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1、第四章 内存1第4章 内存21认识内存2内存的性能指标3内存技术4内存的选购5内存常见故障与处理第4章 内存内存 内存是计算机中重要的部件之一，它是外存与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存也被称为内存储器和主存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，操作系统就会把需要运算的数据从内存调到CPU中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。3第4章 内存 在加电的情况下，内存中的数据或程序可以供CPU调用，当掉电时，内存中的数据就
2、会全部丢失。CPU工作时，先将部分常用的信息预读入内存，使用的时候再到内存中读取。由于内存的读取速度比硬盘快，这样就大大提高了计算机的响应速度，因此内存的容量与性能已经成为衡量计算机整体性能的一个决定因素。随着电子技术水平的不断提高，目前计算机中安装的内存容量越来越大，速度越来越快，种类也越来越多。4第4章 内存学习目标 通过对本章内容的学习，学生应该能够了解内存的发展历程，能够掌握内存的分类、结构、封装工艺、性能指标。熟悉内存的双通道技术及新技术，清楚内存的选购注意事项，能够选购适用于不同用户的内存，还能够对计算机使用过程中出现的与内存相关的问题进行处理。5第4章 内存内存的分类认识内存1.
3、按工作原理分类（1）只读存储器（ROM）ROM表示只读存储器（Read Only Memory），在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器停电，这些数据也不会丢失。ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据，如BIOS ROM。其物理外形一般是双列直插式（DIP）的集成块。现在比较流行的只读存储器是闪存（Flash Memory），它属于EEPROM(电擦除可编程只读存储器)的升级，可以通过电学原理反复擦写。现在大部分BIOS程序就存储在FlashROM芯片中，U盘和固态硬盘（SSD）也是利用闪存原理做成的。61.1第4章 内存内存的分类
4、认识内存2.按内存技术标准分类 根据内存条的不同技术标准（或称内存接口类型），内存条可分为DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、DDR4 SDRAM等。目前，主板上使用的主流内存类型是DDR4 SDRAM。71.1第4章 内存8内存的分类认识内存3.按内存条的使用机型分类按内存条的使用机型可分为台式机内存条和笔记本电脑内存条。（1）台式机内存条 台式机内存条使用标准双列直插式存储模块（Dual Inline Memory Module，DIMM），这种类型接口的内存条两边都有引脚。184线的DDR SDRAM、240线的DDR2 SDRAM和DDR3 SDRAM、28
5、8线的DDR4 SDRAM内存都属于DIMM接口类型。所谓内存线数是指引脚数。81.1第4章 内存内存的分类认识内存 图4-1所示的是台式机DDR4 SDRAM内存条。本章主要介绍台式机主板上使用的内存条。91.1图4-1 台式机DDR4 SDRAM内存条第4章 内存内存的分类认识内存（2）笔记本电脑内存条为了满足笔记本电脑对内存尺寸的要求，一般采用一种改良型的DIMM（称为SO-DIMM），它的尺寸比标准的DIMM要小很多，而且引脚数也不相同。同样SO-DIMM也根据SDRAM和DDR内存规格不同而不同，SDRAM的SO-DIMM只有144pin引脚，而DDR的SO-DIMM拥有200pin
6、引脚，DDR3 SO-DIMM接口为204pin，DDR4 SO-DIMM接口为260pin。DDR4 SO-DIMM的外观如图4-2所示。101.1图4-1 台式机DDR4 SDRAM内存条第4章 内存内存的发展认识内存 内存在计算机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，内存的读写速度与容量也在不断的提升，每隔几年就会更新换代，目前单条内存已达到16GB。 内存条经历了从第1代的SIMM内存条，到EDO DRAM内存条，以及1999年市场主流的SDRAM内存条，直到2002年进
7、入DDR时代，在2006年大量使用DDR2内存，2010年DDR3成为市场主流，2016年DDR4成为市场主流。111.2第4章 内存内存的发展认识内存1.古老的SIMM时代 其实在最初的个人计算机上是没有内存条的，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。 远古的30pin SIPP（Single In-line Pin Package）接口，针脚的定义
