第4章 内存 4.4（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 内存 4.4 内存的发展历程 说出内存条诞生的原因与 30 线 SIMM； 说出 DDR2／DDR3 的预读位数与系数。 能按时间顺序复述内存演进； 能算 DDR2-800 与 DDR3-1600 带宽。 体会需求牵引与开放生态； 能按缺口位置识别内存代次。 知识目标 能力目标 素养目标 01 02 03 学习目标 教学导入：为什么插不进去 情境 装机店里，顾客拿着一条崭新的 288 线 DDR5 内存条，想插进三年前买的主板，却怎么也对不上缺口。店员说：“不是质量问题，是代次不对。”你能说出内存条为什么会一代一代地变吗？ 候选一：容量变大了 容量越大越好 所以插槽要变 与缺口无关 候选二：速度变快了 CPU 越来越快 内存带宽跟不上 所以要换新标准 候选三：接口不兼容 线数虽然相同 缺口位置不同 物理上插不进去 驱动问题 内存条从磁芯一路变到今天，每一代是被什么推动的？ 同样是 288 线，DDR5 与 DDR4 为什么不兼容？ 磁芯与集成芯片 SIMM：30／72 线 SDRAM 与 RDRAM DDR 家族到 DDR5 第一部分 4.4.1 -4.4.4 知识讲授 从磁芯到集成内存芯片 图4·5 内存的发展过程 时间轴上的四站 磁芯（每比特玉米粒大小，一间机房装不下 100KB）→ 集成内存芯片（焊在主板上，256KB×1bit、1MB×4bit）→ 30 线 SIMM（256KB）→ 72 线 SIMM（1～4MB）。 要看懂的一件事 说明 磁芯时代 没有内存条的概念，磁芯排列在线路上 集成内存芯片 焊接在主板上，容量 256KB×1bit、1MB×4bit 为什么要内存条 芯片无法拆卸更换 → 焊到 PCB ＋ 主板改用插槽 4.4.1 内存条的诞生 内存芯片无法拆卸和更换，内存条便应运而生。 图4·6 30 线 SIMM 内存条 问题 说明 内存条怎么做 把内存芯片焊接到事先设计好的印刷电路板（PCB）上 主板怎么改 计算机主板上也改用内存插槽 解决了什么 内存难以安装和更换升级的问题被彻底解决 80286 时代的内存 直接固化在主板上，容量只有 64KB、256KB 4.4.1 30 线 SIMM 30 线 SIMM 容量为 256KB，必须由 8 个数据位和 1 个校验位组成 1 个内存插槽。 问题 说明 接口名称 30 线 SIMM（Single In-line Memory Modules，单边接触内存模组） 容量 256KB 插槽构成 8 个数据位＋1 个校验位＝1 个内存插槽 搭配规则 16 位数据总线的 80286 配两条；32 位数据总线的 80386 配四条 为什么是两条／四条 一条 30 线 SIMM 只有 8 位数据位，凑够 16 位要两条、凑够 32 位要四条。 30 线 SIMM 256KB 80286→2 条 80386→4 条 4.4.2 72 线 SIMM 内存 1988—1993 年，CPU 字长向 32bit 发展，30 线 SIMM 的内存带宽成为瓶颈。 图4·7 72 线 SIMM 内存条 问题 说明 时代背景 1988—1993 年，个人计算机走进家庭，80386／80486 时代 为什么要换 30 线 SIMM 较低的内存带宽成为亟待解决的瓶颈 72 线强在哪 支持 32b 快速页模式存取，内存带宽得以大幅度提升 容量与搭配 单条 1～4MB；80386／80486 配单条，Pentium（64 位）配两条 4.4.3 168 线 SDRAM 内存 1996 年 Intel 推出 Pentium MMX、AMD K6 问世后，EDO DRAM 成为系统瓶颈。 