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電腦內存的發展歷史

發布時間:2021-03-07 05:50:02

1. 計算機內存的發展史,和一些相關資料

作為PC不可缺少的重要核心部件——內存,它伴隨著DIY硬體走過了多年歷程。從286時代的30pin SIMM內存、486時代的72pin SIMM 內存,到Pentium時代的EDO DRAM內存、PII時代的SDRAM內存,到P4時代的DDR內存和目前9X5平台的DDR2內存。內存從規格、技術、匯流排帶寬等不斷更新換代。不過我們有理由相信,內存的更新換代可謂萬變不離其宗,其目的在於提高內存的帶寬,以滿足CPU不斷攀升的帶寬要求、避免成為高速CPU運算的瓶頸。那麼,內存在PC領域有著怎樣的精彩人生呢?下面讓我們一起來了解內存發展的歷史吧。

一、歷史起源——內存條概念

如果你細心的觀察,顯存(或緩存)在目前的DIY硬體上都很容易看到,顯卡顯存、硬碟或光碟機的緩存大小直接影響到設備的性能,而寄存器也許是最能代表PC硬體設備離不開RAM的,的確如此,如果沒有內存,那麼PC將無法運轉,所以內存自然成為DIY用戶討論的重點話題。

在剛剛開始的時候,PC上所使用的內存是一塊塊的IC,要讓它能為PC服務,就必須將其焊接到主板上,但這也給後期維護帶來的問題,因為一旦某一塊內存IC壞了,就必須焊下來才能更換,由於焊接上去的IC不容易取下來,同時加上用戶也不具備焊接知識(焊接需要掌握焊接技術,同時風險性也大),這似乎維修起來太麻煩。

因此,PC設計人員推出了模塊化的條裝內存,每一條上集成了多塊內存IC,同時在主板上也設計相應的內存插槽,這樣內存條就方便隨意安裝與拆卸了(如圖1),內存的維修、升級都變得非常簡單,這就是內存「條」的來源。
小帖士:內存(Random Access Memory,RAM)的主要功能是暫存數據及指令。我們可以同時寫數據到RAM 內存,也可以從RAM 讀取數據。由於內存歷來都是系統中最大的性能瓶頸之一,因此從某種角度而言,內存技術的改進甚至比CPU 以及其它技術更為令人激動。
……………………

以上未完部分,我不轉貼了,在下面的網址,我個人認為是非常全面的了:
http://www.incpc.net/Html/histroy/20060907817.html

2. 誰能告訴我內存條的發展史!拜託!

作為PC不可缺少的重要核心部件——內存,它伴隨著DIY硬體走過了多年歷程。從286時代的30pin SIMM內存、486時代的72pin SIMM 內存,到Pentium時代的EDO DRAM內存、PII時代的SDRAM內存,到P4時代的DDR內存和目前9X5平台的DDR2內存。內存從規格、技術、匯流排帶寬等不斷更新換代。不過我們有理由相信,內存的更新換代可謂萬變不離其宗,其目的在於提高內存的帶寬,以滿足CPU不斷攀升的帶寬要求、避免成為高速CPU運算的瓶頸。那麼,內存在PC領域有著怎樣的精彩人生呢?下面讓我們一起來了解內存發展的歷史吧。

一、歷史起源——內存條概念

如果你細心的觀察,顯存(或緩存)在目前的DIY硬體上都很容易看到,顯卡顯存、硬碟或光碟機的緩存大小直接影響到設備的性能,而寄存器也許是最能代表PC硬體設備離不開RAM的,的確如此,如果沒有內存,那麼PC將無法運轉,所以內存自然成為DIY用戶討論的重點話題。

在剛剛開始的時候,PC上所使用的內存是一塊塊的IC,要讓它能為PC服務,就必須將其焊接到主板上,但這也給後期維護帶來的問題,因為一旦某一塊內存IC壞了,就必須焊下來才能更換,由於焊接上去的IC不容易取下來,同時加上用戶也不具備焊接知識(焊接需要掌握焊接技術,同時風險性也大),這似乎維修起來太麻煩。

因此,PC設計人員推出了模塊化的條裝內存,每一條上集成了多塊內存IC,同時在主板上也設計相應的內存插槽,這樣內存條就方便隨意安裝與拆卸了(如圖1),內存的維修、升級都變得非常簡單,這就是內存「條」的來源。
小帖士:內存(Random Access Memory,RAM)的主要功能是暫存數據及指令。我們可以同時寫數據到RAM 內存,也可以從RAM 讀取數據。由於內存歷來都是系統中最大的性能瓶頸之一,因此從某種角度而言,內存技術的改進甚至比CPU 以及其它技術更為令人激動。
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以上未完部分,我不轉貼了,在下面的網址,我個人認為是非常全面的了:
http://www.incpc.net/Html/histroy/20060907817.html

給你一點參考吧,雖然我不支持寫論文從網上搬點東西來。

DOS操作系統最早設計時,PC機的硬體系統只支持1M位元組的定址空間,所以DOS只能管理最多1M位元組的連續內存空間。在這1M內存中,又只有640K被留給應用程序使用,它們被稱為常規內存或基本內存,其它384K被稱為高端內存,是留給視頻顯示和BIOS等使用的。在1982年,640K內存對微型計算機來說顯得綽綽有餘,人們甚至認為,640K的內存可以用來干任何事。現在看起來有些可笑,但在當時,情況確實如此。

現在的情況是,即使你的電腦裝有幾兆或幾十兆內存,但如果你使用DOS操作系統,那麼你也只有640K的內存可以直接使用,1M以上的內存要通過一些內存管理工具才能使用。值得慶幸的是,Windows 95已經不存在常規內存的限制了,你所有的內存,不管是8M還是128M,都可以被直接使用。

在DOS下,系統中存在以下四種內存:
常規內存(Conventional Memory);
高端內存(Upper Memory);
擴充內存(Expanded Memory);
擴展內存(Extended Memory)。

常規內存指的是0-640K的內存區。在DOS下,一般的應用程序只能使用系統的常規內存,因而都要受到640KB內存的限制。而且由於DOS本身和config.sys文件中的安裝的設備驅動程序和autoexec.bat文件中執行的內存駐留程序都要佔用一些常規內存,所以應用程序能使用的常規內存是不到640K的。有很多時候,我們都要想方設法地整理內存,好為一些「胃口」比較大的應用程序留出足夠的常規內存,這一點想必是許多DOS時代的電腦愛好者最熟悉不過的了。

高端內存是指位於常規內存之上的384K內存。程序一般不能使用這個內存區域,但是EMM386.exe可以激活高端內存的一部分,並且它允許用戶將某些設備驅動程序和用戶程序用Devicehigh或LH(即loadhigh)裝入高端內存。dos=high,umb也是把DOS的一部分裝到高端內存里。這里的umb是高端內存塊(Upper Memory Block)的縮寫。

擴充內存是一種早期的增加內存的標准,最多可擴充到32M。使用擴充內存必須在計算機中安裝專門的擴充內存板,而且還要安裝管理擴充內存板的管理程序。由於擴充內存是在擴展內存之前推出的,所以大多數程序都被設計成能使用擴充內存,而不能使用擴展內存。由於擴充內存使用起來比較麻煩,所以在擴展內存出現後不久就被淘汰了。

擴展內存只能用在80286或更高檔次的機器上,目前幾乎所有使用DOS的機器上超過1M的內存都是擴展內存。擴展內存同樣不能被DOS直接使用,DOS5.0以後提供了Himem.sys這個擴展內存管理程序,我們可以通過它來管理擴展內存。emm386.exe可以把擴展內存(XMS)模擬成擴充內存(EMS),以滿足一些要求使用擴充內存的程序。

最後再強調一下,不管擴充內存或擴展內存有多大,DOS的應用程序只能在常規內存下運行。有的程序可以通過DOS擴展器(比如DOS4GW.exe等程序)使CPU進入保護模式,從而直接訪問擴展內存;但是要注意,進入保護模式以後,計算機就脫離了DOS狀態。

在計算機的組成結構中,有一個很重要的部分,就是存儲器。存儲器是用來存儲程序和數據的部件,對於計算機來說,有了存儲器,才有記憶功能,才能保證正常工作。存儲器的種類很多,按其用途可分為主存儲器和輔助存儲器,主存儲器又稱內存儲器(簡稱內存).內存在電腦中起著舉足輕重的作用。內存一般採用半導體存儲單元,包括隨機存儲器(RAM),只讀存儲器(ROM),以及高速緩存(CACHE)。只不過因為RAM是其中最重要的存儲器。S(SYSNECRONOUS)DRAM 同步動態隨機存取存儲器:SDRAM為168腳,這是目前PENTIUM及以上機型使用的內存。SDRAM將CPU與RAM通過一個相同的時鍾鎖在一起,使CPU和RAM能夠共享一個時鍾周期,以相同的速度同步工作,每一個時鍾脈沖的上升沿便開始傳遞數據,速度比EDO內存提高50%。DDR(DOUBLE DATA RAGE)RAM :SDRAM的更新換代產品,他允許在時鍾脈沖的上升沿和下降沿傳輸數據,這樣不需要提高時鍾的頻率就能加倍提高SDRAM的速度。

●內存

內存就是存儲程序以及數據的地方,比如當我們在使用WPS處理文稿時,當你在鍵盤上敲入字元時,它就被存入內存中,當你選擇存檔時,內存中的數據才會被存入硬(磁)盤。在進一步理解它之前,還應認識一下它的物理概念。

●只讀存儲器(ROM)

ROM表示只讀存儲器(Read Only Memory),在製造ROM的時候,信息(數據或程序)就被存入並永久保存。這些信息只能讀出,一般不能寫入,即使機器掉電,這些數據也不會丟失。ROM一般用於存放計算機的基本程序和數據,如BIOS ROM。其物理外形一般是雙列直插式(DIP)的集成塊。

●隨機存儲器(RAM)

隨機存儲器(Random Access Memory)表示既可以從中讀取數據,也可以寫入數據。當機器電源關閉時,存於其中的數據就會丟失。我們通常購買或升級的內存條就是用作電腦的內存,內存條(SIMM)就是將RAM集成塊集中在一起的一小塊電路板,它插在計算機中的內存插槽上,以減少RAM集成塊佔用的空間。目前市場上常見的內存條有128M/條、256M/條、512M/條等。

●高速緩沖存儲器(Cache)

Cache也是我們經常遇到的概念,它位於CPU與內存之間,是一個讀寫速度比內存更快的存儲器。當CPU向內存中寫入或讀出數據時,這個數據也被存儲進高速緩沖存儲器中。當CPU再次需要這些數據時,CPU就從高速緩沖存儲器讀取數據,而不是訪問較慢的內存,當然,如需要的數據在Cache中沒有,CPU會再去讀取內存中的數據。

當你理解了上述概念後,也許你會問,內存就是內存,為什麼又會出現各種內存名詞,這到底又是怎麼回事呢?

在回答這個問題之前,我們再來看看下面這一段。

物理存儲器和地址空間

物理存儲器和存儲地址空間是兩個不同的概念。但是由於這兩者有十分密切的關系,而且兩者都用B、KB、MB、GB來度量其容量大小,因此容易產生認識上的混淆。初學者弄清這兩個不同的概念,有助於進一步認識內存儲器和用好內存儲器。

物理存儲器是指實際存在的具體存儲器晶元。如主板上裝插的內存條和裝載有系統的BIOS的ROM晶元,顯示卡上的顯示RAM晶元和裝載顯示BIOS的ROM晶元,以及各種適配卡上的RAM晶元和ROM晶元都是物理存儲器。

存儲地址空間是指對存儲器編碼(編碼地址)的范圍。所謂編碼就是對每一個物理存儲單元(一個位元組)分配一個號碼,通常叫作「編址」。分配一個號碼給一個存儲單元的目的是為了便於找到它,完成數據的讀寫,這就是所謂的「定址」(所以,有人也把地址空間稱為定址空間)。

地址空間的大小和物理存儲器的大小並不一定相等。舉個例子來說明這個問題:某層樓共有17個房間,其編號為801~817。這17個房間是物理的,而其地址空間採用了三位編碼,其范圍是800~899共100個地址,可見地址空間是大於實際房間數量的。

對於386以上檔次的微機,其地址匯流排為32位,因此地址空間可達232即4GB。但實際上我們所配置的物理存儲器通常只有1MB、2MB、4MB、8MB、16MB、32MB等,遠小於地址空間所允許的范圍。

好了,現在可以解釋為什麼會產生諸如:常規內存、保留內存、上位內存、高端內存、擴充內存和擴展內存等不同內存類型。

各種內存概念

這里需要明確的是,我們討論的不同內存的概念是建立在定址空間上的。

IBM推出的第一台PC機採用的CPU是8088晶元,它只有20根地址線,也就是說,它的地址空間是1MB。

PC機的設計師將1MB中的低端640KB用作RAM,供DOS及應用程序使用,高端的384KB則保留給ROM、視頻適配卡等系統使用。從此,這個界限便被確定了下來並且沿用至今。低端的640KB就被稱為常規內存即PC機的基本RAM區。保留內存中的低128KB是顯示緩沖區,高64KB是系統BIOS(基本輸入/輸出系統)空間,其餘192KB空間留用。從對應的物理存儲器來看,基本內存區只使用了512KB晶元,佔用0000至80000這512KB地址。顯示內存區雖有128KB空間,但對單色顯示器(MDA卡)只需4KB就足夠了,因此只安裝4KB的物理存儲器晶元,佔用了B0000至B10000這4KB的空間,如果使用彩色顯示器(CGA卡)需要安裝16KB的物理存儲器,佔用B8000至BC000這16KB的空間,可見實際使用的地址范圍都小於允許使用的地址空間。

在當時(1980年末至1981年初)這么「大」容量的內存對PC機使用者來說似乎已經足夠了,但是隨著程序的不斷增大,圖象和聲音的不斷豐富,以及能訪問更大內存空間的新型CPU相繼出現,最初的PC機和MS-DOS設計的局限性變得越來越明顯。

1.什麼是擴充內存?

