內存條家族發展歷程

內存是計算機中重要的部件之一,它是與CPU進行溝通的橋樑。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的,因此內存的性能對計算機的影響非常大。內存(Memory)也被稱為內存儲器,其作用是用於暫時存放CPU中的運算數據,以及與硬盤等外部存儲器交換的數據。只要計算機在運行中,CPU就會把需要運算的數據調到內存中進行運算,當運算完成後CPU再將結果傳送出來,內存的運行也決定了計算機的穩定運行。 內存是由內存芯片、電路板、金手指等部分組成的。

作為PC不可缺少的重要核心部件——內存,它伴隨著DIY硬件走過了多年曆程。從286時代的30pin SIMM內存、486時代的72pin SIMM 內存,到Pentium時代的EDO DRAM內存、PII時代的SDRAM內存,到P4時代的DDR內存和目前9X5平臺的DDR2內存。內存從規格、技術、總線帶寬等不斷更新換代。不過我 們有理由相信,內存的更新換代可謂萬變不離其宗,其目的在於提高內存的 帶寬,以滿足CPU不斷攀升的帶寬要求、避免成為高速CPU運 算的瓶頸。那麼,內存在PC領域有著怎樣的精彩人生呢?下面讓我們一起來了解內存發 展的歷史吧。

1、內存條概念

最初,PC上所使用的內存是一塊塊的IC,要讓它能為PC服務,就必須將其焊接到主板上,但這也給後期維護帶來的問題,因為一旦某一塊內存IC 壞了,就必須焊下來才能更換,由於焊接上去的IC不容易取下來,同時加上用戶也不具備焊接知識,這似乎維修起來太麻煩。

因此,PC設計人員推出了模塊化的條裝內存,每一條上集成了多塊內存IC,同時在主板上也設計相應的內存插槽,這樣內存條就方便隨意安裝與拆卸了,內存的維修、升級都變得非常簡單, 這就是內存“條” 的來源。

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2、最初的內存條:SIMM 內存

在80286主板發佈之前,內存並沒有被世人所重視,這個時候的內存是直接固化在主板上,而且容量只有64 ~256KB,對於當時PC所運行的工作程序來說,這種內存的性能以及容量足以滿足當時軟件程序的處理需要。不過隨著軟件程序和新一代80286硬件平臺 的出現,程序和硬件對內存性能提出了更高要求,為了提高速度並擴大容量,內存必須以獨立的封裝形式出現,因而誕生了前面我們所提到的“內存條” 概念。

在80286主板剛推出的時候,內存條採用了SIMM(Single In-lineMemory Modules,單邊接觸內存模組)接口,容量為30pin、256kb,必須是由8 片數據位和1 片校驗位組成1 個bank,正因如此,我們見到的30pin SIMM一般是四條一起使用。自1982年PC進入民用市場一直到現在,搭配80286處理 器的30pin SIMM 內存是內存領域的開山鼻祖。

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在1988 ~1990 年當中,PC 技術迎來另一個發展高峰,也就是386和486時代,此時CPU 已經向16bit 發展,所以30pin SIMM 內存再也無法滿足需求,其較低的內存帶寬已經成為急待解決的瓶頸,所以此時72pin SIMM 內存出現了,72pin SIMM支持32bit快速頁模式內存,內存帶寬得以大幅度提升。72pin SIMM內存單條容量一般為512KB ~2MB,而且僅要求兩條同時使用,由於其與30pin SIMM 內存無法兼容,因此這個時候PC業界毅然將30pin SIMM 內存淘 汰出局了。

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3、EDO DRAM內存

EDO DRAM(Extended Date Out RAM,外擴充數據模式存儲器)內存,這是1991 年到1995 年之間盛行的內存條,EDO-RAM同FP DRAM極其相似,它取消了擴展數據輸出內存與傳輸內存兩 個存儲週期之間的時間間隔,在把數據發送給CPU的 同時去訪問下一個頁面,故而速度要比普通DRAM快15~30%。工作電壓為一般為5V,帶寬32bit,速度在40ns以上,其主要應用在當時的486 及早期的Pentium電腦上。

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由於Pentium及更高級別的CPU數 據總線寬度都是64bit甚至更高,所以EDO RAM與FPM RAM都必須成對使用。

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4、SDRAM 內存

自Intel Celeron系列以及AMD K6處理 器以及相關的主板芯片組推出後,EDO DRAM內存性能再也無法滿足需要了,內存技術必須徹底得到個革新才能滿足新一代CPU架構的需求,此時內存開 始進入比較經典的SDRAM時代。

第一代SDRAM 內存為PC66 規範,但很快由於Intel 和AMD的頻率之爭將CPU外頻提升到了100MHz,所以PC66內存很快就被PC100內存取代,接著133MHz 外頻的PIII以及K7時代的來臨,PC133規範也以相同的方式進一步提升SDRAM 的整體性能,帶寬提高到1GB/sec以上。由於SDRAM 的帶寬為64bit,正好對應CPU 的64bit 數據總線寬度,因此它只需要一條內存便可工作,便捷性進一步提高。在性能方面,由於其輸入輸出信號保持與系統外頻同步,因此速度明顯超越EDO 內存。

