内存知识详解:传输类型

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  内存知识详解:传输类型 传输类型，是指内存所采用的内存类型。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。目前，市场中主要有的内存类型有 SDRAM、DDR SDRAM 和 RDRAM 三种。其中，DDR SDRAM 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。RDRAM 则始终未成为市场的主流，只有部分芯片组支持，而这些芯片组也逐渐退出了市场，RDRAM 前景并不被看好。 1) SDRAM SDRAM，即 Synchronous DRAM（同步动态随机存储器），曾经是 PC 电脑上最为广泛应用的一种内存类型，即便在今天，SDRAM 仍旧还在市场占有一席之地。既然是“同步动态随机存储器”，那就代表着它的工作速度是与系统总线速度同步的。 SDRAM 内存又分为 PC66、PC100、PC133 等不同规格，而规格后面的数字，就代表着该内存最大所能正常工作的系统总线速度，如 PC100，那就说明此内存可以在系统总线为 100MHz 的电脑中同步工作。 与系统总线速度同步，也就是与系统时钟同步，这样就避免了不必要的等待周期，减少数据存储时间。同步还使存储控制器知道在哪一个时钟脉冲期由数据请求使用，因此数据可在脉冲上升期便开始传输。SDRAM 采用 3.3 伏工作电压，168Pin 的 DIMM 接口，带宽为 64 位。SDRAM 不仅应用在内存上，在显存上也较为常见。 2) DDR 严格的说，DDR 应该叫 DDR SDRAM，人们习惯称为 DDR。部分初学者也常看到 DDR SDRAM，就认为是 SDRAM。DDR SDRAM 是 Double DataRate SDRAM 的缩写，是双倍速率同步动态随机存储器的意思。 DDR 内存是在 SDRAM 内存的基础上发展而来的，仍然沿用 SDRAM 生产体系。因此，对于内存厂商而言，只需对制造普通 SDRAM 的设备稍加改进，即可实现 DDR 内存的生产，可有效的降低成本。 SDRAM 在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而 DDR 内存则是一个时钟周期内传输两次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。因此，称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR 内存可以在与 SDRAM 相同的总线频率下，达到更高的数据传输率。 与 SDRAM 相比，DDR 运用了更先进的同步电路，使指定地址、数据输送和输出的主要步骤，既独立执行，又保持与 CPU 完全同步。DDR 使用了 DLL(Delay Locked Loop，延时锁定回路提供一个数据滤波信号)技术，当数据有效时，存储控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据，每 16 次输出一次，并重新同步来自不同存储器模块的数据。DDR 本质上不需要提高时钟频率，就能加倍提高 SDRAM 的速度，它允许在时钟 脉冲的上升沿和下降沿读出数据，因而其速度是标准 SDRA 的两倍。 从外形体积上看，DDR 与 SDRAM 相比差别并不大。他们具有同样的尺寸和同样的针脚距离。但 DDR 为 184 针脚，比 SDRAM 多出了 16 个针脚，主要包含了新的控制、时钟、电源和接地等信号。DDR 内存采用的是支持 2.5V 电压的 SSTL2 标准，而不是 SDRAM 使用的 3.3V 电压的LVTTL 标准。 3) RDRAM RDRAM（Rambus DRAM）是美国的 RAMBUS 公司开发的一种内存。与 DDR 和 SDRAM 不同，它采用了串行的数据传输模式。在推出时，因为其彻底改变了内存的传输模式，无法保证与原有的制造工艺相兼容，而且内存厂商要生产 RDRAM，还必须要加纳一定专利费用，再加上其本身制造成本，就导致了 RDRAM 从一问世就高昂的价格，让普通用户无法接收。而同时期的 DDR 则能以较低的价格，不错的性能，逐渐成为主流，虽然 RDRAM 曾受到英特尔公司的大力支持，但始终没有成为主流。 RDRAM 的数据存储位宽是 16 位，远低于 DDR 和 SDRAM 的 64 位。但在频率方面，则远远高于二者，可以达到 400MHz 乃至更高。同样也是在一个时钟周期内传输两次次数据，能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，内存带宽能达到 1.6Gbyte/s。 普通的 DRAM 行缓冲器的信息，在写回存储器后便不再保留，而 RDRAM 则具有继续保持这一信息的特性，于是在进行存储器访问时，如行缓冲器中已经有目标数据，则可利用，因而实现了高速访问。另外，其可把数据集中起来，以分组的形式传送。所以，只要最初用 24 个时钟，以后便可每 1 时钟读出 1 个字节。一次访问所能读出的数据长度，可以达到 256 字节。 