EMS工作原理

到1984年,即286被普遍接受不久,人們越來越認識到640KB的限制已成為大型程序的障礙,這時,Intel和Lotus,這兩家硬、軟體的傑出代表,聯手制定了一個由硬體和軟體相結合的方案,此方法使所有PC機存取640KB以上RAM成為可能。而Microsoft剛推出Windows不久,對內存空間的要求也很高,因此它也及時加入了該行列。

在1985年初,Lotus、Intel和Microsoft三家共同定義了LIM-EMS,即擴充內存規范,通常稱EMS為擴充內存。當時,EMS需要一個安裝在I/O槽口的內存擴充卡和一個稱為EMS的擴充內存管理程序方可使用。但是I/O插槽的地址線只有24位(ISA匯流排),這對於386以上檔次的32位機是不能適應的。所以,現在已很少使用內存擴充卡。現在微機中的擴充內存通常是用軟體如DOS中的EMM386把擴展內存模擬或擴充內存來使用。所以,擴充內存和擴展內存的區別並不在於其物理存儲器的位置,而在於使用什麼方法來讀寫它。下面將作進一步介紹。

前面已經說過擴充存儲器也可以由擴展存儲器模擬轉換而成。EMS的原理和XMS不同,它採用了頁幀方式。頁幀是在1MB空間中指定一塊64KB空間(通常在保留內存區內,但其物理存儲器來自擴展存儲器),分為4頁,每頁16KB。EMS存儲器也按16KB分頁,每次可交換4頁內容,以此方式可訪問全部EMS存儲器。符合EMS的驅動程序很多,常用的有EMM386.EXE、QEMM、TurboEMS、386MAX等。DOS和Windows中都提供了EMM386.EXE。

2.什麼是擴展內存?

我們知道,286有24位地址線,它可定址16MB的地址空間,而386有32位地址線,它可定址高達4GB的地址空間,為了區別起見,我們把1MB以上的地址空間稱為擴展內存XMS(eXtend memory)。

在386以上檔次的微機中,有兩種存儲器工作方式,一種稱為實地址方式或實方式,另一種稱為保護方式。在實方式下,物理地址仍使用20位,所以最大定址空間為1MB,以便與8086兼容。保護方式採用32位物理地址,定址范圍可達4GB。DOS系統在實方式下工作,它管理的內存空間仍為1MB,因此它不能直接使用擴展存儲器。為此,Lotus、Intel、AST及Microsoft公司建立了MS-DOS下擴展內存的使用標准,即擴展內存規范XMS。我們常在Config.sys文件中看到的Himem.sys就是管理擴展內存的驅動程序。

擴展內存管理規范的出現遲於擴充內存管理規范。

3.什麼是高端內存區?

在實方式下,內存單元的地址可記為:

段地址:段內偏移

通常用十六進制寫為XXXX:XXXX。實際的物理地址由段地址左移4位再和段內偏移相加而成。若地址各位均為1時,即為FFFF:FFFF。其實際物理地址為:FFF0+FFFF=10FFEF,約為1088KB(少16位元組),這已超過1MB范圍進入擴展內存了。這個進入擴展內存的區域約為64KB,是1MB以上空間的第一個64KB。我們把它稱為高端內存區HMA(High Memory Area)。HMA的物理存儲器是由擴展存儲器取得的。因此要使用HMA,必須要有物理的擴展存儲器存在。此外HMA的建立和使用還需要XMS驅動程序HIMEM.SYS的支持,因此只有裝入了HIMEM.SYS之後才能使用HMA。

4.什麼是上位內存?

為了解釋上位內存的概念,我們還得回過頭看看保留內存區。保留內存區是指640KB~1024KB(共384KB)區域。這部分區域在PC誕生之初就明確是保留給系統使用的,用戶程序無法插足。但這部分空間並沒有充分使用,因此大家都想對剩餘的部分打主意,分一塊地址空間(注意:是地址空間,而不是物理存儲器)來使用。於是就得到了又一塊內存區域UMB。

UMB(Upper Memory Blocks)稱為上位內存或上位內存塊。它是由擠占保留內存中剩餘未用的空間而產生的,它的物理存儲器仍然取自物理的擴展存儲器,它的管理驅動程序是EMS驅動程序。

5.什麼是SHADOW(影子)內存?

對於細心的讀者,可能還會發現一個問題:即是對於裝有1MB或1MB以上物理存儲器的機器,其640KB~1024KB這部分物理存儲器如何使用的問題。由於這部分地址空間已分配為系統使用,所以不能再重復使用。為了利用這部分物理存儲器,在某些386系統中,提供了一個重定位功能,即把這部分物理存儲器的地址重定位為1024KB~1408KB。這樣,這部分物理存儲器就變成了擴展存儲器,當然可以使用了。但這種重定位功能在當今高檔機器中不再使用,而把這部分物理存儲器保留作為Shadow存儲器。Shadow存儲器可以占據的地址空間與對應的ROM是相同的。Shadow由RAM組成,其速度大大高於ROM。當把ROM中的內容(各種BIOS程序)裝入相同地址的Shadow RAM中,就可以從RAM中訪問BIOS,而不必再訪問ROM。這樣將大大提高系統性能。因此在設置CMOS參數時,應將相應的Shadow區設為允許使用(Enabled)。

6、什麼是奇/偶校驗?

奇/偶校驗(ECC)是數據傳送時採用的一種校正數據錯誤的一種方式,分為奇校驗和偶校驗兩種。

如果是採用奇校驗,在傳送每一個位元組的時候另外附加一位作為校驗位,當實際數據中「1」的個數為偶數的時候,這個校驗位就是「1」,否則這個校驗位就是「0」,這樣就可以保證傳送數據滿足奇校驗的要求。在接收方收到數據時,將按照奇校驗的要求檢測數據中「1」的個數,如果是奇數,表示傳送正確,否則表示傳送錯誤。

同理偶校驗的過程和奇校驗的過程一樣,只是檢測數據中「1」的個數為偶數。

總 結

經過上面分析,內存儲器的劃分可歸納如下:

●基本內存 占據0~640KB地址空間。

●保留內存 占據640KB~1024KB地址空間。分配給顯示緩沖存儲器、各適配卡上的ROM和系統ROM BIOS,剩餘空間可作上位內存UMB。UMB的物理存儲器取自物理擴展存儲器。此范圍的物理RAM可作為Shadow RAM使用。

●上位內存(UMB) 利用保留內存中未分配使用的地址空間建立,其物理存儲器由物理擴展存儲器取得。UMB由EMS管理,其大小可由EMS驅動程序設定。

●高端內存(HMA) 擴展內存中的第一個64KB區域(1024KB~1088KB)。由HIMEM.SYS建立和管理。

●XMS內存 符合XMS規范管理的擴展內存區。其驅動程序為HIMEM.SYS。

●EMS內存 符合EMS規范管理的擴充內存區。其驅動程序為EMM386.EXE等。

3. 內存發展史

轉:
內存發展史
Wikipedia,自由的網路全書

在了解內存的發展之前,我們應該先解釋一下幾個常用詞彙,這將有助於我們加強對內存的理解。RAM就是Random Access Memory(隨機存貯器)的縮寫。它又分成兩種Static RAM(靜態隨機存貯器)和Dynamic RAM(動態隨機存貯器)。

SRAM曾經是一種主要的內存,SRAM速度很快而且不用刷新就能保存數據不丟失。它以雙穩態電路形式存儲數據,結構復雜,內部需要使用更多的晶體管構成寄存器以保存數據,所以它採用的矽片面積相當大,製造成本也相當高,所以現在只能把SRAM用在比主內存小的多的高速緩存上。隨著 Intel將L2高速緩存整合入CPU(從Medocino開始)後,SRAM失去了最大應用需求來源,還好在行動電話從模擬轉向數字的發展趨勢中,終於為具有省電優勢的SRAM尋得了另一個需求成長的契機,再加上網路伺服器、路由器等的需求激勵,才使得SRAM市場勉強得以繼續成長。

DRAM,顧名思義即動態RAM。DRAM的結構比起SRAM來說要簡單的多,基本結構是一隻MOS管和一個電容構成。具有結構簡單、集成度高、功耗低、生產成本低等優點,適合製造大容量存儲器,所以現在我們用的內存大多是由DRAM構成的。所以下面主要介紹DRAM內存。在詳細說明DRAM存儲器前首先要說一下同步的概念,根據內存的訪問方式可分為兩種:同步內存和非同步內存。區分的標準是看它們能不能和系統時鍾同步。內存控制電路(在主板的晶元組中,一般在北橋晶元組中)發出行地址選擇信號(RAS)和列地址選擇信號(CAS)來指定哪一塊存儲體將被訪問。在SDRAM之前的 EDO內存就採用這種方式。讀取數據所用的時間用納秒錶示。當系統的速度逐漸增加,特別是當66MHz頻率成為匯流排標准時,EDO內存的速度就顯得很慢了,CPU總要等待內存的數據,嚴重影響了性能,內存成了一個很大的瓶頸。因此出現了同步系統時鍾頻率的SDRAM。

DRAM的分類 FP DRAM:又叫快頁內存,在386時代很流行。因為DRAM需要恆電流以保存信息,一旦斷電,信息即丟失。它的刷新頻率每秒鍾可達幾百次,但由於FP DRAM使用同一電路來存取數據,所以DRAM的存取時間有一定的時間間隔,這導致了它的存取速度並不是很快。另外,在DRAM中,由於存儲地址空間是按頁排列的,所以當訪問某一頁面時,切換到另一頁面會佔用CPU額外的時鍾周期。其介面多為72線的SIMM類型。 EDO DRAM:EDO RAM――Extended Date Out RAM——外擴充數據模式存儲器,EDO-RAM同FP DRAM相似,它取消了擴展數據輸出內存與傳輸內存兩個存儲周期之間的時間間隔,在把數據發送給CPU的同時去訪問下一個頁面,故而速度要比普通DRAM 快15~30%。工作電壓為一般為5V,其介面方式多為72線的SIMM類型,但也有168線的DIMM類型。EDO DRAM這種內存流行在486以及早期的奔騰電腦上。當前的標準是SDRAM(同步DRAM的縮寫),顧名思義,它是同步於系統時鍾頻率的。SDRAM內存訪問採用突發(burst)模式,它和原理是, SDRAM在現有的標准動態存儲器中加入同步控制邏輯(一個狀態機),利用一個單一的系統時鍾同步所有的地址數據和控制信號。使用SDRAM不但能提高系統表現,還能簡化設計、提供高速的數據傳輸。 在功能上,它類似常規的DRAM,也需時鍾進行刷新。 可以說, SDRAM是一種改善了結構的增強型DRAM。然而,SDRAM是如何利用它的同步特性而適應高速系統的需要的呢?我們知道,原先我們使用的動態存儲器技術都是建立在非同步控制基礎上的。系統在使用這些非同步動態存儲器時需插入一些等待狀態來適應非同步動態存儲器的本身需要,這時,指令的執行時間往往是由內存的速度、而非系統本身能夠達到的最高速率來決定。例如,當將連續數據存入CACHE時,一個速度為60ns的快頁內存需要40ns的頁循環時間;當系統速度運行在100MHz時(一個時鍾周期10ns),每執行一次數據存取,即需要等待4個時鍾周期!而使用SDRAM,由於其同步特性,則可避免這一時。 SDRAM結構的另一大特點是其支持DRAM的兩列地址同時打開。兩個打開的存儲體間的內存存取可以交叉進行,一般的如預置或激活列可以隱藏在存儲體存取過程中,即允許在一個存儲體讀或寫的同時,令一存儲體進行預置。按此進行,100MHz的無縫數據速率可在整個器件讀或寫中實現。因為SDRAM的速度約束著系統的時鍾速度,它的速度是由MHz或ns來計算的。 SDRAM的速度至少不能慢於系統的時鍾速度,SDRAM的訪問通常發生在四個連續的突發周期,第一個突發周期需要4個系統時鍾周期,第二到第四個突發周期只需要1個系統時鍾周期。用數字表示如下:4-1-1-1。順便提一下BEDO(Burst EDO)也就是突發EDO內存。實際上其原理和性能是和SDRAM差不多的,因為Intel的晶元組支持SDRAM,由於INTEL的市場領導地位幫助 SDRAM成為市場的標准。

DRAMR的兩種介面類型 DRAM主要有兩種介面類型,既早期的SIMM和現在的標准DIMM。SIMM是Single-In Line Memory Mole的簡寫,即單邊接觸內存模組,這是486及其較早的PC機中常用的內存的介面方式。在更早的PC機中(486以前),多採用30針的SIMM 介面,而在Pentium中,應用更多的則是72針的SIMM介面,或者是與DIMM介面類型並存。DIMM是Dual In-Line Memory Mole的簡寫,即雙邊接觸內存模組,也就是說這種類型介面內存的插板的兩邊都有數據介面觸片,這種介面模式的內存廣泛應用於現在的計算機中,通常為 84針,但由於是雙邊的,所以一共有84×2=168線接觸,故而人們經常把這種內存稱為168線內存,而把72線的SIMM類型內存模組直接稱為72線內存。DRAM內存通常為72線,EDO-RAM內存既有72線的,也有168線的,而SDRAM內存通常為168線的。

新的內存標准在新的世紀到來之時,也帶來了計算機硬體的重大改變。計算機的製造工藝發展到已經可以把微處理器(CPU)的時鍾頻率提高的一千兆的邊緣。相應的內存也必須跟得上處理器的速度才行。現在有兩個新的標准,DDR SDRAM內存和Rambus內存。它們之間的競爭將會成為PC內存市場競爭的核心。DDR SDRAM代表著一條內存逐漸演化的道路。Rambus則代表著計算機設計上的重大變革。從更遠一點的角度看。DDR SDRAM是一個開放的標准。然而Rambus則是一種專利。它們之間的勝利者將會對計算機製造業產生重大而深遠的影響。

RDRAM在工作頻率上有大幅度的提升,但這一結構的改變,涉及到包括晶元組、DRAM製造、封裝、測試甚至PCB及模組等的全面改變,可謂牽一發而動全身。未來高速DRAM結構的發展究竟如何?Intel重新整裝再發的820晶元組,是否真能如願以償地讓RDRAM登上主流寶座?