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PC66 規範

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PC100規範

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PC133規範

5、Rambus DRAM內存

儘管SDRAM PC133內存的帶寬可提高帶寬到1064MB/S,加上Intel已經開始著手最新的Pentium 4計劃,所以SDRAM PC133內存不能滿足日後的發展需求,此時,Intel為了達到獨佔市場的目的,與Rambus聯合在PC市場推廣Rambus DRAM內存(稱為RDRAM內存)。與SDRAM不同的是,其採用了新一代高速簡單內存架 構,基於一種類RISC(Reduced Instruction Set Computing,精簡指令集計算機)理論,這個理論可以減少數據的複雜性,使得整個系統性能得到提高。

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後來被更高速度的DDR“掠奪”其寶座地位。在當時,PC600、PC700的Rambus RDRAM 內存因出現Intel820 芯片組“失誤事件”、PC800 Rambus RDRAM因成本過高而讓Pentium 4平臺高高在上,無法獲得大眾用戶擁戴,種種問題讓Rambus RDRAM胎死腹中,Rambus曾希望具有更高頻率的PC1066 規範RDRAM來力挽狂瀾,但最終也是拜倒在DDR 內存面前。

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6、DDR內存

DDR SDRAM(Dual Date Rate SDRAM)簡稱DDR,也就是“雙倍速率SDRAM“的意思。DDR可以說是SDRAM的升級版本, DDR在時鐘信號上升沿與下降沿各傳輸一次數據,這使得DDR的數據傳輸速度為傳統SDRAM的兩倍。由於僅多采用了下降緣信號,因此並不會造成能耗增加。至於定址與控制信號則與傳統SDRAM相同,僅在時鐘上升緣傳輸。

DDR 內存是作為一種在性能與成本之間折中的解決方案,其目的是迅速建立起牢固的市場空間,繼而一步步在頻率上高歌猛進,最終彌補內存帶寬上的不足。第一代 DDR200 規範並沒有得到普及,第二代PC266 DDR SRAM(133MHz時鐘×2倍數據傳輸=266MHz帶寬)是由PC133 SDRAM內存所衍生出的,它將DDR 內存帶向第一個高潮,目前還有不少賽揚和AMD K7處理 器都在採用DDR266規格的內存,其後來的DDR333內存也屬於一種過度,而DDR400內存成為目前的主流平臺選配,雙通道DDR400內存已 經成為800FSB處理 器搭配的基本標準,隨後的DDR533 規範則成為超頻用戶的選擇對象。

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DDR266規格的內存

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DDR333內存

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DDR400內存

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DDR533

7、DDR2內存

隨著CPU 性能不斷提高,我們對內存性能的要求也逐步升級。不可否認,緊緊依高頻率提升帶寬的DDR遲早會力不從心,因此JEDEC 組織很早就開始醞釀DDR2 標準,加上LGA775接口的915/925以及最新的945等新平臺開始對DDR2內存的支持,所以DDR2內存將開始演義內存領 域的今天。

DDR2 能夠在100MHz 的發信頻率基礎上提供每插腳最少400MB/s 的帶寬,而且其接口將運行於1.8V 電壓上,從而進一步降低發熱量,以便提高頻率。此外,DDR2 將融入CAS、OCD、ODT 等新性能指標和中斷指令,提升內存帶寬的利用率。從JEDEC組織者闡述的DDR2標準來看,針對PC等市場的DDR2內存將擁有400、533、 667MHz等不同的時鐘頻率。高端的DDR2內存將擁有800、1000MHz兩種頻率。DDR-II內存將採用200-、220-、 240-針腳的FBGA封裝形式。最初的DDR2內存將採用0.13微米的生產工藝,內存顆 粒的電壓為1.8V,容量密度為512MB。

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8、DDR3

DDR3是一種計算機內存規格。它屬於SDRAM家族的內存產品,提供了相較於DDR2 SDRAM更高的運行效能與更低的電壓,是DDR2 SDRAM(同步動態動態隨機存取內存)的後繼者(增加至八倍),也是現時流行的內存產品規格。

CWD是作為寫入延遲之用,Reset提供了超省電功能的命令,可以讓DDR3 SDRAM內存顆粒電路停止運作、進入超省電待命模式,ZQ則是一個新增的終端電阻校準功能,新增這個線路腳位提供了ODCE(On Die Calibration Engine)用來校準ODT(On Die Termination)內部終端電阻,新增了SRT(Self-Reflash Temperature)可編程化溫度控制內存時脈功能,SRT的加入讓內存顆粒在溫度、時脈和電源管理上進行優化,可以說在內存內,就做了電源管理的功能,同時讓內存顆粒的穩定度也大為提升,確保內存顆粒不致於工作時脈過高導致燒燬的狀況,同時DDR3 SDRAM還加入PASR(Partial Array Self-Refresh)局部Bank刷新的功能,可以說針對整個內存Bank做更有效的資料讀寫以達到省電功效。

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