第4章 内存 4.1-4.3（课件）-《计算机组装与维修》（电工版第4版）【上好课】

计算机组装与维修 电工版第4版 2课时 第4章　任务1 4.1-4.3 内存概述·分类与性能指标 说出内存的定义与作用、位与字节的关系； 说出 ROM 家族与 SRAM／DRAM 的分工。 能算内存带宽并核对单位； 能用 CPU-Z 读出容量与通道数。 体会“各有特点、不可替代”； 理想要符合现实、量身定做。 知识目标 能力目标 素养目标 01 02 03 学习目标 教学导入：同是 8GB 的内存条 情境 装机店里，顾客指着一排内存条问：“这两条都是 8GB，为什么一条 200 元、一条 400 元？”店员没有直接报参数，而是先问了一句：“你的电脑主要用来做什么？”你能说出店员为什么先问用途吗？ 候选一：只看容量 都是 8GB 就一样 容量决定一切 贵的一定是坑 候选二：还看频率 DDR4 还是 DDR5 3200MHz 还是 4800MHz 带宽并不一样 候选三：还看用途 办公还是游戏 要不要做视频 用途决定该花多少 驱动问题 同是 8GB，为什么带宽会不同？ 从“看容量”到“算带宽”，中间要认识哪些东西？ 认识内存：是什么 分清家族：ROM 与 RAM 量一量：四项指标 算一算：带宽 第一部分 4.1—4.2 内存概述 知识讲授 内存的定义与作用 内存（Memory）也称内存储器或主存储器，主要用于存取计算机的程序和数据。 图4·1 内存在系统中的作用 图上看什么 要点 三框分别是什么 CPU、内存、硬盘 内存夹在哪两者之间 CPU 与硬盘（外存） 这条链路叫什么 CPU 与外存之间进行数据交换的通道和桥梁 为什么要重视它 内存带宽会在很大程度上影响 CPU 性能的发挥 1．位（bit） 在二进制中，只有 0 和 1 两个数码，每一个 0 或 1 称为 1 位，习惯用小写字母 b 表示。 数据怎么存 数字电子计算机中的数据 以二进制代码的形式存在 存储、传输、处理都用它 只有两个数码 0 和 1 没有别的数码 每一位非 0 即 1 一位叫什么 一个 0 或一个 1 称为 1 位 习惯用小写字母 b 表示 为什么先讲位 字节由位组成，位是数据的最小单位；把位讲清楚，后面的字节与容量单位才不会混。 0 或 1 → 1 位 小写字母 b 数据的最小单位 2．字节（Byte） 将 8 位二进制数称为一个字节（Byte），用大写字母 B 表示，1B＝8b。 换算要记牢 内容 1 字节等于多少位 1B＝8b（8 位二进制数称为一个字节） 字节的地位 字节是计算机系统中最小的存储单位 常用容量单位 KB、MB、GB、TB 换算关系 1KB＝1024B，1MB＝1024KB，1GB＝1024MB，1TB＝1024GB 算一次就记住 一条标注 8GB 的内存条，容量即 8×1024MB＝8192MB，约 83.9 亿个字节。 1B＝8b 1KB＝1024B 1MB＝1024KB 1GB＝1024MB 4.2 内存的分类 人们通常认为内存就是内存条，事实上内存在计算机系统中还以其他形式扮演着重要角色。 图4·2 威刚万紫千红 8GB DDR5 4800 内存条 问题 说明 日常认知是什么 人们通常认为内存就是内存条（图4·2 的 8GB DDR5 4800 内存条） 按什么分 按可否改写与是否易失分为 ROM 与 RAM 两类各有什么特点 ROM 不能改写、断电不丢；RAM 可读写、断电即失 4.2.1 只读存储器（ROM） 只读存储器（Read-Only Memory，ROM）最大的特点是一旦存储资料就无法再将其改变或删除。 