PC133 SDRAM:PC133 SDRAM基本上只是PC100 SDRAM的延伸,不論在DRAM製造、封裝、模組、連接器方面,都延續舊有規范,它們的生產設備相同,因此生產成本也幾乎與PC100 SDRAM相同。嚴格來說,兩者的差別僅在於相同製程技術下,所多的一道「篩選」程序,將速度可達133MHz的顆粒挑選出來而已。若配合可支持 133MHz外頻的晶元組,並提高CPU的前端匯流排頻率(Front Side Bus)到133MHz,便能將DRAM帶寬提高到1GB/sec以上,從而提高整體系統性能。

DDR-SDRAM:DDR SDRAM(Double Data Rate DRAM)或稱之為SDRAMⅡ,由於DDR在時鍾的上升及下降的邊緣都可以傳輸資料,從而使得實際帶寬增加兩倍,大幅提升了其性能/成本比。就實際功能比較來看,由PC133所衍生出的第二代PC266 DDR SRAM(133MHz時鍾×2倍數據傳輸=266MHz帶寬),不僅在InQuest最新測試報告中顯示其性能平均高出Rambus 24.4%,在Micron的測試中,其性能亦優於其他的高頻寬解決方案,充份顯示出DDR在性能上已足以和Rambus相抗衡的程度。

Direct Rambus-DRAM :Rambus DRAM設計與以往DRAM很大的不同之處在於,它的微控制器與一般內存控制器不同,使得晶元組必須重新設計以符合要求,此外,數據通道介面也與一般內存不同,Rambus以2條各8 bit寬(含ECC則為9 bit)的數據通道(channel)傳輸數據,雖然比SDRAM的64bit窄,但其時鍾頻率卻可高達400MHz,且在時鍾的上升和下降沿都能傳輸數據,因而能達到1.6GB/sec的尖峰帶寬。

各種DRAM規格之綜合比較數據帶寬:從數據帶寬來看,傳統PC100在時鍾頻率為100MHz的情況下,尖峰數據傳輸率可達到800MB/sec。若以先進0.25微米線程製造的 DRAM,大都可以「篩選」出時鍾頻率達到133MHz的PC133顆粒,可將尖峰數據傳輸率再次提高至1.06GB/sec,只要CPU及晶元組能配合,就可提高整體系統性能。此外,就DDR而言,由於其在時鍾上升和下降沿都能傳輸數據,所以在相同133MHz的時鍾頻率下,其尖峰數據傳輸將可大幅提高兩倍,達到2.1 GB/sec的水準,其性能甚至比現階段Rambus所能達到的1.6GB/sec更高。

傳輸模式:傳統SDRAM採用並列數據傳輸方式,Rambus則採取了比較特別的串列傳輸方式。在串列的傳輸方式之下,資料信號都是一進一出,可以把數據帶寬降為16bit,而且可大幅提高工作時鍾頻率(400MHz),但這也形成了模組在數據傳輸設計上的限制。也就是說,在串接的模式下,如果有其中一個模組損壞、或是形成斷路,便會使整個系統無法正常開機。因此,對採用Rambus內存模組的主機板而言,便必須將三組內存擴充插槽完全插滿,如果Rambus模組不足的話,只有安裝不含RDRAM顆粒的中繼模組(Continuity RIMM Mole;C-RIMM),純粹用來提供信號的串接工作,讓數據的傳輸暢通。

模組及PCB的設計:由於Rambus的工作頻率高達400MHz,所以不管是電路設計、線路布局、顆粒封裝及記憶模組的設計等,都和以往SDRAM大為不同。以模組設計而言,RDRAM所構成的記憶模組稱之為RIMM(Rambus In Memory Mole),目前的設計可採取4、6、8、12與16顆等不同數目的RDRAM顆粒來組成,雖然引腳數提高到了184隻,但整個模組的長度卻與原有 DIMM相當。

另外,在設計上,Rambus的每一個傳輸信道所能承載的晶元顆粒數目有限(最多32顆),從而造成RDRAM內存模組容量將有所限制。也就是說,如果已經安裝了一隻含16顆RDARM顆粒的RIMM模組時,若想要再擴充內存,最多隻能再安裝具有16顆RDARM的模組。另外,由於 RDARM在高頻下工作將產生高溫,所以RIMM模組在設計時必須加上一層散熱片,也增加了RIMM模組的成本。

顆粒的封裝:DRAM封裝技術從最早的DIP、SOJ提高到TSOP的形式。從現在主流SDRAM的模組來看,除了勝創科技首創的TinyBGA技術和樵風科技首創的BLP封裝模式外,絕大多數還是採用TSOP的封裝技術。

隨著DDR、RDRAM的陸續推出,將內存頻率提高到一個更高的水平上,TSOP封裝技術漸漸有些力不從心了,難以滿足DRAM設計上的要求。從Intel力推的RDRAM來看,採用了新一代的μBGA封裝形式,相信未來DDR等其他高速DRAM的封裝也會採取相同或不同的BGA封裝方式。

盡管RDRAM在時鍾頻率上有了突破性的進展,有效地提高了整個系統性能,但畢竟在實際使用上,其規格與現階段主流的SDRAM有很大的差異,不僅不兼容於現有系統晶元組而成了Intel一家獨攬的局面。甚至在DRAM模組的設計上,不僅使用了最新一代的BGA封裝方式,甚至在電路板的設計上,都採取用了8層板的嚴格標准,更不用說在測試設備上的龐大投資。使得大多數的DRAM及模組廠商不敢貿然跟進。

再說,由於Rambus是個專利標准,想生產RDRAM的廠商必須先取得Rambus公司的認證,並支付高額的專利費用。不僅加重了各DRAM廠商的成本負擔,而且它們擔心在制定未來新一代的內存標准時會失去原來掌握的規格控制能力。

由於RIMM模組的顆粒最多隻能為32顆,限制了Rambus應用,只能用在入門級伺服器和高級PC上。或許就PC133而言,在性能上無法和Rambus抗衡,但是一旦整合了DDR技術後,其數據帶寬可達到2.1GB/sec,不僅領先Rambus所能達到的1.6GB/sec標准,而且由於其開放的標准及在兼容性上遠比Rambus高的原故,估計將會對Rambus造成非常大的殺傷力。更何況台灣在威盛與AMD等聯盟的強力支持下,Intel是否能再象往日一般地呼風喚雨,也成了未知數。至少,在低價PC及網路PC方面,Rambus的市場將會很小。

結論:盡管Intel採取了種種不同的策略布局及對策,要想挽回Rambus的氣勢,但畢竟像Rambus這種具有突破性規格的產品,在先天上便存在有著諸多較難克服的問題。或許Intel可以藉由更改主機板的RIMM插槽方式、或是提出SDRAM與RDRAM共同存在的過渡性方案(S- RIMM、RIMM Riser)等方式來解決技術面上的問題。但一旦涉及規模量產成本的控制問題時,便不是Intel所能一家獨攬的,更何況在網路趨勢下的計算機應用將愈來愈趨於低價化,市場需求面是否對Rambus有興趣,則仍有待考驗。 在供給方面,從NEC獨創的VCM SDRAM規格(Virtual Channel Memory)、以及Samsung等DRAM大廠對Rambus支持態度已趨保守的情況來看,再加上相關封裝及測試等設備上的投資不足,估計年底之前, Rambus內存模組仍將缺乏與PC133甚至DDR的價格競爭力。

就長遠的眼光來看,Rambus架構或許可以成為主流,但應不再會是主導市場的絕對主流,而SDRAM架構(PC133、DDR)在低成本的優勢,以及廣泛的應用領域,應該會有非常不錯的表現。相信未來的DRAM市場,將會是多種結構並存的局面。

具最新消息,可望成為下一世代內存主力的Rambus DRAM因晶元組延遲推出,而氣勢稍挫的情況之下,由全球多家半導體與電腦大廠針對DDR SDRAM的標准化,而共同組成的AMII(Advanced Memory International Inc、)陣營,則決定積極促進比PC200、PC266速度提高10倍以上的PC1600與PC2100 DDR SDRAM規格的標准化,此舉使得Rambus DRAM與DDR SDRAM的內存主導權之爭,邁入新的局面。全球第二大微處理器製造商AMD,決定其Athlon處理器將採用PC266規格的DDR SDRAM,而且決定在今年年中之前,開發支持DDR SDRAM的晶元組,這使DDR SDRAM陣營深受鼓舞。全球內存業者極有可能將未來投資的重心,由Rambus DRAM轉向DDR SDRAM。

綜上所述,今年DDR SDRAM的發展勢頭要超過RAMBUS。而且DDR SDRAM的生產成本只有SDRAM的1.3倍,在生產成本上更具優勢。

未來除了DDR和RAMBUS外還有其他幾種有希望的內存產品,下面介紹其中的幾種: SLDRAM (SyncLink DRAM,同步鏈接內存):SLDRAM也許是在速度上最接近RDRAM的競爭者。SLDRAM是一種增強和擴展的SDRAM架構,它將當前的4體(Bank)結構擴展到16體,並增加了新介面和控制邏輯電路。SLDRAM像SDRAM一樣使用每個脈沖沿傳輸數據。
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4. 存儲器的發展史

存儲器設備發展

1.存儲器設備發展之汞延遲線

汞延遲線是基於汞在室溫時是液體,同時又是導體,每比特數據用機械波的波峰(1)和波谷(0)表示。機械波從汞柱的一端開始,一定厚度的熔融態金屬汞通過一振動膜片沿著縱向從一端傳到另一端,這樣就得名「汞延遲線」。在管的另一端,一感測器得到每一比特的信息,並反饋到起點。設想是汞獲取並延遲這些數據,這樣它們便能存儲了。這個過程是機械和電子的奇妙結合。缺點是由於環境條件的限制,這種存儲器方式會受各種環境因素影響而不精確。

1950年,世界上第一台具有存儲程序功能的計算機EDVAC由馮.諾依曼博士領導設計。它的主要特點是採用二進制,使用汞延遲線作存儲器,指令和程序可存入計算機中。

1951年3月,由ENIAC的主要設計者莫克利和埃克特設計的第一台通用自動計算機UNIVAC-I交付使用。它不僅能作科學計算,而且能作數據處理。

2.存儲器設備發展之磁帶

UNIVAC-I第一次採用磁帶機作外存儲器,首先用奇偶校驗方法和雙重運算線路來提高系統的可靠性,並最先進行了自動編程的試驗。

磁帶是所有存儲器設備發展中單位存儲信息成本最低、容量最大、標准化程度最高的常用存儲介質之一。它互換性好、易於保存,近年來,由於採用了具有高糾錯能力的編碼技術和即寫即讀的通道技術,大大提高了磁帶存儲的可靠性和讀寫速度。根據讀寫磁帶的工作原理可分為螺旋掃描技術、線性記錄(數據流)技術、DLT技術以及比較先進的LTO技術。

根據讀寫磁帶的工作原理,磁帶機可以分為六種規格。其中兩種採用螺旋掃描讀寫方式的是面向工作組級的DAT(4mm)磁帶機和面向部門級的8mm磁帶機,另外四種則是選用數據流存儲技術設計的設備,它們分別是採用單磁頭讀寫方式、磁帶寬度為1/4英寸、面向低端應用的Travan和DC系列,以及採用多磁頭讀寫方式、磁帶寬度均為1/2英寸、面向高端應用的DLT和IBM的3480/3490/3590系列等。

磁帶庫是基於磁帶的備份系統,它能夠提供同樣的基本自動備份和數據恢復功能,但同時具有更先進的技術特點。它的存儲容量可達到數百PB,可以實現連續備份、自動搜索磁帶,也可以在驅動管理軟體控制下實現智能恢復、實時監控和統計,整個數據存儲備份過程完全擺脫了人工干涉。

