第 5 章　内部存储器

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第 5 章　内部存储器

信息工程学院

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5.1 　微型计算机存储系统概述

5.2 　内存性能指标

5.3 　内存条种类

5.4 　内存条选购要素

第 5 章　内部存储器5.1 　微型计算机存储系统概述• 微机的存储系统除了通常所说的内存和外

存以外，还包括 CPU 寄存器、 Cache（高速缓冲存储器）、各种板卡上的 BIOS ROM和 RAM 存储器以及 I/O 设备内部配置的 Buffer （缓存）等，是一个十分庞杂的存储体系。

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第 5 章　内部存储器微机存储系统层次结构

• 微机存储系统的层次呈金字塔型结构，越往上， CPU 访问频度越高，系统拥有量越少，存储容量越小，同时数据存取速度越快。

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第 5 章　内部存储器• 内存与外存的主要区别在于：

① 内存内存可直接直接与 CPU 交换数据；一切要执行的程序和要处理的外存外存数据都必须先装入内存，才能被 CPU 访问（间接间接）。

② 内存内存由 RAM和 ROM 半导体半导体大规模集成电路芯片组成；外存外存主要由磁性和光学介质磁性和光学介质构成。

③ 内存内存容量较小小，存取速度较快快，价格相对较高高；外存外存容量较大大，速度相对较慢慢，价格便宜便宜。

④ 内存内存所存储的信息在机器断电后自动丢失，数据临时存放临时存放；外存外存信息可长期保持长期保持。

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第 5 章　内部存储器内存分类及其主要特点

⒈ 按工作原理分类• 内存可以分为随机存取存储器 RAM 和只读存储器 ROM 两大类：

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MemoryFlash闪速存储器PROMEEPROM E或可编程只读存储器电可擦写

EPROM可编程只读存储器可擦写PROM只读存储器可编程

ROM掩膜

ROM只读存储器

SRAM随机存取存储器静态DRAM随机存取存储器动态

RAM随机存储器

内存

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第 5 章　内部存储器1 ） RAM ：随机存取 / 访问存储器（易失性易失性）

①① DRAMDRAM ：动态 RAM 、动态内存，用于主存主存。②② SRAMSRAM ：静态 RAM 、静态内存、快取内存，用于高速缓冲存储器 CacheCache 。

2 ） ROM ：只读存储器、只读内存（非易失性非易失性）①① 掩膜掩膜 ROMROM ：信息写入，就不能修改，用来存储固定程序和数据。②② PROMPROM ：一次性一次性可编程只读存储器。③③ EPROMEPROM ：可擦除可擦除可编程只读存储器，利用专门设备可擦除、可

再编程，芯片上有一个用不透光胶纸封盖的石英窗，可防止内部数据因光照紫外线而丢失。

④④ EEPROMEEPROM／／ E2PROME2PROM ：电可擦除电可擦除可编程只读存储器，直接用电信号进行在板 / 在线擦除和写入。

⑤⑤ Flash MemoryFlash Memory ：闪速存储器，属于 EEPROM 的改进产品，存取速度更快、容量更大、功耗更小、可靠性和耐用性更强。

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第 5 章　内部存储器• 各种 ROM 存储芯片

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(e)Flash Memory 芯片

(d)EEPROM 芯片

(c)EPROM 芯片(b)PROM 芯片(a) 掩膜 ROM芯片

第 5 章　内部存储器⒉ 按用途分类⑴ 主存主存：即 DRAM 动态内存，临时存放正在使用的程序和数

据。⑵ 缓存缓存：即 SRAM 静态内存，临时存放 CPU 需要频繁使用

的程序指令和数据。包括 ×级 CPU 缓存（ Level × Cache ，简写为 L× ）和设备缓存（ Buffer ）。

⑶ 影子内存（影子内存（ Shadow RAMShadow RAM ））：也称 ROM Shadow 、影射存储器或影子内存，它是主存中的内存保留区， 1MB主存中 768KB～ 1024KB （共 256KB 容量）区域，用来在机器启动时自动载入（影射） ROM BIOS 的内容。

