电脑内存的原理(内存基本原理)

内存基本原理

计算机存储器可分为两类,分别有内存和外存。 二者的区别:

1、位置不同 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。

外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器,此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。

2、特点不同 内存储器速度快 价格贵,容量小,断电 后内存内数据会丢失。(ROM 断电不丢失)

外存储器 单位价格低,容量大,速度慢, 断电后数据不会丢失。


内存基本原理是什么

内存使用的是电容保存的数据,不能永久保存,如果断电,则电容会很快放电导致数据丢失 内存工作原理就是电容充放电,有电和没电表示二进制的两个状态,并且要不断的刷新电容,以防止数据丢失


内存基本原理图解

区别在于闪存是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式,允许在操作中被多次擦或写的存储器。而内存为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。


计算机内存原理和理论

存储程序原理就是将我们为解决特定问题而编写的程序存放在计算机存储器中,然后按存储器存储程序的首地址执行程序的第一条指令。

计算机功能:数据处理、数据传输、控制等。


内存基本原理 工艺

原理:内存读取一个32或64位的数(指令或者数据),要求32位同时读入,不能有先后顺序。所以仅仅靠简单的逻辑运算是做不到的。所谓的“同时读32个bit”,就需要有同一个时钟控制,在同一个上升沿或下降沿去读取,然后到下一个上升沿或下降沿前什么都不做,但是能保持住读进来的数值。

做加法的时候,就同时把2个值放到逻辑计算面前,逻辑电路则可以在电平的下一个上升沿或下降沿去做加法(或者读在上升沿,加法在下降沿)。

数值的上升沿读入,其他时间保持,就是寄存器。因为有了寄存器,保证了逻辑运算的时候,输入的1和0是稳定的,不是变化的。这就是时钟的基本作用。如果没有时钟,可能32位读入有时间顺序的差异,哪怕是纳秒的差异,也会让结果不稳定,不可预期。

如果有复杂的计算,可能需要多次读入(例如计算2个64位整数的加法),读入指令一次,读入A一次,读入B一次,相加输出再一次。每一次就是一个时钟的上升沿或下降沿操作。


内存硬件原理

内存插槽里面有一排排的pin针与内存条的金手指接触,再通过数据线,地址线与cpu通信。


内存的工作原理图解

内存,全称内部储存器,它所储存的数据在断电以后会丢失。

然而外部储存器它的数据都不能够永久保存,短则十几年,长则几十年,过了时限通通损坏,或者说是通通丢失。

外部储存器就比如说像硬盘,磁盘这一类的。外存数据都不能永久保存,更何况是内存呢?断电过后就通通丢失,你还想让它永久保存?

说好听点:想得美。

说难听点儿:你™在想屁吃。


内存基本原理图

内存工作原理

1.内存寻址 首先,内存从CPU获得查找某个数据的指令,然后再找出存取资料的位置时(这个动作称为“寻址”),它先定出横坐标(也就是“列地址”)再定出纵坐标(也就是“行地址”),这就好像在地图上画个十字标记一样,非常准确地定出这个地方。对于电脑系统而言,找出这个地方时还必须确定是否位置正确,因此电脑还必须判读该地址的信号,横坐标有横坐标的信号(也就是RAS信号,Row Address Strobe)纵坐标有纵坐标的信号(也就是CAS信号,Column Address Strobe),最后再进行读或写的动作。因此,内存在读写时至少必须有五个步骤:分别是画个十字(内有定地址两个操作以及判读地址两个信号,共四个操作)以及或读或写的操作,才能完成内存的存取操作。

2.内存传输 为了储存资料,或者是从内存内部读取资料,CPU都会为这些读取或写入的资料编上地址(也就是我们所说的十字寻址方式),这个时候,CPU会通过地址总线(Address Bus)将地址送到内存,然后数据总线(Data Bus)就会把对应的正确数据送往微处理器,传回去给CPU使用。