磁帶庫不僅數據存儲量大得多,而且在備份效率和人工佔用方面擁有無可比擬的優勢。在網路系統中,磁帶庫通過SAN(Storage Area Network,存儲區域網路)系統可形成網路存儲系統,為企業存儲提供有力保障,很容易完成遠程數據訪問、數據存儲備份或通過磁帶鏡像技術實現多磁帶庫備份,無疑是數據倉庫、ERP等大型網路應用的良好存儲設備。

3.存儲器設備發展之磁鼓

1953年,隨著存儲器設備發展,第一台磁鼓應用於IBM 701,它是作為內存儲器使用的。磁鼓是利用鋁鼓筒表面塗覆的磁性材料來存儲數據的。鼓筒旋轉速度很高,因此存取速度快。它採用飽和磁記錄,從固定式磁頭發展到浮動式磁頭,從採用磁膠發展到採用電鍍的連續磁介質。這些都為後來的磁碟存儲器打下了基礎。

磁鼓最大的缺點是利用率不高, 一個大圓柱體只有表面一層用於存儲,而磁碟的兩面都利用來存儲,顯然利用率要高得多。 因此,當磁碟出現後,磁鼓就被淘汰了。

4.存儲器設備發展之磁芯

美國物理學家王安1950年提出了利用磁性材料製造存儲器的思想。福雷斯特則將這一思想變成了現實。

為了實現磁芯存儲,福雷斯特需要一種物質,這種物質應該有一個非常明確的磁化閾值。他找到在新澤西生產電視機用鐵氧體變換器的一家公司的德國老陶瓷專家,利用熔化鐵礦和氧化物獲取了特定的磁性質。

對磁化有明確閾值是設計的關鍵。這種電線的網格和芯子織在電線網上,被人稱為芯子存儲,它的有關專利對發展計算機非常關鍵。這個方案可靠並且穩定。磁化相對來說是永久的,所以在系統的電源關閉後,存儲的數據仍然保留著。既然磁場能以電子的速度來閱讀,這使互動式計算有了可能。更進一步,因為是電線網格,存儲陣列的任何部分都能訪問,也就是說,不同的數據可以存儲在電線網的不同位置,並且閱讀所在位置的一束比特就能立即存取。這稱為隨機存取存儲器(RAM),在存儲器設備發展歷程中它是互動式計算的革新概念。福雷斯特把這些專利轉讓給麻省理工學院,學院每年靠這些專利收到1500萬~2000萬美元。

最先獲得這些專利許可證的是IBM,IBM最終獲得了在北美防衛軍事基地安裝「旋風」的商業合同。更重要的是,自20世紀50年代以來,所有大型和中型計算機也採用了這一系統。磁芯存儲從20世紀50年代、60年代,直至70年代初,一直是計算機主存的標准方式。

5.存儲器設備發展之磁碟

世界第一台硬碟存儲器是由IBM公司在1956年發明的,其型號為IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control)。這套系統的總容量只有5MB,共使用了50個直徑為24英寸的磁碟。1968年,IBM公司提出「溫徹斯特/Winchester」技術,其要點是將高速旋轉的磁碟、磁頭及其尋道機構等全部密封在一個無塵的封閉體中,形成一個頭盤組合件(HDA),與外界環境隔絕,避免了灰塵的污染,並採用小型化輕浮力的磁頭浮動塊,碟片表面塗潤滑劑,實行接觸起停,這是現代絕大多數硬碟的原型。1979年,IBM發明了薄膜磁頭,進一步減輕了磁頭重量,使更快的存取速度、更高的存儲密度成為可能。20世紀80年代末期,IBM公司又對存儲器設備發展作出一項重大貢獻,發明了MR(Magneto Resistive)磁阻磁頭,這種磁頭在讀取數據時對信號變化相當敏感,使得碟片的存儲密度比以往提高了數十倍。1991年,IBM生產的3.5英寸硬碟使用了MR磁頭,使硬碟的容量首次達到了1GB,從此,硬碟容量開始進入了GB數量級。IBM還發明了PRML(Partial Response Maximum Likelihood)的信號讀取技術,使信號檢測的靈敏度大幅度提高,從而可以大幅度提高記錄密度。

目前,硬碟的面密度已經達到每平方英寸100Gb以上,是容量、性價比最大的一種存儲設備。因而,在計算機的外存儲設備中,還沒有一種其他的存儲設備能夠在最近幾年中對其統治地位產生挑戰。硬碟不僅用於各種計算機和伺服器中,在磁碟陣列和各種網路存儲系統中,它也是基本的存儲單元。值得注意的是,近年來微硬碟的出現和快速發展為移動存儲提供了一種較為理想的存儲介質。在快閃記憶體晶元難以承擔的大容量移動存儲領域,微硬碟可大顯身手。目前尺寸為1英寸的硬碟,存儲容量已達4GB,10GB容量的1英寸硬碟不久也會面世。微硬碟廣泛應用於數碼相機、MP3設備和各種手持電子類設備。

另一種磁碟存儲設備是軟盤,從早期的8英寸軟盤、5.25英寸軟盤到3.5英寸軟盤,主要為數據交換和小容量備份之用。其中,3.5英寸1.44MB軟盤占據計算機的標准配置地位近20年之久,之後出現過24MB、100MB、200MB的高密度過渡性軟盤和軟碟機產品。然而,由於USB介面的快閃記憶體出現,軟盤作為數據交換和小容量備份的統治地位已經動搖,不久會退出存儲器設備發展歷史舞台。

6. 存儲器設備發展之光碟

光碟主要分為只讀型光碟和讀寫型光碟。只讀型指光碟上的內容是固定的,不能寫入、修改,只能讀取其中的內容。讀寫型則允許人們對光碟內容進行修改,可以抹去原來的內容,寫入新的內容。用於微型計算機的光碟主要有CD-ROM、CD-R/W和DVD-ROM等幾種。

上世紀60年代,荷蘭飛利浦公司的研究人員開始使用激光光束進行記錄和重放信息的研究。1972年,他們的研究獲得了成功,1978年投放市場。最初的產品就是大家所熟知的激光視盤(LD,Laser Vision Disc)系統。

從LD的誕生至計算機用的CD-ROM,經歷了三個階段,即LD-激光視盤、CD-DA激光唱盤、CD-ROM。下面簡單介紹這三個存儲器設備發展階段性的產品特點。

LD-激光視盤,就是通常所說的LCD,直徑較大,為12英寸,兩面都可以記錄信息,但是它記錄的信號是模擬信號。模擬信號的處理機制是指,模擬的電視圖像信號和模擬的聲音信號都要經過FM(Frequency Molation)頻率調制、線性疊加,然後進行限幅放大。限幅後的信號以0.5微米寬的凹坑長短來表示。

CD-DA激光唱盤 LD雖然取得了成功,但由於事先沒有制定統一的標准,使它的開發和製作一開始就陷入昂貴的資金投入中。1982年,由飛利浦公司和索尼公司制定了CD-DA激光唱盤的紅皮書(Red Book)標准。由此,一種新型的激光唱盤誕生了。CD-DA激光唱盤記錄音響的方法與LD系統不同,CD-DA激光唱盤系統首先把模擬的音響信號進行PCM(脈沖編碼調制)數字化處理,再經過EMF(8~14位調制)編碼之後記錄到盤上。數字記錄代替模擬記錄的好處是,對干擾和雜訊不敏感,由於盤本身的缺陷、劃傷或沾污而引起的錯誤可以校正。

CD-DA系統取得成功以後,使飛利浦公司和索尼公司很自然地想到利用CD-DA作為計算機的大容量只讀存儲器。但要把CD-DA作為計算機的存儲器,還必須解決兩個重要問題,即建立適合於計算機讀寫的盤的數據結構,以及CD-DA誤碼率必須從現有的10-9降低到10-12以下,由此就產生了CD-ROM的黃皮書(Yellow Book)標准。這個標準的核心思想是,盤上的數據以數據塊的形式來組織,每塊都要有地址,這樣一來,盤上的數據就能從幾百兆位元組的存儲空間上被迅速找到。為了降低誤碼率,採用增加一種錯誤檢測和錯誤校正的方案。錯誤檢測採用了循環冗餘檢測碼,即所謂CRC,錯誤校正採用里德-索洛蒙(Reed Solomon)碼。黃皮書確立了CD-ROM的物理結構,而為了使其能在計算機上完全兼容,後來又制定了CD-ROM的文件系統標准,即ISO 9660。

在上世紀80年代中期,光碟存儲器設備發展速度非常快,先後推出了WORM光碟、磁光碟(MO)、相變光碟(Phase Change Disk,PCD)等新品種。20世紀90年代,DVD-ROM、CD-R、CD-R/W等開始出現和普及,目前已成為計算機的標准存儲設備。

光碟技術進一步向高密度發展,藍光光碟是不久將推出的下一代高密度光碟。多層多階光碟和全息存儲光碟正在實驗室研究之中,可望在5年之內推向市場。

7.存儲器設備發展之納米存儲

納米是一種長度單位,符號為nm。1納米=1毫微米,約為10個原子的長度。假設一根頭發的直徑為0.05毫米,把它徑向平均剖成5萬根,每根的厚度即約為1納米。與納米存儲有關的主要進展有如下內容。

1998年,美國明尼蘇達大學和普林斯頓大學制備成功量子磁碟,這種磁碟是由磁性納米棒組成的納米陣列體系。一個量子磁碟相當於我們現在的10萬~100萬個磁碟,而能源消耗卻降低了1萬倍。

1988年,法國人首先發現了巨磁電阻效應,到1997年,採用巨磁電阻原理的納米結構器件已在美國問世,它在磁存儲、磁記憶和計算機讀寫磁頭等方面均有廣闊的應用前景。

2002年9月,美國威斯康星州大學的科研小組宣布,他們在室溫條件下通過操縱單個原子,研製出原子級的硅記憶材料,其存儲信息的密度是目前光碟的100萬倍。這是納米存儲材料技術研究的一大進展。該小組發表在《納米技術》雜志上的研究報告稱,新的記憶材料構建在硅材料表面上。研究人員首先使金元素在硅材料表面升華,形成精確的原子軌道;然後再使硅元素升華,使其按上述原子軌道進行排列;最後,藉助於掃瞄隧道顯微鏡的探針,從這些排列整齊的硅原子中間隔抽出硅原子,被抽空的部分代表「0」,餘下的硅原子則代表「1」,這就形成了相當於計算機晶體管功能的原子級記憶材料。整個試驗研究在室溫條件下進行。研究小組負責人赫姆薩爾教授說,在室溫條件下,一次操縱一批原子進行排列並不容易。更為重要的是,記憶材料中硅原子排列線內的間隔是一個原子大小。這保證了記憶材料的原子級水平。赫姆薩爾教授說,新的硅記憶材料與目前硅存儲材料存儲功能相同,而不同之處在於,前者為原子級體積,利用其製造的計算機存儲材料體積更小、密度更大。這可使未來計算機微型化,且存儲信息的功能更為強大。

以上就是本文向大家介紹的存儲器設備發展歷程的7個關鍵時期

5. 內存條的發展史!

內存發展史

在了解內存的發展之前,我們應該先解釋一下幾個常用詞彙,這將有助於我們加強對內存的理解。
RAM就是RandomAccessMemory(隨機存貯器)的縮寫。它又分成兩種StaticRAM(靜態隨機存貯器)和DynamicRAM(動態隨機存貯器)。
SRAM曾經是一種主要的內存,SRAM速度很快而且不用刷新就能保存數據不丟失。它以雙穩態電路形式存儲數據,結構復雜,內部需要使用更多的晶體管構成寄存器以保存數據,所以它採用的矽片面積相當大,製造成本也相當高,所以現在只能把SRAM用在比主內存小的多的高速緩存上。隨著Intel將L2高速緩存整合入CPU(從Medocino開始)後,SRAM失去了最大應用需求來源,還好在行動電話從模擬轉向數字的發展趨勢中,終於為具有省電優勢的SRAM尋得了另一個需求成長的契機,再加上網路伺服器、路由器等的需求激勵,才使得SRAM市場勉強得以繼續成長。

