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浅谈主流内存发展历史论文,浅谈主流内存发展历史阶段

时间:2023-05-04 13:37:24 阅读:280743 作者:3484

浅谈主流内存发展历史 申屠志刚2018329621200 信息学院 计算机科学与技术18(3)

摘 要:计算机必然包含运算器、控制器、存储器和输入输出设备等五个重要部分,其中作为内存储器的内存条在PC中是一个巨大的缓冲区,CPU所需访问与处理的数据都会经过这里,虽说CPU内部也有各级缓存,但是容量空间是无法与内存相比的,随着CPU的处理能力不断的提高,内存的速度与容量也在不断的提升,历经KB~GB,每隔几年就会更新换代。
关键词:内存;内部存储器;集成电路;

Mainstream memory stick development history

Abstract: The computer must contain five important parts: the operator, the controller, the memory, and the input and output device. The memory bank as the internal memory is a huge buffer in the PC. The data that the CPU needs to access and process will pass through here. Although there are caches at all levels inside the CPU, the capacity space cannot be compared with the memory. As the processing power of the CPU continues to increase, the speed and capacity of the memory are constantly improving. After KB~GB, every few years. Will be updated.
Keywords: memory; internal memory; integrated circuit;

内存在PC中是一个巨大的缓冲区,CPU所需访问与处理的数据都会经过这里,虽说CPU内部也有各级缓存,但是容量空间是无法与内存相比的。现在的内存在存取速度上有着非常惊人的表现的,但是断电后又不能保存存入的信息。所以在电脑硬件发展的长期过程中,内存一直扮演着中转站的角色。随着CPU的处理能力不断的提高,内存的速度与容量也在不断的提升,历经KB~GB,每隔几年就会更新换代。下面我们就一起来了解一下内存条的发展历史。

一、ROM和RAM的概念理解

RAM:随机存取存储器(random access memory)又称作"随机存储器",是与CPU直接交换数据的内部存储器,也叫主存(内存)。它可以随时读写,而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。当电源关闭时RAM不能保留数据。如果需要保存数据,就必须把它们写入一个长期的存储设备中(例如硬盘)。RAM和ROM相比,两者的最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失,而ROM不会自动消失,可以长时间断电保存。
ROM:只读存储器。ROM所存数据,一般是装入整机前事先写好的,整机工作过程中只能读出,而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。ROM所存数据稳定,断电后所存数据也不会改变。

RAM(随机存储器)可以分为SRAM(静态随机存储器)和DRAM(动态随机存储器)。
SRAM(Static Random Access Memory,静态随机存储器),它是一种具有静止存取功能的内存,不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。优点是速度快,不必配合内存刷新电路,可提高整体的工作效率。缺点是集成度低,功耗较大,相同的容量体积较大,而且价格较高,少量用于关键性系统以提高效率。
DRAM(Dynamic Random Access Memory,动态随机存储器)是最为常见的系统内存。DRAM只能将数据保持很短的时间。为了保持数据,DRAM使用电容存储,所以必须隔一段时间刷新(refresh)一次,如果存储单元没有被刷新,存储的信息就会丢失。
SDRAM:(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存取存储器),是在DRAM的基础上发展而来,为DRAM的一种,同步是指Memory工作需要同步时钟,内部命令的发送与数据的传输都以时钟为基准;动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失;随机是指数据不是线性依次存储,而是由指定地址进行数据读写。
DDR SDRAM又是在SDRAM的基础上发展而来,这种改进型的DRAM和SDRAM是基本一样的,不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据,这样就使得数据传输速度加倍了。这是目前电脑中用得最多的内存,而且它有着成本优势。

