《计算机组装与维护》教案第3章内存储器概论.docx
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《计算机组装与维护》教案第3章内存储器概论
第三章内存储器
一、教学目的：
1、了解内存储器的概念和发展、结构和性能指标。
2、掌握内存条的区分、选购和测试。
二、教学内容
第一节内存简介…………………………………………………………………2
一、内存的作用……………………………………………………………………2
二、内存的组成……………………………………………………………………3
三、内存芯片的封装………………………………………………………………5
第二节内存的分类………………………………………………………………9
1、SDRAM…………………………………………………………………………9
2、DDRSDRAM…………………………………………………………………9
3、DDR2SDRAM………………………………………………………………10
4、DDR3SDRAM…………………………………………………………………10
DDR内存的命名规则……………………………………………………………11
第三节内存的技术指标…………………………………………………………13
一、内存的性能指标………………………………………………………………13
二、内存应用技术…………………………………………………………………17
第四节内存的选购………………………………………………………………19
一、选购内存的原则………………………………………………………………19
二、内存选购实战…………………………………………………………………20
第一节内存简介
一、内存的作用
在电脑的组成结构中，存储器是相当重要的一个组成部分。
它是用来存储程序和数据的部件，有了它，电脑才能保证正常工作。
存储器的种类很多，按用途可以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），辅助存储器又称外存储器（简称外存）。
内存是用来存储当前正在使用或随时要调用的程序或数据，正在编辑的数据也由程序控制存放在内存中（比如WORD文档编辑程序）。
计算机运行所需的程序和数据全部存储在外存上（硬盘），当计算机运行时，CPU需要从硬盘上读取数据来进行运算，因为硬盘的速度远远跟不上CPU的运算速度，频繁地读取硬盘数据便造成CPU运算时间的浪费。
于是在CPU与硬盘之间添加了随机存储器（RAM：
RandomAccessMemory），也就是内存，内存的数据存取速度比硬盘快，但又比CPU慢，它就相当于一个数据中转站，担负着将计算机运行所需的程序、数据从硬盘上读取出来，以供给CPU运算时调用。
当计算机运行时，内存中便存放着当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存只用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的程序和数据就会丢失。
内存作用举例：
可以把内存比作是上课时老师所用的黑板，上课时不停的记录相关信息，下课后就擦掉。
也就是说，电脑处于运行状态时就在上课，这个时候内存不停的记录老师想对学生表达的知识，而下课后电脑就处于关机状态，这个时候内存就像下课的黑板一样被值班的学生擦得干干净净。
二、内存的组成
内存主要由内存芯片、SPD芯片、PCB电路板、金手指组成。
1、PCB电路板
内存的PCB电路板用于承载和焊接内存芯片、排阻、电容等元件。
PCB电路板虽然成本不高，但它直接负责内存芯片与主板之间的通讯，起到了“信号桥梁”的作用。
PCB电路板一般为4层或6层，多层板实际上是由蚀刻好的几块单面板或双面板经过层压、粘合而成的，然后在PCB的绝缘层上打孔，然后在孔壁上镀铜，就可以连通内外层电路了，这种孔称为过孔，通孔或者贯孔等。
PCB层数越多，相应的信号抗干扰能力越好，内存工作也就越稳定。
2、内存芯片
内存芯片也称为内存颗粒，是内存中最重要的元件，用于临时存储数据。
内存的容量、频率等都由内存芯片决定的。
内存芯片分布在PCB的单侧或两侧，由多个内存芯片组成内存条的存储模块。
当有两条相等容量且一条单面芯片一条为双面芯片时，单面内存条的单个内存芯片比双面芯片的内存条的单个内存芯片存储容量大。
比如两条同样是256M的内存条，一条是单面8粒芯片，那么这条内存的颗粒32M×8；另一条是双面16粒芯片，那么这条内存的颗粒容量为16M×16。
内存颗粒的生产厂商目前主要有三星（SAMSUNG）、现代（Hynix）、英飞凌（Infineon）、美光（Micron）、勤茂（TwinMOS）、南亚（NANYA）、华邦（Winbond）和茂矽（MOSEL）等等。
这些内存颗粒厂商都具有相当实力，其中在价格和性能上排前三名的是三星、现代以及美光。