图4·8 SDRAM 内存条 问题 说明 采用什么模块 168 线双列直插式存储模块（DIMM） 三种规范 PC66、PC100、PC133，标识的数字表示工作频率 位宽与带宽 位宽由 32 位升级到 64 位，带宽达 533MB／800MB／1066MB 4.4.4 RDRAM 内存 图4·9 RDRAM 内存条 为什么没成主流 它彻底改变了内存的传输模式，无法与原有制造工艺兼容；厂商还要交纳专利费，加上本身成本，价格高昂；虽受 Intel 大力支持，始终没有成为主流。 问题 说明 传输模式 串行的数据传输模式 开发公司 美国的 RAMBUS 公司 4.4.4 RDRAM 的带宽 RDRAM 的数据存储位宽是 16 位，远低于 DDR 内存和 SDRAM 内存的 64 位。 问题 说明 数据存储位宽 16 位（DDR 与 SDRAM 均为 64 位） 频率 远远高于 DDR 与 SDRAM，可以达到 800MHz 乃至更高 一个时钟周期传几次 两次：在时钟的上升期和下降期各传输一次数据 带宽算式 800MHz×(16bit÷8)×2＝3.2GB/s 与 Pentium 4 的组合 PC133 规范 SDRAM 的带宽只能到 1066MB/s，满足不了 Pentium 4 所需的 3.2GB；Intel 与 Rambus 联合在 PC 市场推广 RDRAM＋Pentium 4 组合。 16 位位宽 800MHz 以上 3.2GB/s 第一部分课堂问答 01 内存条怎么来 内存条是怎么来的？ 答 内存芯片无法拆卸和更换，于是把芯片焊到 PCB 上、主板改用内存插槽。 02 30 线怎么配 30 线 SIMM 怎么配？ 答 容量 256KB；8 数据位＋1 校验位为 1 个插槽；80286 配两条、80386 配四条。 03 72 线强在哪 72 线 SIMM 强在哪？ 答 支持 32b 快速页模式存取，单条 1～4MB；与 30 线位宽不同不能共用。 04 RDRAM 为何输 RDRAM 为什么没赢？ 答 传输模式封闭、须交专利费、成本高，价格高昂，始终没有成为主流。 第一部分课堂练习（一） 01 最早焊接在主板上的集成内存芯片，容量特别小，最常见的规格是（　　）。 A．256KB×1bit、1MB×4bit B．512KB×1bit、2MB×4bit C．1MB×8bit、4MB×4bit D．64KB×1bit、256KB×4bit 答 A 02 在 80286 计算机时代，内存并没有被人重视，这时的内存是（　　）。 A．以内存条的形式插在插槽里 B．集成在 CPU 内部 C．存放在硬盘上的虚拟内存 D．直接固化在主板上，容量只有 64KB、256KB 答 D 第一部分课堂练习（二） 01 30 线 SIMM 内存条必须由 8 个数据位和 1 个校验位组成 1 个内存插槽；它与具有 16 位数据总线的 Intel 80286 处理器搭配使用时需要配置（　　）。 A．1 条 B．2 条 C．4 条 D．8 条 答 B 02 SDRAM 内存采用 168 线双列直插式存储模块，其位宽由过去的 32 位升级到了（　　）。 A．16 位 B．32 位 C．64 位 D．128 位 答 C 第二部分 4.4.5-4.4.9 知识讲授 4.4.5 DDR 内存 DDR SDRAM 是 Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory 的缩写。 图4·10 DDR 内存条 问题 说明 中文全称 双倍数据速率同步动态随机存取存储器 它是谁的替代者 RDRAM 内存的替代者 为什么便宜 与 SDRAM 可在相同生产线上生产，成本与销售价格大幅降低 4.4.5 DDR 与 SDRAM SDRAM 一个时钟周期内只传输一次数据，DDR 则传输两次。 