About Computer Memory

本节重点介绍通用内存，即 PC 存储当前正在使用的程序和数据的地方，它是向处理器提供数据并接收处理结果的通道。通用内存被称为“读写内存”或“随机存取存储器（RAM）”，必须能够读取和写入。现代 PC 上主要使用两种类型的 RAM：

“动态 RAM (DRAM)”存储数据的时间仅为几分之一秒，之后便会丢失。为了保持存储的数据，系统必须不断地“刷新”DRAM，这会影响性能并限制其速度。典型的 DRAM 提供 60 ns（纳秒）的访问时间，但其价格便宜且功耗相对较低。

“静态 RAM (SRAM)”只要通电就能自动保持其内容，无需刷新。SRAM 的访问时间比 DRAM 快一个数量级，但价格昂贵且功耗较高。

PC 使用分层内存架构来利用这些特性：

PC 的大部分内存使用 DRAM（现代系统使用一种称为“SDRAM”的变体，将在下一节中介绍），称为“主存”。它的容量很大，通常为 256 MB 到 1 GB 或更多，但速度太慢，无法跟上现代 CPU 的步伐。CPU 将即将用到的程序和数据存储在主存中。主存充当了 CPU 和磁盘之间的缓冲区。

“高速缓存（Cache memory）”是一小块快速的 SRAM，用于缓冲 CPU 和主存之间的访问。

现代 PC 有两层高速缓存：

“一级高速缓存”，也称为“L1 缓存”，通常是 16 到 128 KB 的超高速内存，与 CPU 本身位于同一芯片上。L1 缓存的大小和效率是影响 CPU 性能的主要因素。L1 缓存的数量和类型由你使用的 CPU 决定，无法升级。

L1 缓存不足以消除处理器和主存之间的速度差异。“二级高速缓存”，也称为“L2 缓存”，在成本和性能之间取得了合理的平衡，弥补了这一差距。在所有现代处理器（包括 Intel Pentium 4 和 Celeron，以及 AMD Athlon 64 和 Sempron）中，L2 缓存都是 CPU 封装（或 CPU 基板本身）的一部分。现代处理器的 L2 缓存大小从 128 KB 到 2 MB 不等。

善用高速缓存

处理器上的高速缓存数量会对性能产生巨大影响，特别是当你处理小型数据集时。例如，当我们在两个几乎相同的处理器上测试 SETI@Home (http://setiathome.ssl.berkeley.edu/) 客户端时，其中一个处理器具有 512 KB 的 L2 缓存，另一个具有 1 MB，第二个处理器完成工作单元所需的时间不到第一个处理器的一半。这是因为整个工作单元都可以放入 1 MB 的 L2 缓存中，而无法放入 512 KB 的 L2 缓存中。运行类似的分布式处理应用程序，如果使用的数据集太大而无法放入 1 MB 的 L2 缓存，那么拥有较大 L2 缓存的处理器只会稍微快一点。如果你在两个相似的处理器之间进行选择，请务必选择 L2 缓存较大的那一个。

近期系统的主存通常采用以下类型之一：

“同步 DRAM”，也称为“SDRAM”，于 1996 年开始发货，并广泛用于 2001 年之前的 PC。与现在已淘汰的旧式异步内存不同，SDRAM 与 CPU 共享一个公共时钟参考。CPU 和内存同步工作，允许 CPU 在需要时随时与内存传输数据，而无需等待特定的时间窗口。SDRAM 的速度以 MHz 为单位指定，而不是早期内存所使用的纳秒。同步 DRAM 有以下几种形式：

“JEDEC SDRAM”或“PC66 SDRAM”这样命名是为了将其与后来的“PC100 SDRAM”和“PC133 SDRAM”区分开来。

“PC100 SDRAM”适用于使用 100 MHz 前端总线（FSB）的 Pentium II 和 Pentium III 处理器。

“PC133 SDRAM”适用于 133 MHz 的前端总线。请注意，不能想当然地认为 PC133 内存可以用来升级安装有 PC66 或 PC100 内存的系统。某些系统（特别是基于 Intel 440BX 和 810 系列芯片组的系统）需要 PC100 内存，如果安装 PC133 内存，则无法正常工作。

总的来说，虽然 PC66、PC100 和 PC133 SDRAM 模块仍然可以买到（尽管分销有限），但任何使用 SDRAM 的系统都不是理想的升级对象。最新的 SDRAM 系统现在已经使用了超过五年，正接近其使用寿命的终点。最快的 SDRAM 系统（如 1+ GHz 的 Pentium III 机型）仍然足够快，可以在次要任务中发挥作用，但 SDRAM 每兆字节的高昂成本使得通过购买新内存来升级它们非常不划算，只能通过从其他旧系统中回收 SDRAM 来实现。

