第一章 SDRAM 基礎

等級：初級

2007.8.17
Wick


??????? 關于此篇文章：
??????? 出于本人工作的需要，和一些朋友的建議，我嘗試對至今學到的內存知識進行簡單的概
括。這一系列文章，將會描述SDRAM系列內存(SDRAM, DDR, DDR2等)的結構和工作原理，旨
在給一些對內存技術感興趣的朋友提供一個交流的窗口。
??????? 另外，此文章的內容來自網上搜羅或者一些資料整理，在此之上，有本人提供整理和加
工，本人只以交流與學習為用，若有興趣轉載，敬請保留文章中提到的內容出處和文章的作
者信息。

－－－－

??????? 和很多人一樣，我開始對內存技術絲毫不敢興趣，因為從原理上看，內存的運作似乎沒
有什么深入的必要，當大家研究磁盤的時候，這樣作會對文件系統概念，操作系統的磁盤管
理認識有較多幫助。而更不能像吃透CPU那樣，從深層次影響軟件設計，研究內存可能只會
如同認識光驅那樣，將不會對非專業人士帶來直觀的好處。
??????? 但是進入這個行業以后，我就覺得原先對內存測試的理解有著明顯的誤區，作為高級應
用程序來說，他們直接進行存取的對象就是內存，內存的硬件架構直接影響著計算機體系的
設計。內存測試又是如此的紛繁變幻，其間的頭緒萬千體現出了豐富的商業思想。
??????? 經歷過眾多標準的洗禮，SDRAM從各種存儲媒體中脫引而出，由此引出了DDR, DDRII，
這些耳熟能詳的字眼已經成為計算機日常工作中無可避免的話題。因此本文就嘗試從SDRAM
基本理論入手，來學習和交流其間用到的內存技術。如有理解錯誤之處，希望讀者可以指出。

1. 簡介

　　SDRAM，Synchronous Dynamic Random Access Memory，中文譯名是同步動態隨機存儲
器。這是一個復合的詞語，我們嘗試分開來解釋。

??? * Random，隨機，指的就是RAM芯片具有隨機存儲特征，因此可以指定地址自由地進行
????? 讀寫。你可以想象一下磁帶的工作方式，當前位置不能滿足要求的時候，我們就需要
????? 倒帶到目的地址來完成操作。

??? * Dynamic，動態，相對于SRAM中的Static而言，DRAM是需要定時的刷新其存儲陣列，
????? 以保證芯片上的數據不會丟失，這與DRAM的物理特性有關，我們在此不做探討。

??? * Synchronous，同步，指的是此類型RAM的時鐘頻率和CPU前端總線的頻率是一致的，
????? 其實SDRAM潛藏的重要特征即是，內部命令的發送和數據傳輸頻率都是以這個頻率為
????? 基準的。

2. SDRAM的基本概念介紹

???
??? 一個簡單的 64Mx8的SDRAM芯片，采用DIMM插口標準(圖片來自wikipedia.org)

??? * 模組(Module)
????? 這就是我們常說的內存條。用這樣的專業術語，是為了和另一中專用設備Socket區分
????? 開來，Socket是內存廠家為測試而設計的內存設備，最大的區別就是，Socket具有可
????? 插拔的內存芯片接口，上面的內存芯片可以任意拆卸。
????? 在以下的說明中，筆者嘗試用Module來取代內存條的說法，需要讀者予以注意。

??? * 單/雙列內存模組SIMM/DIMM(Single/Double In-Line Memory Module)
????? 單列是說，模組只有一側與主板的內存插槽實現通信，即便單列模組的接口部分有兩
????? 列金手指。而雙列就容易明白了，雙列的內存模組用到了兩側的金手指，各邊對應一
????? 排引腳。
?????
??? * 內存芯片(Chip)
????? 當我們拿到內存條的時候，一個直觀的感受就是，在內存條上面可以看到一顆顆黑色
????? 的矩形芯片，它就是內存芯片，在香港或臺灣的市面上，廠商們稱之為“晶片”。