8、其实与30pin SIMM一样，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。 121.2第4章 内存13内存的发展认识内存 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就需要两根，用在32位数据总线处理器上
9、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。131.2第4章 内存内存的发展认识内存2.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，SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器）内存插座的接口是168pin，单边针脚数是84，同步内存的外观特征是金手指上有2个缺口，两端卡扣圆
10、形。 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计算机正常工作了，这降低了采购内存的成本。 第一代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SDRAM，还有后续的为超频玩家所准备的PC150与PC166内存，SDRAM标准工作电压3.3V，容量从16MB到512MB都有。SDRAM内存条的外观如图4-3所示。141.2第4章 内存内存的发展认识内存151.2图4-3 SDRAM内存条S
11、DRAM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处理器都可以使用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。第4章 内存内存的发展认识内存3.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Rambu
12、s 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。由于其高昂的价格，一直未能成为市场的主流，最终就是导致RDRAM完败于DDR SDRAM，最终Intel抛弃RDRAM投奔到DDR阵营。161.2第4章 内存内存的发展认识内存4.DDR SDRAM内存 DDR SDRAM（Dual Date Rate SDRAM）内存简称DD
13、R内存，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、
14、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内存条的外观如图4-4所示。171.2第4章 内存内存的发展认识内存181.2图4-4 DDR内存条内存芯片的频率有芯片核心频率和时钟频率两种，核心频率是内存颗粒内部存储单元的工作频率，即电容的刷新频率。它是内存工作的基础频率，其他频率都是建立在它基础之上的。时钟频率又称内存总线频率，它是主板时钟芯片提供给内存的工作频率。对于DDR，这两个频率是相同的，以DDR
15、400为例，它的核心频率、时钟频率、数据传输速率分别为200MHz、200MHz、400Mbit/s。第4章 内存内存的发展认识内存内存带宽也叫数据传输速率，是指单位时间内通过内存的数据量，通常以MB/S表示。计算内存带宽的公式为：内存最大带宽（MB/S）=最大时钟频率（MHz）每个时钟周期内交换的数据包个数总线宽度（bit）/8。如果内存是SDRAM，“每个时钟周期内交换的数据包个数”为1，如果是DDR，则为2，如果是DDR2，则为4，如果是DDR3和DDR4，则为8。例如，在100MHz下，DDR内存理论带宽为（100MHz264bit）/8=1.6GB/S。关于DDR内存的命名方法，由于
16、DDR比SDRAM的数据带宽提高了一倍，因此把时钟频率为100/133/166/200MHz的DDR内存称作DDR200/266/333/400。另一种表示方法是用DDR内存最大理论数据传输速率来命名的。例如，DDR400的 外 部 工 作 频 率 是 2 0 0 M H z ， 它 的 最 大 理 论 数 据 传 输 速 率 是（200MHz264bit）/8=3200Mbit/s，所以就采用了PC3200的命名方法。191.2第4章 内存内存的发展认识内存5.DDR2 SDRAM内存DDR2 SDRAM（简称DDR1）内存数据位宽64位。DDR2内存和DDR内存一样，一个时钟脉冲传输两次数
