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[教程资料] 主板与内存的支持关系及内存接口类型挑选技巧

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发表于 2015-5-12 19:14:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
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主板与内存的支持关系及内存接口类型挑选技巧
  支持内存类型是指主板所支持的具体内存类型。不同的主板所支持的内存类型是不相同的。内存类型主要有FPM,EDO,SDRAM,RDRAM已经DDRDRAM等。
  FPM是FastPageMode(快页模式)的简称,是较早的PC机普遍使用的内存,它每隔3个时钟脉冲周期传送一次数据。现在早就被淘汰掉了。
  EDO是ExtendedDataOut(扩展数据输出)的简称,它取消了主板与内存两个存储周期之间的时间间隔,每隔2个时钟脉冲周期传输一次数据,大大地缩短了存取时间,使存取速度提高30%,达到60ns。EDO内存主要用于72线的SIMM内存条,以及采用EDO内存芯片的PCI显示卡。这种内存流行在486以及早期的奔腾计算机系统中,它有72线和168线之分,采用5V工作电压,带宽32bit,必须两条或四条成对使用,可用于英特尔430FX/430VX甚至430TX芯片组主板上。目前也已经被淘汰,只能在某些老爷机上见到。
  SDRAM是SynchronousDynamicRandomAccessMemory(同步动态随机存储器)的简称,是前几年普遍使用的内存形式。SDRAM采用3.3v工作电压,带宽64位,SDRAM将CPU与RAM通过一个相同的时钟锁在一起,使RAM和CPU能够共享一个时钟周期,以相同的速度同步工作,与EDO内存相比速度能提高50%。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时,另一个就已为读写数据做好了准备,通过这两个存储阵列的紧密切换,读取效率就能得到成倍的提高。SDRAM不仅可用作主存,在显示卡上的显存方面也有广泛应用。SDRAM曾经是长时间使用的主流内存,从430TX芯片组到845芯片组都支持SDRAM。但随着DDRSDRAM的普及,SDRAM也正在慢慢退出主流市场。
  RDRAM是RambusDynamicRandomAccessMemory(存储器总线式动态随机存储器)的简称,是Rambus公司开发的具有系统带宽、芯片到芯片接口设计的内存,它能在很高的频率范围下通过一个简单的总线传输数据,同时使用低电压信号,在高速同步时钟脉冲的两边沿传输数据。最开始支持RDRAM的是英特尔820芯片组,后来又有840,850芯片组等等。RDRAM最初得到了英特尔的大力支持,但由于其高昂的价格以及Rambus公司的专利许可限制,一直未能成为市场主流,其地位被相对廉价而性能同样出色的DDRSDRAM迅速取代,市场份额很小。
  DDRSDRAM是DoubleDataRageDynamicRandomAccessMemory(双数据率同步动态随机存储器)的简称,是由VIA等公司为了与RDRAM相抗衡而提出的内存标准。DDRSDRAM是SDRAM的更新换代产品,采用2.5v工作电压,它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据,这样不需要提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度,并具有比SDRAM多一倍的传输速率和内存带宽,例如DDR266与PC133SDRAM相比,工作频率同样是133MHz,但内存带宽达到了2.12GB/s,比PC133SDRAM高一倍。目前主流的芯片组都支持DDRSDRAM,是目前最常用的内存类型。