问题 说明 SDRAM 怎么传 一个时钟周期内只传一次，在时钟的上升期进行数据传输 DDR 怎么传 一个时钟周期内传两次，上升期和下降期各传输一次数据 频率提升 从起初的 100MHz 提升到 133MHz、166MHz、200MHz 带宽提升 100MHz×8×2＝1.6GB/s → 200MHz×8×2＝3.2GB/s 怎么记 SDRAM 一个周期一次、DDR 一个周期两次——DDR 的全称里 Double Data Rate 就是双倍数据速率。 100MHz → 200MHz 1.6GB/s → 3.2GB/s 4.4.6 DDR2 内存 图4·11 DDR2-800 内存条 DDR2 的改进 一次预读 4bit 是 DDR 的两倍，倍增系数 2×2＝4；相同频率下带宽比 DDR 高 1 倍。算例：DDR2-800＝800MHz×8＝6.4GB/s。 问题 说明 一次预读 4bit（DDR 为 2bit） 倍增系数 2×2＝4 算例 800MHz×8＝6.4GB/s 4.4.7 DDR3 内存 DDR3 内存一次预读 8bit 数据，是 DDR2 的两倍、DDR 的 4 倍。 图4·12 DDR3-1600 内存条 问题 说明 一次预读 8bit，倍增系数 2×2×2＝8 带宽提升 相同频率下带宽比 DDR2 高 1 倍；主流 PC 都支持 DDR3 算例 1600MHz×(64bit÷8)＝12.8GB/s 4.4.8 DDR4 内存 图4·13 DDR4 内存条 问题 说明 一次预读 16bit（DDR3 为 8bit） 读写速度 相同内核频率下是 DDR3 的两倍 起步频率 2133MHz；更高有 3200MHz 等 外观与电压 1→1.2mm；288 针；1.2V 4.4.9 DDR5 内存 2021 年 2 月阿斯加特发布首款 DDR5 内存条，4 月 26 日首批批量生产下线。 图4·14 阿斯加特 DDR5-4800 内存条 频率与时间线 起步频率 4800MHz、目前最高频率 6400MHz；直到 2021 年第 4 季度第 12 代酷睿处理器发布，量产的 DDR5 内存条才有了用武之地。 4.4.9 DDR5 的可寻址通道 DDR5 内存将内部的 64 位数据分成两个可寻址通道。 图4·15 影驰金属大师 DDR5-5200 内存条 问题 说明 分成几个通道 两个可寻址通道 每个多少位 32 位（如果考虑 ECC 因素，则为 40 位） 好处是什么 有效提高内存控制器进行数据访问的效率，同时减少了延迟 与 DDR4 相比 等效频率更高、支持更大容量、工作电压更低（1.1V） 4.4.9 CPU-Z 里的四通道 用 CPU-Z 检测支持双通道内存的酷睿 i9-12900K 时，显示四通道内存模式。 图2·19 被误认的酷睿 i9-12900K 处理器的内存通道数 为什么显示四通道 DDR5 把内部 64 位数据拆成两个 32 位可寻址通道，CPU-Z 会分别计数这两个通道，于是“双通道内存”被显示成四通道——不是插错了，也不是主板坏了。 4.4.9 DDR5 与 DDR4 DDR5 内存和 DDR4 内存一样都是 288 线内存，但它们的防呆缺口的位置不同。 问题 说明 线数相同吗 都是 288 线内存 差别在哪 防呆缺口的位置不同 后果是什么 两者在物理方面互不兼容 升级怎么办 升级 DDR5 内存必须更换主板 怎么用眼睛分辨 把两条内存条并排，看金手指缺口相对位置——缺口错开的那一条就是不同代。 288 线 缺口位置不同 互不兼容 DDR 家族对比 把 DDR 家族排在一起看：预读位数翻倍、倍增系数翻倍、带宽跟着翻倍。 