最大的特点 一旦存储资料 就无法再将其改变或删除 用于不需经常变更资料的场合 断电会怎样 资料不会因电源关闭而消失 这一点与 RAM 正好相反 所以适合存放固化的程序 用在哪里 存放基本输入/输出系统 也就是常说的 BIOS 开机自检与引导都靠它 一句话记住 ROM 只读、断电不丢；在计算机系统中用于存放基本输入/输出系统（BIOS）。 只读 断电不丢 存放 BIOS 1．可擦除可编程只读存储器 EPROM 芯片可以重复擦除和写入数据，解决了 ROM 芯片只能写入一次数据的弊端。 图4·3 EPROM 芯片和 EPROM 擦除器 问题 说明 与普通 ROM 的区别 可以重复擦除和写入数据，不再只能写入一次 最明显的特征 正面的陶瓷封装上有一个玻璃窗口，可看到内部集成电路 怎么擦除 紫外线通过该窗口照射内部芯片 擦除用什么工具 完成芯片擦除的操作要用到 EPROM 擦除器（见图4·3） 2．电可擦除可编程只读存储器 EEPROM 又称电可擦写 ROM；闪存是 EEPROM 的变种，能在字节水平上进行删除和重写。 问题 说明 EEPROM 怎么擦 又称电可擦写 ROM，工作原理与 EPROM 类似，擦除方式是使用高电场 闪存是什么 一种长寿命的非易失性存储器，断电情况下仍能保持数据 闪存怎么删数据 以固定区块为单位（一般 256KB、20MB），不是以单个字节为单位 闪存与 EEPROM 闪存是 EEPROM 的变种，能在字节水平上删除和重写，更新速度更快 常用在哪里 由于断电时仍能保存数据，闪存通常被用来保存设置信息，如用于计算机的 BIOS 中。 EPROM：紫外线 EEPROM：高电场 闪存：按区块删除 4.2.2 随机存取存储器 随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）是易挥发性随机存取存储器。 能不能高速存取 可以高速存取 读/写时间相等 不像 ROM 只能读 断电会怎样 在断电时将丢失其存储内容 所以它是易挥发性存储器 不能用来长期保存数据 用在哪里 存储短时间使用的程序 程序运行时的临时数据 也就是常说的内存条 按内部结构分 按照 RAM 的内部结构不同，随机存取存储器又分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。 SRAM：静态 DRAM：动态 1．静态随机存取存储器 所谓静态是相对动态来说的：只要电源不撤除，写入 SRAM 的信息就不会消失。 问题 说明 要不要刷新 只要电源不撤除信息就不消失，不需要刷新电路 读取特性 读取信息时不破坏原来存放的信息，一经写入可以多次读取 优点与代价 最大优点是读/写速度快，但结构复杂、成本高、功耗大 用在哪里 只适用于容量小、要求高速读/写的场合：CPU 的一/二/三级缓存 为什么做缓存 CPU 与主内存之间速度差很大，SRAM 就充当 CPU 的内置一级、二级、三级缓存（cache）。 不刷新 速度快 成本高 2．动态随机存取存储器 DRAM 利用场效应管的栅极与衬底间的分布电容来保存信息。 问题 说明 信息怎么存 以存储电荷的多少即电容端电压的高低表示“1”和“0” 为什么要刷新 信息会随着电容器的漏电而逐渐丢失（一般保存时间 2ms 左右） 所以必须怎样 在丢失数据前刷新：采用 DRAM 的计算机必须配置动态刷新电路 优缺点与用途 结构简单、集成度高、成本低；但效率低、读/写慢；用作主内存 一句话对比 SRAM 快但贵、做缓存；DRAM 慢但便宜、做主内存——这正是“存在即合理”。 分布电容 2ms 左右须刷新 用作主内存 SRAM 与 DRAM 对比 SRAM 与 DRAM 同为随机存取存储器，但结构不同、在系统中的位置也不同。 