储存器.docx

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储存器

存储器

一.内存储器

1.内存简介

在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。

存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。

存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存，港台称之为记忆体）。

　　内存又称主存，是CPU能直接寻址的存储空间，由半导体器件制成。

内存的特点是存取

内存

速度快。

内存是电脑中的主要部件，它是相对于外存而言的。

我们平常使用的程序，如Windows操作系统、打字软件、游戏软件等，一般都是安装在硬盘等外存上的，但仅此是不能使用其功能的，必须把它们调入内存中运行，才能真正使用其功能，我们平时输入一段文字，或玩一个游戏，其实都是在内存中进行的。

就好比在一个书房里，存放书籍的书架和书柜相当于电脑的外存，而我们工作的办公桌就是内存。

通常我们把要永久保存的、大量的数据存储在外存上，而把一些临时的或少量的数据和程序放在内存上，当然内存的好坏会直接影响电脑的运行速度。

　　内存就是暂时存储程序以及数据的地方，比如当我们在使用WPS处理文稿时，当你在键盘上敲入字符时，

DDR和DDR2技术对比的数据

它就被存入内存中，当你选择存盘时，内存中的数据才会被存入硬（磁）盘。

在进一步理解它之前，还应认识一下它的物理概念。

　　内存一般采用半导体存储单元，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）。

只不过因为RAM是其中最重要的存储器。

（synchronous）SDRAM同步动态随机存取存储器：

SDRAM为168脚，这是目前PENTIUM及以上机型使用的内存。

SDRAM将CPU与RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使CPU和RAM能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作，每一个时钟脉冲的上升沿便开始传递数据，速度比EDO内存提高50%。

DDR（DOUBLEDATARATE）RAM：

SDRAM的更新换代产品，他允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样不需要提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度。

　　●只读存储器（ROM）

　　ROM表示只读存储器（ReadOnlyMemory），在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。

这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器停电，这些数据也不会丢失。

ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据，如BIOSROM。

其物理外形一般是双列直插式（DIP）的集成块。

　　●随机存储器（RAM）

　　随机存储器（RandomAccessMemory）表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。

当机器电源关

内存

闭时，存于其中的数据就会丢失。

我们通常购买或升级的内存条就是用作电脑的内存，内存条（SIMM）就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板，它插在计算机中的内存插槽上，以减少RAM集成块占用的空间。

目前市场上常见的内存条有1G／条,2G/条,4G/条等。

　　●高速缓冲存储器（Cache）

　　Cache也是我们经常遇到的概念，也就是平常看到的一级缓存（L1Cache）、二级缓存（L2Cache）、三级缓存（L3Cache）这些数据，它位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。

当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。

当CPU再次需要这些数据时，CPU就从高速缓冲存储器读取数据，而不是访问较慢的内存，当然，如需要的数据在Cache中没有，CPU会再去读取内存中的数据。

　　●物理存储器和地址空间

　　物理存储器和存储地址空间是两个不同的概念。

但是由于这两者有十分密切的关系，而且两者都用

内存

B、KB、MB、GB来度量其容量大小，因此容易产生认识上的混淆。

初学者弄清这两个不同的概念，有助于进一步认识内存储器和用好内存储器。

　　物理存储器是指实际存在的具体存储器芯片。

如主板上装插的内存条和装载有系统的BIOS的ROM芯片，显示卡上的显示RAM芯片和装载显示BIOS的ROM芯片，以及各种适配卡上的RAM芯片和ROM芯片都是物理存储器。