⑷ 显存显存：显卡上的显示存储器的简称， RAM 的一种，作用是在视频系统中以数字形式存储将用于屏幕显示的各种图形、图像等信息。 9

第 5 章　内部存储器⒊ 按外观分类

⑴ 存储芯片存储芯片：用于内存条、 Cache 、主板上的CMOS RAM 等部件上的 Buffer或 BIOS ROM 等地方。

⑵ 内存条内存条：安插在主板上的内存插槽中使用。⑶ CacheCache 条条：是 CPU 与内存之间进行速度匹配和数

据缓冲、容量较小、速度极快的 SRAM 存储器。

10(b) 内存条 (c)Cache插槽(a) 存储芯片

第 5 章　内部存储器⒋ 按插接方式分类• 早期的内存：DIPDIP ：双列直插式封装的内存芯片及其插座。• 内存插槽：(1)SIMMSIMM ：单边接触式内存模组， 8 位 30 线、 32位

72 线。(2)DIMMDIMM ：双边接触式内存模组， 64位 168线

SDRAM、 64位 184线DDR、 64位 240线DDR2、240线DDR3 。

(3)RIMMRIMM ：随机存储器总线式存储模组， 16位 184线 RDRAM （ Rambus DRAM ）

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直接焊接在板卡上的DIP 芯片

安装在 DIP插座上的 DIP 芯片


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(a)30线 SIMM 内存条

嵌口卡孔

(b)30线 SIMM 内存插槽

金属卡簧凸起


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(c)72线 SIMM 内存条

嵌口

卡孔

凹槽

(d)72线 SIMM 内存插槽

金属卡簧凸起


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两端的卡口两个凹槽颗粒右侧的右侧的 SPDSPD 芯片芯片(a)168线 SDRAM 内存条

(b)168线 DIMM 内存插槽两端的卡齿两个凸起

SPD EEPROM 芯片


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(b)184线 DIMM 内存插槽

(a)184线 DDR 内存条两端的卡口颗粒一个偏右的凹槽右侧的 SPD 芯片


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(b)240线 DDR2-DIMM 内存插槽

(a)240线 DDR2 内存条两端的卡口小颗粒一个居中的凹槽居中的 SPD 芯片


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(b)240线 DDR3-DIMM 内存插槽

(a)240线 DDR3 内存条两端的卡口小颗粒一个偏左的凹槽居中的 SPD 芯片


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(a)184线 RDRAM 内存条

(b)C-RIMM续接器

(c)184线 RIMM 内存插槽

第 5 章　内部存储器5. 按内存标准分① FPMFPM ：快速页面模式 RAM ，用于 486 和早期 Pentium， 72线

SIMM， 32位。② EDOEDO ：扩展数据输出 RAM ，用于早期 Pentium， 72线 SIMM 和早期

168线DIMM， 32位和 64位。③ SDRAMSDRAM ：同步DRAM ，用于 Pentium～ Pentium Ⅲ， 168线

DIMM， 64位， PC66/100/133 规范。④ DDR SDRAMDDR SDRAM： SDRAM Ⅱ、双倍速率 SDRAM ，用于早期 Pentium 4，

184线DIMM， 64位， PC200/266/ 333/400或PC1600/2100/2700/3200 规范。

⑤ RDRAMRDRAM ：存储器总线式 DRAM， Intel 专利，用于早期 P4， 184线RIMM， 16位， PC600/700/800 规范，外部加装散热片，空余插槽须用CRIMM终结条填满。

⑥ DDR2 SDRAMDDR2 SDRAM ：四倍速率 SDRAM ，用于 LGA Socket 775 P4 及以上， 240线DIMM， 64位， DDR2-400/533/667/800或PC3200/4300/5300/6400 规范。