17、据，但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存的预读取能力，DDR2内存核心采用4位数据预读取，也就是一次(一个脉冲)取4位，如果和上一代DDR内存一样，时钟频率与核心频率相等，等效频率是时钟频率2倍的话，就无法及时地将取出的数传输出去。所以DDR 2内存的时钟频率是核心频率的2倍，这样才能将相同时间间隔内从内存核心取出的数，在相同时间间隔内传输出去。 DDR2和DDR的关键区别是：DDR2内存单元的核心频率是等效频率的1/4。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
18、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。201.2第4章 内存内存的发展认识内存211.2图4-5 DDR2内存条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。DD
19、R2内存条的外观如图4-5所示。第4章 内存内存的发展认识内存221.2图4-6 DDR3内存条6.DDR3 SDRAM内存DDR3 SDRAM（简称DDR3）内存条是当前比较主流的内存产品，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。DDR3的外观如图4-6所示。第4章 内存内存的发展认识内存 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4bit变成了8bit，这也是DDR3提升带宽的关键，同样的核心频率DDR3能够
20、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相比DDR2内存，主要有以下优点。（1）速度更快 8bit预取设计，而DDR2为4bit预取，这样DRAM内核的频率只有等效数据频率的1/8，DDR3 800的核心工作频率只有100MHz。对于DDR 3内存，可以得出以下关系：时钟频率是核心频率的4倍，等效频率是时钟频率的2倍，也就是说DDR3内存等效频率是核心频率的8倍。231.2第4章 内存内存的发展认识内存（2）降低功耗 DDR3内存在达到高带宽的同时，其功耗反而可以降低，其核心工作电压从DDR2的1.8V降至1.5V，相关数据预测D
21、DR3将比现时DDR2节省30%的功耗，当然发热量用户也不需要担心。（3）容量更大 DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的设计，目的就是为了应对未来大容量芯片的需求。而DDR3将从2GB容量起步，因此起始的逻辑Bank就是8个，另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备，单条内存容量将大大提高。 从DDR、DDR2、到DDR3，最大的改进就是预取位数在不断增加，而核心频率却没有变化，所以随着生产工艺的改进，电压和功耗可以逐步降低。241.2第4章 内存内存的发展认识内存7.DDR4 SDRAM内存DDR4 SDRAM简称DDR4，DDR4内存是新一代的内存规格。2011年1月4日，三
22、星电子完成史上第一条DDR4内存。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，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
23、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相比DDR3最大的区别有三点：16bit预取机制（DDR3为8bit），同样内核频率下理论速度是DDR3的两倍；更可靠的传输规范，数据可靠性进一步提升；工作电压降为1.2V，更节能。251.2第4章 内存内存的发展认识内存261.2图4-5 DDR2内存条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
24、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内存的外观如图4-7所示。DDD4内存频率从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。第4章 内存内存的发展认识内存8.DDR5 SDRAM内存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1.63.2Gbps的水平提升到3.26.4Gb