二、SDRAM发展历程介绍 SIMM

其实在最初的个人电脑上是没有内存条的,内存是直接以DIP芯片的形式安装在主板的DRAM插座上面,需要安装8到9颗这样的芯片,容量只有64KB到256KB,要扩展相当困难,但这对于当时的处理器以及程序来说这已经足够了,直到80286的出现硬件与软件都在渴求更大的内存,只靠主板上的内存已经不能满足需求了,于是内存条就诞生了。
SIPP很快就被SIMM(Single In-line Memory Modules)取代了,两侧金手指传输相同的信号,早期的内存频率与CPU外频是不同步的,是异步DRAM,细分下去的话包括FPM DRAM(Fast Page Mode DRAM)与EDO DRAM(Extended data out DRAM),常见的接口有30pin SIMM与72pin SIMM,工作电压都是5V。
第一代SIMM内存有30个引脚,单根内存数据总线只有8bit,所以用在16位数据总线处理器上(286、386SX等)就需要两根,用在32位数据总线处理器上(386DX、486等)就需要四根30pin SIMM内存,采购成本一点都不低,而且还会增加故障率,所以30pin SIMM内存并不是完全被大家所接受。
有趣的是DIP芯片形式的内存与内存条共存了一段比较长的时间,在不少286的主板上你可以同时看到DIP内存芯片与30pin SIMM内存插槽,它们是可以一齐工作的。
随后诞生了72pin SIMM内存,单根内存位宽增加到32位,一根就可以满足32位数据总线处理器,拥有64位数据总线的奔腾处理器则需要两根,内存容量也有所增加,它的出现很快就替代了30pin SIMM内存,386、486以及后来的奔腾、奔腾Pro、早期的奔腾II处理器多数会用这种内存。

FPM DRAM

FPM DRAM是从早期的Page Mode DRAM上改良过来的,当它在读取同一列数据是,可以连续传输行位址,不需要再传输列位址,可读出多笔资料,这种方法当时是很先进的,不过现在看来就很没效率。
FPM DRAM有30pin SIMM和72pin SIMM两种,前者常见于286、386和486的电脑上,后者则常见于486与早期型的奔腾电脑上,30pin的常见容量是256KB,72pin的容量从512KB到2MB都有。
EDO DRAM
其实也是72pin SIMM的一种,它拥有更大的容量和更先进的寻址方式,这种内存简化了数据访问的流畅,读取速度要FPM DRAM快不少,主要用在486、奔腾、奔腾Pro、 早期的奔腾II处理器的电脑上面。
在1991到1995年EDO内存盛行的时候,凭借着制造工艺的飞速发展,EDO内存在成本和容量上都有了很大的突破,单条EDO内存容量从4MB到16MB不等,数据总线依然是32位,所以搭配拥有64位数据总线的奔腾CPU时基本都成对的使用。不过相比于发展迅速的电脑硬件,发展缓慢的SIMM最终仍然无法摆脱被淘汰的命运。

SDR SDRAM内存

然而随着CPU的升级EDO内存已经不能满足系统的需求了,内存技术也发生了大革命,插座从原来的SIMM升级为DIMM(Dual In-line Memory Module),两边的金手指传输不同的数据,SDR SDRAM内存插座的接口是168Pin,单边针脚数是84,进入到了经典的SDR SDRAM(Single Data Rate SDRAM)时代。
SDRAM其实就是同步DRAM的意思,内存频率与CPU外频同步,这大幅提升了数据传输效率,再加上64bit的数据位宽与当时CPU的总线一致,只需要一根内存就能让电脑正常工作了,这降低了采购内存的成本。
第一代SDR SDRAM频率是66MHz,通常大家都称之为PC66内存,后来随着Intel与AMD的CPU的频率提升相继出现了PC100与PC133的SDR SDRAM,还有后续的为超频玩家所准备的PC150与PC166内存,SDR SDRAM标准工作电压3.3V,容量从16MB到512MB都有。
SDR SDRAM的存在时间也相当的长,Intel从奔腾2、奔腾3与奔腾4(Socket 478),以及Slot 1、Socket 370与Socket 478的赛扬处理器,AMD的K6与K7处理器都可以SDR SDRAM。
从1999年开始AMD推出K7架构,到2000年Intel推出奔腾4处理器,两家处理器的FSB都在不断攀升,只有133MHz的SDR SDRAM根本无法满足这个带宽需求,至于谁是它的继任者,Rambus DRAM与DDR SDRAM展开了一场大战。

