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内存标签上这串数字,暗藏了内存工作的“秘密”

2019-07-05 11:50:24 IT之家 汐元 编辑:玉米 浏览数:19集趣网

一台电脑的性能怎么样,很多人会看处理器、显卡,而除了这两者,内存的重要性紧跟其后。内存也是我们平常接触最频繁的计算机硬件之一,它的容量的大小、频率的高低,与电脑运行的快慢有密切的关系。相信大部分消费者在购买内存时看且仅看...

一台电脑的性能怎么样,很多人会看处理器、显卡,而除了这两者,内存的重要性紧跟其后。内存也是我们平常接触最频繁的计算机硬件之一,它的容量的大小、频率的高低,与电脑运行的快慢有密切的关系。相信大部分消费者在购买内存时看且仅看容量、频率这两项参数。但事实上,影响内存性能的还有一项重要参数,就是内存时序。

那么什么是内存时序?这是小编在本文想和大家探讨的。我们暂且抛开定义,从内存的一些运行原理说起。

首先,内存是什么?内存是与CPU直接沟通的桥梁。打个比方,如果把CPU比作一个工厂,它是负责处理数据的。数据从哪里来?当然是从硬盘中来,所以硬盘相当于一个原料产地。

早期的电脑是没有内存的,CPU直接从硬盘中读取数据,就像工厂直接从原料产地采集数据原料。但是随着技术的发展,CPU工厂的处理能力极大提升,远远甩开了硬盘的运力,但是数据还是要从硬盘中读取啊,需要迁就硬盘的运力,所以CPU的发挥空间被大大限制了。

怎么办?这个时候,人们想到了一个方法——临时仓库。

你硬盘不是追不上CPU的速度吗?那就不让CPU直接找硬盘了,我们可以在工厂和原料产地之间设立一个前置的临时仓库,先屯一批货在仓库里,这个临时仓库,就是内存。

CPU需要数据,直接从临时仓库中读取,不再直接读取硬盘了。而这个临时仓库的运转速度是硬盘的几十倍不等,能够满足CPU处理速度的需要,所以它就会不断将CPU需要处理的数据预存在仓库里,这样,整个电脑的性能、效率都大大提高。

讲到这里,相信大家对这个临时仓库就很感兴趣了,很想走进仓库,看看它自己是怎么运转的,和工厂之间又是怎样工作的。

先说说临时仓和工厂之间是怎样沟通的吧。

我们知道,在CPU里面,都有一个内存控制器,它就是工厂中负责和临时仓库直接沟通物流的窗口。

当CPU需要处理“XXX小姐姐”的数据,就大喊一声“我要XXX小姐姐的数据!”然后这条指令在工厂内部各个部门之间传递、转化,到达内存控制器,内存控制器负责和仓库沟通“XXX小姐姐”的数据在哪里。

插一句,具体工厂内部这个指令是怎么传递的,比较复杂。简单来说,指令首先会被传递到内存管理单元,在这里进行虚实转换,然后发往总线,总线再把命令传递给内存控制器,内存控制器接到命令后,对命令进行分析,了解自己的任务,然后找到临时仓库。

内存控制器和内存之间沟通的物流线路,就是内存通道(Channel)。很显然,这样的通道多多益善,毕竟多一条通道,就可以增加一倍的流通效率。不过,一个内存控制器只能控制一个内存通道,就目前消费级数据处理的需求来讲,两个通道基本也就足够了,当然也有三通道、四通道的,根据大家的需求和预算来吧。

顺着内存通道,就可以找到内存,也就是临时仓库了。那么这个临时仓库是什么样的呢?它是以怎样的方式存在?

我们知道,数据是被存在内存颗粒里的,内存颗粒我们叫Chip内存颗粒是内存的关键部件,就好像仓库里一个个库房,只不过打造这样的库房需要很高的技术,不是随便一个厂商都能生产出来的,毕竟它装载的货物非常独特,像三星、海力士等等,就是打造这样的库房的高手。

说起来,早期这个“临时仓库”是比较简陋的,直接以库房的形式存在,即内存颗粒是直接被插在主板上的,后来才被焊在一块模块化的电路板上,这个电路板,其实就是内存条。早期的叫SIMM,在内存发展进入SDRAM时代后,SIMM逐渐被DIMM取代。两者的区别和发展过程,这里就不方便展开啦。

这么说吧,现在来讲,DIMM就是内存条的基本形态,在上面打的比方中,其实就是临时仓库的实体形态。内存条上一排黑色的小芯片,就是内存颗粒(Chip),也就是库房。数据,就是从不同的库房里取出,然后发往CPU这个工厂的。很多时候,我们看到一个内存条上有8个内存颗粒,当然也有四个或者16个的,这是巧合吗?

不是,这其实和CPU有关。我们刚才说到,内存控制器是CPU中和内存对接的窗口,而这个窗口的运力是有限制的。目前,内存控制器和内存对接的接口位宽主要是64 bit,也就是一个时钟周期里可以向内存发送或读取64 bit的数据,而一个内存颗粒的位宽比较小,有4 bit的,8 bit的,也有16 bit的,当少数也会有32 bit的,所以,实际应用时需要把多个内存颗粒并联起来,成为一个64 bit的集合,从而来满足CPU的运力要求。

而这样的一个集合,叫做Rank。目前绝大多数的内存条都有1个或者2个Rank。通常同种内存颗粒下,Rank数越多,可做的内存容量就越大。例如通常我们在内存条上会看到1R×8或者2R×8的参数,其中R就代表Rank,8代表内存颗粒的位宽为8bit。1R×8代表这个DIMM上有1×(64÷8)=8个内存颗粒,2R×8代表这个DIMM上有2×(64÷8)=16个内存颗粒。注意,CPU一次只能对一个Rank进行访问和操作。

OK,我们想象一下,在这个内存这个临时仓库中,有一排(1个Rank)的库房(内存颗粒),它们负责与不远处的工厂(CPU)沟通、运输原材料(数据)。接下来,就该研究一下工厂到底是怎样和这些库房沟通的了,工厂想要哪些数据?这些数据在哪里取?这些总该弄清楚吧。


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