DRAM,顧名思義即動態RAM。DRAM的結構比起SRAM來說要簡單的多,基本結構是一隻MOS管和一個電容構成。具有結構簡單、集成度高、功耗低、生產成本低等優點,適合製造大容量存儲器,所以現在我們用的內存大多是由DRAM構成的。所以下面主要介紹DRAM內存。在詳細說明DRAM存儲器前首先要說一下同步的概念,根據內存的訪問方式可分為兩種:同步內存和非同步內存。區分的標準是看它們能不能和系統時鍾同步。內存控制電路(在主板的晶元組中,一般在北橋晶元組中)發出行地址選擇信號(RAS)和列地址選擇信號(CAS)來指定哪一塊存儲體將被訪問。在SDRAM之前的EDO內存就採用這種方式。讀取數據所用的時間用納秒錶示。當系統的速度逐漸增加,特別是當66MHz頻率成為匯流排標准時,EDO內存的速度就顯得很慢了,CPU總要等待內存的數據,嚴重影響了性能,內存成了一個很大的瓶頸。因此出現了同步系統時鍾頻率的SDRAM。DRAM的分類FPDRAM:又叫快頁內存,在386時代很流行。因為DRAM需要恆電流以保存信息,一旦斷電,信息即丟失。它的刷新頻率每秒鍾可達幾百次,但由於FPDRAM使用同一電路來存取數據,所以DRAM的存取時間有一定的時間間隔,這導致了它的存取速度並不是很快。另外,在DRAM中,由於存儲地址空間是按頁排列的,所以當訪問某一頁面時,切換到另一頁面會佔用CPU額外的時鍾周期。其介面多為72線的SIMM類型。EDODRAM:EDORAM――ExtendedDateOutRAM——外擴充數據模式存儲器,EDO-RAM同FPDRAM相似,它取消了擴展數據輸出內存與傳輸內存兩個存儲周期之間的時間間隔,在把數據發送給CPU的同時去訪問下一個頁面,故而速度要比普通DRAM快15~30%。工作電壓為一般為5V,其介面方式多為72線的SIMM類型,但也有168線的DIMM類型。EDODRAM這種內存流行在486以及早期的奔騰電腦上。當前的標準是SDRAM(同步DRAM的縮寫),顧名思義,它是同步於系統時鍾頻率的。SDRAM內存訪問採用突發(burst)模式,它和原理是,SDRAM在現有的標准動態存儲器中加入同步控制邏輯(一個狀態機),利用一個單一的系統時鍾同步所有的地址數據和控制信號。使用SDRAM不但能提高系統表現,還能簡化設計、提供高速的數據傳輸。在功能上,它類似常規的DRAM,也需時鍾進行刷新。可以說,SDRAM是一種改善了結構的增強型DRAM。然而,SDRAM是如何利用它的同步特性而適應高速系統的需要的呢?我們知道,原先我們使用的動態存儲器技術都是建立在非同步控制基礎上的。系統在使用這些非同步動態存儲器時需插入一些等待狀態來適應非同步動態存儲器的本身需要,這時,指令的執行時間往往是由內存的速度、而非系統本身能夠達到的最高速率來決定。例如,當將連續數據存入CACHE時,一個速度為60ns的快頁內存需要40ns的頁循環時間;當系統速度運行在100MHz時(一個時鍾周期10ns),每執行一次數據存取,即需要等待4個時鍾周期!而使用SDRAM,由於其同步特性,則可避免這一時。SDRAM結構的另一大特點是其支持DRAM的兩列地址同時打開。兩個打開的存儲體間的內存存取可以交叉進行,一般的如預置或激活列可以隱藏在存儲體存取過程中,即允許在一個存儲體讀或寫的同時,令一存儲體進行預置。按此進行,100MHz的無縫數據速率可在整個器件讀或寫中實現。因為SDRAM的速度約束著系統的時鍾速度,它的速度是由MHz或ns來計算的。SDRAM的速度至少不能慢於系統的時鍾速度,SDRAM的訪問通常發生在四個連續的突發周期,第一個突發周期需要4個系統時鍾周期,第二到第四個突發周期只需要1個系統時鍾周期。用數字表示如下:4-1-1-1。順便提一下BEDO(BurstEDO)也就是突發EDO內存。實際上其原理和性能是和SDRAM差不多的,因為Intel的晶元組支持SDRAM,由於INTEL的市場領導地位幫助SDRAM成為市場的標准。

DRAMR的兩種介面類型DRAM主要有兩種介面類型,既早期的SIMM和現在的標准DIMM。SIMM是Single-InLineMemoryMole的簡寫,即單邊接觸內存模組,這是486及其較早的PC機中常用的內存的介面方式。在更早的PC機中(486以前),多採用30針的SIMM介面,而在Pentium中,應用更多的則是72針的SIMM介面,或者是與DIMM介面類型並存。DIMM是DualIn-LineMemoryMole的簡寫,即雙邊接觸內存模組,也就是說這種類型介面內存的插板的兩邊都有數據介面觸片,這種介面模式的內存廣泛應用於現在的計算機中,通常為84針,但由於是雙邊的,所以一共有84×2=168線接觸,故而人們經常把這種內存稱為168線內存,而把72線的SIMM類型內存模組直接稱為72線內存。DRAM內存通常為72線,EDO-RAM內存既有72線的,也有168線的,而SDRAM內存通常為168線的。新的內存標准在新的世紀到來之時,也帶來了計算機硬體的重大改變。計算機的製造工藝發展到已經可以把微處理器(CPU)的時鍾頻率提高的一千兆的邊緣。相應的內存也必須跟得上處理器的速度才行。現在有兩個新的標准,DDRSDRAM內存和Rambus內存。它們之間的競爭將會成為PC內存市場競爭的核心。DDRSDRAM代表著一條內存逐漸演化的道路。Rambus則代表著計算機設計上的重大變革。從更遠一點的角度看。DDRSDRAM是一個開放的標准。然而Rambus則是一種專利。它們之間的勝利者將會對計算機製造業產生重大而深遠的影響。

RDRAM在工作頻率上有大幅度的提升,但這一結構的改變,涉及到包括晶元組、DRAM製造、封裝、測試甚至PCB及模組等的全面改變,可謂牽一發而動全身。未來高速DRAM結構的發展究竟如何?

Intel重新整裝再發的820晶元組,是否真能如願以償地讓RDRAM登上主流寶座?PC133SDRAM:PC133SDRAM基本上只是PC100SDRAM的延伸,不論在DRAM製造、封裝、模組、連接器方面,都延續舊有規范,它們的生產設備相同,因此生產成本也幾乎與PC100SDRAM相同。嚴格來說,兩者的差別僅在於相同製程技術下,所多的一道「篩選」程序,將速度可達133MHz的顆粒挑選出來而已。若配合可支持133MHz外頻的晶元組,並提高CPU的前端匯流排頻率(FrontSideBus)到133MHz,便能將DRAM帶寬提高到1GB/sec以上,從而提高整體系統性能。DDR-SDRAM:DDRSDRAM(DoubleDataRateDRAM)或稱之為SDRAMⅡ,由於DDR在時鍾的上升及下降的邊緣都可以傳輸資料,從而使得實際帶寬增加兩倍,大幅提升了其性能/成本比。就實際功能比較來看,由PC133所衍生出的第二代PC266DDRSRAM(133MHz時鍾×2倍數據傳輸=266MHz帶寬),不僅在InQuest最新測試報告中顯示其性能平均高出Rambus24.4%,在Micron的測試中,其性能亦優於其他的高頻寬解決方案,充份顯示出DDR在性能上已足以和Rambus相抗衡的程度。DirectRambus-DRAM:RambusDRAM設計與以往DRAM很大的不同之處在於,它的微控制器與一般內存控制器不同,使得晶元組必須重新設計以符合要求,此外,數據通道介面也與一般內存不同,Rambus以2條各8bit寬(含ECC則為9bit)的數據通道(channel)傳輸數據,雖然比SDRAM的64bit窄,但其時鍾頻率卻可高達400MHz,且在時鍾的上升和下降沿都能傳輸數據,因而能達到1.6GB/sec的尖峰帶寬。

各種DRAM規格之綜合比較數據帶寬:從數據帶寬來看,傳統PC100在時鍾頻率為100MHz的情況下,尖峰數據傳輸率可達到800MB/sec。若以先進0.25微米線程製造的DRAM,大都可以「篩選」出時鍾頻率達到133MHz的PC133顆粒,可將尖峰數據傳輸率再次提高至1.06GB/sec,只要CPU及晶元組能配合,就可提高整體系統性能。此外,就DDR而言,由於其在時鍾上升和下降沿都能傳輸數據,所以在相同133MHz的時鍾頻率下,其尖峰數據傳輸將可大幅提高兩倍,達到2.1GB/sec的水準,其性能甚至比現階段Rambus所能達到的1.6GB/sec更高。
傳輸模式:傳統SDRAM採用並列數據傳輸方式,Rambus則採取了比較特別的串列傳輸方式。在串列的傳輸方式之下,資料信號都是一進一出,可以把數據帶寬降為16bit,而且可大幅提高工作時鍾頻率(400MHz),但這也形成了模組在數據傳輸設計上的限制。也就是說,在串接的模式下,如果有其中一個模組損壞、或是形成斷路,便會使整個系統無法正常開機。因此,對採用Rambus內存模組的主機板而言,便必須將三組內存擴充插槽完全插滿,如果Rambus模組不足的話,只有安裝不含RDRAM顆粒的中繼模組(ContinuityRIMMMole;C-RIMM),純粹用來提供信號的串接工作,讓數據的傳輸暢通。模組及PCB的設計:由於Rambus的工作頻率高達400MHz,所以不管是電路設計、線路布局、顆粒封裝及記憶模組的設計等,都和以往SDRAM大為不同。以模組設計而言,RDRAM所構成的記憶模組稱之為RIMM(RambusInMemoryMole),目前的設計可採取4、6、8、12與16顆等不同數目的RDRAM顆粒來組成,雖然引腳數提高到了184隻,但整個模組的長度卻與原有DIMM相當。另外,在設計上,Rambus的每一個傳輸信道所能承載的晶元顆粒數目有限(最多32顆),從而造成RDRAM內存模組容量將有所限制。也就是說,如果已經安裝了一隻含16顆RDARM顆粒的RIMM模組時,若想要再擴充內存,最多隻能再安裝具有16顆RDARM的模組。另外,由於RDARM在高頻下工作將產生高溫,所以RIMM模組在設計時必須加上一層散熱片,也增加了RIMM模組的成本。
顆粒的封裝:DRAM封裝技術從最早的DIP、SOJ提高到TSOP的形式。從現在主流SDRAM的模組來看,除了勝創科技首創的TinyBGA技術和樵風科技首創的BLP封裝模式外,絕大多數還是採用TSOP的封裝技術。
隨著DDR、RDRAM的陸續推出,將內存頻率提高到一個更高的水平上,TSOP封裝技術漸漸有些力不從心了,難以滿足DRAM設計上的要求。從Intel力推的RDRAM來看,採用了新一代的μBGA封裝形式,相信未來DDR等其他高速DRAM的封裝也會採取相同或不同的BGA封裝方式。盡管RDRAM在時鍾頻率上有了突破性的進展,有效地提高了整個系統性能,但畢竟在實際使用上,其規格與現階段主流的SDRAM有很大的差異,不僅不兼容於現有系統晶元組而成了Intel一家獨攬的局面。甚至在DRAM模組的設計上,不僅使用了最新一代的BGA封裝方式,甚至在電路板的設計上,都採取用了8層板的嚴格標准,更不用說在測試設備上的龐大投資。使得大多數的DRAM及模組廠商不敢貿然跟進。
再說,由於Rambus是個專利標准,想生產RDRAM的廠商必須先取得Rambus公司的認證,並支付高額的專利費用。不僅加重了各DRAM廠商的成本負擔,而且它們擔心在制定未來新一代的內存標准時會失去原來掌握的規格控制能力。
由於RIMM模組的顆粒最多隻能為32顆,限制了Rambus應用,只能用在入門級伺服器和高級PC上。或許就PC133而言,在性能上無法和Rambus抗衡,但是一旦整合了DDR技術後,其數據帶寬可達到2.1GB/sec,不僅領先Rambus所能達到的1.6GB/sec標准,而且由於其開放的標准及在兼容性上遠比Rambus高的原故,估計將會對Rambus造成非常大的殺傷力。更何況台灣在威盛與AMD等聯盟的強力支持下,Intel是否能再象往日一般地呼風喚雨,也成了未知數。至少,在低價PC及網路PC方面,Rambus的市場將會很小。

結論:盡管Intel採取了種種不同的策略布局及對策,要想挽回Rambus的氣勢,但畢竟像Rambus這種具有突破性規格的產品,在先天上便存在有著諸多較難克服的問題。或許Intel可以藉由更改主機板的RIMM插槽方式、或是提出SDRAM與RDRAM共同存在的過渡性方案(S-RIMM、RIMMRiser)等方式來解決技術面上的問題。但一旦涉及規模量產成本的控制問題時,便不是Intel所能一家獨攬的,更何況在網路趨勢下的計算機應用將愈來愈趨於低價化,市場需求面是否對Rambus有興趣,則仍有待考驗。 在供給方面,從NEC獨創的VCMSDRAM規格(VirtualChannelMemory)、以及Samsung等DRAM大廠對Rambus支持態度已趨保守的情況來看,再加上相關封裝及測試等設備上的投資不足,估計年底之前,Rambus內存模組仍將缺乏與PC133甚至DDR的價格競爭力。就長遠的眼光來看,Rambus架構或許可以成為主流,但應不再會是主導市場的絕對主流,而SDRAM架構(PC133、DDR)在低成本的優勢,以及廣泛的應用領域,應該會有非常不錯的表現。相信未來的DRAM市場,將會是多種結構並存的局面。