Rambus DRAM内存

在选择SDR SDRAM的继任者的时候Intel选择了与Rambus合作并推出了Rambus DRAM内存,通常都会被简称为RDRAM,它与SDRAM不同,采用了新的高速简单内存架构,基于RISC理论,这样可以减少数据复杂性提高整个系统的性能。
RDRAM采用RIMM插槽,184pin,总线位宽16bit,插两条组建双通道时就是32bit,工作电压2.5V,当时的频率有600、700、800、1066MHz等。
这款内存通常都是用在Socket 423的奔腾4平台上,搭配Intel 850芯片组使用,然而大家都应该清楚Socket 423的奔腾4是多么的悲剧,频率高效率低的奔腾4被AMD K7+DDR内存的组合打得满地找牙,再加上RDRAM的制造成本高,很多内存厂都没有兴趣,这直接导致RDRAM的零售价居高不下,奔腾4平台的成本相对高,消费者也不买单,最终就是导致RDRAM完败于DDR SDRAM,最终Intel抛弃RDRAM投奔到DDR阵营。

三、DDR内存发展历程介绍

DDR内存

DDR内存的正式名字是DDR SDRAM(Dual Date Rate SDRAM),顾名思义就是双倍速率SDRAM,从名字上就知道它是SDR SDRAM的升级版,DDR SDRAM在时钟周期的上升沿与下降沿各传输一次信号,使得它的数据传输速度是SDR SDRAM的两倍,而且这样做还不会增加功耗,至于定址与控制信号与SDR SDRAM相同,仅在上升沿传输,这是对当时内存控制器的兼容性与性能做的折中。
DDR SDRAM采用184pin的DIMM插槽,防呆缺口从SDR SDRAM时的两个变成一个,常见工作电压2.5V,初代DDR内存的频率是200MHz,随后慢慢的诞生了DDR-266、DDR-333和那个时代主流的DDR-400,至于那些运行在500MHz、600MHz、700MHz的都算是超频条了,DDR内存刚出来的时候只有单通道,后来出现了支持双通芯片组,让内存的带宽直接翻倍,两根DDR-400内存组成双通道的话基本上可以满足FSB 800MHz的奔腾4处理器,容量则是从128MB到1GB。
DDR内存在对RDRAM的战争中取得了完全胜利,所以相当多的主板厂家都选择推出支持DDR内存的芯片组,当时的主板市场可是相当的热闹,并不只有Intel与AMD两个在单挑,还有NVIDIA、VIA、SiS、ALI、ATI等厂家,所以能用DDR内存的CPU也相当的多,Socket 370的奔腾3与赛扬,Socket 478与LGA 775的奔腾4、奔腾D、赛扬4、赛扬D,只要你想酷睿2其实也可以插到部分865主板上用DDR内存,AMD的话Socket A接口的K7与Socket 939、Socket 754的K8架构产品都是可以用DDR内存的。

DDR2内存

在DDR内存战胜了RDRAM之后就开启了DDR王朝,就如大家所知道的,后续的都是DDR的衍生产品,DDR2内存在2004年6月与Intel的915/925主板一同登场,伴随了大半个LGA 775时代,而AMD的K8架构由于把内存控制器整合在CPU内部,要把内存控制器改成DDR2的比Intel麻烦得多,直到2006年6月AM2平台推出才开始支持DDR2内存,估计现在还有些用DDR2内存的电脑在服役吧。
DDR和DDR2的关键区别是:DDR2内存单元的核心频率是等效频率的1/4(而不是1/2)。这需要一个4-bit-deep的预取队列,在并不用改变内存单元本身的情况下,DDR2能有效地达到DDR数据传输速度的两倍,此外DDR2融入了CAS、OCD、ODT技术规范和中断指令,运行效率更高。
DDR2内存的金手指数比DDR多,DDR2有240个金手指,DDR只有184个,两者的防呆缺口位置防止用户差错插槽,有一个比较容易从外观上区分DDR与DDR2内存的方法,就是DDR内存是采用TSSOP封装的,而DDR2内存是用BGA封装的,看内存芯片就能分清楚两者。
DDR2的标准电压下降至1.8V,这使得它较上代产品更为节能,DDR2的频率从400MHz到1200MHz,当时的主流的是DDR2-800,更高频率其实都是超频条,容量从256MB起步最大4GB,不过4GB的DDR2是很少的,在DDR2时代的末期大多是单条2GB的容量。

