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電腦中的記憶體(2):更深入了解記憶體
2007/2/1 13:49:30    金士頓科技(KINGSTON)

記憶體有許多不同的尺寸與外型。一般來說,記憶體的外觀像一個上有小小的黑色方塊的綠色扁平長方條。當然,記憶體不只于此,下圖為典型的記憶體模組以及其他重要特征。


1、記憶體的外觀

(1)印刷電路板(PCB)
 
置有記憶體晶片的綠色平板實際上是由許多層面所構(gòu)成的。每一個層面上都有電源通路(trace)及電路以便傳送數(shù)據(jù)。一般來說,品質(zhì)越好的記憶體模組使用越多層面的印刷電路板,層面越多,電源通路間的空間越大,相互干擾的機會也越小,這也使得記憶體模組更可靠。

(2)動態(tài)隨機存取記憶體(DRAM)

DRAM是隨機存取記憶體中最常見的形式,由于它只能短期儲存數(shù)據(jù)且必須定期更新的特征而被稱為動態(tài)(dynamic)隨機存取記憶體。大多數(shù)的記憶體具有黑色或黃色(chrome)的外殼,或稱為包裝,以保護內(nèi)部的電路。以下介紹晶片包裝的部分將展示以不同方式包裝的晶片 。

A、金手指(connecting finger):金手指,有時稱為連結(jié)器,或是“l(fā)eads”插入系統(tǒng)主機板上的記憶體插槽,以傳送主機板與記憶體間的數(shù)據(jù)交換。金手指的材料包括金以及錫。

B、內(nèi)部電源通路層(Internal Trace Layer):電源通路就是傳導數(shù)據(jù)的通路,電源通路的寬度、深度以及通路間的距離會影響整個模組的速度以及可靠性。有經(jīng)驗的工程師以安排電源通路的分布的方式來達到最快的速度,最大的可靠性以及最少的相互干擾。

(3)晶片封裝方式

晶片包裝指包裹于硅晶外層的物質(zhì)。目前最常見的包裝稱為TSOP(Thin Small Outline Packaging),早期的晶片設(shè)計以DIP(Dual In-line Package)以及SOJ(Small Outline J-lead)的方式包裝。較新的晶片,例如RDRAM使用CSP(Chip Scale Package)包裝。以下對不同封裝方式的介紹能夠幫助了解它們的不同點。

A、DIP (Dual In-Line Package):早期的記憶體常被直接安裝在電腦的系統(tǒng)主機板上,DIP包裝也因此非常受歡迎。DIP包裝晶片為插入式的零件,即它們被安裝在延伸到印刷電路板上的洞里,它們能以焊接的方式固定也能夠被安裝在插槽中。

B、SOJ (Small Outline J-Lead):SOJ包裝由于包裝外的插針形似英文字母“J”而得名。SOJ包裝晶片為表面鑲嵌零件,也就是它們被直接焊嵌在印刷電路板的表面上。

C、TSOP (Thin Small Outline Package):另一個鑲嵌在電路板上的包裝,TSOP因為它的厚度遠較SOJ為薄而得名,TSOP最早被應用在制造筆記型電腦所用的名片大小模組上。

D、CSP (Chip Scale Package):不同于DIP、SOJ以及TSOP包裝,CSP包裝不使用插針來連接晶片與主機板,而與電路板間的連結(jié)是通過晶片下方的BGA (Ball Grid Array)進行。RDRAM (Rambus DRAM)晶片使用這類包裝技術(shù)。

E、晶片相疊:針對某些更高容量的模組,晶片必須被相疊使用才能配合電路板上有限的空間。晶片相疊的方式分為內(nèi)部及外部兩種。外部相疊的晶片安排是可目測看到的,而內(nèi)部合并的晶片是外部無法看到的。


2、記憶體制造過程

A、晶片的制造:記憶體是由一般的海灘的沙所制成的。沙中含有半導體或晶片制造時最重要原料硅(silicon)。從沙中粹取的硅,經(jīng)過融解、成型、切片、打磨以及拋光的程序而成為晶圓片(silicon wafer)。在制造晶片的過程中,復雜的電路線圖被以數(shù)種不同的技術(shù)刻在晶片上,完成之后,晶片必須通過測試與切割的程序。品質(zhì)好的晶片通過一道“bonding”制程以建立晶片與金或錫制插針間的連結(jié);連結(jié)的工序完成之后,晶片就被封入兩端密封的塑膠或陶瓷包裝,通過檢驗之后便可上市。