  ECC并不是内存类型,ECC(ErrorCorrectionCoding或ErrorCheckingandCorrecting)是一种具有自动纠错功能的内存,英特尔的82430HX芯片组就开始支持它,使用该芯片组的主板都可以安装使用ECC内存,但由于ECC内存成本比较高,所以主要应用在要求系统运算可靠性比较高的商业电脑中,例如服务器/工作站等等。由于实际上存储器出错的情况不会经常发生,而且普通的主板也并不支持ECC内存,所以一般的家用与办公电脑也不必采用ECC内存。
  一般情况下,一块主板只支持一种内存类型,但也有例外。有些主板具有两种内存插槽,可以使用两种内存,例如以前有些主板能使用EDO和SDRAM,现在有些主板能使用SDRAM和DDRSDRAM。
主板不支持大容量内存的原因
55.jpg
一.内存芯片的逻辑BANK
  主板上使用的32MB/64MB/128MB的内存条都是由若干内存芯片焊接在4层或6层电路板上组成的,因此首先必须对内存芯片的内部结构有个清楚的认识在芯片的内部,内存的数据是以位(bit)为单位写入一张大的矩阵中,每个单元我们称为CELL,只要指定一个行(Row),再指定一个列(Column),就可以准确地定位到某个CELL,这就是内存芯片寻址的基本原理。这个阵列就称为内存芯片的BANK,也称之为逻辑BANK(LogicalBANK)。
  由于工艺上的原因,这个阵列不可能做得太大,所以一般内存芯片中都是将内存容量分成几个阵列来制造,也就是说存在内存芯片中存在多个逻辑BANK,随着芯片容量的不断增加,逻辑BANK数量也在不断增加,目前从32MB到1GB的芯片基本都是4个,只有早期的16Mbit和32Mbit的芯片采用的还是2个逻辑BANK的设计,譬如三星的两种16MB芯片:K4S161622D(512Kx16Bitx2BANK)和K4S160822DT(1Mx8Bitx2BANK)。
  芯片组本身设计时在一个时钟周期内只允许对一个逻辑BANK进行操作(实际上芯片的位宽就是逻辑BANK的位宽),而不是芯片组对内存芯片内所有逻辑BANK同时操作。逻辑BANK的地址线是通用的,只要再有一个逻辑BANK编号加以区别就可以了(BANK0到BANK3)。但是这个芯片的位宽决定了一次能从它那里读出多少数据,并不是内存芯片里所有单元的数据一次全部能够读出。
  DQ数据输入/输出线只有8根而不是32根,可以发现4个BANK是分时工作的,任一时刻只可能有一个BANK的数据被存取,0-3是它们的编号。每个逻辑BANK有8M个单元格(CELL),一些厂商(比如现代/三星)就把每个逻辑BANK的单元格数称为数据深度(DataDepth),每个单元由8bit组成,那么一个逻辑BANK的总容量就是64Mbit(8M8bit),4个逻辑BANK就是256Mbit,因此这颗芯片的总容量就是256Mbit(32MB)。
  内存芯片的容量是一般以bit为单位的。比如说32Mbit的芯片,就是说它的容量是32Mb(b=bit=位),注意位(bit)与字节(Byte)区别,这个芯片换算成字节就是4MB(B=Byte=字节=8个bit),一般内存芯片厂家在芯片上是标明容量的,我们可以芯片上的标识知道,这个芯片有几个逻辑BANK,每个逻辑bank的位宽是多少,每个逻辑BANK内有多少单元格(CELL),比如目前目前64MB和128MB内存条常用的64Mbit的芯片就有如下三种结构形式:
  ①16Megx4(4Megx4x4banks)[16M?4]
  ②8Megx8(2Megx8x4banks)[8M?8]
  ③4Megx16(1Megx16x4banks)[4M?16]
  表示方法是:每个逻辑BANK的单元格数逻辑BANK数量每个单元格的位数(芯片的位宽)。芯片逻辑BANK位宽目前的工艺水平只能最多做到16位,因此大家看到几乎所有的芯片逻辑BANK位宽只可能4/8/16三者之一。以前16Mbit的芯片基本采用的单个芯片两个逻辑BANK,但是到了64Mbit基本就都是4个逻辑BANK设计了,今后随着生产工艺水平的提高估计单个芯片8个甚至16个逻辑BANK的出现也不是没有可能。
