内存专题--各种RAM/ROM/Cache/Flash等内存概念与区别

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本文全面介绍了内存技术的发展，包括DRAM、SRAM、SDRAM等多种内存类型及其特点，探讨了内存条技术，如SIMM和DIMM，以及内存的速率、容量和奇偶校验等关键参数。

内存，或内存储器，又称为主存储器，是关系到计算机运行性能高低的关键部件之一，无疑是非常重要的。为了加快系统的速度，提高系统的整体性能，我们看到，计算机中配置的内存数量越来越大，而内存的种类也越来越多。

内存新技术

计算机指令的存取时间主要取决于内存。对于现今的大多数计算机系统，内存的存取时间都是一个主要的制约系统性能提高的因素。因此在判断某一系统的性能时，就不能单凭内存数量的大小，还要看一看其所用内存的种类，工作速度。

有关内存的名词
关于内存的名词众多。为了便于读者查阅，下面集中进行介绍。
ROM：只读存储器
RAM（Random Access Memory）：随机存储器
DRAM（Dynamic RAM）：动态随机存储器
PM RAM（Page Mode RAM）：页模式随机存储器（即普通内存）
FPM RAM（Fast Page Mode RAM）：快速页模式随机存储器
EDO RAM（Extended Data Output RAM）扩充数据输出随机存储器
BEDO RAM（Burst Extended Data Output RAM）：突发扩充数据输出随机存储器
SDRAM（Sychronous Dynamic RAM）：同步动态随机存储器
SRAM（Static RAM）：静态随机存储器
Async SRAM（Asynchronous Static RAM）：异步静态随机存储器
Sync Burst SRAM（Synchronous Burst Stacic RAM）：同步突发静态随机存储器
PB SRAM（Pipelined Burst SRAM）：管道（流水线）突发静态随机存储器
Cache：高速缓存
L2 Cache（Level 2 Cache）：二级高速缓存（通常由SRAM组成）
VRAM（Video RAM）：视频随机存储器
CVRAM（Cached Vedio RAM）：缓存型视频随机存储器
SVRAM（Synchronous VRAM）：同步视频随机存储器
CDRAM（Cached DRAM）：缓存型动态随机存储器
EDRAM（Enhanced DRAM）：增强型动态随机存储器

各种内存及技术特点
DRAM 动态随机存储器
DRAM主要用作主存储器。长期以来，我们所用的动态随机存储器都是PM RAM，稍晚些的为FPM RAM。为了跟上CPU越来越快的速度，一些新类型的主存储器被研制出来。它们是EDO RAM、BEDO RAM、SDRAM等。
DRAM芯片设计得象一个二进制位的矩阵，每一个位有一个行地址一个列地址。内存控制器要给出芯片地址才能从芯片中读出指定位的数据。一个标明为70ns的芯片要用70ns的时间读出一个位的数据。并且还要用额外的时间从CPU得到地址信息设置下一条指令。芯片制作技术的不断进步使这种处理效率越来越高。

FPM RAM 快速页模式随机存储器
这里的所谓“页”，指的是DRAM芯片中存储阵列上的2048位片断。FPM RAM是最早的随机存储器，在过去一直是主流PC机的标准配置，以前我们在谈论内存速度时所说的“杠7”，“杠6”，指的即是其存取时间为70ns，60ns。60ns的FPM RAM可用于总线速度为66MHz（兆赫兹）的奔腾系统（CPU主频为100，133，166和200MHz）。
快速页模式的内存常用于视频卡，通常我们也叫它“DRAM”。其中一种经过特殊设计的内存的存取时间仅为48ns，这时我们就叫它VRAM。这种经过特殊设计的内存具有“双口”，其中一个端口可直接被CPU存取，而另一个端口可独立地被RAM“直接存取通道”存取，这样存储器的“直接存取通道”不必等待CPU完成存取就可同时工作，从而比一般的DRAM要快些。

EDO RAM 扩充数据输出随机存储器
在DRAM芯片之中，除存储单元之外，还有一些附加逻辑电路，现在，人们已注意到RAM芯片的附加逻辑电路，通过增加少量的额外逻辑电路，可以提高在单位时间内的数据流量，即所谓的增加带宽。EDO正是在这个方面作出的尝试。扩展数据输出(Extended data out??EDO，有时也称为超页模式??hyper－page－mode)DRAM，和突发式EDO(Bust EDO－BEDO)DRAM是两种基于页模式内存的内存技术。EDO大约1996年被引入主流PC机，从那以后成为许多系统厂商的主要内存选择。BEDO相对更新一些，对市场的吸引还未能达到EDO的水平。
EDO的工作方式颇类似于FPM DRAM，EDO还具有比FPM DRAM更快的理想化突发式读周期时钟安排。这使得在66MHz总线上从DRAM中读取一组由四个元素组成的数据块时能节省3个时钟周期。