B、記憶體模組的制造:記憶體模組制造商從這里開始扮演重要的角色。記憶體由三個主要元件組成,記憶體晶片,印刷電路板以及其他零件,例如電阻以及電容。設(shè)計工程師以電腦輔助設(shè)計程序規(guī)劃電路板。制造高品質(zhì)的電路板需要仔細地規(guī)劃每個電源通路的位置與長度;镜碾娐钒逯圃爝^程與記憶體晶片相當類似,以遮蓋、層疊以及蝕刻技術(shù)在電路板的表面上制造銅制的電源通路,電路板完成后模組便可以開始組合。自動化系統(tǒng)將零件以鑲嵌或插入的方式組合在電路板上,并以錫膏連接,透過加熱及冷卻的錫膏提供永久連結(jié),通過測試的模組接著就被包裝,運送及安裝在電腦中。


3、記憶體在電腦中的位置

最初,記憶體晶片是直接連接在電腦的主機板,或系統(tǒng)板上的,但是主機板空間逐漸成為一個問題,解決方法便在于將記憶體晶片焊連在一個小電路板上,也就是一個插入主機版上插槽的可拆式模組。這個模組稱為SIMM (Single in line memory module),并且大量節(jié)省了主機板上的空間。舉例而言,一組四個SIMM模組可能容納80個記憶體晶片,而只占9平方英吋的空間。同樣的80個晶片以平面方式安裝在主機版上需要大于21平方英吋。

現(xiàn)在,幾乎所有的記憶體都以模組形式安裝于主機板上。記憶體模組很容易辨認,因為它們大多是插在主機板上與記憶體模組本身尺寸相同的插槽。由于數(shù)據(jù)在記憶體以及處理器之間的快速傳遞對電腦的效能表現(xiàn)有很直接的影響,記憶體插槽的位置通常都很靠近中央處理器。


4、模組插槽及Bank Schemas

電腦中的記憶體通常是以Memory Banks的方式設(shè)計及安排的。一個Memory Bank由一組插槽或模組所組成。因此,排列成行的記憶體插槽可能是一個Memory Bank的一部分或是分成多個Memory Bank 。一個電腦通常配有兩個以上的Memory Bank,通常以A、B等依序類推的方式命名。每個系統(tǒng)對于記憶庫裝填的方式都有特別的規(guī)則以及習慣。舉例而言,某些電腦系統(tǒng)要求屬于同一個Memory Bank的插槽必須安裝相同容量的記憶體模組,某些電腦要求第一個數(shù)據(jù)庫必須裝填最高容量的記憶體模組。如果不照這些規(guī)則安裝,電腦可能無法開機或是部份記憶體便無法辨識。

通常記憶體規(guī)格安裝方式可以在電腦的系統(tǒng)使用手冊上找到,同時也可以利用所謂的記憶體規(guī)格數(shù)據(jù)。大多數(shù)第三者記憶體制造廠提供免費的書面記憶體配置或是從網(wǎng)絡(luò)上查詢,以便查詢并找出適合的零件編號以及記憶體安置規(guī)則。


5、雙通道記憶體:DDR

雙通道記憶體(DDR)技術(shù)其實是一種記憶體控制和管理技術(shù),它依賴于芯片組的記憶體控制器發(fā)生作用,在理論上能夠使兩條同等規(guī)格記憶體所提供的帶寬增長一倍。目前主流芯片組的雙通道記憶體技術(shù)均是指雙通道DDR記憶體技術(shù),主流雙通道記憶體平臺英特爾方面是英特爾865/875系列,而AMD方面則是NVIDIA Nforce2系列。

雙通道記憶體技術(shù)是解決CPU混流排帶寬與記憶體帶寬的矛盾的低價、高性能的方案,F(xiàn)在CPU的FSB(前端混流排頻率)越來越高,英特爾 Pentium 4比AMD Athlon XP對記憶體帶寬具有高得多的需求。英特爾Pentium 4處理器與北橋芯片的數(shù)據(jù)傳輸采用QDR(Quad Data Rate,四次數(shù)據(jù)傳輸)技術(shù),其FSB是外頻的4倍。英特爾 Pentium 4的FSB分別是400/533/800MHz,混流排帶寬分別是3.2GB/sec,2.7GB/sec和6.4GB/sec,而DDR 266/DDR 333/DDR 400所能提供的記憶體帶寬分別是2.1GB/sec,2.7GB/sec和3.2GB/sec。