二.内存条的物理BANK
  通常主板上的每个内存插槽分为两段,这个大家从VIA主板BIOS设置中的BANK0/1DRAMTiming选项很容易推理得到,实际上也就是两个BANK,不过这里的BANK概念与我们前面分析芯片内部结构时提到的BANK可不一样。简单地说这个BANK就是内存和主板上的北桥芯片之间用来交换数据的通道,目前以SDRAM系统为例,CPU与内存之间(就是CPU到DIMM槽)的接口位宽是64bit,也就意味着CPU一次会向内存发送或从内存读取64bit的数据,那么这一个64bit的数据集合就是一个内存条BANK,很多厂家的产品说明里称之为物理BANK(PhysicalBANK),目前绝大多数的芯片组都只能支持一根内存包含两个物理BANK,但是针对某个具体的条子,很多人想当然,认为每个DIMM插槽使用内存条的面数来区分占用几个BANK通道,单面的(16M,64M)只占用一个物理BANK,而双面的(32M,128M)则需占用两个物理BANK。实际上物理BANK与面数是无关的,PCB电路可以设计成双面和单面,也可把全部芯片(16颗)放在一面上(至少从理论上是完全可能)。
  有些内存条单面就是一个物理BANK,但有些双面才是一个物理BANK,所以不能一概而论。前一阵闹得沸沸扬扬的大度256MB内存条就是一个典型的例子,虽然是双面并多达16枚芯片,但仍然是单个物理BANK的。要准确知道内存条实际物理BANK数量,我们只要要将单个芯片的逻辑BANK数量和位宽以及内存条上芯片个数搞清楚。各个芯片位宽之和为64就是单物理BANK,如果是128就是双物理BANK。目前的芯片组最多支持2个物理BANK。所以内存厂家生产的内存条都不可能超过2个物理BANK。
  CPU一次只能对一个物理BANK进行访问和操作(因为一个物理BANK是64bit的位宽),那么内存条要保证一个周期内向数据总线提供或接收64bit的数据,而这些数据都是分别存储在内存条的的芯片中。那么内存条中有多个内存芯片,这64位数据到底是有一个芯片提供还是由所有芯片每个提供一部分呢?
  以上面的那颗256Mbit的芯片为例,根据芯片组的工作原理,目前还没有那家芯片生产厂家做出位宽16位以上的芯片,所以现在的芯片组设计时都是要求内存条上每个芯片均承担提供数据的任务,也就是说内存条上的每个芯片都要要对这64位数据做贡献,而那颗内存芯片的位宽是8位,因此用这个芯片组成内存条只需要8颗芯片即完成了64位数据并发任务,算下来,内存条的容量就是32MB(256Mbit)8=256MB的容量,假如是内存芯片的位宽是4位,那么需要的芯片数量必须是16颗,这时假如使用八颗位宽还是8位的64MB(512bit)芯片(单个芯片的总容量翻了一番)组装,尽管内存条上的总容量达到了256MB的要求,还是由于位宽不够是不能正常工作。要能工作就必须采用16位位宽的64MB(512bit)芯片。
挑选内存几招
第一招:内存颗粒最重要
  首先,颗粒本身品质的好坏对内存模组质量的影响几乎是举足轻重的。一颗优秀的颗粒就像待嫁的姑娘一样必须具备名门之后和身家清白两点条件。
  所谓出身名门就是必须是名牌大厂的内存颗粒。虽然使用名牌大厂的内存颗粒并不一定代表内存模组就是优秀,但采用不知名品牌的内存颗粒显然是不会有出色表现。目前知名的内存颗粒品牌有HY(现代)、Samsung(三星)、Winbond(华邦)、Infineon(英飞凌)、Micron(美光)等。
  在名牌大厂的FAB里,在严苛的条件(恒温、恒湿,不得断水、断电)下,经过长达数个月的物理、化学、光电反应后,一块合格的晶圆硅片才得以顺利诞生。然后经过严谨细密的高分子切割,只保留效能质量最好的中间精华部分。接着对这些优中选精的精华进行封装。接下来原厂会对封装好的颗粒进行严格的测试。在原厂测试中,测试设备按程序需进行完整的测试流程,耗时600~800秒,测试温度为-10~+85摄氏度。这段测试流程可以很好地保证颗粒的兼容性(颗粒兼容性决定了内存的兼容性)和耐用性(颗粒耐用性决定了内存的超频能力和使用寿命)。