与标准 SDRAM 相比，“双倍数据速率 SDRAM (DDR-SDRAM)”在每个时钟周期内传输的数据量翻倍，从而有效地将峰值内存带宽增加了一倍。DDR-SDRAM 是对标准 SDRAM 的渐进式改进，后者现在有时被称为“单倍数据速率 SDRAM”或“SDR-SDRAM”以示区分。由于 DDR-SDRAM 的生产成本与 SDR-SDRAM 基本相同，它很快就淘汰了 SDR-SDRAM。

用于生产 DDR-SDRAM 内存模块（称为 DIMM，双列直插式内存模块）的芯片是根据其运行速度命名的。例如，100 MHz 的芯片通过双倍泵压达到 200 MHz，因此被称为 DDR200 芯片。同样，在 133 MHz 下运行的芯片被称为 DDR266 芯片，在 166 MHz 下运行的芯片被称为 DDR333 芯片，而在 200 MHz 下运行的芯片被称为 DDR400 芯片。

与按芯片速度命名的 SDR-SDRAM DIMM 不同，DDR-SDRAM DIMM 是根据其带宽来命名的。

它们的数据路径宽度为 64 位（8 字节）。因此，例如，一个使用 DDR200 芯片的 DDR-SDRAM DIMM 每秒传输 8 字节 2 亿次，总带宽为 16 亿字节/秒，被称为 PC1600 DIMM。同样，使用 DDR266 芯片的 DDR-SDRAM DIMM 被标记为 PC2100，使用 DDR333 芯片的标记为 PC2700，使用 DDR400 芯片的标记为 PC3200。

PC3200 DDR-SDRAM 模块价格的下降很快淘汰了较慢的 DDR-SDRAM 形式，尽管 PC2700 模块仍有少量分销。对于使用较慢变体的系统来说，PC2100 及更慢的 DDR-SDRAM 供应有限并不是问题，因为 PC3200 内存与较慢的变体向后兼容。

更快不一定更好

面向游戏玩家、超频爱好者和其他发烧友的高性能内存模块提供 PC3500、PC4000、PC4200 及更高规格。除非你将系统超频到超过其额定速度，否则这些高价模块不会提供任何额外收益。

切勿混用

将较快的模块与较慢的模块混合使用，会导致较快的内存以所安装最慢模块的速度运行。此外，一些主板对混合速度的内存处理不佳。如果你要升级一个只有少量较慢 DDR-SDRAM 的系统，而处理器又能利用 PC3200 DDR-SDRAM 的更高速度，通常建议更换掉较慢的模块，而不是仅仅添加 PC3200 模块。

任何使用 DDR-SDRAM 的系统都是不错的升级候选者。如果内存没有标注，你可以通过在制造商网站上查看模块上的项目编号来确定 DDR-SDRAM DIMM 的速度和其他特性。DDR-SDRAM DIMM 使用 184 个针脚，可以通过观察针脚数量和单个键槽的位置，将其与 168 针的 SDR-SDRAM 和 240 针的 DDR2-SDRAM 内存模块区分开来。图 6-2 显示了一个 DDR-SDRAM DIMM。

图 6-2：一个 DDR-SDRAM DIMM

到 2003 年初，最初的 DDR-SDRAM 技术已接近其极限。随着 AMD 和 Intel 向更高的前端总线速度过渡，DDR-SDRAM 很难跟上节奏。主流 DDR-SDRAM 的上限是 PC3200。使用 PC3200 内存的双通道 DDR 芯片组（结合了成对内存模块的带宽）将峰值带宽限制为 6400 MB/s。这与具有 800 MHz 前端总线且内存通道宽度为 64 位（8 字节）的处理器（如主流的 Pentium 4 型号）的带宽要求相匹配，但随着新处理器的推出，即使是双通道 DDR-SDRAM 也将无法跟上处理器带宽的增长。

长期的解决方案是“DDR2 SDRAM”。DDR2 在标准 DDR 技术的基础上进行了一系列改进，包括增加带宽、降低电压（1.8V 对比 DDR 的 2.5V）、降低功耗和改进封装。正如 DDR-SDRAM 在相同频率下运行时比 SDR-SDRAM 带宽翻倍一样，DDR2-SDRAM 通过将电气接口速度翻倍，使带宽比 DDR-SDRAM 更上一层楼。DDR2 DIMM 使用新的 240 针连接器，与 184 针的 DDR-SDRAM 及更早的连接器不兼容。表 6-1 列出了 DDR2-SDRAM 的重要特性，并列出了 PC3200 (DDR400) DDR-SDRAM 以供对比。

