浅谈主流内存发展历史
淺談主流內(nèi)存發(fā)展歷史
申屠志剛2018329621200 信息學(xué)院 計算機科學(xué)與技術(shù)18(3)摘 要：計算機必然包含運算器、控制器、存儲器和輸入輸出設(shè)備等五個重要部分，其中作為內(nèi)存儲器的內(nèi)存條在PC中是一個巨大的緩沖區(qū)，CPU所需訪問與處理的數(shù)據(jù)都會經(jīng)過這里，雖說CPU內(nèi)部也有各級緩存，但是容量空間是無法與內(nèi)存相比的，隨著CPU的處理能力不斷的提高，內(nèi)存的速度與容量也在不斷的提升，歷經(jīng)KB~GB，每隔幾年就會更新?lián)Q代。
關(guān)鍵詞：內(nèi)存；內(nèi)部存儲器；集成電路；
Mainstream memory stick development history
Abstract: The computer must contain five important parts: the operator, the controller, the memory, and the input and output device. The memory bank as the internal memory is a huge buffer in the PC. The data that the CPU needs to access and process will pass through here. Although there are caches at all levels inside the CPU, the capacity space cannot be compared with the memory. As the processing power of the CPU continues to increase, the speed and capacity of the memory are constantly improving. After KB~GB, every few years. Will be updated.
Keywords: memory; internal memory; integrated circuit;
內(nèi)存在PC中是一個巨大的緩沖區(qū)，CPU所需訪問與處理的數(shù)據(jù)都會經(jīng)過這里，雖說CPU內(nèi)部也有各級緩存，但是容量空間是無法與內(nèi)存相比的。現(xiàn)在的內(nèi)存在存取速度上有著非常驚人的表現(xiàn)的，但是斷電后又不能保存存入的信息。所以在電腦硬件發(fā)展的長期過程中，內(nèi)存一直扮演著中轉(zhuǎn)站的角色。隨著CPU的處理能力不斷的提高，內(nèi)存的速度與容量也在不斷的提升，歷經(jīng)KB~GB，每隔幾年就會更新?lián)Q代。下面我們就一起來了解一下內(nèi)存條的發(fā)展歷史。
一、ROM和RAM的概念理解
RAM：隨機存取存儲器（random access memory）又稱作"隨機存儲器"，是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器，也叫主存(內(nèi)存)。它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲媒介。當(dāng)電源關(guān)閉時RAM不能保留數(shù)據(jù)。如果需要保存數(shù)據(jù)，就必須把它們寫入一個長期的存儲設(shè)備中（例如硬盤）。RAM和ROM相比，兩者的最大區(qū)別是RAM在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會自動消失，而ROM不會自動消失，可以長時間斷電保存。
ROM：只讀存儲器。ROM所存數(shù)據(jù)，一般是裝入整機前事先寫好的，整機工作過程中只能讀出，而不像隨機存儲器那樣能快速地、方便地加以改寫。ROM所存數(shù)據(jù)穩(wěn)定，斷電后所存數(shù)據(jù)也不會改變。
RAM（隨機存儲器）可以分為SRAM（靜態(tài)隨機存儲器）和DRAM（動態(tài)隨機存儲器）。