  由于芯片级测试设备是非常昂贵的,并且其寿命根据工作时间来计算,通常都以秒为单位。所以测试流程对于生产成本有很大影响。直到测试合格,颗粒才被允许被打上代表着质量和品质的原厂Mark。直到这里这颗名门闺秀才算正式诞生。
  而所谓身家清白就是要保证颗粒的标志和所代表的品质一致。因为一些不法商家常常将所谓OEM内存颗粒(来源于上文提到晶元硅片的边角料以及没有通过原厂测试的次级品颗粒)改换原厂标志冒充名门闺秀。我们通过仔细观察颗粒上原厂标志是否清晰、是否有磨过的痕迹来辨别真伪。
  其次,优质的配件也是优秀内存模组得以炼成的不可缺少的一个条件。名门闺秀只有配上有分量的嫁妆才可以潇洒出阁。优质的PCB板对于内存颗粒的影响,就类同于稳定可靠的主板相对于CPU的作用。
第二招:挑选优质PCB
  PCB乃优质内存的根本,我们应当尽量选择更多层数、更厚实的PCB电路板。其实Intel在很早的规范当中,就规定了内存条必须使用6层PCB制造,并且对PCB材质、层间距、敷铜厚度、线路布局参数等等加工工艺都有相应的严格要求。
  第二,PCB板上要有尽量多的贴片电阻和电容,尽量厚实的金手指。大家在选购主板的时候都会很在意贴片电阻和电容的数量多少和焊接工艺,同样优质内存模组在贴片电阻和电容的使用上也是丝毫不能懈怠的。
  金手指的镀金质量是一个重要的指标,以通常采用的化学沉金工艺,一般金层厚度在3~5微米,而优质内存的金层厚度可以达到6~10微米。较厚的金层不易磨损,并且可以提高触点的抗氧化能力,使用寿命更长。而最近市场上出现的宇瞻金牌内存竟然使用成本更高的电镀技术,使得金手指的金层厚度达到20微米。
第三招:品质源于优异的工艺
  焊接质量是内存制造很重要的一个因素。廉价的焊料和不合理的焊接工艺会产生大量的虚焊,在经过一段时间的使用之后,逐渐氧化的虚焊焊点就可能产生随机的故障。并且这种故障较难确认,所以一旦发生就会让人有吃了苍蝇的感觉。这种情况多在山寨厂里的生产线上生产出的内存上出现。Kingston(金士顿)、Apacer(宇瞻)、Transcend(创建)等知名第三方内存模组原厂(即本身并不生产内存颗粒,只进行后段封装测试的内存产商)都是采用百万美元级别的高速SMT机台,在电脑程序的控制下,高效科学地打造内存模组,可以有效的保持内存模组高品质的一贯性。此外第三方内存模组原厂推出的零售产品,都会有防静电的独立包装,以及完整的售后服务,消费者在选购这些产品的时候,可以少花一些精力,多一份放心。

  金手指内存接口类型,是根据内存条金手指上导电触片的数量来划分的。金手指上的导电触片,也习惯称为针脚数(Pin)。因为不同的内存采用的接口类型各不相同,而每种接口类型所采用的针脚数各不相同。笔记本内存一般采用144Pin、200Pin接口;台式机内存则基本使用168Pin和184Pin接口。对应于内存所采用的不同针脚数,内存插槽类型也各不相同。目前,台式机系统主要有SIMM、DIMM和RIMM三种类型的内存插槽,而笔记本内存插槽则是在SIMM和DIMM插槽基础上发展而来,基本原理并没有变化,只是在针脚数上略有改变。
1、金手指
  金手指(connectingfinger)是内存条上与内存插槽之间的连接部件,所有的信号都是通过金手指进行传送的。金手指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,目前较多的内存都采用镀锡来代替。从上个世纪90年代开始,锡材料就开始普及,目前主板、内存和显卡等设备的金手指,几乎都是采用的锡材料,只有部分高性能服务器/工作站的配件接触点,才会继续采用镀金的做法,价格自然不菲。
  内存处理单元的所有数据流、电子流,正是通过金手指与内存插槽的接触与PC系统进行交换,是内存的输出输入端口。因此,其制作工艺,对于内存连接显得相当重要。
2、内存插槽