BEDO RAM 突发扩充数据输出随机存储器
BEDO RAM，就像其名字一样，是在一个“突发动作”中读取数据，这就是说在提供了内存地址后，CPU假定其后的数据地址，并自动把它们预取出来。这样，在读下三个数据中的每一个数据时，只用仅仅一个时钟周期，CPU能够以突发模式读数据(采用52ns BEDO和66MHz总线)，这种方式下指令的传送速度就大大提高，处理器的指令队列就能有效地填满。现今这种RAM只被VIA芯片组580VP，590VP，860VP支持。这种真正快速的BEDO RAM也是有缺陷的，这就是它无法与频率高于66MHz的总线相匹配。

SDRAM 同步动态随机存储器
SDRAM 可以说是最有前途的一种内部存储器，当前这种RAM很受欢迎。目前市面上的绝大多数奔腾级主板和Pentium Ⅱ主板都支持这种内存。就像这种内存的名字所表明的，这种RAM可以使所有的输入输出信号保持与系统时钟同步。而在不久以前，这只有SRAM 才能办到。
SDRAM与系统时钟同步，采用管道处理方式，当指定一个特定的地址，SDRAM就可读出多个数据，即实现突发传送。
具体来说，第一步，指定地址；第二步，把数据从存储地址传到输出电路；第三步，输出数据到外部。关键是以上三个步骤是各自独立进行的，且与CPU同步，而以往的内存只有从头到尾执行完这三个步骤才能输出数据。这就是SDRAM高速的秘诀。SDRAM的读写周期为10至15ns。
SDRAM基于双存储体结构，内含两个交错的存储阵列，当CPU从一个存储体或阵列访问数据的同时，另一个已准备好读写数据。通过两个存储阵列的紧密切换，读取效率得到成倍提高。1996年推出的SDRAM最高速度可达100MHz，与中档Pentium同步，存储时间短达5～8ns，可将Pentium系统性能提高140％，与Pentium 100、133、166等每一档次只能提高性能百分之几十的CPU相比，换用SDRAM似乎是更明智的升级策略。目前市场上的奔腾级以上的主板几乎都支持SDRAM。
SDRAM不仅可用作主存，在显示卡专用内存方面也有广泛应用。对显示卡来说，数据带宽越宽，同时处理的数据就越多，显示的信息就越多，显示质量也就越高。以前用一种可同时进行读写的双端口视频内存（VRAM）来提高带宽，但这种内存成本高，应用受到很大限制。因此在一般显示卡上，廉价的DRAM和高效的EDO DRAM应用很广。但随着64位显示卡的上市，带宽已扩大到EDO DRAM所能达到的带宽的极限，要达到更高的1600×1200的分辨率，而又尽量降低成本，就只能采用频率达66MHz、高带宽的SDRAM了。
SDRAM也将应用于共享内存结构（UMA），一种集成主存和显示内存的结构。这种结构在很大程度上降低了系统成本，因为许多高性能显示卡价格高昂，就是因为其专用显示内存成本极高，而UMA技术将利用主存作显示内存，不再需要增加专门显示内存，因而降低了成本。

SRAM Statu RAM 静态随机存储器
按产生时间和工作方式来分，静态随机存储器也分为异步和同步。在一定的纳米制造技术下，SRAM容量比其他类型内存低，这是因为SRAM需要用更多的晶体管存储一个位（bit），因而造价也贵得多。静态随机存储器多用于二级高速缓存（Level 2 Cache）。
1. Async SRAM 异步静态随机存储器
自从第一个带有二级高速缓存（Cache）的386计算机出现以来，这种老型号的属于“Cache RAM（缓存型随机存储器）”类型的内存就开始应用了。异步静态随机存储器比DRAM快些，并依赖于CPU的时钟，其存取速度有12ns、15ns和18ns三种，值越小，表示存取数据的速度越快。但在存取数据时，它还没有快到能够与CPU保持同步，CPU必须等待以匹配其速度。
2. Sync Burst SRAM同步突发静态随机存储器
在计算机界存在这样的争论：Sync Burst SRAM 和FB SRAM 谁更快些？诚然，在总线速度为66MHz的系统上，Sync Burst SRAM确实是最快的，但当总线速度超过66MHz时（比如Cyrix公司的6x86p200＋型号），Sync burst SRAM就超负荷了，大大低于PB SRAM 传输速度。因此用现行的Pentium主板（总线速度为66MHz），我们应该采用Sync Burst SRAM，这样效率最高、速度最快。但目前的问题是：生产支持Sync Burst SRAM的主板供应商很少，所以能支持Sync Burst SRAM的主板的价格都很高。
3. PB SRAM 管道突发静态随机存储器
管道（Pipeline，或流水线）的意思是：通过使用输入输出寄存器，一个SRAM可以形成像“管道”那样的数据流水线传输模式。在装载填充寄存器时，虽然需要一个额外的启动周期，但寄存器一经装载，就可产生这样的作用：在用现行的地址提供数据的同时能提前存取下一地址。在总线速度为75MHz和高于75MHz时，这种内存是最快的缓存型随机存储器（Cache RAM）。实际上，PB SRAM可以匹配总线速度高达133MHz的系统。同时，在较慢的系统中，PB SRAM也并不比Sync Burst SRAM慢多少。
应用PB SRAM，可达到4.5到8ns的“地址－数据”时间。