25、ps，预取位宽从8bit翻倍到16bit，内存库提升到1632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。在三星讨论的DDR5内存规范中，其目标跟美光基本一致，也是带宽至少翻倍，预取位宽也会翻倍，不过内存库数量还是16个，与美光公布的数据略有不同。JEDEC固态协会尚未敲定DDR5内存标准的最终细节，但作为联合制定者的韩国SK海力士目前已经把自家产品细节公布了出来。2020年4月SK海力士在官网公布了最新的DDR5内存路线图，并已确认今年将开始批量生产下一代DRAM芯片。271.2第4章 内存内存的发展认识内存SK海力士称，DDR5内存提供了至少两倍于DDR4
26、内存的宽带。从发布的参数来看，DDR5内存频率将会从3200MHz起跳（厂商一般都会从4800MHz出货）、最高可达8400MHz。核心容量密度方面，SK海力士给出8Gb、16Gb、24Gb、32Gb、64Gb如此丰富的选择，在单个DIMM上最多可支持64 GB DDR5内存。这意味着使用双倍容量内存技术的单条DDR5内存最大容量可以达到128GB。同时，DDR5的其他技术参数也有明显改进。首先VDD/VDDQ电压和VPP分别从1.2V、2.5V降至1.1V、1.8V，可进一步缓解高频下的功耗和发热。与DDR4保持BL（突发长度）与DDR3一致不同，DDR5的BL长度从8位增加到了16位，同时
27、DDR5的存储组翻倍到32banks，SK海力士称可以使内存访问可用性提高一倍。另外还增加了芯级ECC纠错、同区块刷新这样的高级特性。281.2第4章 内存内存的结构认识内存下面以图4-8所示的DDR4 SDRAM为例，介绍内存条的结构。291.3图4-8 DDR4 SDRAM内存条的结构第4章 内存内存的结构认识内存1.PCB板 PCB的全称为“Printed Circuit Board”，即印制电路板，是电子元器件电气连接的载体，所有的集成电路、DRAM颗粒以及其他辅助组件都集中在上面。内存PCB主要由铜皮和玻璃纤维构成，铜皮层用于布线和接插元器件，内存的信号传输，就是通过它来进行。而玻璃
28、纤维的作用是负责将铜皮层进行分隔，减少电路间的电子干扰。这就意味着PCB的层数越多，电子线路的布线空间越大，对内存的稳定性越有帮助。内存PCB板一般为绿色，采用多层设计，有6层或8层的，8层设计要比6层的电气性能好，性能更稳定，做工讲究的采用10层设计。301.3第4章 内存31内存的结构认识内存2.金手指（引脚） 由众多金黄色的导电触片组成，因其表面镀金而且导电触片排列如手指状，所以称为“金手指”。金手指实际上是在覆铜板上通过特殊工艺再覆上一层金，因为金的抗氧化性极强，而且传导性也很强。不过因为金昂贵的价格，且从上个世纪90年代开始黄铜材料就开始普及，故截至2015年，内存和显卡等设备的“金
29、手指”几乎都是采用黄铜材料来镀黄铜。311.3第4章 内存内存的结构认识内存3.内存颗粒内存颗粒是内存条存储数据的地方，一般有8颗组成，双面为16颗。中间预留的一个内存芯片位置，是ECC校验模块的位置，内存颗粒将直接关系到内存容量的大小和内存体制的好坏。因此，一个好的内存必须有良好的内存颗粒作保证。同时不同厂商生产的内存颗粒体制、性能都存在一定的差异，一般常见的内存颗粒厂商有镁光、英飞凌、三星、现代、南亚、茂矽等。4.内存条固定卡缺口主板上的内存插槽上有两个夹子，用来牢固地扣住内存条，内存条上的缺口是用于固定内存条的。5.引脚隔断槽口（金手指缺口）金手指上的缺口属于防呆设计，一是用来防止内存条
30、插反（只有一侧有）。二是用来区分不同类型的内存条，不同类型内存条缺口位置不同，对应的内存插槽上凸起的位置也不同，以防止插错。DDR、DDR2、DDR3、DDR4内存只有一个缺口，以前SDRAM内存有两个缺口。321.3第4章 内存内存的结构认识内存6.SPD芯片SPD是内存模组上面的一个可擦写的ROM，里面记录了该内存的许多重要信息，诸如内存的芯片及模组厂商、工作频率、工作电压、速度、容量、电压与行、列地址带宽等参数。SPD信息一般都是在出厂前，由内存模组制造商根据内存芯片的实际性能写入到ROM芯片中。从某种意义上来说，SPD芯片是识别内存品牌的一个重要标志。如果SPD内的参数值设置得不合理，
31、不但不能起到优化内存的作用，反而还会引起系统工作不稳定，甚至死机。因此，很多普通内存或兼容内存厂商为了避免兼容性问题，一般都将SPD中的内存工作参数设置得较为保守，从而限制了内存性能的充分发挥。331.3第4章 内存内存的结构认识内存7.电容内存条上的电容采用贴片式电容。电容的作用是滤除高频干扰，提高内存条的稳定性。8.电阻内存条上的电阻采用贴片式电阻。因为在数据传输的过程中要对不同的信号进行阻抗匹配和信号衰减，所以许多地方都要用到电阻。在内存条的PCB设计中，使用不同阻值的电阻往往会对内存条的稳定性产生很大影响。9.标签内存条上一般贴有一张标签，上面印有厂商名称、容量、内存类型、生产日期等内