SRAM（Static Random Access Memory，靜態(tài)隨機存儲器），它是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存，不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)。優(yōu)點是速度快，不必配合內(nèi)存刷新電路，可提高整體的工作效率。缺點是集成度低，功耗較大，相同的容量體積較大，而且價格較高，少量用于關(guān)鍵性系統(tǒng)以提高效率。
DRAM（Dynamic Random Access Memory，動態(tài)隨機存儲器）是最為常見的系統(tǒng)內(nèi)存。DRAM只能將數(shù)據(jù)保持很短的時間。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，DRAM使用電容存儲，所以必須隔一段時間刷新（refresh）一次，如果存儲單元沒有被刷新，存儲的信息就會丟失。
SDRAM：（Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步動態(tài)隨機存取存儲器），是在DRAM的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，為DRAM的一種，同步是指Memory工作需要同步時鐘，內(nèi)部命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以時鐘為基準(zhǔn)；動態(tài)是指存儲陣列需要不斷的刷新來保證數(shù)據(jù)不丟失；隨機是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲，而是由指定地址進行數(shù)據(jù)讀寫。
DDR SDRAM又是在SDRAM的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，這種改進型的DRAM和SDRAM是基本一樣的，不同之處在于它可以在一個時鐘讀寫兩次數(shù)據(jù)，這樣就使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍了。這是目前電腦中用得最多的內(nèi)存，而且它有著成本優(yōu)勢。
二、SDRAM發(fā)展歷程介紹
SIMM
其實在最初的個人電腦上是沒有內(nèi)存條的，內(nèi)存是直接以DIP芯片的形式安裝在主板的DRAM插座上面，需要安裝8到9顆這樣的芯片，容量只有64KB到256KB，要擴展相當(dāng)困難，但這對于當(dāng)時的處理器以及程序來說這已經(jīng)足夠了，直到80286的出現(xiàn)硬件與軟件都在渴求更大的內(nèi)存，只靠主板上的內(nèi)存已經(jīng)不能滿足需求了，于是內(nèi)存條就誕生了。
SIPP很快就被SIMM（Single In-line Memory Modules）取代了，兩側(cè)金手指傳輸相同的信號，早期的內(nèi)存頻率與CPU外頻是不同步的，是異步DRAM，細分下去的話包括FPM DRAM（Fast Page Mode DRAM）與EDO DRAM（Extended data out DRAM），常見的接口有30pin SIMM與72pin SIMM，工作電壓都是5V。
第一代SIMM內(nèi)存有30個引腳，單根內(nèi)存數(shù)據(jù)總線只有8bit，所以用在16位數(shù)據(jù)總線處理器上（286、386SX等）就需要兩根，用在32位數(shù)據(jù)總線處理器上（386DX、486等）就需要四根30pin SIMM內(nèi)存，采購成本一點都不低，而且還會增加故障率，所以30pin SIMM內(nèi)存并不是完全被大家所接受。
有趣的是DIP芯片形式的內(nèi)存與內(nèi)存條共存了一段比較長的時間，在不少286的主板上你可以同時看到DIP內(nèi)存芯片與30pin SIMM內(nèi)存插槽，它們是可以一齊工作的。
隨后誕生了72pin SIMM內(nèi)存，單根內(nèi)存位寬增加到32位，一根就可以滿足32位數(shù)據(jù)總線處理器，擁有64位數(shù)據(jù)總線的奔騰處理器則需要兩根，內(nèi)存容量也有所增加，它的出現(xiàn)很快就替代了30pin SIMM內(nèi)存，386、486以及后來的奔騰、奔騰Pro、早期的奔騰II處理器多數(shù)會用這種內(nèi)存。