4) DDR2 DDR2（Double Data Rate 2）SDRAM，是由 JEDEC（电子设备工程联合委员会）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，虽然同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，但 DDR2 内存却拥有两倍于上一代 DDR 内存预读取能力（即：4bit 数据读预取）。换句话说，DDR2 内存每个时钟能够以 4 倍于外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线 4 倍的速 度运行。 此外，由于 DDR2 标准规定所有 DDR2 内存均采用 FBGA 封装形式，而不同于目前广泛应用的 TSOP/TSOP-II 封装形式，FBGA 封装可以提供了更为良好的电气性能与散热性，为 DDR2 内存的稳定工作与未来频率的发展提供了坚实的基础。回想起 DDR 的发展历程，从第一代应用到个人电脑的 DDR200，经过 DDR266、DDR333 到今天的双通道 DDR400 技术，第一代 DDR 的发展也走到了技术的极限，已经很难通过常规办法提高 内存的工作速度。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。 图4 DDR2 与 DDR 的区别：在了解 DDR2 内存诸多新技术前，先让我们看一组 DDR 和 DDR2 技术对比的数据。 图5 1、延迟问题： 从上表可以看出，在同等核心频率下，DDR2 的实际工作频率是 DDR 的两倍。这得益于 DDR2 内存拥有两倍于标准 DDR 内存的 4BIT 预读取能力。换句话说，虽然 DDR2 和 DDR 一样，都采用了在时钟的上升延和下降延同时进行数据传输的基本方式，但 DDR2 拥有两倍于 DDR 的预读取系统命令数据的能力。也就是说，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。 这样，也就出现了另一个问题：在同等工作频率的 DDR 和 DDR2 内存中，后者的内存延时要慢于前者。举例来说，DDR 200 和 DDR2-400具有相同的延迟，而后者具有高一倍的带宽。实际上，DDR2-400 和 DDR 400 具有相同的带宽，它们都是 3.2GB/s，但是 DDR-400 的核心工作频率是 200MHz，而 DDR2-400 的核心工作频率是 100MHz，也就是说 DDR2-400 的延迟要高于 DDR-400。 2、封装和发热量： DDR2 内存技术最大的突破点，其实不在于用户们所认为的两倍于 DDR 的传输能力，而是在采用更低发热量、更低功耗的情况下，DDR2 可以获得更快的频率提升，突破标准 DDR 的 400MHZ 限制。 DDR 内存通常采用 TSOP 芯片封装形式，这种封装形式可以很好的工作在 200MHz 上。当频率更高时，它过长的管脚就会产生很高的阻抗和寄生电容，这会影响它的稳定性和频率提升的难度。这也就是 DDR 的核心频率很难突破 275MHZ 的原因。而 DDR2 内存均采用 FBGA 封装形式。不同于目前广泛应用的 TSOP 封装形式，FBGA 封装提供了更好的电气性能与散热性，为 DDR2 内存的稳定工作与未来频率的发展提供了良好 的保障。 DDR2 内存采用 1.8V 电压，相对于 DDR 标准的 2.5V，降低了不少，从而提供了明显的更小功耗与更小发热量，这一点的变化是意义重大的。 3、DDR2 采用的新技术： 除了以上所说的区别外，DDR2 还引入了三项新的技术，它们是 OCD、ODT 和 Post CAS。 1) OCD（Off-Chip Driver）：也就是所谓的离线驱动调整。DDR II 通过 OCD 可以提高信号的完整性。DDR II 通过调整上拉（pull-up）/下拉（pull-down）的电阻值，使两者电压相等。使用 OCD 通过减少 DQ-DQS 的倾斜，来提高信号的完整性；通过控制电压来提高信号品质。 2) ODT：ODT 是内建核心的终结电阻器。我们知道使用 DDR SDRAM 的主板上面，为了防止数据线终端反射信号，需要大量的终结电阻。它大大增加了主板的制造成本。实际上，不同的内存模组对终结电路的要求是不一样的，终结电阻的大小，决定了数据线的信号比和反射率。终结电阻小，则数据线信号反射低，但信噪比也较低；终结电阻高，则数据线的信噪比高，但信号反射也会增加。因此，主板上的终结电阻并不能非常好的匹配内存模组，还会在一定程度上影响信号品质。DDR2 可以根据自已的特点，内建合适的终结电阻。这样，可以保证最佳的信号波形。使用DDR2 不但可以降低主板成本，还得到了最佳的信号品质，这是 DDR 不能比拟的。 3) Post CAS：它是为了提高 DDR II 内存的利用效率而设定的。在 Post CAS 操作中，CAS 信号（读写/命令）能够被插到 RAS 信号后面的一个时钟周期，CAS 命令可以在附加延迟（Additive Latency）后面保持有效。原来的 tRCD（RAS 到 CAS 和延迟）被 AL（AdditiveLatency）所取代，AL 可以在 0，1，2，3，4 中进行设置。由于 CAS 信号放在了 RAS 信号后面一个时钟周期，因此，ACT 和 CAS 信号永远也不会产生碰撞冲突。 总的来说，DDR2 采用了诸多的新技术，改善了 DDR 的诸多不足，虽然它目前有成本高、延迟慢等诸多不足，但相信随着技术的不断提高和完善，这些问题终将得到解决。