲，位是一个位于某种二值状态（通常是0和1）下的电气单元。八位组成一个字节，这样组合的可能有256种（2的8次方）。字节是内存可访问的最基本单元，每个这样的组合可代表单独的一个数据字符或指令。
9、SPD
SPD是一个八脚的小芯片，它实际上是一个EEPROM可擦写存贮器，这的容量有256字节，可以写入一点信息，这信息中就可以包括内存的标准工作状态、速度、响应时间等，以协调计算机系统更好的工作。从PC100时代开始，PC100规模中就规定符合PC100标准的内存条必须安装SPD，而且主板也可以从SPD中读取到内存的信息，并按SPD的规定来使内存获得最佳的工作环境。
3、存取时间TAC：
存取数据时的时间，即存储器进行一次完整的存取操作所需要的时间，单位为纳秒。时间越小，速度越快。相应在内存条上标有-6、-7、-8、-10等字样。10NS ----100MHZ、7NS----142MZH、8NS----133MHZ。（LGS-7只有10 NS，市面上只有三星的是7NS）
4、内存颗粒空位
在内存条上你可能常看到这样的空位，这是因为采用的封装模式预留了一片内存芯片为其它采用这种封装模式的内存条使用。这块内存条就是使用9片装PCB，预留ECC校验模块位置。
5、电容
PCB板上必不可少的电子元件就是电容和电阻了，这是为了提高电气性能的需要。如图4-5所示。电容采用贴片式电容，因为内存条的体积较小，不可能使用直立式电容，但这种贴片式电容性能一点不差，它为提高内存条的稳定性起了很大作用。
教学过程与基本内容：
计算机的存储器由两大部份组成内存和外存，外存主要有硬盘、光盘等。计算机硬盘(或者是软盘和CD–ROM)就像是个文件柜，桌面就相当于电脑的内存，桌面越大，可以摆放的文件数量就越多，使用者就不必经常打开文件柜抽取或存放文件，这样它的工作效率也就会提高。同理内存越大，计算机的速度也越快。
1、动态随机存取存储器（DRAM，Dynamic RAM）
DRAM主要应用在计算机中的主存储器中，如内存条由此构成
特点：集成度高，结构简单，功耗低，生产成本低。
2、静态随机存取存储器（SRAM，Static RAM）
SRAM主要应用在计算机中的高速小容量存储器，如CACHE则是由此构成
特点：结构相对复杂，造价高，速度快。
⑴.PC-66规范：主板设计为4个72pin+2个168pin
⑵.PC-100规范：主板设计为2-4个168pin
⑶.PC-133规范：主板设计为2-4个168pin
3、DDR RAM内存
DDR RAM（Double Data Rage RAM，双倍速率SDRAM），如图4-9所示，比SDRAM的速度高一倍，工作电压在2.5V，特点是在时钟周期内的上升沿和下降沿各传输一次数据，为184pin。
从软件角度看内存
从软件角度看，内存可以分为常规内存、上位内存等，形式具体如下：
1、常规内存：只有640K又称低端内存、基本内存、自由内存，即0—640KB
2、上位内存：UMA指系统内存中第一个1M字节中保留的384K部分又称上端内存、保留内存、BIOS内存或适配器内存，即640K—1024K。
3、扩展内存：XMS是1MB以上的所有内存
内存的物理结构
内存也叫主存，是PC系统存放数据与指令的半导体存储器单元，也叫主存储器（Main Memory），通常分为只读存储器（ROM-Read Only Memory）、随机存储器（RAM-Red Access Memory）和高速缓存存储器（Cache）。我们平常所指的内存条其实就是RAM，其主要的作用是存放各种输入、输出数据和中间计算结果，以及与外部存储器交换信息时做缓冲之用。
现在市场上出现了DDRII内存，DDRII的工作电压由DDR的2.5V下降到了1.8V , 184Pin升级为232Pin ,内存总线为64位，现在的初期产品运行频率在DDR400～DDR533之间，能达到3.2-4.3GB/秒的带宽.