FPM DRAM
FPM DRAM是從早期的Page Mode DRAM上改良過來的，當(dāng)它在讀取同一列數(shù)據(jù)是，可以連續(xù)傳輸行位址，不需要再傳輸列位址，可讀出多筆資料，這種方法當(dāng)時是很先進的，不過現(xiàn)在看來就很沒效率。
FPM DRAM有30pin SIMM和72pin SIMM兩種，前者常見于286、386和486的電腦上，后者則常見于486與早期型的奔騰電腦上，30pin的常見容量是256KB，72pin的容量從512KB到2MB都有。
EDO DRAM
其實也是72pin SIMM的一種，它擁有更大的容量和更先進的尋址方式，這種內(nèi)存簡化了數(shù)據(jù)訪問的流暢，讀取速度要FPM DRAM快不少，主要用在486、奔騰、奔騰Pro、 早期的奔騰II處理器的電腦上面。
在1991到1995年EDO內(nèi)存盛行的時候，憑借著制造工藝的飛速發(fā)展，EDO內(nèi)存在成本和容量上都有了很大的突破，單條EDO內(nèi)存容量從4MB到16MB不等，數(shù)據(jù)總線依然是32位，所以搭配擁有64位數(shù)據(jù)總線的奔騰CPU時基本都成對的使用。不過相比于發(fā)展迅速的電腦硬件，發(fā)展緩慢的SIMM最終仍然無法擺脫被淘汰的命運。
SDR SDRAM內(nèi)存
然而隨著CPU的升級EDO內(nèi)存已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)的需求了，內(nèi)存技術(shù)也發(fā)生了大革命，插座從原來的SIMM升級為DIMM（Dual In-line Memory Module），兩邊的金手指傳輸不同的數(shù)據(jù)，SDR SDRAM內(nèi)存插座的接口是168Pin，單邊針腳數(shù)是84，進入到了經(jīng)典的SDR SDRAM（Single Data Rate SDRAM）時代。
SDRAM其實就是同步DRAM的意思，內(nèi)存頻率與CPU外頻同步，這大幅提升了數(shù)據(jù)傳輸效率，再加上64bit的數(shù)據(jù)位寬與當(dāng)時CPU的總線一致，只需要一根內(nèi)存就能讓電腦正常工作了，這降低了采購內(nèi)存的成本。
第一代SDR SDRAM頻率是66MHz，通常大家都稱之為PC66內(nèi)存，后來隨著Intel與AMD的CPU的頻率提升相繼出現(xiàn)了PC100與PC133的SDR SDRAM，還有后續(xù)的為超頻玩家所準(zhǔn)備的PC150與PC166內(nèi)存，SDR SDRAM標(biāo)準(zhǔn)工作電壓3.3V，容量從16MB到512MB都有。
SDR SDRAM的存在時間也相當(dāng)?shù)拈L，Intel從奔騰2、奔騰3與奔騰4（Socket 478），以及Slot 1、Socket 370與Socket 478的賽揚處理器，AMD的K6與K7處理器都可以SDR SDRAM。
從1999年開始AMD推出K7架構(gòu)，到2000年Intel推出奔騰4處理器，兩家處理器的FSB都在不斷攀升，只有133MHz的SDR SDRAM根本無法滿足這個帶寬需求，至于誰是它的繼任者，Rambus DRAM與DDR SDRAM展開了一場大戰(zhàn)。
Rambus DRAM內(nèi)存
在選擇SDR SDRAM的繼任者的時候Intel選擇了與Rambus合作并推出了Rambus DRAM內(nèi)存，通常都會被簡稱為RDRAM，它與SDRAM不同，采用了新的高速簡單內(nèi)存架構(gòu)，基于RISC理論，這樣可以減少數(shù)據(jù)復(fù)雜性提高整個系統(tǒng)的性能。
RDRAM采用RIMM插槽，184pin，總線位寬16bit，插兩條組建雙通道時就是32bit，工作電壓2.5V，當(dāng)時的頻率有600、700、800、1066MHz等。
這款內(nèi)存通常都是用在Socket 423的奔騰4平臺上，搭配Intel 850芯片組使用，然而大家都應(yīng)該清楚Socket 423的奔騰4是多么的悲劇，頻率高效率低的奔騰4被AMD K7+DDR內(nèi)存的組合打得滿地找牙，再加上RDRAM的制造成本高，很多內(nèi)存廠都沒有興趣，這直接導(dǎo)致RDRAM的零售價居高不下，奔騰4平臺的成本相對高，消費者也不買單，最終就是導(dǎo)致RDRAM完敗于DDR SDRAM，最終Intel拋棄RDRAM投奔到DDR陣營。