3.存取时间 所谓存取时间,指的是CPU读或写内存内资料的过程时间,也称为总线循环(bus cycle)。以读取为例,从CPU发出指令给内存时,便会要求内存取用特定地址的特定资料,内存响应CPU后便会将CPU所需要的资料送给CPU,一直到CPU收到数据为止,便成为一个读取的流程。因此,这整个过程简单地说便是CPU给出读取指令,内存回复指令,并丢出资料给CPU的过程。我们常说的6ns(纳秒,秒-9)就是指上述的过程所花费的时间,而ns便是计算运算过程的时间单位。我们平时习惯用存取时间的倒数来表示速度,比如6ns的内存实际频率为1/6ns=166MHz(如果是DDR就标DDR333,DDR2就标DDR2 667)。

4.内存延迟 内存的延迟时间(也就是所谓的潜伏期,从FSB到DRAM)等于下列时间的综合:FSB同主板芯片组之间的延迟时间(±1个时钟周期),芯片组同DRAM之间的延迟时间(±1个时钟周期),RAS到CAS延迟时间:RAS(2-3个时钟周期,用于决定正确的行地址),CAS延迟时间 (2-3时钟周期,用于决定正确的列地址),另外还需要1个时钟周期来传送数据,数据从DRAM输出缓存通过芯片组到CPU的延迟时间(±2个时钟周期)。一般的说明内存延迟涉及四个参数CAS(Column Address Strobe 行地址控制器)延迟,RAS(Row Address Strobe列地址控制器)-to-CAS延迟,RAS Precharge(RAS预冲电压)延迟,Act-to-Precharge(相对于时钟下沿的数据读取时间)延迟。其中CAS延迟比较重要,它反映了内存从接受指令到完成传输结果的过程中的延迟。大家平时见到的数据3—3—3—6中,第一参数就是CAS延迟(CL=3)。当然,延迟越小速度越快。


内存物理原理

转给你看看

内存参数规格:

内存的时序参数一般简写为2/2/2/6-11/1T的格式,分别代表CAS/tRCD/tRP/tRAS/CMD的值。 2/2/2/6-11/1T中最后两个时序参数,也就是tRAS和CMD(Command缩写),是其中较复杂的时序参数。目前市场上对这两个参数的认识有一些错误,因为部分内存厂商直接用它们来代表内存性能。

CMD Rate祥解:

Command Rate译为"首命令延迟",这个参数的含义是片选后多少时间可以发出具体的寻址的行激活命令,单位是时钟周期。片选是指对行物理Bank的选择(通过DIMM上CS片选信号进行)。如果系统指使用一条单面内存,那就不存在片选的问题了,因为此时只有一个物理Bank。

用更通俗的说法,CMD Rate是一种芯片组意义上的延迟,它并不全由内存决定,是由芯片组把虚拟地址解释为物理地址。不难估计,高密度大容量的系统内存的物理地址范围更大,其CMD延迟肯定比只有单条内存的系统大,即使是双面单条。

Intel对CMD这个问题就非常敏感,因此部分芯片组的内存通道被限制到四个Bank。这样就可以比较放心地把CMD Rate限定在1T,而不理用户最多能安装多少容量的内存。

宣扬CMD Rate可以设为1T实际上多少也算是一种误导性广告,因为所有的无缓冲(unbuffered)内存都应具有1T的CMD Rate,最多支持四个Bank每条内存通道,当然也不排除芯片组的局限性。

tRAS:

tRAS在内存规范的解释是Active to Precharge Delay,行有效至行预充电时间。是指从收到一个请求后到初始化RAS(行地址选通脉冲)真正开始接受数据的间隔时间。这个参数看上去似乎很重要,其实不然。内存访问是一个动态的过程,有时内存非常繁忙,但也有相对空闲的时候,虽然内存访问是连续不断的。tRAS命令是访问新数据的过程(例如打开一个新的程序),但发生的不多。

接下来几个内存时序参数分别为CAS延迟,tRCD,以及tRP,这些参数又是如何影响系统性能的呢?