具最新消息,可望成為下一世代內存主力的RambusDRAM因晶元組延遲推出,而氣勢稍挫的情況之下,由全球多家半導體與電腦大廠針對DDRSDRAM的標准化,而共同組成的AMII(、)陣營,則決定積極促進比PC200、PC266速度提高10倍以上的PC1600與PC2100DDRSDRAM規格的標准化,此舉使得RambusDRAM與DDRSDRAM的內存主導權之爭,邁入新的局面。全球第二大微處理器製造商AMD,決定其Athlon處理器將採用PC266規格的DDRSDRAM,而且決定在今年年中之前,開發支持DDRSDRAM的晶元組,這使DDRSDRAM陣營深受鼓舞。全球內存業者極有可能將未來投資的重心,由RambusDRAM轉向DDRSDRAM。
綜上所述,今年DDRSDRAM的發展勢頭要超過RAMBUS。而且DDRSDRAM的生產成本只有SDRAM的1.3倍,在生產成本上更具優勢。未來除了DDR和RAMBUS外還有其他幾種有希望的內存產品,下面介紹其中的幾種:SLDRAM(SyncLinkDRAM,同步鏈接內存):SLDRAM也許是在速度上最接近RDRAM的競爭者。SLDRAM是一種增強和擴展的SDRAM架構,它將當前的4體(Bank)結構擴展到16體,並增加了新介面和控制邏輯電路
。SLDRAM像SDRAM一樣使用每個脈沖沿傳輸數據。
VirtualChannelDRAM:VirtualChannel「虛擬信道」是加裝在內存單元與主控晶元上的內存控制部分之間,相當於緩存的一類寄存器。使用VC技術後,當外部對內存進行讀寫操作時,將不再直接對內存晶元中的各個單元進行讀寫操作,而改由VC代理。VC本身所具有的緩存效果也不容小覷,當內存晶元容量為目前最常見的64Mbit時,VC與內存單元之間的帶寬已達1024bit。即便不考慮前/後台並列處理所帶來的速度提升,光是「先把數據從內存單元中移動到高速的VC中後再由外部進行讀寫」這一基本構造本身就很適於提高內存的整體速度。每塊內存晶元中都可以搭載復數的VC,64Mbit的產品中VC總數為16個。不但每個VC均可以分別對應不同的內存主控設備(MemoryMaster,此處指CPU、南橋晶元、各種擴展卡等等),而且在必要時,還可以把多個VC信道捆綁在一起以對應某個佔用帶寬特別大的內存主控設備。因此,在多任務同時執行的情況下,VC-SDRAM也能保證持續地進行高效率的數據傳輸。VC-SDRAM還有一個特點,就是保持了與傳統型SDRAM的管腳兼容,廠家不需要重新進行主板布線設計就能夠使主板支持它。不過由於它與傳統型SDRAM控制方式不同,因此還需要得到控制晶元組的支持方能使用,目前已支持VC-SDRAM的晶元組有VIA的ApolloPro133系列、ApolloMVP4和SiS的SiS630等。

6. 電腦的發展史

電腦的發展歷史
1.
電腦的英文名稱為 Computer,直譯的意思是計算機.
電腦由早期的機械式電腦發展到現在所使用的個人電腦,經過了一段相當長的時間,最早的計算機得追溯到西元 1942年由法國數學加巴斯卡所發明的巴斯卡機,這台機器是由許多的齒輪與杠桿所組成的.
一般我們對電腦世代的分類是以製造電腦所使用的元件不同來劃分,共分為四個世代:
第一代(西元1946年~西元1958年):使用真空管製造.
第二代(西元1959年~西元1964年):使用電晶體製造.

第三代(西元1965年~西元1970年):使用積體電路製造.

第四代(西元1970年~) :使用超大型積體電路製造.
第一代電腦:真空管時代:使用真空管為材料以打孔卡片作為外部儲存媒體以磁鼓作為內部儲存媒體程式語言為機器語言及組合語言
第二代電腦:電晶體時代使用電晶體為材料開始使用磁帶磁碟的發明以磁蕊作為內部儲存媒體硬體的模組化高階語言的出現
第三代電腦:積體電路的時代使用積體電路向上相容的概念作業系統的出現 軟體的快速發展 迷你電腦的出現
第四代電腦:超大型積體電路的時代微處理機的出現以半導體作為內部儲存媒體微電腦的流行套裝軟體的發展
資料轉載於:
http://mail.csjh.tpc.e.tw/a90/a90021/www/pcl.htm
2.
電腦的發展
1.
電子計算機的定義及特性
A
電子計算機(Electronic Digital Computer)
a.
簡稱計算機(Computer),俗稱電腦.
b.
包含了輸入,輸出,控制,記憶及運算邏輯等單元.
c.
計算機與計算器(Calculator)的差異
項目
計算器
計算機(電腦)
運算能力
簡單的數值運算
復雜的數值與非數值運算
儲存能力
沒有或很少
有很大的儲存空間
顯示能力
僅能在有限的小螢幕內顯示
可在高解析的螢幕畫面顯示
操作方式
人工逐一輸入
可內存程式,由電腦來自動產生結果
其他功能
沒有或很少
功能多且完整
B.
電腦的特性
a.
快:處理速度快.
b.
准:精準度及正確性高.
c.
大:儲存容量大.
d.
可減輕人力,降低作業成本.
e.
能提供資料保護之安全措施.
C.
電腦的限制
a.
只有正確的資料輸入,才有正確的結果輸出(GIGO).
b.
問題必須量化.
c.
計算機非萬能:人類必須提出解決方法,並將其程式化,電腦才能處理.
2.
電腦的發展史及趨勢
A.
美國社會學家杜佛勒,將人類社會的變遷形容成「波」:
第一波是農業革命,第二波是工業革命,第三波是資訊革命.

7. 電腦CPU和內存的發展

內存。硬碟。顯卡他都人們大多數知道的都是它的容量。 人們一般來說高級點的就是大一點的。 容量單位是
8bit(位) =1B(位元組)
1024B=1KB=2的10次方
1024KB(千位元組)=1MB(兆位元組)=2的20次方
1024MB=1GB=2的30次方
1024GB=1TB=2的40次方
他就這么來。 CPU不一樣 他生機是生計他的技術跟運算速度。 也就是它的HZ 跟二級緩存。三級緩存 。 還有它的核心類型。處理器頻倍。 至於雙核跟四核是它有幾個核心。 以後也會逐步發展的。 據說有可能會發展到64核的。 呵呵。。

8. 電腦發展歷史

第一代電子管計算機(1945-1956)
在第二次世界大戰中,美國政府尋求計算機以開發潛在的戰略價值。這促進了計算機的研究與發展。1944年霍華德.艾肯(1900-1973)研製出全電子計算器,為美國海軍繪制彈道圖。這台簡稱 Mark I 的機器有半個足球場大,內含500英里的電線,使用電磁信號來移動機械部件,速度很慢(3-5秒一次計算)並且適應性很差只用於專門領域,但是,它既可以執行基本算術運算也可以運算復雜的等式。
第二代晶體管計算機(1956-1963)
1948年,晶體管的發明大大促進了計算機的發展,晶體管代替了體積龐大電子管,電子設備的體積不斷減小。1956年,晶體管在計算機中使用,晶體管和磁芯存儲器導致了第二代計算機的產生。第二代計算機體積小、速度快、功耗低、性能更穩定。首先使用晶體管技術的是早期的超級計算機,主要用於原子科學的大量數據處理,這些機器價格昂貴,生產數量極少。
1960年,出現了一些成功地用在商業領域、大學和政府部門的第二代計算機。第二代計算機用晶體管代替電子管,還有現代計算機的一些部件:列印機、磁帶、磁碟、內存、操作系統等。計算機中存儲的程序使得計算機有很好的適應性,可以更有效地用於商業用途。在這一時期出現了更高級的COBOL(Common Business-Oriented Language)和FORTRAN(Formula Translator)等語言,以單詞、語句和數學公式代替了二進制機器碼,使計算機編程更容易。新的職業,如程序員、分析員和計算機系統專家,與整個軟體產業由此誕生。
第三代集成電路計算機(1964-1971)
雖然晶體管比起電子管是一個明顯的進步,但晶體管還是產生大量的熱量,這會損害計算機內部的敏感部分。1958年發明了集成電路(IC),將三種電子元件結合到一片小小的矽片上。科學家使更多的元件集成到單一的半導體晶元上。於是,計算機變得更小,功耗更低,速度更快。這一時期的發展還包括使用了操作系統,使得計算機在中心程序的控制協調下可以同時運行許多不同的程序。
1964年,美國IBM公司研製成功第一個採用集成電路的通用電子
計算機系列IBM360系統
第四代大規模集成電路計算機(1971-現在)
出現集成電路後,唯一的發展方向是擴大規模。大規模集成電路(LSI)可以在一個晶元上容納幾百個元件。到了80年代,超大規模集成電路(VLSI)在晶元上容納了幾十萬個元件,後來的ULSI將數字擴充到百萬級。可以在硬幣大小的晶元上容納如此數量的元件使得計算機的體積和價格不斷下降,而功能和可靠性不斷增強。基於「半導體」的發展,到了一九七二年,第一部真正的個人計算機誕生了。所使用的微處理器內包含了 2,300 個「晶體管」,可以一秒內執行 60,000 個指令,體積也縮小很多。而世界各國也隨著「半導體」及「晶體管」的發展去開拓計算機史上新的一頁。
70年代中期,計算機製造商開始將計算機帶給普通消費者,這時的小型機帶有軟體包,供非專業人員使用的程序和最受歡迎的字處理和電子表格程序。這一領域的先鋒有Commodore, Radio Shack和Apple Computers等。
1981年,IBM推出個人計算機(PC)用於家庭、辦公室和學校。80年代個人計算機的競爭使得價格不斷下跌,微機的擁有量不斷增加,計算機繼續縮小體積,從桌上到膝上到掌上。與IBM PC競爭的Apple Macintosh系列於1984年推出,Macintosh提供了友好的圖形界面,用戶可以用滑鼠方便地操作。

9. 誰知道內存的發展史

內存發展史

在了解內存的發展之前,我們應該先解釋一下幾個常用詞彙,這將有助於我們加強對內存的理解。
RAM就是RandomAccessMemory(隨機存貯器)的縮寫。它又分成兩種StaticRAM(靜態隨機存貯器)和DynamicRAM(動態隨機存貯器)。
SRAM曾經是一種主要的內存,SRAM速度很快而且不用刷新就能保存數據不丟失。它以雙穩態電路形式存儲數據,結構復雜,內部需要使用更多的晶體管構成寄存器以保存數據,所以它採用的矽片面積相當大,製造成本也相當高,所以現在只能把SRAM用在比主內存小的多的高速緩存上。隨著Intel將L2高速緩存整合入CPU(從Medocino開始)後,SRAM失去了最大應用需求來源,還好在行動電話從模擬轉向數字的發展趨勢中,終於為具有省電優勢的SRAM尋得了另一個需求成長的契機,再加上網路伺服器、路由器等的需求激勵,才使得SRAM市場勉強得以繼續成長。

DRAM,顧名思義即動態RAM。DRAM的結構比起SRAM來說要簡單的多,基本結構是一隻MOS管和一個電容構成。具有結構簡單、集成度高、功耗低、生產成本低等優點,適合製造大容量存儲器,所以現在我們用的內存大多是由DRAM構成的。所以下面主要介紹DRAM內存。在詳細說明DRAM存儲器前首先要說一下同步的概念,根據內存的訪問方式可分為兩種:同步內存和非同步內存。區分的標準是看它們能不能和系統時鍾同步。內存控制電路(在主板的晶元組中,一般在北橋晶元組中)發出行地址選擇信號(RAS)和列地址選擇信號(CAS)來指定哪一塊存儲體將被訪問。在SDRAM之前的EDO內存就採用這種方式。讀取數據所用的時間用納秒錶示。當系統的速度逐漸增加,特別是當66MHz頻率成為匯流排標准時,EDO內存的速度就顯得很慢了,CPU總要等待內存的數據,嚴重影響了性能,內存成了一個很大的瓶頸。因此出現了同步系統時鍾頻率的SDRAM。DRAM的分類FPDRAM:又叫快頁內存,在386時代很流行。因為DRAM需要恆電流以保存信息,一旦斷電,信息即丟失。它的刷新頻率每秒鍾可達幾百次,但由於FPDRAM使用同一電路來存取數據,所以DRAM的存取時間有一定的時間間隔,這導致了它的存取速度並不是很快。另外,在DRAM中,由於存儲地址空間是按頁排列的,所以當訪問某一頁面時,切換到另一頁面會佔用CPU額外的時鍾周期。其介面多為72線的SIMM類型。EDODRAM:EDORAM――ExtendedDateOutRAM——外擴充數據模式存儲器,EDO-RAM同FPDRAM相似,它取消了擴展數據輸出內存與傳輸內存兩個存儲周期之間的時間間隔,在把數據發送給CPU的同時去訪問下一個頁面,故而速度要比普通DRAM快15~30%。工作電壓為一般為5V,其介面方式多為72線的SIMM類型,但也有168線的DIMM類型。EDODRAM這種內存流行在486以及早期的奔騰電腦上。當前的標準是SDRAM(同步DRAM的縮寫),顧名思義,它是同步於系統時鍾頻率的。SDRAM內存訪問採用突發(burst)模式,它和原理是,SDRAM在現有的標准動態存儲器中加入同步控制邏輯(一個狀態機),利用一個單一的系統時鍾同步所有的地址數據和控制信號。使用SDRAM不但能提高系統表現,還能簡化設計、提供高速的數據傳輸。在功能上,它類似常規的DRAM,也需時鍾進行刷新。可以說,SDRAM是一種改善了結構的增強型DRAM。然而,SDRAM是如何利用它的同步特性而適應高速系統的需要的呢?我們知道,原先我們使用的動態存儲器技術都是建立在非同步控制基礎上的。系統在使用這些非同步動態存儲器時需插入一些等待狀態來適應非同步動態存儲器的本身需要,這時,指令的執行時間往往是由內存的速度、而非系統本身能夠達到的最高速率來決定。例如,當將連續數據存入CACHE時,一個速度為60ns的快頁內存需要40ns的頁循環時間;當系統速度運行在100MHz時(一個時鍾周期10ns),每執行一次數據存取,即需要等待4個時鍾周期!而使用SDRAM,由於其同步特性,則可避免這一時。SDRAM結構的另一大特點是其支持DRAM的兩列地址同時打開。兩個打開的存儲體間的內存存取可以交叉進行,一般的如預置或激活列可以隱藏在存儲體存取過程中,即允許在一個存儲體讀或寫的同時,令一存儲體進行預置。按此進行,100MHz的無縫數據速率可在整個器件讀或寫中實現。因為SDRAM的速度約束著系統的時鍾速度,它的速度是由MHz或ns來計算的。SDRAM的速度至少不能慢於系統的時鍾速度,SDRAM的訪問通常發生在四個連續的突發周期,第一個突發周期需要4個系統時鍾周期,第二到第四個突發周期只需要1個系統時鍾周期。用數字表示如下:4-1-1-1。順便提一下BEDO(BurstEDO)也就是突發EDO內存。實際上其原理和性能是和SDRAM差不多的,因為Intel的晶元組支持SDRAM,由於INTEL的市場領導地位幫助SDRAM成為市場的標准。

