【计算机硬件内存】

news2024/12/28 5:38:56

内存插槽中间通常有个突起物将整个插槽稍微切分成为两个不等长的距离，这样的设计可以让使用
者在安装内存时，不至于前后脚位安插错误，是一种防呆的设计喔。

前面提到CPU所使用的数据都是来自于内存（main memory），不论是软件程序还是数据，
都必须要读入内存后CPU才能利用。个人电脑的内存主要元件为动态随机存取内存
（Dynamic Random Access Memory, DRAM），随机存取内存只有在通电时才能记录与使
用，断电后数据就消失了。因此我们也称这种RAM为挥发性内存。

DRAM根据技术的更新又分好几代，而使用上较广泛的有所谓的SDRAM与DDR SDRAM两
种。这两种内存的差别除了在于脚位与工作电压上的不同之外，DDR是所谓的双倍数据传送
速度（Double Data Rate），他可以在一次工作周期中进行两次数据的传送，感觉上就好像
是CPU的倍频啦！所以传输频率方面比SDRAM还要好。新一代的PC大多使用DDR内存了。
下表列出SDRAM与DDR SDRAM的型号与频率及带宽之间的关系。
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内存物理频率与标称频率的列表：

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内存理论传输带宽：

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Tips 内存的规格内提到DDR3/DDR3L同时支持，我们知道DDR3了，那
DDR3L是啥鬼？为了节省更多的电力，新的制程中降低了内存的操作电压，因此DDR3标准电压为1.5V，但DDR3L则仅须1.35V喔！通常可以用在耗电量需求更低的笔记本中！但并非所有的系统都同步支持！这就得要看主板的支持规格啰！否则你买了DDR3L安插在不支持的主板上，DDR3L内存是可能会烧毁的喔！

内存除了频率/带宽与型号需要考虑之外，内存的容量也是很重要的喔！因为所有的数据都得要载入内存当中才能够被CPU判读，如果内存容量不够大的话将会导致某些大容量数据无法被完整的载入，此时已存在内存当中但暂时没有被使用到的数据必须要先被释放，使得可用内存容量大于该数据，那份新数据才能够被载入呢！所以，通常越大的内存代表越快速的系统，这是因为系统不用常常释放一些内存内部的数据。以服务器来说，内存的容量有时比
CPU的速度还要来的重要的！

多通道设计

由于所有的数据都必须要存放在内存，所以内存的数据宽度当然是越大越好。但传统的总线宽度一般大约仅达64位，为了要加大这个宽度，因此芯片组厂商就将两个内存汇整在一起，如果一支内存可达64位，两支内存就可以达到128位了，这就是双通道的设计理念。
如上所述，要启用双通道的功能你必须要安插两支（或四支）内存，这两支内存最好连型号都一模一样比较好，这是因为启动双通道内存功能时，数据是同步写入/读出这一对内存中，如此才能够提升整体的带宽啊！所以当然除了容量大小要一致之外，型号也最好相同啦！

你有没有发现主板上那四根内存插槽的颜色呢？是否分为两种颜色，且两两成对？为什么要这样设计？答出来了吗？是啦！这种颜色的设计就是为了双通道来的！要启动双通道的功能时，你必须要将两根容量相同的内存插在相同颜色的插槽当中喔！

Tips 服务器所需要的速度更快！因此，除了双通道之外，中阶服务器也经常提供三信道，甚
至四信道的内存环境！例如 2014 年推出的服务器用 E5-2650 v3 的 Intel CPU 中，它可以接
受的最大信道数就是四信道且为 DDR4 喔！

DRAM与SRAM

除了内存条之外，事实上整部个人电脑当中还有许许多多的内存存在喔！最为我们所知的就是CPU内的第二层高速缓存内存。我们现在知道CPU的数据都是由内存提供，但CPU到内存之间还是得要通过内存控制器啊！如果某些很常用的程序或数据可以放置到CPU内部的话，那么CPU数据的读取就不需要跑到内存重新读取了！这对于性能来说不就可以大大的提升了？

这就是第二层高速缓存的设计概念。第二层高速缓存与内存及CPU的关系如下图所示：
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因为第二层高速缓存（L2cache）整合到CPU内部，因此这个L2内存的速度必须要CPU频率相同。使用DRAM是无法达到这个频率速度的，此时就需要静态随机存取内存（Static
RandomAccessMemory,SRAM）的帮忙了。SRAM在设计上使用的电晶体数量较多，价格较高，且不易做成大容量，不过由于其速度快，因此整合到CPU内成为高速缓存内存以加快数据的存取是个不错的方式喔！新一代的CPU都有内置容量不等的L2高速缓存在CPU内部，以加快CPU的运行性能。

只读存储器（ROM）

主板上面的元件是非常多的，而每个元件的参数又具有可调整性。举例来说，CPU与内存的频率是可调整的；而主板上面如果有内置的网卡或者是显卡时，该功能是否要启动与该功能的各项参数，是被记录到主板上头的一个称为CMOS的芯片上，这个芯片需要借着额外的电源来发挥记录功能，这也是为什么你的主板上面会有一颗纽扣电池的缘故。

那CMOS内的数据如何读取与更新呢？还记得你的电脑在开机的时候可以按下[Del]按键来进入一个名为BIOS的画面吧？BIOS（BasicInputOutputSystem）是一套程序，这套程序是写死到主板上面的一个内存芯片中，这个内存芯片在没有通电时也能够将数据记录下来，那就是只读存储器（ReadOnlyMemory,ROM）。ROM是一种非挥发性的内存。另外，BIOS对于个人电脑来说是非常重要的，因为他是系统在开机的时候首先会去读取的一个小程序喔！

另外， 固件（firmware） 很多也是使用ROM来进行软件的写入的。固件像软件一样也是一个被电脑所执行的程序，然而他是对于硬件内部而言更加重要的部分。例如BIOS就是一个固件，BIOS虽然对于我们日常操作电脑系统没有什么太大的关系，但是他却控制着开机时各项硬件参数的取得！所以我们会知道很多的硬件上头都会有ROM来写入固件这个软件。

BIOS对电脑系统来讲是非常重要的，因为他掌握了系统硬件的详细信息与开机设备的选择等等。但是电脑发展的速度太快了，因此BIOS程序码也可能需要作适度的修改才行，所以你才会在很多主板官网找到BIOS的更新程序啊！但是BIOS原本使用的是无法改写的ROM，因此根本无法修正BIOS程序码！为此，现在的BIOS通常是写入类似闪存（flash）或EEPROM中。