32、容，其中还可能有运行频率、时序、电压和一些厂商的特殊标识。内存标签是了解内存性能参数的重要依据。内存条的上的标签如图4-9所示。341.3第4章 内存内存的结构认识内存351.3图4-9 内存条上的标签例如金士顿内存标签中有一串字符序列：KVR1333D3N9/8G，其含义如下。（1）KVR表示Kingston Value RAM内存，指符合一般业界标准的内存，KHR表示Kingston HyperX RAM内存，指专为玩家设计的高效能DDR3内存，能提供更高的频率，同时加装铝制散热片增强散热。（2）1333表示内存的工作频率为1333MHz。第4章 内存内存的结构认识内存361.3（3）D3
33、表示内存类型为DDR3。若为D4则表示内存类型为DDR4。（4）N表示该内存没有ECC校验功能，若为E则表示该内存有ECC校验功能。（5）9表示内存的CL延迟时间为9个时钟周期。（6）8G表示内存的容量为8G。第4章 内存内存封装工艺认识内存用户使用的每一条内存，其实是由数量庞大的集成电路组合而成，只不过这些电路，都是需要最后打包完成，这类将集成电路打包的技术就是所谓的封装技术。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁，即芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上
34、的导线与其他器件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。内存封装是将内存芯片包裹起来，以避免芯片与外界接触，防止外界对芯片的损害。空气中的杂质和不良气体，乃至水蒸气都会腐蚀芯片上的精密电路，进而造成电学性能下降。不同的封装技术在制造工序和工艺方面差异很大，封装后对内存芯片自身性能的发挥也起到至关重要的作用。371.4第4章 内存内存封装工艺认识内存随着光电、微电制造工艺技术的飞速发展，电子产品始终在朝着更小、更轻、更便宜的方向发展，因此芯片元件的封装形式也不断得到改进。芯片的封装技术已经历了几代的变革，性能日益先进，芯片面积与封装面积之比越来越接近，适用频率越来越
35、高，耐温性能越来越好，以及引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便。目前内存的封装方式主要有TSOP、BGA和CSP等。1.TSOP到了上个世纪80年代，内存第二代的封装技术TSOP出现，得到了业界广泛的认可，仍旧是内存封装的主流技术。TSOP是“Thin Small Outline Package”的缩写，意思是薄型小尺寸封装。TSOP内存是在芯片的周围做出引脚，采用SMT技术（表面安装技术）直接附着在PCB板的表面。TSOP封装外形尺寸时，寄生参数（电流大幅度变化时，引起输出电压扰动）减小，适合高频应用，操作比较方便，可靠性也比较高。同时TSOP封装具有成品率高，价格便
36、宜等优点，因此得到了极为广泛的应用。381.4第4章 内存内存封装工艺认识内存TSOP封装方式中，内存芯片是通过芯片引脚焊接在PCB板上的，焊点和PCB板的接触面积较小，使得芯片向PCB板传热就相对困难。而且TSOP封装方式的内存在超过150MHz后，会产生较大的信号干扰和电磁干扰。 采用TSOP的内存芯片如图4-10所示。391.4图4-10 采用TSOP的内存芯片第4章 内存内存封装工艺认识内存2.BGA20世纪90年代随着技术的进步，芯片集成度不断提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。为了满足发展的需要，BGA封装开始被应用于生产。BGA是英文Bal
37、l Grid Array Package的缩写，即球栅阵列封装。采用BGA技术封装的内存，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，BGA与TSOP相比，具有更小的体积，更好的散热性能和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下，体积只有TSOP封装的三分之一。另外，与传统TSOP封装方式相比，BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。401.4第4章 内存内存封装工艺认识内存BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率