DRAMR的兩種介面類型DRAM主要有兩種介面類型,既早期的SIMM和現在的標准DIMM。SIMM是Single-InLineMemoryMole的簡寫,即單邊接觸內存模組,這是486及其較早的PC機中常用的內存的介面方式。在更早的PC機中(486以前),多採用30針的SIMM介面,而在Pentium中,應用更多的則是72針的SIMM介面,或者是與DIMM介面類型並存。DIMM是DualIn-LineMemoryMole的簡寫,即雙邊接觸內存模組,也就是說這種類型介面內存的插板的兩邊都有數據介面觸片,這種介面模式的內存廣泛應用於現在的計算機中,通常為84針,但由於是雙邊的,所以一共有84×2=168線接觸,故而人們經常把這種內存稱為168線內存,而把72線的SIMM類型內存模組直接稱為72線內存。DRAM內存通常為72線,EDO-RAM內存既有72線的,也有168線的,而SDRAM內存通常為168線的。新的內存標准在新的世紀到來之時,也帶來了計算機硬體的重大改變。計算機的製造工藝發展到已經可以把微處理器(CPU)的時鍾頻率提高的一千兆的邊緣。相應的內存也必須跟得上處理器的速度才行。現在有兩個新的標准,DDRSDRAM內存和Rambus內存。它們之間的競爭將會成為PC內存市場競爭的核心。DDRSDRAM代表著一條內存逐漸演化的道路。Rambus則代表著計算機設計上的重大變革。從更遠一點的角度看。DDRSDRAM是一個開放的標准。然而Rambus則是一種專利。它們之間的勝利者將會對計算機製造業產生重大而深遠的影響。

RDRAM在工作頻率上有大幅度的提升,但這一結構的改變,涉及到包括晶元組、DRAM製造、封裝、測試甚至PCB及模組等的全面改變,可謂牽一發而動全身。未來高速DRAM結構的發展究竟如何?

Intel重新整裝再發的820晶元組,是否真能如願以償地讓RDRAM登上主流寶座?PC133SDRAM:PC133SDRAM基本上只是PC100SDRAM的延伸,不論在DRAM製造、封裝、模組、連接器方面,都延續舊有規范,它們的生產設備相同,因此生產成本也幾乎與PC100SDRAM相同。嚴格來說,兩者的差別僅在於相同製程技術下,所多的一道「篩選」程序,將速度可達133MHz的顆粒挑選出來而已。若配合可支持133MHz外頻的晶元組,並提高CPU的前端匯流排頻率(FrontSideBus)到133MHz,便能將DRAM帶寬提高到1GB/sec以上,從而提高整體系統性能。DDR-SDRAM:DDRSDRAM(DoubleDataRateDRAM)或稱之為SDRAMⅡ,由於DDR在時鍾的上升及下降的邊緣都可以傳輸資料,從而使得實際帶寬增加兩倍,大幅提升了其性能/成本比。就實際功能比較來看,由PC133所衍生出的第二代PC266DDRSRAM(133MHz時鍾×2倍數據傳輸=266MHz帶寬),不僅在InQuest最新測試報告中顯示其性能平均高出Rambus24.4%,在Micron的測試中,其性能亦優於其他的高頻寬解決方案,充份顯示出DDR在性能上已足以和Rambus相抗衡的程度。DirectRambus-DRAM:RambusDRAM設計與以往DRAM很大的不同之處在於,它的微控制器與一般內存控制器不同,使得晶元組必須重新設計以符合要求,此外,數據通道介面也與一般內存不同,Rambus以2條各8bit寬(含ECC則為9bit)的數據通道(channel)傳輸數據,雖然比SDRAM的64bit窄,但其時鍾頻率卻可高達400MHz,且在時鍾的上升和下降沿都能傳輸數據,因而能達到1.6GB/sec的尖峰帶寬。

各種DRAM規格之綜合比較數據帶寬:從數據帶寬來看,傳統PC100在時鍾頻率為100MHz的情況下,尖峰數據傳輸率可達到800MB/sec。若以先進0.25微米線程製造的DRAM,大都可以「篩選」出時鍾頻率達到133MHz的PC133顆粒,可將尖峰數據傳輸率再次提高至1.06GB/sec,只要CPU及晶元組能配合,就可提高整體系統性能。此外,就DDR而言,由於其在時鍾上升和下降沿都能傳輸數據,所以在相同133MHz的時鍾頻率下,其尖峰數據傳輸將可大幅提高兩倍,達到2.1GB/sec的水準,其性能甚至比現階段Rambus所能達到的1.6GB/sec更高。
傳輸模式:傳統SDRAM採用並列數據傳輸方式,Rambus則採取了比較特別的串列傳輸方式。在串列的傳輸方式之下,資料信號都是一進一出,可以把數據帶寬降為16bit,而且可大幅提高工作時鍾頻率(400MHz),但這也形成了模組在數據傳輸設計上的限制。也就是說,在串接的模式下,如果有其中一個模組損壞、或是形成斷路,便會使整個系統無法正常開機。因此,對採用Rambus內存模組的主機板而言,便必須將三組內存擴充插槽完全插滿,如果Rambus模組不足的話,只有安裝不含RDRAM顆粒的中繼模組(ContinuityRIMMMole;C-RIMM),純粹用來提供信號的串接工作,讓數據的傳輸暢通。模組及PCB的設計:由於Rambus的工作頻率高達400MHz,所以不管是電路設計、線路布局、顆粒封裝及記憶模組的設計等,都和以往SDRAM大為不同。以模組設計而言,RDRAM所構成的記憶模組稱之為RIMM(RambusInMemoryMole),目前的設計可採取4、6、8、12與16顆等不同數目的RDRAM顆粒來組成,雖然引腳數提高到了184隻,但整個模組的長度卻與原有DIMM相當。另外,在設計上,Rambus的每一個傳輸信道所能承載的晶元顆粒數目有限(最多32顆),從而造成RDRAM內存模組容量將有所限制。也就是說,如果已經安裝了一隻含16顆RDARM顆粒的RIMM模組時,若想要再擴充內存,最多隻能再安裝具有16顆RDARM的模組。另外,由於RDARM在高頻下工作將產生高溫,所以RIMM模組在設計時必須加上一層散熱片,也增加了RIMM模組的成本。
顆粒的封裝:DRAM封裝技術從最早的DIP、SOJ提高到TSOP的形式。從現在主流SDRAM的模組來看,除了勝創科技首創的TinyBGA技術和樵風科技首創的BLP封裝模式外,絕大多數還是採用TSOP的封裝技術。
隨著DDR、RDRAM的陸續推出,將內存頻率提高到一個更高的水平上,TSOP封裝技術漸漸有些力不從心了,難以滿足DRAM設計上的要求。從Intel力推的RDRAM來看,採用了新一代的μBGA封裝形式,相信未來DDR等其他高速DRAM的封裝也會採取相同或不同的BGA封裝方式。盡管RDRAM在時鍾頻率上有了突破性的進展,有效地提高了整個系統性能,但畢竟在實際使用上,其規格與現階段主流的SDRAM有很大的差異,不僅不兼容於現有系統晶元組而成了Intel一家獨攬的局面。甚至在DRAM模組的設計上,不僅使用了最新一代的BGA封裝方式,甚至在電路板的設計上,都採取用了8層板的嚴格標准,更不用說在測試設備上的龐大投資。使得大多數的DRAM及模組廠商不敢貿然跟進。
再說,由於Rambus是個專利標准,想生產RDRAM的廠商必須先取得Rambus公司的認證,並支付高額的專利費用。不僅加重了各DRAM廠商的成本負擔,而且它們擔心在制定未來新一代的內存標准時會失去原來掌握的規格控制能力。
由於RIMM模組的顆粒最多隻能為32顆,限制了Rambus應用,只能用在入門級伺服器和高級PC上。或許就PC133而言,在性能上無法和Rambus抗衡,但是一旦整合了DDR技術後,其數據帶寬可達到2.1GB/sec,不僅領先Rambus所能達到的1.6GB/sec標准,而且由於其開放的標准及在兼容性上遠比Rambus高的原故,估計將會對Rambus造成非常大的殺傷力。更何況台灣在威盛與AMD等聯盟的強力支持下,Intel是否能再象往日一般地呼風喚雨,也成了未知數。至少,在低價PC及網路PC方面,Rambus的市場將會很小。

結論:盡管Intel採取了種種不同的策略布局及對策,要想挽回Rambus的氣勢,但畢竟像Rambus這種具有突破性規格的產品,在先天上便存在有著諸多較難克服的問題。或許Intel可以藉由更改主機板的RIMM插槽方式、或是提出SDRAM與RDRAM共同存在的過渡性方案(S-RIMM、RIMMRiser)等方式來解決技術面上的問題。但一旦涉及規模量產成本的控制問題時,便不是Intel所能一家獨攬的,更何況在網路趨勢下的計算機應用將愈來愈趨於低價化,市場需求面是否對Rambus有興趣,則仍有待考驗。 在供給方面,從NEC獨創的VCMSDRAM規格(VirtualChannelMemory)、以及Samsung等DRAM大廠對Rambus支持態度已趨保守的情況來看,再加上相關封裝及測試等設備上的投資不足,估計年底之前,Rambus內存模組仍將缺乏與PC133甚至DDR的價格競爭力。就長遠的眼光來看,Rambus架構或許可以成為主流,但應不再會是主導市場的絕對主流,而SDRAM架構(PC133、DDR)在低成本的優勢,以及廣泛的應用領域,應該會有非常不錯的表現。相信未來的DRAM市場,將會是多種結構並存的局面。

具最新消息,可望成為下一世代內存主力的RambusDRAM因晶元組延遲推出,而氣勢稍挫的情況之下,由全球多家半導體與電腦大廠針對DDRSDRAM的標准化,而共同組成的AMII(、)陣營,則決定積極促進比PC200、PC266速度提高10倍以上的PC1600與PC2100DDRSDRAM規格的標准化,此舉使得RambusDRAM與DDRSDRAM的內存主導權之爭,邁入新的局面。全球第二大微處理器製造商AMD,決定其Athlon處理器將採用PC266規格的DDRSDRAM,而且決定在今年年中之前,開發支持DDRSDRAM的晶元組,這使DDRSDRAM陣營深受鼓舞。全球內存業者極有可能將未來投資的重心,由RambusDRAM轉向DDRSDRAM。
綜上所述,今年DDRSDRAM的發展勢頭要超過RAMBUS。而且DDRSDRAM的生產成本只有SDRAM的1.3倍,在生產成本上更具優勢。未來除了DDR和RAMBUS外還有其他幾種有希望的內存產品,下面介紹其中的幾種:SLDRAM(SyncLinkDRAM,同步鏈接內存):SLDRAM也許是在速度上最接近RDRAM的競爭者。SLDRAM是一種增強和擴展的SDRAM架構,它將當前的4體(Bank)結構擴展到16體,並增加了新介面和控制邏輯電路
。SLDRAM像SDRAM一樣使用每個脈沖沿傳輸數據。
VirtualChannelDRAM:VirtualChannel「虛擬信道」是加裝在內存單元與主控晶元上的內存控制部分之間,相當於緩存的一類寄存器。使用VC技術後,當外部對內存進行讀寫操作時,將不再直接對內存晶元中的各個單元進行讀寫操作,而改由VC代理。VC本身所具有的緩存效果也不容小覷,當內存晶元容量為目前最常見的64Mbit時,VC與內存單元之間的帶寬已達1024bit。即便不考慮前/後台並列處理所帶來的速度提升,光是「先把數據從內存單元中移動到高速的VC中後再由外部進行讀寫」這一基本構造本身就很適於提高內存的整體速度。每塊內存晶元中都可以搭載復數的VC,64Mbit的產品中VC總數為16個。不但每個VC均可以分別對應不同的內存主控設備(MemoryMaster,此處指CPU、南橋晶元、各種擴展卡等等),而且在必要時,還可以把多個VC信道捆綁在一起以對應某個佔用帶寬特別大的內存主控設備。因此,在多任務同時執行的情況下,VC-SDRAM也能保證持續地進行高效率的數據傳輸。VC-SDRAM還有一個特點,就是保持了與傳統型SDRAM的管腳兼容,廠家不需要重新進行主板布線設計就能夠使主板支持它。不過由於它與傳統型SDRAM控制方式不同,因此還需要得到控制晶元組的支持方能使用,目前已支持VC-SDRAM的晶元組有VIA的ApolloPro133系列、ApolloMVP4和SiS的SiS630等。