  最初的计算机系统,通过单独的芯片安装内存,那时内存芯片都采用DIP(Dualln-linePackage,双列直插式封装)封装,DIP芯片是通过安装在插在总线插槽里的内存卡与系统连接,此时还没有正式的内存插槽。DIP芯片有个最大的问题,就在于安装起来很麻烦,而且随着时间的增加,由于系统温度的反复变化,它会逐渐从插槽里偏移出来。随着每日频繁的计算机启动和关闭,芯片不断被加热和冷却,慢慢地芯片会偏离出插槽。最终导致接触不好,产生内存错误。
  早期还有另外一种方法,是把内存芯片直接焊接在主板或扩展卡里,这样有效避免了DIP芯片偏离的问题,但无法再对内存容量进行扩展,而且如果一个芯片发生损坏,整个系统都将不能使用,只能重新焊接一个芯片或更换包含坏芯片的主板。此种方法付出的代价较大,也极为不便。
  对于内存存储器,大多数现代的系统,都已采用单列直插内存模块(SingleInlineMemoryModule,SIMM)或双列直插内存模块(DualInlineMemoryModule,DIMM)来替代单个内存芯片。这些小板卡插入到主板或内存卡上的特殊连接器里。
SIMM逐渐被DIMM技术取代3、内存模块
  1)SIMM
  SIMM(SingleInlineMemoryModule,单列直插内存模块)。内存条通过金手指与主板连接,内存条正反两面都带有金手指。金手指可以在两面提供不同的信号,也可以提供相同的信号。SIMM就是一种两侧金手指都提供相同信号的内存结构,它多用于早期的FPM和EDDDRAM,最初一次只能传输8bif数据,后来逐渐发展出16bit、32bit的SIMM模组。其中,8bit和16bitSIMM使用30pin接口,32bit的则使用72pin接口。在内存发展进入SDRAM时代后,SIMM逐渐被DIMM技术取代。
  内存2)DIMM
  DIMM(DualInlineMemoryModule,双列直插内存模块)。与SIMM相当类似,不同的只是DIMM的金手指两端,不像SIMM那样是互通的,它们各自独立传输信号。因此,可以满足更多数据信号的传送需要。同样采用DIMM,SDRAM的接口与DDR内存的接口也略有不同,SDRAMDIMM为168PinDIMM结构,金手指每面为84Pin,金手指上有两个卡口,用来避免插入插槽时,错误将内存反向插入而导致烧毁;DDRDIMM则采用184PinDIMM结构,金手指每面有92Pin,金手指上只有一个卡口。卡口数量的不同,是二者最为明显的区别。DDR2DIMM为240pinDIMM结构,金手指每面有120Pin,与DDRDIMM一样金手指一样,也只有一个卡口,但是卡口的位置与DDRDIMM稍微有一些不同。因此,DDR内存是插不进DDR2DIMM的,同理DDR2内存也是插不进DDRDIMM的。因此,在一些同时具有DDRDIMM和DDR2DIMM的主板上,不会出现将内存插错插槽的问题。
  172PinMicroDIMM笔记本内存不同针脚DIMM接口对比。为了满足笔记本电脑对内存尺寸的要求,SO-DIMM(SmallOutlineDIMMModule)也开发了出来,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引脚。此外,笔记本内存还有MicroDIMM和MiniRegisteredDIMM两种接口。MicroDIMM接口的DDR为172pin,DDR2为214pin;MiniRegisteredDIMM接口为244pin,主要用于DDR2内存。
  3)RIMM
  RIMM(RambusInlineMemoryModule)是Rambus公司生产的RDRAM内存所采用的接口类型。RIMM内存与DIMM的外型尺寸差不多,金手指同样也是双面的。RIMM有也184Pin的针脚,在金手指的中间部分有两个靠的很近的卡口。RIMM非ECC版有16位数据宽度,ECC版则都是18位宽。由于RDRAM内存较高的价格,此类内存在DIY市场很少见到,RIMM接口也就难得一见了。


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