38、。虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。厚度和重量都较以前的封装技术有所减少，寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高。组装可用共面焊接，可靠性高。DDR2标准规定所有DDR2内存均采用BGA的改进型细间距球栅阵列（FBGA）的封装形式，如图4-11所示。411.4图4-11 采用FBGA封装的内存芯片第4章 内存内存封装工艺认识内存3.CSPCSP（Chip Scale Package），是芯片级封装的意思。CSP封装最新一代的内存芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14，已经相当接近1:1的理
39、想情况，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA的1/3，仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。CSP封装内存不但体积小，同时也更薄，其金属基板到散热体的最有效散热路径仅有0.2毫米，大大提高了内存芯片在长时间运行后的可靠性，线路阻抗显著减小，芯片速度也随之得到大幅度提高。421.4第4章 内存内存封装工艺认识内存CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效地缩短了信号的传导距离，其衰减随之减少，芯片的抗干扰、抗噪性能也能得到大幅提升，这也使得CSP的存取时间比BGA改善15%20%。在CSP的封装方式中，内存颗粒是通过一个个锡球焊接
40、在PCB板上，由于焊点和PCB板的接触面积较大，所以内存芯片在运行中所产生的热量可以很容易地传导到PCB板上并散发出去。CSP封装可以从背面散热，且热效率良好。目前该封装方式主要用于高频DDR内存，如图4-12所示。431.4图4-12 采用CSP封装的内存芯片第4章 内存内存的性能指标内存对计算机的整体性能影响很大，几乎所有任务的执行效率都会受到内存性能的影响。因此要想更加深入地了解内存，就必须掌握内存的各项性能指标。内存的主要性能指标包括内存容量、工作频率、内存带宽、延迟时间、工作电压、内存的检验等。1.内存容量内容容量是评判内存性能的基本指标之一，其容量越大，内存可一次性加载的数据量也就
41、越多，从而有效减少CPU从外部存储器调取数据的次数，提高CPU的工作效率和计算机的整体性能。目前，内存的常用容量单位已经成为GB，常见内存的容量也都达到了4GB或8GB。大容量内存能否发挥作用还得看操作了系统，如32位Windows操作系统最大支持内存不超过4GB，所以配置4GB以上内存实际上根本不起作用。另外，同样容量的内存，双通道内存性能优于单通道内存，如单条16GB内存性能不如两条8GB双通道内存。442第4章 内存内存的性能指标2.工作频率工作频率是指内存的数据传输频率，单位是MHz,频率越高，传输越快。DDR4内存工作频率有2133MHz、2400MHz、2666MHz、2800MH
42、z等。需要注意的是，内存工作实际频率由主板决定。3.内存带宽内存带宽是指内存的数据传输速率，也就是内存1s内传输的数据量，它是衡量内存性能的重要标准。内存带宽与内存频率密切相关，可以下式计算。内存带宽=工作频率内存数据总线位数8452第4章 内存内存的性能指标4.延迟时间内存延迟表示系统进入数据存取操作就绪状态前等待内存响应的时间，它通常用4个连着的阿拉伯数字来表示，例如“3-4-4-8”，一般而言四个数中越往后值越大，这4个数字越小，表示内存性能越好。由于没有比2-2-2-5更低的延迟，因此国际内存标准组织认为以现在的动态内存技术还无法实现0或者1的延迟。但也并非延迟越小内存性能越高，因为C
43、L-TRCD-TRP-TRAS这四个数值是配合使用的，相互影响的程度非常大，并且也不是数值最大时其性能也最差，那么更加合理的配比参数很重要。第一个数字最为重要，表示内存在收到数据读取指令到输出第一个数据之间的延迟（CAS Latency）。即CL值，单位是时钟周期，这是纵向地址脉冲的反应时间。第二个数字表示内存行地址到列地址的延迟时间（RAS to CAS Delay），即TRCD。这个参数对系统性能的影响并不大，因为程序存储数据到内存中是一个持续的过程，同一个程序中一般都会在同一行中寻址，这种情况下就不存在行寻址到列寻址的延迟了。第三个数字表示从内存行地址控制器预充电时间（RAS Prech
