下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
5.1 DDR4内存物理结构和工作原理
内存在电脑中扮演着极其重要的角色。
当初次打开文件时，实际上是把保存在硬盘上的文件调入内存；当我们在电脑上写文章时，实际上是往内存内写；当玩游戏时，实际上是把游戏内容调入内存后才能显示的；在进行运算时，是由内存中获取数据的；当文章还没有写完，要把它暂时保存起来时，实际上是把文件由内存往硬盘的转移过程；如果想把写好的文章打印出来，其内容也是由内存提供给输出设备的。当然，内存的以上功能都是由CPU控制器操纵的。可是，控制器之所以能够进行操纵，其指令也是由内存提供的。可见，内存实在是太重要了。
在电脑的硬件系统中，有一个非常重要的部分，就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件的，对于电脑来说，有了存储器，才有记忆功能。
电脑中有两种存储器，一种是内存储器，一种是外存储器。内存储器就是我们平时所说的内存，它的存取速度非常快，它的质量好坏与容量大小会影响电脑的运行速度。外存储器通常是磁性介质或光盘，像硬盘、软盘、磁带、CD等。它能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但速度与CPU相比就显得慢得多。
内存是电脑中至关重要的一部分，它又被称为主存。它是一种利用半导体技术做成的电子设备，用来临时存储CPU处理的数据，同时它也充当着CPU和硬盘之间临时记录数据的设备。如果CPU直接从硬盘中读取数据，运算速度会变慢，但如果把需要运算的数据存储在内存中，CPU就能很快地读取数据，进而提高运算的速度。图5-1展示了内存与其他硬件之间的工作关系图。
其实内存又叫易失性存储器，意思是说当电源供应中断后，存储器所存储的数据便会消失。这也是内存的一个特点。
图5-1 内存与其他硬件工作关系图
最初电脑使用的内存其实是DRAM（动态随机访问存储器），所以现在内存是按照DRAM原理制造而成的。
那么什么是DRAM呢？
简单来说，早期电脑内存DRAM是由电容组合而成的，就像是充电电池，能够存储电荷的电容分别以充满电和放完电的状态表示二进制数字1和0。内存使用的电荷非常少，如果不加理会，电容就会放电成为0，也就是说存储的数据就会消失，因此需要每隔一段时间就读取之前存储的内容，进行记录。其实这个过程就是刷新，刷新操作需要的时间就是内存的速度了。
我们已经知道电脑的内存比较重要，下面我们来了解一下电脑内存的结构。
电脑的内存通常由PCB、金手指、内存芯片、电容、电阻、内存固定卡缺口、内存脚缺口、SPD等几部分组成，如图5-2所示。
图5-2 台式电脑的内存
流行内存的PCB多为绿色，而且设计精密。一般采用多层设计。理论上分层越多内存的性能越稳定。PCB制造严密，肉眼上较难分辩PCB的层数，只能借助一些印在PCB上的符号或标识来断定。
内存金手指就是内存模组下方的一排金黄色引脚，其作用是与主板内存插槽中的触点相接触，以此来实现电路连通，通过金手指来传输数据。金手指由铜质导线制成，长时间使用会出现氧化，从而影响内存的正常工作。最好每隔半年左右用橡皮清理一下金手指上的氧化物，如图5-3所示。
图5-3 金手指
内存芯片又被称为内存的灵魂，内存的性能、速度、容量都是由内存芯片决定的。内存芯片的功能决定了内存的功能。内存芯片就是内存条上一个个肉眼可见的集成电路块，又被称作内存颗粒，是构成内存的主要部分，如图5-4所示。
PCB上必不可少的电子元件就是电阻和电容了，用于提高电气性能。为了减小内存的体积，无论是电阻还是电容都采用贴片式，而这些电阻或电容的性能丝毫不比非贴片式的电阻或电容逊色，它们为提高内存的稳定性起了很大作用，如图5-5所示。
图5-4 内存芯片
图5-5 电容和电阻
内存插到主板上后，主板上的内存插槽上会有两个夹子牢固地卡住内存，这个缺口便是固定内存用的。
内存脚上的缺口的作用首先是防止内存插反，其次是用来区不同内存的。之前的SDRAM内存有两个缺口，如图5-6所示。而DDR内存则只有一个缺口，不能混插。图5-7展示了DDR4内存的防呆缺口的位置。
图5-6 SDRAM内存
SPD是一个EEPROM可擦写存贮器的八脚小芯片，容量仅有256字节，只可以写入一点信息，主要包括内存的标准工作状态、速度、响应时间等，以协调电脑系统更好地工作，如图5-8所示。
图5-7 DDR4内存防呆缺口
图5-8 SPD芯片
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，这个过程被称作“内存寻址”。在整个过程中它先定出数据的横坐标（列地址），再定出数据的纵坐标（行地址），以此便能非常精确地找到这个地址。
储存资料或从内存内部读取资料时，CPU先会为这些读取或写入的资料编上地址，并通过地址总线（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。
存取时间，就是指CPU从内存读取或往内存写入资料这个过程所用的时间，也被称为总线循环。
内存延迟实际上指的是处理器需要等待多长时间，内存才能做好发送或接收数据的准备。处理器等待的时间越短，整机的性能就越高。比如你在餐馆里用餐的过程一样。你首先要点菜，然后就等待服务员给你上菜，这个时间越短越好。同样的道理，内存延迟时间设置得越短，电脑从内存中读取数据的速度也就越快，进而电脑其他的性能也就越高。
内存在开始工作后，会先从CPU获得查找某个数据的指令，然后再找出存取资料的位置，这就好像在地图上画个十字标记一样，要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它是否正确，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（Row Address Strobe，RAS信号），纵坐标有纵坐标的信号（Column Address Strobe，CAS信号），最后再进行读或写的动作。因此，内存在读写时至少有5步：画个十字（包括定地址两个操作及判读地址两个信号，共4个操作）及或读或写的操作，这样才能完成内存的存取操作。