在單通道內(nèi)存模式下,DDR記憶體無法提供CPU所需要的數(shù)據(jù)帶寬從而成為系統(tǒng)的性能瓶頸。而在雙通道記憶體模式下,雙通道DDR 266/DDR 333/DDR 400所能提供的記憶體帶寬分別是4.2GB/sec,5.4GB/sec和6.4GB/sec,在這里可以看到,雙通道DDR 400記憶體剛好可以滿足800MHz FSB Pentium 4處理器的帶寬需求。而對AMD Athlon XP平臺而言,其處理器與北橋芯片的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)采用DDR(Double Data Rate,雙倍數(shù)據(jù)傳輸)技術(shù),F(xiàn)SB是外頻的2倍,其對記憶體帶寬的需求遠遠低于英特爾 Pentium 4平臺,其FSB分別為266/333/400MHz,混流排帶寬分別是2.1GB/sec,2.7GB/sec和3.2GB/sec,使用單通道的DDR 266/DDR 333/DDR 400就能滿足其帶寬需求,所以在AMD K7平臺上使用雙通道DDR記憶體技術(shù),可說是收效不多,性能提高并不如英特爾平臺那樣明顯,對性能影響最明顯的還是采用集成顯示芯片的整合型主板。

NVIDIA推出的nForce芯片組是第一個把DDR記憶體接口擴展為128位元的芯片組,隨后英特爾在它的E7500服務器主板芯片組上也使用了這種雙通道DDR記憶體技術(shù),SiS和VIA也紛紛響應,積極研發(fā)這項可使DDR記憶體帶寬成倍增長的技術(shù)。但是,由于種種原因,要實現(xiàn)這種雙通道DDR(128位元的并行記憶體接口)傳輸對于眾多芯片組廠商來說絕非易事。DDR SDRAM內(nèi)存和RDRAM記憶體完全不同,后者有著高延時的特性并且為串行傳輸方式,這些特性決定了設(shè)計一款支持雙通道RDRAM記憶體芯片組的難度和成本都不算太高。但DDR SDRAM記憶體卻有著自身局限性,它本身是低延時特性的,采用的是并行傳輸模式,還有最重要的一點:當DDR SDRAM工作頻率高于400MHz時,其信號波形往往會出現(xiàn)失真問題,這些都為設(shè)計一款支持雙通道DDR記憶體系統(tǒng)的芯片組帶來不小的難度,芯片組的制造成本也會相應地提高,這些因素都制約著這項記憶體控制技術(shù)的發(fā)展。


6、主流記憶體:DDR2

DDR2是由JEDEC定義的全新的下一代DDR記憶體技術(shù)標準,在Intel BTX規(guī)格的代號Alderwood的i915P芯片組和代號Grantsdale的i925X芯片組中被完整支持。

DDR2記憶體起始頻率將從DDR記憶體最高標準頻率400MHz開始,現(xiàn)已定義可以生產(chǎn)的頻率支持到533Mhz到667MHz,標準工作頻率分別是200/266/333MHz,工作電壓為1.8V。DDR2采用全新定義的240 PIN DIMM接口標準,完全不兼容于現(xiàn)有DDR的184PIN DIMM接口標準,這就意味著,現(xiàn)有所有DDR標準接口的主板,無法使用DDR2記憶體。

DDR2記憶體技術(shù)相對于上一代標準DDR技術(shù),用簡單明了的方式來說,雖然DDR2和DDR一樣,采用了在時鐘的上升延和下降延同時進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞,但是最大的區(qū)別在于,DDR2記憶體可進行4位元預讀取。兩倍于標準DDR記憶體的2位元預讀取,這就意味著,DDR2擁有兩倍于DDR的預讀系統(tǒng)命令數(shù)據(jù)的能力。

DDR2標準規(guī)定所有DDR2記憶體均采用FBGA封裝形式。不同于目前廣泛應用的TSOP, TSOP-II封裝形式,F(xiàn)BGA封裝提供了更好的電氣性能與散熱性,為DDR2記憶體的穩(wěn)定工作與未來頻率的發(fā)展提供了良好的保障。目前應用再顯卡上的DDR2記憶體顆粒也全部采用的FBGA封裝模式。DDR2記憶體采用1.8V電壓,相對于DDR標準的2.5V,降低了不少,從而提供了明顯的更小的功耗與更小的發(fā)熱量,這一點的變化是意義重大的,同樣也讓DDR2記憶體更適應與筆記本與膝上電腦。


進一步信息,請訪問金士頓科技(KINGSTON TECHNOLOGY)有限公司http://www.kingston.com/china/tools/UMG/default.asp

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