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第 5 章　内部存储器5.2 　内存性能指标

数据位宽• 以 bitbit （二进制位，简写为 b）为单位，分为内

存芯片数据位宽和内存条数据位宽两种：– 内存芯片数据位宽：内存颗粒内部总线能够同

时传输的数据位数，有 1b、 4b、 8b、 16b等多种格式。

– 内存条数据位宽：内存条通过主板总线能够同时传输的数据位数，有8b、 16b、 32b、 64b 等多种格式。

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第 5 章　内部存储器存储容量

• 存储容量指存储器所能容纳的存储单元的总数量，以 ByteByte （字节，简写为 B）为基本单位，常用单位有 KB、MB、 GB和 TB等。

• 存储容量又有最大容量与实际容量、片容量与单条容量之分。

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(a) 片容量＝32M×16b

(b)单条容量＝256MB

片容量＝基本存储元数 × 内存芯片数据位宽（ bit ）单条容量＝颗粒数 × 片容量 ÷ 内存芯片数据位宽（ Byte ）

第 5 章　内部存储器内存速度

⒈ 内存芯片存取速度：单位 nsns （纳秒）。⑴ 时钟周期 tCK（ Clock Cycle Time ）

– 指内存工作时一个脉冲的时间跨度（也称脉宽），它与内存芯片可以运行的额定工作频率（也称颗粒核心频率） F成倒数关系，即 tCKtCK＝＝ 1/F1/F 。

– tCK 一般以“ -X-X”后缀标注形式反映在芯片型号上，其数值越小，说明内存的存取速度越快，所能运行的核心频率就越高。

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第 5 章　内部存储器⑵ 存取时间 tAC（ Access Time From CLK ）

– 也称存储器访问时间或读写时间，指存储器完成一次完整的数据“读”或“写”操作所需要的时间。

– 存取时间越短，速度越快。⑶ 存取周期 tMC（Memory Cycle Time ）

– 也称存储周期，指存储器两次独立的存取操作之间所需要的最短时间。半导体存储器的存取周期一般为60ns～ 120ns 。

注意：和存取时间 tAC比，存储周期 tMC则除了完成读出或写入信息的时间外，还包括存储器内部的恢复时间，所以通常 tMCtMC＞＞ tACtAC 。

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第 5 章　内部存储器⒉ 内存总线速度

– 内存总线速度也称内存总线频率，通常用CPU到内存之间连接总线的工作速度来衡量，用频率来表示，单位为 MHzMHz ，它由内存总线的工作时钟决定，数值越大，速度越快。

– 内存芯片的额定工作频率（核心频率）应不不小于小于内存总线频率。

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第 5 章　内部存储器⒊ 数据传输延迟时间• CAS延迟时间 (简称 CL)： CPU 等待时间•总延迟时间＝ tCK 时钟周期× CL值＋

tAC 存取时间– tRCD ：指列地址被暂存后转到行地址去执行

所需要的等待时间。– tRAS ：内存行有效至预充电的最短周期。– tRP ：内存行地址控制器预充电时间。

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第 5 章　内部存储器内存条标签：• 4 位数字连写的标注形式则相对较为复杂，其一般

格式为“ CL-tRCD-tRP-tRAS” ，其中前三个数字比较重要，尤其第一个数字表示的就是 CL值。

31(c)DDR3延时参数

(a) 直接标注的 CL值 (b)DDR2延时参数

第 5 章　内部存储器内存频率

• 内存频率用来表示内存的工作速度，代表着内存正常工作时所能达到的最高频率，以 MHzMHz 为单位。在一定程度上，内存频率越高，内存所能达到的工作速度越快。

• 内存频率可以分为 DRAM核心频率、工作频率和等效频率三种：

– SDRAM 的核心频率＝工作频率＝等效频率– DDR 的等效频率＝ 2× （工作频率＝核心频率）– DDR2 的等效频率＝ 2× 工作频率＝ 4×核心频率– DDR3 的等效频率＝ 2× 工作频率＝ 8×核心频率

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第 5 章　内部存储器• 内存条标签上标注的等效频率

33(c)DDR3-1600 内存条标签

(b)DDR2-800 内存条标签(a)DDR-400 内存条标签

第 5 章　内部存储器内存带宽

• 内存带宽，即内存传输标准，是内存的数据传输速率，指单位时间（每秒钟）内能够访问内存的最大字节数。

内存带宽＝核心频率×倍率系数 × 数据位宽÷ 8 ＝等效频率× 数据位宽÷ 8• 倍率系数与内存条种类有关， SDRAM为

11 ， DDR为 22 ， DDR2为 44 ， DDR3为 88 。• 内存带宽通常以 MB/s （也写作 MBPS ）或

GB/s （也写作 GBPS ）为单位，表示为“ PC× XXXX” 。

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第 5 章　内部存储器• 对于不同种类的内存条，内存传输标准有多种类型。如 DDR3 内存条标签上有标注相应的内存传输标准 :