　　存储地址空间是指对存储器编码（编码地址）的范围。

所谓编码就是对每一个物理存储单元（一个字节）分配一个号码，通常叫作“编址”。

分配一个号码给一个存储单元的目的是为了便于找到它，完成数据的读写，这就是所谓的“寻址”（所以，有人也把地址空间称为寻址空间）。

　　地址空间的大小和物理存储器的大小并不一定相等。

举个例子来说明这个问题：

某层楼共有17个房间，其编号为801～817。

这17个房间是物理的，而其地址空间采用了三位编码，其范围是800～899共100个地址，可见地址空间是大于实际房间数量的。

　　对于386以上档次的微机，其地址总线为32位，因此地址空间可达2的32次方,即4GB。

（虽然如此，但是我们一般使用的一些操作系统例如windowsxp、却最多只能识别或者使用3.25G的内存，64位的操作系统能识别并使用4G和4G以上的的内存，

　　好了，现在可以解释为什么会产生诸如：

常规内存、保留内存、上位内存、高端内存、扩充内存和扩展内存等不同内存类型。

　　这里需要明确的是，我们讨论的不同内存的概念是建立在寻址空间上的。

内存

内存

IBM推出的第一台PC机采用的CPU是8088芯片，它只有20根地址线，也就是说，它的地址空间是1MB。

　　PC机的设计师将1MB中的低端640KB用作RAM，供DOS及应用程序使用，高端的384KB则保留给ROM、视频适配卡等系统使用。

从此，这个界限便被确定了下来并且沿用至今。

低端的640KB就被称为常规内存即PC机的基本RAM区。

保留内存中的低128KB是显示缓冲区，高64KB是系统BIOS（基本输入／输出系统）空间，其余192KB空间留用。

从对应的物理存储器来看，基本内存区只使用了512KB芯片，占用0000至7FFFF这512KB地址。

显示内存区虽有128KB空间，但对单色显示器（MDA卡）只需4KB就足够了，因此只安装4KB的物理存储器芯片，占用了B0000至B0FFF这4KB的空间，如果使用彩色显示器（CGA卡）需要安装16KB的物理存储器，占用B8000至BBFFF这16KB的空间，可见实际使用的地址范围都小于允许使用的地址空间。

　　在当时（1980年末至1981年初）这么“大”容量的内存对PC机使用者来说似乎已经足够了，但是随着程序的不断增大，图象和声音的不断丰富，以及能访问更大内存空间的新型CPU相继出现，最初的PC机和MS－DOS设计的局限性变得越来越明显。

扩充内存

　　到1984年，即286被普遍接受不久，人们越来越认识到640KB的限制已成为大型程序的障碍，这时，Intel和Lotus，这两家硬、软件的杰出代表，联手制定了一个由硬件和软件相结合的方案，此方法使所有PC机存取640KB以上RAM成为可能。

而Microsoft刚推出Windows不久，对内存空间的要求也很高，因此它也及时加入了该行列。

　　在1985年初，Lotus、Intel和Microsoft三家共同定义了LIM－EMS，即扩充内存规范，通常称EMS为扩充内存。

当时，EMS需要一个安装在I／O槽口的内存扩充卡和一个称为EMS的扩充内存管理程序方可使用。

但是I／O插槽的地址线只有24位（ISA总线），这对于386以上档次的32位机是不能适应的。

所以，现在已很少使用内存扩充卡。

现在微机中的扩充内存通常是用软件如DOS中的EMM386把扩展内存模拟或扩充内存来使用。

所以，扩充内存和扩展内存的区别并不在于其物理存储器的位置，而在于使用什么方法来读写它。

下面将作进一步介绍。

　　前面已经说过扩充存储器也可以由扩展存储器模拟转换而成。

EMS的原理和XMS不同，它采用了页帧方式。

页帧是在1MB空间中指定一块64KB空间（通常在保留内存区内，但其物理存储器来自扩展存储器），分为4页，每页16KB。

EMS存储器也按16KB分页，每次可交换4页内容，以此方式可访问全部EMS存储器。

符合EMS的驱动程序很多，常用的有EMM386.EXE、QEMM、TurboEMS、386MAX等。

DOS和Windows中都提供了EMM386.EXE。

扩展内存

　　我们知道，286有24位地址线，它可寻址16MB的地址空间，而386有32位地址线，它可寻址高达4GB的地址空间，为了区别起见，我们把1MB以上的地址空间称为扩展内存XMS（eXtendmemory）。