3、SPD芯片
SPD（Serial Presence Detect，串行存在探测），它是一个8针的SOIC封装256字节的EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）芯片。
一般处在内存条正面的右侧，里面记录了诸如内存的速度、容量、电压与行、列地址带宽等参数信息。
当开机时PC的BIOS将自动读取SPD中记录的信息，并为内存设置最优化的工作方式，它是识别PC100内存的一个重要标志。
在平时使用时，尽管内存没有SPD芯片不会影响的正常工作，但如果内存有了SPD芯片，在启动计算机后，主板BIOS会读取内存SPD芯片中的信息，主板北桥芯片组会根据SPD芯片中的信息自动配置相应的内存工作时序与控制寄存器，从而可以充分发挥内存条的性能。
从内存性能的品质角度来说，SPD芯片是识别内存好坏的重要标志之一，如果内存不具备SPD芯片，那么该内存千万不要购买，此外，就算内存具备了SPD芯片，如果SPD芯片内的参数值设置不合理，不但不能起到优化内存的作用，反而还会引起系统工作不稳定，甚至死机。
4、触点（金手指：
connectingfinger）
金手指的作用：
内存条上与内存插槽之间的连接部件，所有的信号都是通过金手指进行传送的。
金手指由众多金黄色的导电触片组成，因其表面镀金而且导电触片排列如手指状，所以称为“金手指”。
金手指实际上是在覆铜板上通过特殊工艺再覆上一层金，因为金的抗氧化性极强，而且传导性也很强。
不过因为金昂贵的价格，目前较多的内存都采用镀锡来代替，从上个世纪90年代开始锡材料就开始普及，目前主板、内存和显卡等设备的“金手指”几乎都是采用的锡材料，只有部分高性能服务器/工作站的配件接触点才会继续采用镀金的做法，价格自然不菲。
内存处理单元的所有数据流、电子流正是通过金手指与内存插槽的接触与PC系统进行交换，是内存的输出输入端口，因此其制作工艺对于内存连接显得相当重要。
5、排阻和电容
排阻也称桥路电阻，是内存条上的重要元器件，在内存颗粒和金手指之间排成一排，之间没有什么联系，排阻的作用是使内存工作更稳定，出现地址错误的可能性更低。
将4个相同的电阻做成排组的主要原因是用分离的电阻会很麻烦并很难布线。
内存在处理、传输数据时会产生大小不一的工作电流。
而在内存颗粒走线的必经之处安装一排电阻，则能够帮助内存起到稳压作用，让内存工作更稳定。
从而提升内存的稳定性，增强内存使用寿命。
内存上的电阻有10欧和22欧两种，使用10欧的电阻的内存信号很强，对主板的兼容性较好，但其阻抗也低，经常因信号过强导致系统死机，而使用22欧电阻的内存，优缺点与前者正好相反，信号会弱一些，对主板兼容性差，但系统稳定性高。
内存厂家往往从成本考虑使用10欧电阻。
电容在内存上的作用是用于滤除高频干扰。
品牌内存在排阻和电容的选料上极为考究，而一般的散装内存或杂牌内存厂家为了节约成本，在这方面偷工减料，一根内存上甚至就没有集成桥路电阻，PCB板面上仅有稀稀拉拉的几个小电容，这种内存长期工作极易发生错误。
6、内存缺口
为防止内存与主板上的内存插槽插错，在内存金手指中设计了一个或两个的缺口，刚好与主板上的内存插槽中凸出的位置相对应。
安装内存时，应该对准插槽上的缺口，安装时用两大拇指按住内存条的两头，用力往下按压，只到一声清脆的声音后，即安装到位。
当发现不能正常安装时，不能用力按下内存条，一不小心便会折断内存条或内存条与插槽接反而导致内存条烧毁！
三、内存芯片的封装
内存主要由内存芯片和电路板两部分组成，并通过集成电路封装技术将其组成为一根完整的内存条，这种集成电路封装技术就是内存芯片的封装技术。
内存颗粒的封装其实就是内存芯片所采用的封装技术类型，将内存芯片包裹起来，以避免芯片与外界接触，防止外界对芯片的损害。
它不仅担任放置、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，并且芯片上的焊接点用导线连接到封装外壳的导线上，这些导线又通过印刷电路板上的导线与其他部件建立连接。
芯片的封装技术经历了从DIP、TSOP到BGA的发展历程，已经历了几代的变革，性能日益先进，芯片面积与封装面积之比越来越接近1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，以及引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便。
内存芯片的封装方式可分为以下几类：
1、DIP封装（DualIn-LinePackage双列直插式封装、双入线封装）
上个世纪的70年代，芯片封装基本都采用DIP，此封装形式在当时具有适合PCB（印刷电路板）穿孔安装，布线和操作较为方便等特点。
DIP封装的结构形式多种多样，包括多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP等。