L2 Cache 二级高速缓存
现今解决CPU与主内存之间的速度匹配的主要方法是在CPU与DRAM间加上基于SRAM的二级高速缓存，这种内存系统可以承担85％的内存请求，而不需CPU增加额外的等待周期。
在用DOS、Windows3.1、Windows3.2和WFW3.11（Windows for Workgroups）作为主要的操作系统时，确实没有必要设置高于256KB的L2 Cache。但自从Windows95操作系统推出以来，经测试，在系统的RAM只有16MB时，设置512KB的缓存比256KB的缓存更能大大提高系统的性能。
再者，应用多媒体软件日益普遍，而以前的系统不能缓存大多数图形和视频信息，这使得CPU不断地与速度较慢的主内存打交道，降低了系统的性能，而增加CPU的二级高速缓存就能解决这个问题。
目前，人们越来越倾向应用32位的操作系统。在多任务的操作系统中，增加L2 Cache直到2MB都具有实际意义，能够增强系统性能，这是因为应用程序越来越大，并且越来越多的程序在同一时间运行，当CPU在多任务之间切换时，如果Cache没有足够大的空间来装入所有被执行代码，就必须从速度非常慢的主内存器获得它所需的信息，多任务操作系统就不能充分发挥其作用。因此，在应用现代的操作系统时，在系统装入512KB的L2 Cachee是计算机系统发展的需要。
基于以下特点，Sync Burst SRAM比Async SRAM更适合作二级高速缓存：
(1)同步于系统时钟
(2)突发能力
(3)管道能力
以上这些特点使得微处理器在存取连续内存位置时用同步SRMA比异步SRAM更快。目前，有些RAM供应商提供的3.3V异步的SRAM的“时钟到数据时间”（clock－to－data指开始加入时钟脉冲到数据输出的时间）为15ns，而采用类似技术的同步SRAM的“时钟到数据时间”甚至不到6ns。
随着总线速度的增加，性能价格比最佳点的SRAM技术是从异步到同步，再到管道同步的。
但目前只有少数供应商能提供采用同步的SRAM，所以在系统性能不是非常重要时，设计者在总线速度为50MHz到66MHz时采用“管道同步”技术的内存是一种明智的选择。
有些内存设计方案把Cache、DRAM、SRAM结合起来，如CDRAM、EDRAM、CVRAM、SVRAM、EDO SRAM、EDO VRAM。也有些内存设计方案在存储器中增加了一些内置式微处理器，如智能RAM（Smart RAM）、3D RAM（用于3维视频信号处理的RAM）、RDRAM（Rambus DRAM）、WRAM（Windows RAM，一种采用双端口内存视频加速技术的内存）。内存的多样性可见一斑，不一而论。

快闪存储器，快擦写存储器和铁电体随机存储器
快闪存储器是1983年推出的电可擦非易失性半导体存储器，它采用一种非挥发性存储技术，即若不对其施加大电压进行擦除，可一直保持其状态，在不加电状态下可安全保存信息长达十年；它也具有固态电子学特性，即没有可移动部件，抗震性能好；同时，它具有优越的性能，它的存取时间仅为30ns。与以往的电可擦存储器EEPROM相比，快闪存储器的最大差别是采用了块可擦除的阵列结构，这种结构不仅使其有了快的擦除速度，而且具有了像EEPROM那样的单管结构的高密度，由此带来了低的制造成本和小的体积。快闪存储器兼有了ROM和RAM二者的性能及高密度，是目前为数不多的同时具备大容量、高速度、非易失性、可在线擦写特性的存储器。
快闪存储器多用于系统的BIOS、Modem（调制解调器）和一些网络设备（Hub、路由器）。
铁电体随机存储器也采用非挥发性存储技术，在生产中使用了铁氧体，它优越于快闪存储器的特点是其经过多次写操作后性能不退化，而快闪存储器存在退化问题。这使得铁电体随机存储器更具有广阔的前景。