　　在386以上档次的微机中，有两种存储器工作方式，一种称为实地址方式或实方式，另一种称为保护方式。

在实方式下，物理地址仍使用20位，所以最大寻址空间为1MB，以便与8086兼容。

保护方式采用32位物理地址，寻址范围可达4GB。

DOS系统在实方式下工作，它管理的内存空间仍为1MB，因此它不能直接使用扩展存储器。

为此，Lotus、Intel、AST及Microsoft公司建立了MS－DOS下扩展内存的使用标准，即扩展内存规范XMS。

我们常在Config.sys文件中看到的Himem.sys就是管理扩展内存的驱动程序。

　　扩展内存管理规范的出现迟于扩充内存管理规范。

高端内存区

　　在实方式下，内存单元的地址可记为：

　　段地址：

段内偏移

　　通常用十六进制写为XXXX：

XXXX。

实际的物理地址由段地址左移4位再和段内偏移相加而成。

若地址各位均为1时，即为FFFF：

FFFF。

其实际物理地址为：

FFF0＋FFFF=10FFEF，约为1088KB（少16字节），这已超过1MB范围进入扩展内存了。

这个进入扩展内存的区域约为64KB，是1MB以上空间的第一个64KB。

我们把它称为高端内存区HMA（HighMemoryArea）。

HMA的物理存储器是由扩展存储器取得的。

因此要使用HMA，必须要有物理的扩展存储器存在。

此外HMA的建立和使用还需要XMS驱动程序HIMEM.SYS的支持，因此只有装入了HIMEM.SYS之后才能使用HMA。

上位内存

　　为了解释上位内存的概念，我们还得回过头看看保留内存区。

保留内存区是指640KB～1024KB（共384KB）区域。

这部分区域在PC诞生之初就明确是保留给系统使用的，用户程序无法插足。

但这部分空间并没有充分使用，因此大家都想对剩余的部分打主意，分一块地址空间（注意：

是地址空间，而不是物理存储器）来使用。

于是就得到了又一块内存区域UMB。

　　UMB（UpperMemoryBlocks）称为上位内存或上位内存块。

它是由挤占保留内存中剩余未用的空间而产生的，它的物理存储器仍然取自物理的扩展存储器，它的管理驱动程序是EMS驱动程序。

SHADOW（影子）内存

　　对于细心的读者，可能还会发现一个问题：

即是对于装有1MB或1MB以上物理存储器的机器，其640KB～1024KB这部分物理存储器如何使用的问题。

由于这部分地址空间已分配为系统使用，所以不能再重复使用。

为了利用这部分物理存储器，在某些386系统中，提供了一个重定位功能，即把这部分物理存储器的地址重定位为1024KB～1408KB。

这样，这部分物理存储器就变成了扩展存储器，当然可以使用了。

但这种重定位功能在当今高档机器中不再使用，而把这部分物理存储器保留作为Shadow存储器。

Shadow存储器可以占据的地址空间与对应的ROM是相同的。

Shadow由RAM组成，其速度大大高于ROM。

当把ROM中的内容（各种BIOS程序）装入相同地址的ShadowRAM中，就可以从RAM中访问BIOS，而不必再访问ROM。

这样将大大提高系统性能。

因此在设置CMOS参数时，应将相应的Shadow区设为允许使用（Enabled）。

奇/偶校验

　　奇/偶校验（ECC）是数据传送时采用的一种校正数据错误的一种方式，分为奇校验和偶校验两种。

　　如果是采用奇校验，在传送每一个字节的时候另外附加一位作为校验位，当实际数据中“1”的个数为偶数的时候，这个校验位就是“1”，否则这个校验位就是“0”，这样就可以保证传送数据满足奇校验的要求。

在接收方收到数据时，将按照奇校验的要求检测数据中“1”的个数，如果是奇数，表示传送正确，否则表示传送错误。

　　同理偶校验的过程和奇校验的过程一样，只是检测数据中“1”的个数为偶数。

CL延迟

　　CL反应时间是衡定内存的另一个标志。

CL是CASLatency的缩写，指的是内存存取数据所需的延迟时间，简单的说，就是内存接到CPU的指令后的反应速度。

一般的参数值是2和3两种。

数字越小，代表反应所需的时间越短。

在早期的PC133内存标准中，这个数值规定为3，而在Intel重新制订的新规范中，强制要求CL的反应时间必须为2，这样在一定程度上，对于内存厂商的芯片及PCB的组装工艺要求相对较高，同时也保证了更优秀的品质。