但DIP封装形式封装效率是很低的，其芯片面积和封装面积之比为1：
1.86，这样封装产品的面积较大，内存条PCB板的面积是固定的，封装面积越大在内存上安装芯片的数量就越少，内存条容量也就越小。
同时较大的封装面积对内存频率、传输速率、电器性能的提升都有影响。
理想状态下芯片面积和封装面积之比为1：
1将是最好的，但这是无法实现的，除非不进行封装，但随着封装技术的发展，这个比值日益接近，现在已经有了1：
1.14的内存封装技术。
2、TSOP封装（ThinSmallOutlinePackage，薄型小尺寸封装）
到了上个世纪80年代，内存第二代的封装技术TSOP出现，得到了业界广泛的认可，时至今日仍旧是内存封装的主流技术。
TSOP内存是在芯片的周围做出引脚，采用SMT技术（表面安装技术）直接附着在PCB板的表面。
TSOP封装具有成品率高，价格便宜等优点，因此得到了极为广泛的应用。
TSOP是大部分SDRAM内存芯片和DDR内存芯片所采用的一种封装方式。
TSOP封装方式中，内存芯片是通过芯片引脚焊接在PCB板上的，焊点和PCB板的接触面积较小，使得芯片向PCB办传热就相对困难。
而且TSOP封装方式的内存在超过150MHz后，会产品较大的信号干扰和电磁干扰。
3、BGA封装（BallGridArrayPackage，球栅阵列封装）
20世纪90年代随着技术的进步，芯片集成度不断提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。
为了满足发展的需要，BGA封装开始被应用于生产。
采用BGA技术封装的内存，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，BGA与TSOP相比，具有更小的体积，更好的散热性能和电性能。
BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下，体积只有TSOP封装的三分之一；另外，与传统TSOP封装方式相比，BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。
4、TinyBGA（TinyBallGridArray，小型球栅阵列封装）
TinyBGA是Kingmax公司的专利技术，是属于BGA封装技术的一个分支,是Kingmax公司于1998年8月开发成功的，其芯片面积与封装面积之比不小于1:
1.14，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高2～3倍，与TSOP封装产品相比，其具有更小的体积、更好的散热性能和电性能。
采用TinyBGA封装技术的内存产品在相同容量情况下体积只有TSOP封装的1/3。
TSOP封装内存的引脚是由芯片四周引出的，而TinyBGA则是由芯片中心方向引出。
这种方式有效地缩短了信号的传导距离，信号传输线的长度仅是传统的TSOP技术的1/4，因此信号的衰减也随之减少。
这样不仅大幅提升了芯片的抗干扰、抗噪性能，而且提高了电性能。
采用TinyBGA封装芯片可抗高达300MHz的外频，而采用传统TSOP封装技术最高只可抗150MHz的外频。
TinyBGA封装的内存其厚度也更薄（封装高度小于0.8mm），从金属基板到散热体的有效散热路径仅有0.36mm。
因此，TinyBGA内存拥有更高的热传导效率，非常适用于长时间运行的系统，稳定性极佳。
5、CSP封装（ChipScalePackage，芯片级封装）
CSP封装最新一代的内存芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。
CSP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，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA的1/3，仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。
与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。
CSP封装内存不但体积小，同时也更薄，其金属基板到散热体的最有效散热路径仅有0.2毫米，大大提高了内存芯片在长时间运行后的可靠性，线路阻抗显著减小，芯片速度也随之得到大幅度提高。
CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效地缩短了信号的传导距离，其衰减随之减少，芯片的抗干扰、抗噪性能也能得到大幅提升，这也使得CSP的存取时间比BGA改善15%－20%。
在CSP的封装方式中，内存颗粒是通过一个个锡球焊接在PCB板上，由于焊点和PCB板的接触面积较大，所以内存芯片在运行中所产生的热量可以很容易地传导到PCB板上并散发出去。