CAS:

CAS意为列地址选通脉冲(Column Address Strobe 或者Column Address Select),CAS控制着从收到命令到执行命令的间隔时间,通常为2,2.5,3这个几个时钟周期。在整个内存矩阵中,因为CAS按列地址管理物理地址,因此在稳定的基础上,这个非常重要的参数值越低越好。过程是这样的,在内存阵列中分为行和列,当命令请求到达内存后,首先被触发的是tRAS (Active to Precharge Delay),数据被请求后需预先充电,一旦tRAS被激活后,RAS才开始在一半的物理地址中寻址,行被选定后,tRCD初始化,最后才通过CAS找到精确的地址。整个过程也就是先行寻址再列寻址。从CAS开始到CAS结束就是现在讲解的CAS延迟了。因为CAS是寻址的最后一个步骤,所以在内存参数中它是最重要的。

tRCD:

根据标准tRCD是指RAS to CAS Delay(RAS至CAS延迟),对应于CAS,RAS是指Row Address Strobe,行地址选通脉冲。CAS和RAS共同决定了内存寻址。RAS(数据请求后首先被激发)和CAS(RAS完成后被激发)并不是连续的,存在着延迟。然而,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。在同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。

tRP:

tRP指RAS Precharge Time ,行预充电时间。也就是内存从结束一个行访问结束到重新开始的间隔时间。简单而言,在依次经历过tRAS, 然后 RAS, tRCD, 和CAS之后,需要结束当前的状态然后重新开始新的循环,再从tRAS开始。这也是内存工作最基本的原理。如果你从事的任务需要大量的数据变化,例如视频渲染,此时一个程序就需要使用很多的行来存储,tRP的参数值越低表示在不同行切换的速度越快

总结:

或许你看完以上论述后还是有一些不解,其实大家也没必要对整个内存寻址机制了解的非常透彻,这个并不影响你选择什么规格的内存,以及如何最大程度上在BIOS中优化你的内存参数。最基本的,你应该知道,系统至少需要搭配满足CPU带宽的内存,然后CAS延迟越低越好。

因为不同频率的内存的价格相差并不是很大,除了那些发烧级产品。从长远的目光来考虑,我们建议大家尽量购买高频率的内存产品。这样或许你将来升级CPU时可以节省一笔内存费用,高频率的内存都是向下兼容的。例如如果购买了PC3200 400MHz的内存,标明的CAS延迟是2.5。如果你实际使用时把频率降到333MHz,通常情况下CAS延迟可以达到2。

一般而言,想要保持内存在一个高参数,如果不行可以采取降低频率的方法。但对处理器超频时,都会要求较高的总线速度,此时的瓶颈就在内存系统上,一般只有靠牺牲高参数来保持内存频率和CPU的外频同步。这样可以得到更大的内存带宽,在处理大量数据时就能明显的从中获益,例如数据库操作,Photoshop等。

另外一点值得注意的是,PC3200或PC3500规格的内存,如果CAS延迟可以设为2,也能在一定程度上弥补内存带宽。因为此时CPU和内存交换数据时间隔的时间大大减少了。如果用户经常使用的程序并不需要大的带宽,低CAS延迟也会带来显著的性能提升,例如一些小型游戏和3D应用程序。


内存 原理

内存卡是以单晶体管作为二进制信号的存储单元,晶体管中加入了浮动栅和控制栅。浮动栅用于贮存电子,表面被一层硅氧化物绝缘体所包覆,并通过电容与控制栅相耦合。

当负电子在控制栅的作用下被注入到浮动栅中时,NAND单晶体管的存储状态就由1变成0,而当负电子从浮动栅中移走后,存储状态就由0变成1。包覆在浮动栅表面的绝缘体的作用就是将内部的电子“困住”,达到保存数据的目的。