型号（线数） 关键特征与算例 DDR（184 线） 一次预读 2bit；带宽 1.6GB/s → 3.2GB/s DDR2（240 线） 一次预读 4bit；倍增系数 4；DDR2-800＝6.4GB/s DDR3（240 线） 一次预读 8bit；倍增系数 8；DDR3-1600＝12.8GB/s DDR4（288 线） 一次预读 16bit；起步 2133MHz；工作电压 1.2V DDR5（288 线） 起步 4800MHz、最高 6400MHz；工作电压 1.1V 一条算路 一次预读位数翻倍 → 倍增系数翻倍 → 相同频率下带宽翻倍；再叠加频率提升，带宽就一路涨上去。 第二部分课堂问答 01 DDR 与 SDRAM DDR 和 SDRAM 差在哪？ 答 SDRAM 一个时钟周期传一次数据，DDR 传两次；带宽由 1.6GB/s 升到 3.2GB/s。 02 DDR2 与 DDR3 DDR2 和 DDR3 的系数？ 答 DDR2 预读 4bit、倍增系数 4；DDR3 预读 8bit、倍增系数 8。 03 DDR4 与 DDR5 DDR4 与 DDR5 的频率？ 答 DDR4 起步 2133MHz、1.2V；DDR5 起步 4800MHz、最高 6400MHz、1.1V。 04 288 线不兼容 同为 288 线为何不兼容？ 答 DDR5 与 DDR4 的防呆缺口位置不同，物理上互不兼容，升级必须更换主板。 第二部分课堂练习（一） 01 DDR 内存是（　　）的替代者，并且与 SDRAM 内存条可以在相同的生产线上生产。 A．SIMM 内存 B．EDO DRAM 内存 C．RDRAM 内存 D．闪存 答 C 02 DDR 内存的频率从起初的 100MHz 逐步提升到了（　　）。 A．66MHz、100MHz 和 133MHz B．200MHz、400MHz 和 800MHz C．800MHz、1066MHz 和 1333MHz D．133MHz、166MHz 和 200MHz 答 D 第二部分课堂练习（二） 01 DDR3 内存一次预读 8bit 数据，它的倍增系数是（　　）。 A．2×2＝4 B．2×2×2＝8 C．2 D．2×2×2×2＝16 答 B 02 DDR5 内存将内部的 64 位数据分成两个可寻址通道，每个通道为（　　）（考虑 ECC 因素则为 40 位）。 A．32 位 B．16 位 C．64 位 D．128 位 答 A 课堂小结：知识地图 内存演进时间轴 早期形态 • 磁芯：每比特玉米粒大小 • 集成芯片：256KB×1bit • 内存条：焊到 PCB 上 • 30 线 SIMM：256KB • 80286 两条、80386 四条 位宽与路线之争 • 72 线 SIMM：32b 快页 • 168 线 SDRAM：64 位 • PC66／100／133 三规范 • RDRAM：16 位、串行 • RDRAM 因封闭而退场 DDR 家族 • DDR：一周期传两次 • DDR2：4bit、系数 4 • DDR3：8bit、系数 8 • DDR4：2133MHz、1.2V • DDR5：4800MHz、1.1V 课后任务 课后任务 操作要求 ① 习题4 第 3 题：目前，常用的内存条接口有哪些类型？ ② 按出现顺序写出：30 线 SIMM、72 线 SIMM、168 线 SDRAM、184 线 DDR、240 线 DDR2、240 线 DDR3、288 线 DDR4、288 线 DDR5。 ③ 每种接口写一条特征：线数、容量、搭配或频率、电压。 ④ 说明：30 线 SIMM 为何退场；DDR5 与 DDR4 为何不兼容。 提交物 作业本或纸质照片：习题4 第 3 题的作答（含 ②③④ 三项）。 一张表格：按“接口 → 线数 → 特征”三列填写。 ✓ 接口类型按顺序写全 ✓ 每种接口一条特征 ✓ 两处差异说明 ✓ 表格三列齐全 维度 观测点 知识 接口类型与特征 能力 带宽计算与代次识别 素养 需求牵引与开放生态 谢谢观看 THANKS $