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内存标簽上這串數字,暗藏了内存工作的“秘密”

2019-07-20 01:11IT之家 / 汐元

一台電腦的性能怎麼樣,很多人會看處理器、顯卡,而除了這兩者,内存的重要性緊跟其後。内存也是我們平常接觸最頻繁的計算機硬件之一,它的容量的大小、頻率的高低,與電腦運行的快慢有密切的關系。相信大部分消費者在購買内存時看且僅看容量、頻率這兩項參數。但事實上,影響内存性能的還有一項重要參數,就是内存時序。

那麼什麼是内存時序?這是小編在本文想和大家探讨的。我們暫且抛開定義,從内存的一些運行原理說起。

首先,内存是什麼?内存是與CPU直接溝通的橋梁。打個比方,如果把CPU比作一個工廠,它是負責處理數據的。數據從哪裡來?當然是從硬盤中來,所以硬盤相當于一個原料産地。

早期的電腦是沒有内存的,CPU直接從硬盤中讀取數據,就像工廠直接從原料産地采集數據原料。但是随着技術的發展,CPU工廠的處理能力極大提升,遠遠甩開了硬盤的運力,但是數據還是要從硬盤中讀取啊,需要遷就硬盤的運力,所以CPU的發揮空間被大大限制了。

怎麼辦?這個時候,人們想到了一個方法——臨時倉庫。

你硬盤不是追不上CPU的速度嗎?那就不讓CPU直接找硬盤了,我們可以在工廠和原料産地之間設立一個前置的臨時倉庫,先屯一批貨在倉庫裡,這個臨時倉庫,就是内存。

CPU需要數據,直接從臨時倉庫中讀取,不再直接讀取硬盤了。而這個臨時倉庫的運轉速度是硬盤的幾十倍不等,能夠滿足CPU處理速度的需要,所以它就會不斷将CPU需要處理的數據預存在倉庫裡,這樣,整個電腦的性能、效率都大大提高。

講到這裡,相信大家對這個臨時倉庫就很感興趣了,很想走進倉庫,看看它自己是怎麼運轉的,和工廠之間又是怎樣工作的。

先說說臨時倉和工廠之間是怎樣溝通的吧。

我們知道,在CPU裡面,都有一個内存控制器,它就是工廠中負責和臨時倉庫直接溝通物流的窗口。

當CPU需要處理“XXX小姐姐”的數據,就大喊一聲“我要XXX小姐姐的數據!”然後這條指令在工廠内部各個部門之間傳遞、轉化,到達内存控制器,内存控制器負責和倉庫溝通“XXX小姐姐”的數據在哪裡。

插一句,具體工廠内部這個指令是怎麼傳遞的,比較複雜。簡單來說,指令首先會被傳遞到内存管理單元,在這裡進行虛實轉換,然後發往總線,總線再把命令傳遞給内存控制器,内存控制器接到命令後,對命令進行分析,了解自己的任務,然後找到臨時倉庫。

内存控制器和内存之間溝通的物流線路,就是内存通道(Channel)。很顯然,這樣的通道多多益善,畢竟多一條通道,就可以增加一倍的流通效率。不過,一個内存控制器隻能控制一個内存通道,就目前消費級數據處理的需求來講,兩個通道基本也就足夠了,當然也有三通道、四通道的,根據大家的需求和預算來吧。

順着内存通道,就可以找到内存,也就是臨時倉庫了。那麼這個臨時倉庫是什麼樣的呢?它是以怎樣的方式存在?

我們知道,數據是被存在内存顆粒裡的,内存顆粒我們叫Chip内存顆粒是内存的關鍵部件,就好像倉庫裡一個個庫房,隻不過打造這樣的庫房需要很高的技術,不是随便一個廠商都能生産出來的,畢竟它裝載的貨物非常獨特,像三星、海力士等等,就是打造這樣的庫房的高手。

說起來,早期這個“臨時倉庫”是比較簡陋的,直接以庫房的形式存在,即内存顆粒是直接被插在主闆上的,後來才被焊在一塊模塊化的電路闆上,這個電路闆,其實就是内存條。早期的叫SIMM,在内存發展進入SDRAM時代後,SIMM逐漸被DIMM取代。兩者的區别和發展過程,這裡就不方便展開啦。

這麼說吧,現在來講,DIMM就是内存條的基本形态,在上面打的比方中,其實就是臨時倉庫的實體形态。内存條上一排黑色的小芯片,就是内存顆粒(Chip),也就是庫房。數據,就是從不同的庫房裡取出,然後發往CPU這個工廠的。很多時候,我們看到一個内存條上有8個内存顆粒,當然也有四個或者16個的,這是巧合嗎?

不是,這其實和CPU有關。我們剛才說到,内存控制器是CPU中和内存對接的窗口,而這個窗口的運力是有限制的。目前,内存控制器和内存對接的接口位寬主要是64 bit,也就是一個時鐘周期裡可以向内存發送或讀取64 bit的數據,而一個内存顆粒的位寬比較小,有4 bit的,8 bit的,也有16 bit的,當少數也會有32 bit的,所以,實際應用時需要把多個内存顆粒并聯起來,成為一個64 bit的集合,從而來滿足CPU的運力要求。

而這樣的一個集合,叫做Rank。目前絕大多數的内存條都有1個或者2個Rank。通常同種内存顆粒下,Rank數越多,可做的内存容量就越大。例如通常我們在内存條上會看到1R×8或者2R×8的參數,其中R就代表Rank,8代表内存顆粒的位寬為8bit。1R×8代表這個DIMM上有1×(64÷8)=8個内存顆粒,2R×8代表這個DIMM上有2×(64÷8)=16個内存顆粒。注意,CPU一次隻能對一個Rank進行訪問和操作。

OK,我們想象一下,在這個内存這個臨時倉庫中,有一排(1個Rank)的庫房(内存顆粒),它們負責與不遠處的工廠(CPU)溝通、運輸原材料(數據)。接下來,就該研究一下工廠到底是怎樣和這些庫房溝通的了,工廠想要哪些數據?這些數據在哪裡取?這些總該弄清楚吧。


編輯:樂樂

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