因此在选购品牌内存时，这是一个不可不察的因素。

　　还有另的诠释：

内存延迟基本上可以解释成是系统进入数据进行存取操作就序状态前等待内存响应的时间。

　　打个形象的比喻，就像你在餐馆里用餐的过程一样。

你首先要点菜，然后就等待服务员给你上菜。

同样的道理，内存延迟时间设置的越短，电脑从内存中读取数据的速度也就越快，进而电脑其他的性能也就越高。

这条规则双双适用于基于英特尔以及AMD处理器的系统中。

由于没有比2-2-2-5更低的延迟，因此国际内存标准组织认为以现在的动态内存技术还无法实现0或者1的延迟。

　　通常情况下，我们用4个连着的阿拉伯数字来表示一个内存延迟，例如2-2-2-5。

其中，第一个数字最为重要，它表示的是CASLatency,也就是内存存取数据所需的延迟时间。

第二个数字表示的是RAS-CAS延迟，接下来的两个数字分别表示的是RAS预充电时间和Act-to-Precharge延迟。

而第四个数字一般而言是它们中间最大的一个。

总结

　　经过上面分析，内存储器的划分可归纳如下：

　　●基本内存占据0～640KB地址空间。

　　●保留内存占据640KB～1024KB地址空间。

分配给显示缓冲存储器、各适配卡上的ROM和系统ROMBIOS，剩余空间可作上位内存UMB。

UMB的物理存储器取自物理扩展存储器。

此范围的物理RAM可作为ShadowRAM使用。

　　●上位内存（UMB）利用保留内存中未分配使用的地址空间建立，其物理存储器由物理扩展存储器取得。

UMB由EMS管理，其大小可由EMS驱动程序设定。

　　●高端内存（HMA）扩展内存中的第一个64KB区域（1024KB～1088KB）。

由HIMEM.SYS建立和管理。

　　●XMS内存符合XMS规范管理的扩展内存区。

其驱动程序为HIMEM.SYS。

　　●EMS内存符合EMS规范管理的扩充内存区。

其驱动程序为EMM386.EXE等。

　　内存：

随机存储器（RAM），主要存储正在运行的程序和要处理的数据。

内存频率

　　内存主频和CPU主频一样，习惯上被用来表示内存的速度，它代表着该内存所能达到的最高工作频率。

内存主频是以MHz（兆赫）为单位来计量的。

内存主频越高在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快。

内存主频决定着该内存最高能在什么样的频率正常工作。

目前较为主流的内存频率是800MHz的DDR2内存，以及一些内存频率更高的DDR3内存。

　　大家知道，计算机系统的时钟速度是以频率来衡量的。

晶体振荡器控制着时钟速度，在石英晶片上加上电压，其就以正弦波的形式震动起来，这一震动可以通过晶片的形变和大小记录下来。

晶体的震动以正弦调和变化的电流的形式表现出来，这一变化的电流就是时钟信号。

而内存本身并不具备晶体振荡器，因此内存工作时的时钟信号是由主板芯片组的北桥或直接由主板的时钟发生器提供的，也就是说内存无法决定自身的工作频率，其实际工作频率是由主板来决定的。

　　DDR内存和DDR2内存的频率可以用工作频率和等效频率两种方式表示，工作频率是内存颗粒实际的工作频率，但是由于DDR内存可以在脉冲的上升和下降沿都传输数据，因此传输数据的等效频率是工作频率的两倍；而DDR2内存每个时钟能够以四倍于工作频率的速度读/写数据，因此传输数据的等效频率是工作频率的四倍。

例如DDR200/266/333/400的工作频率分别是100/133/166/200MHz，而等效频率分别是200/266/333/400MHz；DDR2400/533/667/800的工作频率分别是100/133/166/200MHz，而等效频率分别是400/533/667/800MHz。

SD系列内存的发展

　　在计算机诞生初期并不存在内存条的概念，最早的内存是以磁芯的形式排列在线路上，每个磁芯与晶体管组成的一个双稳态电路作为一比特（BIT）的存储器,每一比特都要有玉米粒大小，可以想象一间的机房只能装下不超过百k字节左右的容量。

后来才出线现了焊接在主板上集成内存芯片，以内存芯片的形式为计算机的运算提供直接支持。

那时的内存芯片容量都特别小，最常见的莫过于256K×1bit、1M×4bit，虽然如此，但这相对于那时的运算任务来说却已经绰绰有余了。

内存条的诞生

　　内存芯片的状态一直沿用到286初期，鉴于它存在着无法拆卸更换的弊病，这对于计算机的发展造成了现实的阻碍。

有鉴于此，内存条便应运而生了。

将内存芯片焊接到事先设计好的印刷线路板上，而电脑主板上也改用内存插槽。

这样就把内存难以安装和更换的问题彻底解决了。

　　在80286主板发布之前，内存并没有被世人所重视，这个时候的内存是直接固化在主板上，而且容量只有64～256KB，对于当时PC所运行的工作程序来说，这种内存的性能以及容量足以满足当时软件程序的处理需要。

不过随着软件程序和新一代80286硬件平台的出现，程序和硬件对内存性能提出了更高要求，为了提高速度并扩大容量，内存必须以独立的封装形式出现，因而诞生了“内存条”概念。

　　在80286主板刚推出的时候，内存条采用了SIMM（SingleIn-lineMemoryModules，单边接触内存模组）接口，容量为30pin、256kb，必须是由8片数据位和1片校验位组成1个bank，正因如此，我们见到的30pinSIMM一般是四条一起使用。

自1982年PC进入民用市场一直到现在，搭配80286处理器的30pinSIMM内存是内存领域的开山鼻祖。

　　随后，在1988～1990年当中，PC技术迎来另一个发展高峰，也就是386和486时代，此时CPU已经向16bit发展，所以30pinSIMM内存再也无法满足需求，其较低的内存带宽已经成为急待解决的瓶颈，所以此时72pinSIMM内存出现了，72pinSIMM支持32bit快速页模式内存，内存带宽得以大幅度提升。