表 6-1：DDR2 特性

尽管 Intel 自推出以来一直大力推行 DDR2，但最初的采用速度很慢，原因有二。首先，DDR2 内存最初的售价比 DDR 内存高出许多，有时甚至高达 200% 到 300%。到 2005 年底，这种差价已降至 15% 或 20%，使 DDR2 成为更合理的选择。其次，尽管 DDR2 提供比 DDR 高得多的带宽，但它的“延迟”也高得多。实际上，这意味着虽然 DDR2 可以以比 DDR 更高的速度传输数据，但它开始传输数据所需的时间更长。对于主要使用顺序内存访问的应用程序（例如视频编辑），DDR2 的带宽优势提供了明显更高的内存性能。对于随机访问内存的应用程序（包括许多个人办公软件），DDR 的延迟优势使其更具优势。DDR2-SDRAM DIMM 使用 240 个针脚，可以通过观察针脚数量和键槽位置，将其与 168 针的 SDR-SDRAM 和 184 针的 DDR-SDRAM 内存模块区分开来。

“Rambus RDRAM”是由 Intel 和 Rambus 联合开发的专有 RAM 标准。Rambus RDRAM 封装在称为“RIMM”的模块中，这是一个商标名称，而非缩写。

RDRAM 内存有三种类型，分别称为“基准 Rambus”、“并发 Rambus”和“直接 Rambus”。前两种已过时，仅用于游戏主机等设备。PC 中使用的所有 RDRAM 内存都是直接 Rambus 内存。RDRAM 有四种速度规格，分别为 PC600、PC700、PC800 和 PC1066，不过目前只有 PC800 和 PC1066 仍然可买到。与 DDR-SDRAM 一样，RDRAM 模块按带宽命名，但有所不同。RDRAM 使用 16 位或 18 位数据路径（对比 SDRAM 的 64 位）一次传输两个字节，而 DDR-SDRAM 的带宽是 8 字节。因此，PC800 RDRAM 的带宽仅为 1.6 GB/s，PC1066 为 2.133 GB/s，远低于 DDR-SDRAM，更不用说 DDR2-SDRAM 了。

二合一模块

RDRAM RIMM 最初作为 16 位或 18 位部件提供。在双通道 RDRAM 主板中，这些模块必须成对安装，每个通道一个。目前市面上常见的 PC1066 32/36 位 RDRAM RIMM 实际上是将两个 16 位或 18 位 RIMM 合并为一个封装，可以在双通道 RDRAM 系统中单独安装。

RDRAM 还存在严重的延迟问题，而且这种延迟会随着 RDRAM 设备数量的增加而增加。虽然 RDRAM 在推出时提供了潜在的更高整体性能，但速度更快且便宜得多的 DDR-SDRAM 很快就淘汰了 RDRAM 在桌面系统中的应用。基于 RDRAM 的系统虽然勉强可升级，但请仔细权衡系统的使用年限以及添加额外 RDRAM 内存的成本，与更换主板并使用 DDR-SDRAM 或 DDR2-SDRAM 内存的成本。

Rambus 已不再适用于 PC

Rambus 推出了 RDRAM 的后续产品，称为“XDR DRAM”，其性能（虽然价格未必）可与 DDR-SDRAM 竞争。XDR DRAM 用于 Sony PlayStation 3 游戏主机，但没有任何现有的 PC 芯片组支持 XDR DRAM。所有内置 Rambus 内存的 PC 现在都已接近其设计寿命的终点。

你可以通过了解系统的使用年限来判断系统中可能存在的内存类型。图 6-3 显示了过去 10 年中安装在新系统中的内存类型的时间轴。

图 6-3：按年份使用的各种新系统内存类型

截至 2005 年底，未来几年 PC 的内存格局似乎是可以预测的。PC3200 DDR-SDRAM 内存将继续用于低端系统，并将继续为那些升级旧系统的用户提供广泛的选择。DDR2-SDRAM 在 2005 年最终在基于 Intel 的系统中站稳了脚跟，随着 AMD 在 2006 年全年推出兼容 DDR2 的处理器，DDR2 将成为主流内存技术，并逐渐取代 DDR-SDRAM。

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