4、RDRAM
RDRAM（Rambus DRAM,存储器总线式动态随机存取存储器），如图4-10所示，由Rambus公司和Intel公司推出的一种内存规格，184pin，使用2.5V电压，根据速度分600MHz、700MHZ和800MHZ三种，可在单个时钟内的上升沿和下降沿各传输数据。
4、高端内存区：HMA是1024---1088KB之间的空间的64KB
5、扩充内存：在扩展内存中展开的16KB或64KB的空间
6、映射内存：（SHADOW RAM）也称影子内存是为提高系统效率而采用的一种专门技术，是将主板上的系统ROM BIOS和适配卡上的视频ROM BIOS中的程序拷贝到上位内存的部分空间。
4、数据宽度
内存的数据宽度是指内存同时传输数据的位数，以位（bit）为单位。内存的带宽指内存的数据传输速率。
5．存取周期TMC：
内存的速度用存取周期来表示。读入和写出是存储器的两个基本操作，它指的是将信息在存储器和寄存器之间进行读写。两次独立的存储操作之间所需的最短时间称为存储周期TMC，单位为ns(纳秒)，这个时间越短，存取速度就越快，也就标志着内存的性能越好。目前存储器的存取周期一般为60 ns～100 ns
6、电阻
电阻也是采用贴片式设计，一般好的内存条电阻的分布规划也很整齐合理。
7、内存固定卡缺口
内存插到主板上后，主板上的内存插槽会有两个夹子牢固的扣住内存，这个缺口便是用于固定内存用的。
8、内存脚缺口
内存的脚上的缺口一是用来防止内存插反的（只有一侧有），二是用来区分不同的内存，以前的SDRAM内存条是有两个缺口的，而DDR则只有一个缺口，不能混插。
计算机中运行速度由快到慢为：CPU——CPU内部L1 Cache——CPU内部L2 Cache——主板上的Cache——内存——硬盘中的Cache（光盘中的Cache）——硬盘中的数据（光盘中的数据）。其存储量分别为：L1 Cache：16KB----64KB，甚至达到128KB；L2 Cache：128KB----512KB，甚至达到8M；主板上Cache：512KB----1MB；硬盘上：128KB----4MB；CDROM：64KB----256KB，甚至达到512KB。
本章只介绍内存的相关知识，有关外存的内容将在下一章介绍。
内存的分类
内存（Memory）也称内部存储器或主存，按照内存的工作原理主要分为两类。
一、RAM（Random Access Memory）
随机存取存储器，用来暂时存放程序和数据，其特点是存储的数据在掉电后会丢失。系统运行时，首先将指令和数据从外部存储器（外存）中调入内存，CPU再从内存中读取指令和数据进行运算，并将运算结果存入内存中。它又分为两种。
教学难点：
内存的扩展技术
教学设计：（反映为达到本章教学目的所进行的整体规划，内容组织与安排，教学过程控制的基本思路）
本章授课计划为：第1次课讲授内存的分类和物理结构以及内存的类型，重点在内存的物理结构。
第2次课主要讲授内存的技术指标与Cache、内存的使用与维护和内存的选购。主要掌握内存的技术指标与Cache。
内存经过了EDO、SDRAM的发展，现在已经进入DDR的时代。下面就以主流的DDR内存来介绍内存的物理结构。如图4-1和4-2所示。
上图是三星的DDR内存条的正面以及背面，代表当今主流的内存条－PC3200DDR。下图4-3为一条品牌为Infineon(英飞菱)的内存条为例讲述内存条的结构。
1、PCB板
2、金手指
这一根根黄色的接触点是内存与主板内存槽接触的部分，数据就是靠它们来传输的，通常称为金手指。金手指是铜质导线，使用时间长就可能有氧化的现象，会影响内存的正常工作，易发生无法开机的故障，所以可以隔一年左右时间用橡皮擦清理一下金手指上的氧化物。
3、内存芯片
内存的芯片就是内存的灵魂所在，内存的性能、速度、容量都是由内存芯片组成的。如图4-4所示。如今我们市场上有许多种类的内存，但内存颗粒的型号并不多，常见的有HY、KINGMAX、WINBOND、TOSHIBA、SEC、MT、Apacer等等。不同厂商的内存颗粒在速度、性能上也有很多不同。