??? * 芯片的數據寬度
????? 每個芯片存放了大量的存儲單元，這里一塊存儲單元的長度，就是芯片的數據寬度。
????? 如果要讓內存和CPU通信，那么一定要使內存一次性提供了CPU需要的數據。我們提到
????? 過SDRAM的時鐘頻率與前端總線頻率是一致的，那么SDRAM就要在一個時鐘周期內提供
????? CPU數據寬度等大小的數據。此時，內存上面的芯片來分擔了數據的組合。
????? 一個重要的概念就是，SDRAM提供一個物理Bank（Physical Bank, P-Bank）來與CPU
????? 通信，而SDRAM就需要通過對具有數據寬度的芯片分配，組合成P-Bank來達成這一條
????? 件。

??? * 物理Bank(P-Bank)
????? 注意：在一些廠家口中，物理Bank又稱之為Rank。

????? 既然P-Bank實現CPU對等長度的通信，那么P-Bank的長度自然也就等于CPU數據寬度。
????? 比如說Intel32構架下的數據寬度是64Bits，那么通用的SDRAM一個P-Bank的寬度就是
????? 64Bits。
????? 那么內存芯片怎么構成一個P-Bank呢，我們可不可以只作一個內存芯片來嵌入到內存
????? 條上？P-Bank在一個內存條上也是只有一個的？
????? 答案不是如此的。
????? 首先，做成一個64Bits的芯片技術上完全可行，但是技術成本和實用性來說都是劃不
????? 來的，比如以筆者所處的行業來說，如果這樣的芯片測試不通過，那么給予其降級是
????? 非常麻煩的。通常情況下，SDRAM的芯片大小是8Bits，最大也不過16Bits，假設來拿
????? 8Bits的SDRAM芯片來焊接成一個使用在Pentium之上的內存條，他就需要使用64/8 =
????? 8個芯片來組成一個P-Bank。
????? P-Bank在一個內存條上也未必只有一個的，這是考慮到一個P-Bank的內存條其容量受
????? 限，導致內存條空間嚴重浪費了，當然也不能滿足其現在日益增長的內存容量需求。

????? 在如今的市面上，SDRAM最多包含兩個P-Bank，這同樣是技術和成本等因素的折中考
????? 慮。但是一定要澄清一個觀點：金手指排數，不等于P-Bank數量。

3. 進入到芯片的世界

???
??? 一個L-Bank，一塊內存存儲陣列（圖片來自www.stor-age.com）

3.1 RAM使用存儲陣列來實現隨機存取

????? 這是很簡單的道理，就如同數據結構中數組和鏈表的概念類似，通過提供數組的各維
的索引來自由讀寫數組元素，RAM也是如此。
????? RAM提供了二維的存儲陣列，在其之上分布了一塊塊的內存單元，這里的的一個二維
的存儲陣列，就是一個邏輯Bank（Logic Bank, L-Bank）。
????? 而這些內存單元的容量將被分為一個個Bit，每一個bit被存放在一個單獨的內存體之
中，這里的內存體，就是內存中最小的存儲單元。
?????

3.2 邏輯Bank (L-Bank)

????? 上面我們說過，SDRAM一次傳輸的數據量就是芯片數據寬度，那么很顯然，存儲單元
的容量就是芯片的數據寬度，L-Bank一次提供了芯片的數據寬度，也就是相當于存儲單元
的容量了。
????? L-Bank數量同樣不是單一的，因為單一的邏輯Bank會造成非常嚴重的地址沖突，這在
以后會詳述。最普遍的情況下，SDRAM大多擁有4個L-Bank。

4. 小小的總結

4.1 簡單看內存尋址

????? 我們整理一下現在學到的知識，拿內存讀操作來簡單的說明尋址這一過程。
????? 首先，需要確定L-Bank，然后在選定的L-Bank上確定行數和列數，找到L-Bank之上的
滿足要求的存儲單元，我們在將從各個芯片上取到的數據來組合成一個P-Bank，傳遞給
北橋芯片上的內存控制器。

4.2 一些簡單的計算，來鞏固學到的知識。

????? 內存芯片容量　= L-Bank行數 * L-Bank列數 * L-Bank數量 * 芯片數據寬度
????? 單個P-Bank容量 = 內存芯片容量 * (CPU數據寬度 / 內存數據寬度)
????? 模組容量 = 單個P-Bank容量 * P-Bank數量



下一章章節，我們將簡單介紹內存的封裝技術。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的SDRAM内存技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。