CSP封装可以从背面散热，且热效率良好，CSP的热阻为35℃/W，而TSOP热阻40℃/W。
第二节内存的分类
根据内存的工作方式，可将内存分为FPMRAM、EDORAM、SDRAM和DDRSDRAM、DDR2内存等几种。
目前在计算机中常用的内存有SDRAM、DDRSDRAM、DDR2SDRAM。
※FPMRAM（FastPageModeRAM，快页模式存储器）
FPMRAM是在早期的个人计算机中使用最广泛的内存，它在三个时钟周期才传送一次数据，因此性能较低。
现在这种内存已经被市场淘汰。
※EDORAM（ExtendedDataOutRAM，扩展数据输出存储器）
EDORAM是486时代以及早期的Pentium个人计算机中常用的一种内存，它的运行速度比FPMRAM快，可在两个时钟周期就传送一次数据，使存取速度提高30％，大大提高了计算机的运行效率，不过这种内存现在已经被淘汰。
1、SDRAM
SynchronousDynamicRAM，同步动态随机存储器。
SDRAM采用一种双存储体结构，它的工作频率与CPU的外频一样。
SDRAM内存一般按照其工作频率来命名，SDRAM内存的规格有PC100，PC133和PC150等，其中的数字表示内存工作的时钟频率。
SDRAM由于运行速度远远跟不上CPU前端总线的发展，已经退出了主流市场，但由于目前还有部分计算机用户还在使用这种内存，现在还可以从二手市场买到这种内存条，不过几乎是没有保修的可能，SDRAM已经停产了。
2、DDRSDRAM
DoubleDataRateSDRAM，双倍速率同步动态随机存储器。
DDRSDRAM是在SDRAM内存的基础上发展而来的，一般简称为DDR，其传输速率是同频率SDRAM内存传输速率的两倍。
SDRAM内存在每个时钟周期的上升沿传送一次数据，而DDRSDRAM则在时钟周期的上升沿和下降沿各传送一次数据，这样不需要提升时钟的频率就能成倍地提高SDRAM的存取速度。
一条DDR400内存工作在200MHz的效率相当于一条SDRAM工作在400MHz。
DDRSDRAM采用并行数据总线传输方式，其位宽为64bit，工作时的电压为2.5V。
DDR内存与SDRAM内存的主要区别就是金手指缺口不一样，DDR有一个金手指缺口，而SDRAM有两个。
DDRSDRAM内存具有184pin，而SDRAM却只有168pin，它们的长度是一样的。
DDRSDRAM都是以内存芯片的工作频率来命名的。
如DDR400表示该内存芯片的工作频率为200MHz，由于DDR在时钟周期的上升沿和下降沿都传送数据，因此该内存的实际工作频率相当于SDRAM工作在400MHz，于是被称为DDR400。
DDR333和DDR400的内存可以同时使用，但是两条内存的牌子一定要相同，否则会因为各家厂商所使用内存芯片的不同而产生兼容性的问题。
3、DDR2内存
DDR2（DoubleDataRate2）SDRAM是由JEDEC（JointElectronDeviceEngineeringCouncil，电子元件工业联合会）进行开发的新生代内存技术标准，它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，在同等核心频率下，DDR2的实际工作频率是DDR的两倍。
DDR2内存具有4bit预读取数据的能力，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。
而DDR内存只是2bit预读取，所以DDR内存是以内部控制总线的2倍速度运行。
在同样100MHz的工作频率下，DDR的实际频率为200MHz，而DDR2则可以达到400MHz。
DDR2内存是在DDRSDRAM的基础上发展而来，其最低工作频率为400MHz，还有更高的工作频率，如533MHz，667MHz，800MHz和1000MHz等。
DDR2内存现在已成为市场的主流产品，随着Intel最新处理器技术的发展，前端总线对内存带宽的要求是越来越高，拥有更高更稳定运行频率的DDR2内存将是大势所趋。
DDR2内存采用了240pin的FBGA封装，采用较先进的0.13µm生产工艺，工作电压为1.8V。
4、DDR3内存
现在已经有少数的名牌厂商推出了DDR3内存，但由于它的高价格和目前DDR2正在风行的PC市场还不会受到憾动，DDR3内存的生产量比较少，目前只是小部分地应用于高端领域。
而在显卡的应用领域，DDR3显存在新出的大多数中高端显卡上得到了广泛的应用。
DDR3采用了一些新技术，具有8bit预读取能力，比如DDR3-800的实际频率只有100MHz。
DDR3采用100nm（0.1um）以下的生产工艺，将工作电压从DDR2的1.8V降至1.5V。
DDR3目前最高能够1600Mhz的速度，由于目前最为快速的DDR2内存速度已经提升到800Mhz/1066Mhz的速度，因而首批DDR3内存模组将会从1333Mhz起跳。