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第 5 章　内部存储器内存电压

• 内存电压是指内存正常工作时所需要的电压值。

– SDRAM: 3.3V±0.3V– DDR SDRAM: 2.5V±0.2V– DDR2 SDRAM: 1.8V～ 2.3V左右– DDR3 SDRAM: 1.5V左右

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第 5 章　内部存储器• 内存条标签上标注的工作电压

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(a)DDR 内存电压 (b)DDR2 内存电压

(c)DDR3 内存电压

第 5 章　内部存储器5.3 　内存条种类在选择内存条时，一般需要遵循一系列为内存模组制定的内存规范。以往的内存条⒈ FPM DRAM 内存条 (快速页面模式动态随机存取内存 )。

38(a)30Pin FPM DRAM 内存条 (b)72Pin FPM DRAM 内存条

继续继续

第 5 章　内部存储器内存规范

⑴ 接口标准：分为 SIMM、DIMM、 RIMM 等，目前以 DIMM 为主；⑵ 金手指数量：分为 30 线、 72 线、 168 线、 184 线、 240 线，现以 240 线为

主；⑶ 芯片类别：分为 SDRAM、DDR、DDR2、DDR3 等，目前以 DDR2和

DDR3 为主流；⑷ 数据位宽：分为 8b～ 64b 等，目前均为 64b ；⑸ 单条容量：分为 256KB～ 2GB 等，最好在 1GB 以上；⑹ 工作频率：分为 100MHz、 133MHz、 166MHz、 200MHz、 200MHz 以

上；⑺ 传输标准：分为 SDRAM的 PC66～ PC133、DDR SDRAM的 PC1600～

PC4300、 RDRAM的 PC600、 PC800和 PC1066、DDR2 SDRAM的PC2 3200～ PC2 6400、DDR3 SDRAM的 PC3 6400～ PC3 12800 等，目前以 PC2和 PC3 为主；

⑻ 其他性能：是否具有带校验（自动检错）、带纠错（自动纠错）等功能，这些功能视生产厂商、品牌、适用类型而定。 39

第 5 章　内部存储器⒉ EDO DRAM 内存条 ( 扩展数据输出动态随

机存取内存 )

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EDO DRAM 内存条

第 5 章　内部存储器⒊ SDRAM 内存条 (同步动态随机存取内存 )

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PC133 SDRAM 内存条 PC150 SDRAM 内存条

表 5-1 SDRAM 内存传输标准

传输标准核心频率＝工作频率内存带宽

PC66 66.7MHz 533MB/s

PC100 100MHz 800MB/s

PC133 133MHz 1066MB/s

第 5 章　内部存储器⒋ RDRAM 内存条 (存储器总线式动态随机

存取存储器 )

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表 5-2 单通道 RDRAM 内存传输标准

传输标准核心频率＝工作频率等效频率内存带宽

PC 600 300MHz 600MHz 1200MB/sPC 700 356MHz 700MHz 1400MB/sPC 800 400MHz 800MHz 1600MB/sPC 1066 533MHz 1066MHz 2120MB/sPC 1600 800MHz 1600MHz 3200MB/s

RDRAM 内存条

第 5 章　内部存储器DDR SDRAM 内存条

• DDR（ Double Data Rate） SDRAM 称为双倍数据速率同步动态随机存取存储器，简称DDR 。

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(a)DDR 内存条 (b)DDR 内存芯片

第 5 章　内部存储器• 各种类型的 DDR 内存传输标准：

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表 5-3 DDR SDRAM 内存传输标准DDR 规

格传输标准核心频率＝工作频率等效频率内存带宽

DDR 200

PC1600 100MHz 200MHz1600MB

/sDDR 266

PC2100 133MHz 266MHz2100MB

/sDDR 333

PC2700 166MHz 333MHz2700MB

/sDDR 400

PC3200 200MHz 400MHz3200MB

/sDDR 433

PC3500 216MHz 433MHz3500MB

/sDDR 500

PC4000 250MHz 500MHz4000MB

/sDDR 533

PC4300 266MHz 533MHz4300MB

/s

第 5 章　内部存储器DDR2 SDRAM 内存条

• DDR2（ Double Data Rate 2 ） SDRAM 称为双倍数据速率Ⅱ代同步动态随机存取存储器，简称 DDR2 。

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(b)DDR2 内存芯片(a)DDR2 内存条

第 5 章　内部存储器• DDR与DDR2 内存条的主要区别：名称： DDR双倍、 DDR2是 4 倍速率线数： DDR是184 线（疏）、 DDR2 是240 线（密）颗粒大小： DDR 大、 DDR2 小金手指缺口位置：均 1 个卡口， DDR偏右、 DDR2居中SPD位置： DDR 的右侧、 DDR2 的居中