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10. 內存條的發展史

在計算機誕生初期並不存在內存條的概念,最早的內存是以磁芯的形式排列在線路上,每個磁芯與晶體管組成的一個雙穩態電路作為一比特(BIT)的存儲器,每一比特都要有玉米粒大小,可以想像一間的機房只能裝下不超過百k位元組左右的容量。後來才出線現了焊接在主板上集成內存晶元,以內存晶元的形式為計算機的運算提供直接支持。那時的內存晶元容量都特別小,最常見的莫過於256K×1bit、1M×4bit,雖然如此,但這相對於那時的運算任務來說卻已經綽綽有餘了。
內存條的誕生
內存晶元的狀態一直沿用到286初期,鑒於它存在著無法拆卸更換的弊病,這對於計算機的發展造成了現實的阻礙。有鑒於此,內存條便應運而生了。將內存晶元焊接到事先設計好的印刷線路板上,而電腦主板上也改用內存插槽。這樣就把內存難以安裝和更換的問題徹底解決了。
在80286主板發布之前,內存並沒有被世人所重視,這個時候的內存是直接固化在主板上,而且容量只有64 ~256KB,對於當時PC所運行的工作程序來說,這種內存的性能以及容量足以滿足當時軟體程序的處理需要。不過隨著軟體程序和新一代80286硬體平台的出現,程序和硬體對內存性能提出了更高要求,為了提高速度並擴大容量,內存必須以獨立的封裝形式出現,因而誕生了「內存條」概念。
在80286主板剛推出的時候,內存條採用了SIMM(Single In-lineMemory Moles,單邊接觸內存模組)介面,容量為30pin、 256kb,必須是由8 片數據位和1 片校驗位組成1 個bank,正因如此,我們見到的30pin SIMM一般是四條一起使用。自1982年PC進入民用市場一直到現在,搭配80286處理器的30pin SIMM 內存是內存領域的開山鼻祖。
隨後,在1988 ~1990 年當中,PC 技術迎來另一個發展高峰,也就是386和486時代,此時CPU 已經向16bit 發展,所以30pin SIMM 內存再也無法滿足需求,其較低的內存帶寬已經成為急待解決的瓶頸,所以此時72pin SIMM 內存出現了,72pin SIMM支持32bit快速頁模式內存,內存帶寬得以大幅度提升。72pin SIMM內存單條容量一般為512KB ~2MB,而且僅要求兩條同時使用,由於其與30pin SIMM 內存無法兼容,因此這個時候PC業界毅然將30pin SIMM 內存淘汰出局了。
EDO DRAM(Extended Date Out RAM 外擴充數據模式存儲器)內存,這是1991 年到1995 年之間盛行的內存條,EDO DRAM同FPM DRAM(Fast Page Mode RAM 快速頁面模式存儲器)極其相似,它取消了擴展數據輸出內存與傳輸內存兩個存儲周期之間的時間間隔,在把數據發送給CPU 的同時去訪問下一個頁面,故而速度要比普通DRAM快15~30%。工作電壓為一般為5V,帶寬32bit,速度在40ns以上,其主要應用在當時的 486及早期的Pentium電腦上。
在1991 年到1995 年中,讓我們看到一個尷尬的情況,那就是這幾年內存技術發展比較緩慢,幾乎停滯不前,所以我們看到此時EDO DRAM有72 pin和168 pin並存的情況,事實上EDO 內存也屬於72pin SIMM 內存的范疇,不過它採用了全新的定址方式。EDO 在成本和容量上有所突破,憑借著製作工藝的飛速發展,此時單條EDO 內存的容量已經達到4 ~16MB 。由於Pentium及更高級別的CPU數據匯流排寬度都是64bit甚至更高,所以EDO DRAM與FPM DRAM都必須成對使用。
SDRAM時代
自Intel Celeron系列以及AMD K6處理器以及相關的主板晶元組推出後,EDO DRAM內存性能再也無法滿足需要了,內存技術必須徹底得到個革新才能滿足新一代CPU架構的需求,此時內存開始進入比較經典的SDRAM時代。
第一代SDRAM 內存為PC66 規范,但很快由於Intel 和AMD的頻率之爭將CPU外頻提升到了100MHz,所以PC66內存很快就被PC100內存取代,接著133MHz 外頻的PIII以及K7時代的來臨,PC133規范也以相同的方式進一步提升SDRAM 的整體性能,帶寬提高到1GB/sec以上。由於SDRAM 的帶寬為64bit,正好對應CPU 的64bit 數據匯流排寬度,因此它只需要一條內存便可工作,便捷性進一步提高。在性能方面,由於其輸入輸出信號保持與系統外頻同步,因此速度明顯超越EDO 內存。
不可否認的是,SDRAM 內存由早期的66MHz,發展後來的100MHz、133MHz,盡管沒能徹底解決內存帶寬的瓶頸問題,但此時CPU超頻已經成為DIY用戶永恆的話題,所以不少用戶將品牌好的PC100品牌內存超頻到133MHz使用以獲得CPU超頻成功,值得一提的是,為了方便一些超頻用戶需求,市場上出現了一些PC150、PC166規范的內存。
盡管SDRAM PC133內存的帶寬可提高帶寬到1064MB/S,加上Intel已經開始著手最新的Pentium 4計劃,所以SDRAM PC133內存不能滿足日後的發展需求,此時,Intel為了達到獨占市場的目的,與Rambus聯合在PC市場推廣Rambus DRAM內存(稱為RDRAM內存)。與SDRAM不同的是,其採用了新一代高速簡單內存架構,基於一種類RISC(Reced Instruction Set Computing,精簡指令集計算機)理論,這個理論可以減少數據的復雜性,使得整個系統性能得到提高。
在AMD與Intel的競爭中,這個時候是屬於頻率競備時代,所以這個時候CPU的主頻在不斷提升,Intel為了蓋過AMD,推出高頻PentiumⅢ以及Pentium 4 處理器,因此Rambus DRAM內存是被Intel看著是未來自己的競爭殺手鐧,Rambus DRAM內存以高時鍾頻率來簡化每個時鍾周期的數據量,因此內存帶寬相當出色,如PC 1066 1066 MHz 32 bits帶寬可達到4.2G Byte/sec,Rambus DRAM曾一度被認為是Pentium 4 的絕配。
盡管如此,Rambus RDRAM 內存生不逢時,後來依然要被更高速度的DDR「掠奪」其寶座地位,在當時,PC600、PC700的Rambus RDRAM 內存因出現Intel820 晶元組「失誤事件」、PC800 Rambus RDRAM因成本過高而讓Pentium 4平台高高在上,無法獲得大眾用戶擁戴,種種問題讓Rambus RDRAM胎死腹中,Rambus曾希望具有更高頻率的PC1066 規范RDRAM來力挽狂瀾,但最終也是拜倒在DDR 內存面前。
DDR時代
DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)簡稱DDR,也就是「雙倍速率SDRAM」的意思。DDR可以說是SDRAM的升級版本, DDR在時鍾信號上升沿與下降沿各傳輸一次數據,這使得DDR的數據傳輸速度為傳統SDRAM的兩倍。由於僅多採用了下降緣信號,因此並不會造成能耗增加。至於定址與控制信號則與傳統SDRAM相同,僅在時鍾上升緣傳輸。
DDR 內存是作為一種在性能與成本之間折中的解決方案,其目的是迅速建立起牢固的市場空間,繼而一步步在頻率上高歌猛進,最終彌補內存帶寬上的不足。第一代 DDR200 規范並沒有得到普及,第二代PC266 DDR SRAM(133MHz時鍾×2倍數據傳輸=266MHz帶寬)是由PC133 SDRAM內存所衍生出的,它將DDR 內存帶向第一個高潮,目前還有不少賽揚和AMD K7處理器都在採用DDR266規格的內存,其後來的DDR333內存也屬於一種過度,而DDR400內存成為目前的主流平台選配,雙通道DDR400 內存已經成為800FSB處理器搭配的基本標准,隨後的DDR533 規范則成為超頻用戶的選擇對象。
DDR2時代
隨著CPU 性能不斷提高,我們對內存性能的要求也逐步升級。不可否認,緊緊依高頻率提升帶寬的DDR遲早會力不從心,因此JEDEC 組織很早就開始醞釀DDR2 標准,加上LGA775介面的915/925以及最新的945等新平台開始對DDR2內存的支持,所以DDR2內存將開始演義內存領域的今天。
DDR2 能夠在100MHz 的發信頻率基礎上提供每插腳最少400MB/s 的帶寬,而且其介面將運行於1.8V 電壓上,從而進一步降低發熱量,以便提高頻率。此外,DDR2 將融入CAS、OCD、ODT 等新性能指標和中斷指令,提升內存帶寬的利用率。從JEDEC組織者闡述的DDR2標准來看,針對PC等市場的DDR2內存將擁有400、533、 667MHz等不同的時鍾頻率。高端的DDR2內存將擁有800、1000MHz兩種頻率。DDR-II內存將採用200-、220-、240-針腳的FBGA封裝形式。最初的DDR2內存將採用0.13微米的生產工藝,內存顆粒的電壓為1.8V,容量密度為512MB。
內存技術在2005年將會毫無懸念,SDRAM為代表的靜態內存在五年內不會普及。QBM與 RDRAM內存也難以挽回頹勢,因此DDR與DDR2共存時代將是鐵定的事實。
PC-100的「接班人」除了PC一133以外,VCM(VirXual Channel Memory)也是很重
要的一員。VCM即「虛擬通道存儲器」,這也是目前大多數較新的晶元組支持的一種內存標准,VCM內存主要根據由NEC公司開發的一種「緩存式DRAM」技術製造而成,它集成了「通道緩存」,由高速寄存器進行配置和控制。在實現高速數據傳輸的同時,VCM還維持著對傳統SDRAM的高度兼容性,所以通常也把VCM內存稱為VCM SDRAM。VCM與SDRAM的差別在於不論是否經過CPU處理的數據,都可先交於VCM進行處理,而普通的SDRAM就只能處理經CPU處理以後的數據,所以VCM要比SDRAM處理數據的速度快20%以上。目前可以支持VCM SDRAM的晶元組很多,包括:Intel的815E、VIA的694X等。
3.RDRAM
Intel在推出:PC-100後,由於技術的發展,PC-100內存的800MB/s帶寬已經不能滿足需求,而PC-133的帶寬提高並不大(1064MB/s),同樣不能滿足日後的發展需求。Intel為了達到獨占市場的目的,與Rambus 公司聯合在PC市場推廣Rambus DRAM(DirectRambus DRAM)。
Rambus DRAM是:Rambus公司最早提出的一種內存規格,採用了新一代高速簡單內存架構,基於一種RISC(Reced Instruction Set Computing,精簡指令集計算機)理論,從而可以減少數據的復雜性,使得整個系統性能得到提高。Rambus使用400MHz的16bit匯流排,在一個時鍾周期內,可以在上升沿和下降沿的同時傳輸數據,這樣它的實際速度就為400MHz×2=800MHz,理論帶寬為 (16bit×2×400MHz/8)1.6GB/s,相當於PC-100的兩倍。另外,Rambus也可以儲存9bit位元組,額外的一比特是屬於保留比特,可能以後會作為:ECC(ErroI·Checking and Correction,錯誤檢查修正)校驗位。Rambus的時鍾可以高達400MHz,而且僅使用了30條銅線連接內存控制器和RIMM(Rambus In-line MemoryMoles,Rambus內嵌式內存模塊),減少銅線的長度和數量就可以降低數據傳輸中的電磁干擾,從而快速地提高內存的工作頻率。不過在高頻率下,其發出的熱量肯定會增加,因此第一款Rambus內存甚至需要自帶散熱風扇。
DDR3時代
DDR3相比起DDR2有更低的工作電壓, 從DDR2的1.8V降落到1.5V,性能更好更為省電;DDR2的4bit預讀升級為8bit預讀。DDR3目前最高能夠達到2000Mhz的速度,盡管目前最為快速的DDR2內存速度已經提升到 800Mhz/1066Mhz的速度,但是DDR3內存模組仍會從1066Mhz起跳。
一、DDR3在DDR2基礎上採用的新型設計:
1.8bit預取設計,而DDR2為4bit預取,這樣DRAM內核的頻率只有介面頻率的 1/8,DDR3-800的核心工作頻率只有100MHz。
2.採用點對點的拓樸架構,以減輕地址/命令與控制匯流排的負擔。
3.採用100nm以下的生產工藝,將工作電壓從1.8V降至1.5V,增加非同步重置(Reset)與ZQ校準功能。

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