目前Intel预计在下一代CPU上支持DDR3内存，不过DDR3内存应该要到2009年才能成为主流。
※RDRAM
RDRAM是RambusDynamicRandomAccessMemory（存储器总线式动态随机存储器）的简称，是Rambus公司开发的，是一种具有独特的系统带宽、芯片和芯片接口的新型DRAM的内存。
它可以工作在很高的频率下，同时在时钟周期的上升沿和下降沿传输数据。
最初支持RDRAM的是英特尔820芯片组，后来又有840，850芯片组等等。
RDRAM最初得到了英特尔的大力支持，但由于其高昂的价格以及Rambus公司的专利许可限制，一直未能成为市场主流，其地位被相对廉价而性能同样出色的DDRSDRAM迅速取代，市场份额很小。
RDRAM的价格高昂，而且要求RIMM插槽必须全部插满，否则空余的插槽需插上专用的RDRAM终结器。
RDRAM内存在单通道时，800MHz的RDRAM带宽为1.6GB/s；若是两个通道同时工作，带宽则可为3.2GB/s；若4个通道同时工作，带宽则提升为6.4GB/s。
※DDR、DDR2内存的命名规则（内存的带宽）
就内存称呼而言，传统的SDRAM分为PC66、PC100、PC133等规格，按这种说法，DDRSDRAM内存的规格名称应该是PC200、PC266和PC333等，但是出于市场运作的原因，JEDEC（JointElectronDeviceEngineeringCouncil，电子元件工业联合会制定了为DDR内存命名的新标准，把DDR SDRAM内存的规格名称定为PC1600、PC2100、PC2700、PC3200等，DDR内存的称呼有两种，一种是基于工作频率命名的传统称呼，一种是基于传输速率命名的称呼。
数据带宽＝（总线频率×数据位宽）÷8
DDR内存的频率
DDR规格
命名标准
核心频率
总线频率
等效传输频率
数据传输率
DDR200
PC1600
100MHz
100MHz
200MHz
1600MB/s
DDR266
PC2100
133MHz
133MHz
166MHz
2100MB/s
DDR333
PC2700
166MHz
166MHz
333MHz
2700MB/s
DDR400
PC3200
200MHz
200MHz
400MHz
3200MB/s
前面所说的均是DDRSDRAM，最新的DDRIISDRAM也会推出三种不同的标准：
PC23200（也称为DDR400、工作频率为200MHz）、PC24300（也称为DDR533、工作频率为266MHz）、PC25400（也称为DDR667、工作频率为333MHz）。
新的DDRIISDRAM将使用1.8V工作电压，比DDRSDRAM 2.5V的电压有所降低。
DDRIISDRAM不仅需要在芯片和模块方面采用新的micro-BGA封装来制造，而且需要采用新的数据传输同步方案。
DDR2内存的频率
DDR2规格
命名标准
核心频率
总线频率
等效传输频率
数据传输率
DDR2400
PC23200
100MHz
200MHz
400MHz
3200MB/s
DDR2533
PC24300
133MHz
266MHz
533MHz
4300MB/s
DDR2667
PC25400
166MHz
333MHz
667MHz
5400MB/s
DDR2800
PC26400
200MHz
400MHz
800MHz
6400MB/s
第三节内存的技术指标
一、内存的性能指标
1、内存的容量
内存容量表示内存可以存放数据的空间大小，其单位有B，KB，MB和GB等，在286、386和486时代的内存都以KB为单位，通常只有几KB或者几十KB。
目前内存大多以MB为单位，市面上常见的内存容量规格为单条128MB，256MB和512MB，也有1GB或2GB的内存。
2、类型
目前市场中主要有的内存类型有SDRAM、RDRAM、DDR和DDR2四种。
其中DDR和DDR2内存占据了市场的主流，而SDRAM内存规格已不再发展，处于被淘汰的行列。
不同类型的内存传输类型各有差异，在传输率、工作频率、工作方式、工作电压等方面都有不同。
3、引脚数
是衡量内存条性能的一个重要指标，它包括地址引脚、数据引脚、控制引脚和其它引脚。
常见的引脚数有：
168线（SDRAM）、184线（DDR）、240线（DDR2）等。
3、频率
内存的频率是指内存工作时的时钟频率。
以MHz为单位，该数字越大则内存芯片的运行频率就越高。
4、工作电压
内存工作时，必须不间断地进行供电，否则将不能保存数据。
内存能稳定工作时的电压叫做内存工作电压。
SDRAM内存的工作电压为3.3V，DDRSDRAM内存的工作电压为2.5V，而DDR2内存的
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