DDR3内存

DDR3内存随着Intel在2007年发布3系列芯片组一同到来的,至于AMD支持DDR3内存已经是2009年2月的AM3平台发布的时候 ,直到现在他依然还是市场的主流。
然而直到2008年11月推出x58平台彻底抛弃DDR2的时候DDR3其实还不算是市场主流,在LGA 775平台上消费者大多数依然会选择DDR2,归咎原因主要还算初期DDR3的频率偏低只有1066MHz,而那时候高端DDR2也是能达到这个频率的,而且同频下DDR2的性能更好, 价格更低,所以刚上市那两年DDR3其实不怎么受欢迎,直到后来DDR3的价格降下来,频率提到DDR2触碰不到1333MHz时才开始普及,这种现象其实在每次内存更新换代的时候都会有。
和上一代的DDR2相比,DDR3在许多方面作了新的规范,核心电压降低到1.5V,预取从4-bit变成了8-bit,这也是DDR3提升带宽的关键,同样的核心频率DDR3能够提供两倍于DDR2的带宽,此外DDR3还新增了CWD、Reset、ZQ、STR、RASR等技术。
DDR3内存与DDR2一样是240Pin DIMM接口,不过两者的防呆缺口位置是不同的,不能混插,常见的容量是512MB到8GB,当然也有单条16GB的DDR3内存,只不过很稀少。频率方面从800MHz起步,目前比较容量买到最高的频率是2400MHz,实际上有厂家推出了3100MHz的DDR3内存,只是比较难买得到,支持DDR3内存的平台有Intel的后期的LGA 775主板P35、P45、x38、x48等,LGA 1366平台,LGA 115x系列全都支持还有LGA 2011的x79,AMD方面AM3、AM3+、FM1、FM2、FM3接口的产品全都支持DDR3。

DDR4内存

DDR4在2014年登场的时候并没有重走DDR3发布的旧路,首款支持DDR4内存的是Intel旗舰级的x99平台,DDR4初登场的时候其实与高频DDR3没啥性能与价格上的优势,然而x99只支持DDR4内存,想用旗舰平台你也只能硬啃贵价内存,当然那些选择旗舰平台的玩家不会介意这些,DDR4内存真正走向大众其实已经是2015年8月Intel发布Skylake处理器与100系列主板之后的事情了。
从DDR1到DDR3,每一代DDR技术的内存预取位数都会翻倍,前三者分别是2bit、4bit及8bit,以此达到内存带宽翻倍的目标,不过DDR4在预取位上保持了DDR3的8bit设计,因为继续翻倍为16bit预取的难度太大,DDR4转而提升Bank数量,它使用的是Bank Group(BG)设计,4个Bank作为一个BG组,可自由使用2-4组BG,每个BG都可以独立操作。使用2组BG的话,每次操作的数据就是16bit,4组BG则能达到32bit操作,这其实变相提高了预取位宽。
DDR4内存的针脚从DDR3的240个提高到了284个,防呆缺口也与DDR3的位置不同,还有一点改变就是DDR4的金手指是中间高两侧低有轻微的曲线,而之前的内存金手指都是平直的,DDR4既在保持与DIMM插槽有足够的信号接触面积,也能在移除内存的时候比DDR3更加轻松。
DDR4内存的标准电压是1.2V,频率从2133MHz起步,目前最高是4200MHz,单条容量有4GB、8GB和16GB,目前已经很大程度的取代了DDR3,新的主板已经很少会提供DDR3内存插槽了,彻底进入到DDR4的时代只是时间的问题。

不同类型DDR内存性能参数对比

从DDR到DDR4,不同性能参数差异主要体现在2个地方:电源电压、数据传输速率。电源电压值越来越低,而数据传输速率却是呈几何倍数增长。

四、展望未来的DDR5

现在DDR4还没普及谈DDR5可能有点早,DDR5内存目前还在研发阶段,尚未有具体规范,所以厂商公布的很多规格都不是确定的,其目标是相比DDR4内存至少带宽翻倍,容量更大,同时更加节能,具体来说就是数据频率从目前1.6-3.2Gbps的水平提升到3.2-6.4Gbps,预取位宽从8bit翻倍到16bit,内存库提升到16-32个。至于电压,DDR4电压已经降至1.2v,DDR5有望降至1.1v或者更低。

参考文献: 百度百科.内存https://baike.baidu.com/item/%E5%86%85%E5%AD%98/103614http://mb.zol.com.cn/344/3441934_all.html搜狐新闻. 存储器DDR发展史简要介绍 http://www.sohu.com/a/259200371_100188064

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