各种内存条及技术特点
目前市场上计算机产品升级频繁。CPU已进入奔腾时代，与此同时，内存系列产品的技术与性能也逐渐更新提高。
内存条的格式分30线、72线和168线。当今流行的内存条有EDO和SDRAM。现在的Pentium级以上的计算机在设计上均支持EDO和SDRAM内存条。
衡量内存条技术的一个重要指标是DRAM芯片的存取时间，常见的有60ns、70ns、80ns，数值越小，速度越快。

SIMM内存条
SIMM内存条的全称为单列存储器模块，是一块装有3～36片DRAM的电路板。早期PC机的主存储器采用的是双列直插封装(DIP)的DRAM芯片，因其安装位置较大，不便于扩展，故现在普遍采用SIMM内存条,安装一条SIMM相当于安装原来的9片DIP型DRAM芯片。目前在SIMM内存条集成的多为EDO/FPM内存，其主要参数有：
1.引脚数
SIMM内存条上的引脚，俗称为“金手指”。使用时，内存条引脚数必须与主板上SIMM槽口的针数相匹配。SIMM槽口有30针、72针两种，相对应内存条的引脚有30线和72线两种。在72针系统中，有奇偶校验使用36位的内存条，无奇偶校验使用32位的内存条；在30针的普通系统中，有奇偶校验使用9位的内存条，无奇偶校验则使用8位的内存条。目前30针的SIMM内存条已被淘汰。
2.容量
30线内存条常见容量有256KB、1MB和4MB。72线内存条常见容量有4MB、8MB、16MB和32MB。30针引脚系统中，8位或9位内存条的数据宽度为8位，286、386SX、486SX CPU数据宽度为16位，因此必须成对使用；386DX、486DX CPU数据宽度为32位，因此必须4条一组使用。72针引脚系统中，32位或36位内存条的数据宽度为32位，适用于386DX、486DX和Pentium(586)微机，可以单条或成对使用。
3.速率
内存条的一个重要性能指标是速率，以纳秒(ns)表示，代表系统给予内存在无错情况下作出反应的时间。一般有60ns、70ns、80ns、120ns等几种，相应在内存条上标有“－6”、“－7”、“－8”、“－12”等字样。这个数值越小，表示内存条速度越快。只有当内存与主板速度相匹配时才能发挥最大效率。
4.奇偶校验
微机要求内存有奇偶校验，但没有奇偶校验也能运行。奇偶校验需要额外的内存芯片。选购内存条时常会听到2片、3片、真3片、假3片、8片、9片等说法，这是指内存条是否带奇偶校验。2片和8片内存条肯定不带奇偶校验；3片和9片内存条应该带奇偶校验，但有些生产厂商为了谋取更高利润，将坏的芯片作为奇偶校验，被称为假3片或假9片，假3片或假9片一般能正常使用，只是制造成本低。鉴别内存是否带奇偶校验比较简单，装好内存开机后执行BIOS SETUP程序，选择允许奇偶校验，如果机器可正常引导，则说明内存带奇偶校验，如果屏幕出现奇偶校验错的提示后死机，则说明内存不带奇偶校验。

DIMM内存条
在内存条模块生产技术上，新型的168线DIMM内存条模块为当今最流行的内存条，如下图所示。DIMM是指双在线模块，它与早期的SIMM单在线模块有着很大区别。

它使内存条在长度增加不多的情况下将模块的总线宽度增加一倍。DIMM技术的另一个优点是能够制作非常小的32位模块。这就是所谓的SODIMM。它的尺寸仅是72针的SIMM模块的一半，因此许多笔记本电脑制造商均采用SODIMM作为内存条的标准模式。
其实，无论是内存条技术的革新还是内存条模块的改造，最终目的还是适应
广大电脑用户的多层次需求。世界著名的内存条生产厂商金士顿（Kingston）公司在其产品的生产上强调了专业性与针对性，根据每一种不同的系统进行特别设计。今后的市场是技术与服务并重的市场，优秀的技术革新与优质的服务保障会使计算机用户收益无穷。