对比项 SRAM DRAM 是否刷新 不需要刷新电路 必须配置动态刷新电路 读/写速度 快 慢 成本与功耗 结构复杂、成本高、功耗大 结构简单、集成度较高、成本低 在系统中的位置 CPU 的一级、二级、三级缓存 主内存（常说的内存） 怎么记 记住一句话：SRAM 做缓存、DRAM 做主内存；一个贵而快，一个便宜而慢。 SRAM → CPU 缓存 DRAM → 主内存 素养：存在即合理 所谓“存在即合理”，内存的分类是因为各自有各自的特点和不可替代的作用。 各有各的特点 ROM 只读、断电不丢 RAM 可读写、断电即失 闪存按区块删除 各有各的位置 ROM 存放 BIOS SRAM 做 CPU 缓存 DRAM 做主内存 对我们的启示 理想不能“假大空” 要符合现实、量身定做 务实可行才有价值 教材原话（教师设计） 我们的理想要符合现实、“量身定做”，务实可行的理想才能让我们有价值地存在、不可替代地存在、不分高低地存在。 各有特点 各有位置 不可替代 第一部分课堂问答 01 内存干什么 内存是干什么的？ 答 内存也称内存储器或主存储器，是 CPU 与外存之间进行数据交换的通道和桥梁。 02 位与字节 位和字节怎么区分？ 答 一个 0 或 1 称为 1 位，用小写 b；8 位二进制数为 1 字节，用大写 B。 03 ROM 用在哪 ROM 用在哪里？ 答 ROM 一旦存储就无法改变或删除，断电不丢，用于存放 BIOS。 04 三种 ROM 三种 ROM 怎么擦？ 答 EPROM 靠紫外线经玻璃窗口擦除；EEPROM 用高电场；闪存按固定区块删除。 第一部分课堂练习（一） 01 内存是计算机中用于存取程序和数据的部件，它处在（　　）之间。 A．CPU 与外存 B．CPU 与电源 C．外存与显示器 D．主板与机箱 答 A 02 下列容量单位的换算关系，正确的是（　　）。 A．1MB＝1024GB B．1GB＝1024KB C．1KB＝1024B D．1KB＝8B 答 C 第一部分课堂练习（二） 01 EPROM 擦除数据时，紫外线是（　　）照射内部芯片的。 A．通过陶瓷封装上的玻璃窗口 B．通过塑料外壳上的散热孔 C．通过金手指上的缺口 D．通过电路板上的过孔 答 A 02 闪存（Flash Memory）通常被用来保存设置信息，例如用于计算机的（　　）。 A．显示器色彩配置 B．键盘布局 C．鼠标灵敏度 D．BIOS 中 答 D 第二部分 4.3 内存的性能指标 知识讲授 1．容量 内存所能存储的数据总量就是它的容量。 问题 说明 容量是什么 内存所能存储的数据总量 早期容量 只有 64KB、128KB、256KB、512KB 目前主流 8GB、16GB 和 32GB，甚至达到了 64GB 怎么选容量 按系统与软件的实际需求选，够用即可，不必盲目追大 单位别写错 容量的单位是 B 及其倍数（KB／MB／GB／TB），1GB＝1024MB，注意是 1024 进制。 64KB—512KB 8GB 16GB 32GB／64GB 2．位宽 内存的位宽是指内存与 CPU 交换数据时一次传输的二进制数的位数。 问题 说明 位宽是什么 内存与 CPU 交换数据时一次传输的二进制数的位数 DDR 内存位宽 现在 DDR 内存的位宽全部为 64 位 双通道之后 如果配置了双通道内存，位宽将达到 128（2×64）位 怎么理解 把位宽想成“车道”：单通道 64 位是 64 条车道，双通道就是 128 条，一次能搬的数据翻倍。 单通道 64 位 双通道 128 位 带宽随之翻倍 3．频率 内存的数据传输率可以从存储周期与有效数据传输频率两个方面来描述。 