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第 5 章　内部存储器• DDR2与 DDR 内存技术标准对比

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表 5-4 DDR2与 DDR 内存技术标准对比一览表技术标准 DDR DDR2

标准内存规格 DDR-200/266/333/400DDR2-

400/533/667/800核心频率（MHz） 100/133/166/200 100/133/166/200工作频率（MHz） 100/133/166/200 200/266/333/400等效频率（MHz） 200/266/333/400 400/533/667/800内存带宽（MB/s） 1600/2100/2700/3200 3200/4300/5300/6400

内存传输标准 PC 1600/2100/2700/3200

PC2 3200/4300/5300/6400

数据预读取机制 2bit Prefetch 4bit Prefetch接口标准 184Pin DIMM 240Pin DIMM

内存电压（ V ） 2.5 1.8芯片封装方式 TSOP FBGA功耗和发热量大小

第 5 章　内部存储器• DDR2采用了许多新技术，改善了 DDR 的诸多不足，具体表现在：⑴ 数据处理方式的改进。⑵ 内存频率进一步细化。⑶ 内存带宽加倍提升。⑷ 新型封装方式和低功耗。

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第 5 章　内部存储器DDR3 SDRAM 内存条

• DDR3（ Double Data Rate 3 ） SDRAM 称为双倍数据速率Ⅲ代同步动态随机存取存储器，简称 DDR3 。

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(b)DDR3 内存芯片(a)DDR3 内存条


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表 5-5 DDR3与 DDR2 内存技术标准对比一览表技术标准 DDR2 DDR3

标准内存规格 DDR2-400/533/667/800

DDR3-800/1066/1333/1600

核心频率（MHz） 100/133/166/200 100/133/166/200工作频率（MHz） 200/266/333/400 400/533/667/800等效频率（MHz） 400/533/667/800 800/1066/1333/1600

内存带宽（MB/s） 3200/4300/5300/64006400/8600/10660/128

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内存传输标准 PC2 3200/4300/5300/6400

PC3 6400/8600/10660/128

00数据预读取机制 4bit Prefetch 8bit Prefetch

接口标准 240Pin DIMM 240Pin DIMM内存电压（ V） 1.8±0.1 1.5±0.075

芯片封装方式 60/68/84球 FBGA 78/96球“绿色” FBGA技术标准 DDR2 DDR3

内存容量标准 256MB～ 4GB 512MB～ 8GB

逻辑 Bank数量 4 ： 256MB、 512MB8 ： 1GB、 2GB、 4GB

8/16： 512MB、 1GB、2GB、 4GB、 8GB

第 5 章　内部存储器• DDR3在DDR2 的基础上的改进，主要体现

在：⑴ 数据传输能力。⑵ 逻辑 Bank 数量。⑶ 点对点连接的总线拓朴结构。⑷ “绿色”封装和低功耗。⑸ DDR3 部分新增功能：两个参考电压、突发长度

BL（ Burst Length ）、重置（ Reset ）、自刷新温度范围 SRT（ Self-Refresh Temperature）。

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第 5 章　内部存储器5.4 　内存条选购要

素⑴ 档次匹配。⑵ 内存品牌。⑶ 内存容量。⑷ 传输标准。⑸ 接口标准。⑹ 内存速度。⑺ 内存检测。

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第 5 章　内部存储器本章小结本章小结

⒈ 微机存储系统的类别及作用。⒉ 微机内存与外存的主要区别。⒊ 衡量内存性能的主要指标。⒋ DDR、DDR2和DDR3 内存之间的主要区别。⒌ 从外观上区分 DDR与DDR2 内存条、 DDR2与DDR3 内存条。⒍ 内存条选购要素。

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第 5 章 内部存储器

第 5 章　内部存储器