72pinSIMM内存单条容量一般为512KB～2MB，而且仅要求两条同时使用，由于其与30pinSIMM内存无法兼容，因此这个时候PC业界毅然将30pinSIMM内存淘汰出局了。

　　EDODRAM（ExtendedDateOutRAM外扩充数据模式存储器）内存，这是1991年到1995年之间盛行的内存条，EDODRAM同FPMDRAM（FastPageModeRAM快速页面模式存储器）极其相似，它取消了扩展数据输出内存与传输内存两个存储周期之间的时间间隔，在把数据发送给CPU的同时去访问下一个页面，故而速度要比普通DRAM快15~30%。

工作电压为一般为5V，带宽32bit，速度在40ns以上，其主要应用在当时的486及早期的Pentium电脑上。

　　在1991年到1995年中，让我们看到一个尴尬的情况，那就是这几年内存技术发展比较缓慢，几乎停滞不前，所以我们看到此时EDODRAM有72pin和168pin并存的情况，事实上EDO内存也属于72pinSIMM内存的范畴，不过它采用了全新的寻址方式。

EDO在成本和容量上有所突破，凭借着制作工艺的飞速发展，此时单条EDO内存的容量已经达到4～16MB。

由于Pentium及更高级别的CPU数据总线宽度都是64bit甚至更高，所以EDODRAM与FPMDRAM都必须成对使用。

SDRAM时代

　　自IntelCeleron系列以及AMDK6处理器以及相关的主板芯片组推出后，EDODRAM内存性能再也无法满足需要了，内存技术必须彻底得到个革新才能满足新一代CPU架构的需求，此时内存开始进入比较经典的SDRAM时代。

　　第一代SDRAM内存为PC66规范，但很快由于Intel和AMD的频率之争将CPU外频提升到了100MHz，所以PC66内存很快就被PC100内存取代，接着133MHz外频的PIII以及K7时代的来临，PC133规范也以相同的方式进一步提升SDRAM的整体性能，带宽提高到1GB/sec以上。

由于SDRAM的带宽为64bit，正好对应CPU的64bit数据总线宽度，因此它只需要一条内存便可工作，便捷性进一步提高。

在性能方面，由于其输入输出信号保持与系统外频同步，因此速度明显超越EDO内存。

　　不可否认的是，SDRAM内存由早期的66MHz，发展后来的100MHz、133MHz，尽管没能彻底解决内存带宽的瓶颈问题，但此时CPU超频已经成为DIY用户永恒的话题，所以不少用户将品牌好的PC100品牌内存超频到133MHz使用以获得CPU超频成功，值得一提的是，为了方便一些超频用户需求，市场上出现了一些PC150、PC166规范的内存。

　　尽管SDRAMPC133内存的带宽可提高带宽到1064MB/S，加上Intel已经开始着手最新的Pentium4计划，所以SDRAMPC133内存不能满足日后的发展需求，此时，Intel为了达到独占市场的目的，与Rambus联合在PC市场推广RambusDRAM内存（称为RDRAM内存）。

与SDRAM不同的是，其采用了新一代高速简单内存架构，基于一种类RISC（ReducedInstructionSetComputing，精简指令集计算机）理论，这个理论可以减少数据的复杂性，使得整个系统性能得到提高。

　　在AMD与Intel的竞争中，这个时候是属于频率竞备时代，所以这个时候CPU的主频在不断提升，Intel为了盖过AMD，推出高频PentiumⅢ以及Pentium4处理器，因此RambusDRAM内存是被Intel看着是未来自己的竞争杀手锏，RambusDRAM内存以高时钟频率来简化每个时钟周期的数据量，因此内存带宽相当出色，如PC10661066MHz32bits带宽可达到4.2GByte/sec，RambusDRAM曾一度被认为是Pentium4的绝配。

　　尽管如此，RambusRDRAM内存生不逢时，后来依然要被更高速度的DDR“掠夺”其宝座地位，在当时，PC600、PC700的RambusRDRAM内存因出现Intel820芯片组“失误事件”、PC800RambusRDRAM因成本过高而让Pentium4平台高高在上，无法获得大众用户拥戴，种种问题让RambusRDRAM胎死腹中，Rambus曾希望具有更高频率的PC1066规范RDRAM来力挽狂澜，但最终也是拜倒在DDR内存面前。

DDR时代

　　DDRSDRAM（DoubleDataRateSDRAM）简称DDR，也就是“双倍速率SDRAM”的意思。

DDR可以说是SDRAM的升级版本，DDR在时钟信号上升沿与下降沿各传输一次数据，这使得DDR的数