图4·4 金士顿 FURY Renegade 16GB（2×8GB）DDR4 5333 内存条 问题 说明 存储周期 两次独立的存取操作之间所需的最短时间，以纳秒（ns）为单位 有效数据传输频率 描述内存数据传输率的另一个方面，以 MHz 为单位 主流 DDR4 有效数据传输频率达到 3200MHz，最高频率可以达到 5333MHz DDR5 起步频率为 4800MHz，目前最高规格为 6400MHz 4．带宽 将单位时间内内存的最大理论数据吞吐量称为内存带宽。 问题 说明 带宽是什么 单位时间内内存的最大理论数据吞吐量 计算公式 内存的带宽＝有效数据传输频率×位宽÷8 算例：DDR4-3200 3200MHz×64bit÷8＝25.6GB/s 算例：DDR5-4800 4800MHz×64bit÷8＝38.4GB/s（结果是 GB/s） 回到导入情境 两条都是 8GB 的内存条，频率不同则带宽不同，价格自然也不同——这就是导入问题的答案。 频率×位宽÷8 25.6GB/s 38.4GB/s 第二部分课堂问答 01 缓存与主内存 SRAM 和 DRAM 用在哪？ 答 SRAM 用在 CPU 的一/二/三级缓存；DRAM 被用作主内存，须配置刷新电路。 02 容量多大 容量现在多大？ 答 早期只有 64KB—512KB；目前主流为 8GB、16GB 和 32GB。 03 频率怎么看 频率怎么看？ 答 一看存储周期（ns），二看有效数据传输频率；DDR4 主流 3200MHz。 04 带宽怎么算 带宽怎么算？ 答 带宽＝有效数据传输频率×位宽÷8；DDR4-3200 为 25.6GB/s。 第二部分课堂练习（一） 01 下列存储器中，断电后会丢失数据、且读/写时间相等的是（　　）。 A．ROM B．EPROM C．闪存 D．RAM 答 D 02 下列存储器中，用作 CPU 缓存和用作主内存的依次是（　　）。 A．DRAM、SRAM B．SRAM、DRAM C．ROM、DRAM D．SRAM、ROM 答 B 第二部分课堂练习（二） 01 内存的存储周期一般以（　　）为单位。 A．兆赫（MHz） B．纳秒（ns） C．吉字节（GB） D．秒（s） 答 B 02 已知某内存的有效数据传输频率为 4800MHz、位宽为 64bit，其带宽为（　　）。 A．25.6GB/s B．32.0GB/s C．38.4GB/s D．64.0GB/s 答 C 课堂小结：知识地图 内存：认识·分类·衡量 4.1 内存概述 • CPU 与外存之间的桥梁 • 带宽影响 CPU 性能 • 1 位＝0 或 1 • 8 位＝1 字节 • 1KB＝1024B 4.2 内存的分类 • ROM：只读、断电不丢 • EPROM 紫外线擦除 • EEPROM 高电场擦除 • 闪存按区块删除 • SRAM 缓存、DRAM 主存 4.3 内存的性能指标 • 容量：主流 8GB • 位宽：64 位、双通道 • 频率：DDR4 3200MHz • 存储周期单位：ns • 带宽＝频率×位宽÷8 课后任务 课后任务 操作要求 ① 习题4 第 1 题：说明内存的主要作用。 ② 习题4 第 2 题：列出内存的主要性能指标。 ③ 习题4 第 5／6／7 题：说明 ROM 的应用、SRAM 的用途、DRAM 的特点。 ④ 习题4 第 9 题：用 CPU-Z 检测本机内存容量及通道数。 ⑤ 按“名称—特点—用途”整理一张内存家族小表。 提交物 作业本或纸质照片：习题4 第 1／2／5／6／7／9 题的作答。 内存家族小表：ROM／EPROM／EEPROM／闪存／SRAM／DRAM 各一行。 ✓ 习题4 第 1 题：内存的作用 ✓ 习题4 第 2 题：性能指标 ✓ 习题4 第 5／6／7 题：三类存储器 ✓ 内存家族小表 维度 观测点 知识 定义、单位与四类指标 能力 带宽计算与检测 素养 各有特点、不可替代 谢谢观看 THANKS $