44、arge），即TRP。指内存从结束一个行访问到重新开始的间隔时间。第四个数字表示内存行地址控制器激活时间Act-to-Precharge Precharge Delay（TRAS）。462第4章 内存内存的性能指标5.工作电压内存电压指内存正常工作所需要的电压值。不同类型的内存电压也不同，但各自均有自己的规格，超出其规格，容易造成内存损坏。SDRAM内存一般工作电压都在3.3V左右，上下浮动额度不超过0.3V。DDR SDRAM内存一般工作电压都在2.5V左右，上下浮动额度不超过0.2伏。DDR2 SDRAM内存的工作电压一般在1.8V左右，DDR3 SDRAM内存的工作电压一般在1.5V左右
45、，DDR4 SDRAM内存的工作电压一般在1.2V左右，而DDR5 SDRAM内存的工作电压有望降至1.1V或者更低。内存的电压越来越低，功耗也就越来越小。472第4章 内存内存的性能指标6.内存的校验内存是一种电子元件，在工作过程中难免会出现错误。对于一般用户来说，内存错误不会引起较大的问题，但是对于那些稳定性要求很高的用户来说，内存错误可能会导致严重的后果。因此，建议这些用户使用带校验的内存条。ECC校验是一种内存纠错原理，它是比较先进的内存错误检查和更正的手段。ECC内存即纠错内存，简单的说，其具有发现错误，纠正错误的功能，一般多应用在高档台式电脑/服务器及图形工作站上，这将使整个电脑系
46、统在工作时更趋于安全稳定。为了能检测和纠正内存软错误，在ECC技术出现之前，首先出现的是内存“奇偶校验”。内存中最小的单位是比特，也称为“位（bit）”，位有只有两种状态分别以1和0来标示，每8个连续的比特叫做一个字节（byte）。不带奇偶校验的内存每个字节只有8位，如果其某一位存储了错误的值，就会导致其存储的相应数据发生变化，进而导致应用程序发生错误。而奇偶校验就是在每一字节（8位）之外又增加了一位作为错误检测位。当CPU读取存储的数据时，它会再次把前8位中存储的数据相加，计算结果是否与校验位相一致。从而一定程度上能检测出内存错误，奇偶校验只能检测出错误而无法对其进行修正，同时虽然双位同时发
47、生错误的概率相当低，奇偶校验却无法检测出双位错误。482第4章 内存双通道内存技术内存技术随着高端处理器的推出，处理器对内存系统的带宽要求越来越高，内存带宽成为系统越来越大的瓶颈。内存厂商只要提高内存的运行频率，就可以增加带宽，但是由于受到晶体管本身的特性和制造技术的制约，内存频率不可能无限制地提升，所以在全新的内存研发出来之前，双通道内存技术就成了一种可以有效地提高内存带宽的技术。双通道内存技术其实是一种内存控制和管理技术，它依赖于芯片组的内存控制器发生作用，在理论上能够使两条同等规格内存所提供的带宽增长一倍，从而适应新的微处理器的数据传输、处理的需要。双通道早就被应用于服务器和工作站系统中
48、了，只是为了解决台式机日益窘迫的内存带宽瓶颈问题它才走到了台式机主板技术的前台。双通道DDR有两个64bit内存控制器，双64bit内存体系所提供的带宽等同于一个128bit内存体系所提供的带宽。493.1第4章 内存双通道内存技术内存技术双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能内存控制器，两个内存控制器都能够并行运作。例如，当控制器B准备进行下一次存取内存的时候，控制器A就在读/写主内存，反之亦然。两个内存控制器的这种互补天性可以让有效等待时间缩减50%，因此双通道技术使内存的带宽翻了一翻。它的技术核心在于：芯片组（北桥）可以在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数据，RAM可以达到128
49、bit的带宽。双通道内存条的安装有一定的要求。对于支持双通道内存的主板，一般有4个DIMM插槽，每两个一组，每组有两种颜色的插槽，代表一内存通道。要实现双通道必须成对地配备内存，即只需将两条完全一样的内存条插入同一颜色的内存条插槽中。503.1第4章 内存内存新技术内存技术513.2计算性能正在以数据访问技术无法比拟的速度增长。DRAM非常适合内存处理，但容量也有限，且本质是易失的。SSD可以扩展到大规模部署，每GB的成本要低得多，他们只是没有实时事务操作的性能。DRAM的容量不足以解决当今的实时数据分析问题，而传统存储的速度并不足够快，于是内存的新技术将朝着以下几个方向发展。1.纳米随机存储
50、器（NRAM）纳米随机存储器是Nantero公司的一种非易失性存储器技术，其原理主要是在一个片状基层上分布碳纳米管。具有DRAM级的性能和惊人的数据保留能力，与DDR协议的兼容性意味着用户可能会看到配备NRAM的DIMM能够插入内存插槽。第4章 内存内存新技术内存技术523.22.相变存储器（PCM）相变存储器通常是利用硫族化合物在晶态和非晶态巨大的导电性差异来存储数据的一种信息存储装置。与当今的NAND闪存类似，相变存储器是非易失性的，具有更好的写入性能，出色的耐久性和更低的功耗的潜力。3.铁电存储器（FRAM）铁电存储器是一种特殊工艺的非易失性的存储器。是采用人工合成的铅锆钛（PZT）材料