三、DDR內(nèi)存發(fā)展歷程介紹
DDR內(nèi)存
DDR內(nèi)存的正式名字是DDR SDRAM（Dual Date Rate SDRAM），顧名思義就是雙倍速率SDRAM，從名字上就知道它是SDR SDRAM的升級版，DDR SDRAM在時鐘周期的上升沿與下降沿各傳輸一次信號，使得它的數(shù)據(jù)傳輸速度是SDR SDRAM的兩倍，而且這樣做還不會增加功耗，至于定址與控制信號與SDR SDRAM相同，僅在上升沿傳輸，這是對當(dāng)時內(nèi)存控制器的兼容性與性能做的折中。
DDR SDRAM采用184pin的DIMM插槽，防呆缺口從SDR SDRAM時的兩個變成一個，常見工作電壓2.5V，初代DDR內(nèi)存的頻率是200MHz，隨后慢慢的誕生了DDR-266、DDR-333和那個時代主流的DDR-400，至于那些運行在500MHz、600MHz、700MHz的都算是超頻條了，DDR內(nèi)存剛出來的時候只有單通道，后來出現(xiàn)了支持雙通芯片組，讓內(nèi)存的帶寬直接翻倍，兩根DDR-400內(nèi)存組成雙通道的話基本上可以滿足FSB 800MHz的奔騰4處理器，容量則是從128MB到1GB。
DDR內(nèi)存在對RDRAM的戰(zhàn)爭中取得了完全勝利，所以相當(dāng)多的主板廠家都選擇推出支持DDR內(nèi)存的芯片組，當(dāng)時的主板市場可是相當(dāng)?shù)臒狒[，并不只有Intel與AMD兩個在單挑，還有NVIDIA、VIA、SiS、ALI、ATI等廠家，所以能用DDR內(nèi)存的CPU也相當(dāng)?shù)亩?#xff0c;Socket 370的奔騰3與賽揚，Socket 478與LGA 775的奔騰4、奔騰D、賽揚4、賽揚D，只要你想酷睿2其實也可以插到部分865主板上用DDR內(nèi)存，AMD的話Socket A接口的K7與Socket 939、Socket 754的K8架構(gòu)產(chǎn)品都是可以用DDR內(nèi)存的。
DDR2內(nèi)存
在DDR內(nèi)存戰(zhàn)勝了RDRAM之后就開啟了DDR王朝，就如大家所知道的，后續(xù)的都是DDR的衍生產(chǎn)品，DDR2內(nèi)存在2004年6月與Intel的915/925主板一同登場，伴隨了大半個LGA 775時代，而AMD的K8架構(gòu)由于把內(nèi)存控制器整合在CPU內(nèi)部，要把內(nèi)存控制器改成DDR2的比Intel麻煩得多，直到2006年6月AM2平臺推出才開始支持DDR2內(nèi)存，估計現(xiàn)在還有些用DDR2內(nèi)存的電腦在服役吧。
DDR和DDR2的關(guān)鍵區(qū)別是：DDR2內(nèi)存單元的核心頻率是等效頻率的1/4（而不是1/2）。這需要一個4-bit-deep的預(yù)取隊列，在并不用改變內(nèi)存單元本身的情況下，DDR2能有效地達到DDR數(shù)據(jù)傳輸速度的兩倍，此外DDR2融入了CAS、OCD、ODT技術(shù)規(guī)范和中斷指令，運行效率更高。
DDR2內(nèi)存的金手指數(shù)比DDR多，DDR2有240個金手指，DDR只有184個，兩者的防呆缺口位置防止用戶差錯插槽，有一個比較容易從外觀上區(qū)分DDR與DDR2內(nèi)存的方法，就是DDR內(nèi)存是采用TSSOP封裝的，而DDR2內(nèi)存是用BGA封裝的，看內(nèi)存芯片就能分清楚兩者。
DDR2的標(biāo)準(zhǔn)電壓下降至1.8V，這使得它較上代產(chǎn)品更為節(jié)能，DDR2的頻率從400MHz到1200MHz，當(dāng)時的主流的是DDR2-800，更高頻率其實都是超頻條，容量從256MB起步最大4GB，不過4GB的DDR2是很少的，在DDR2時代的末期大多是單條2GB的容量。
DDR3內(nèi)存
DDR3內(nèi)存隨著Intel在2007年發(fā)布3系列芯片組一同到來的，至于AMD支持DDR3內(nèi)存已經(jīng)是2009年2月的AM3平臺發(fā)布的時候 ，直到現(xiàn)在他依然還是市場的主流。
然而直到2008年11月推出x58平臺徹底拋棄DDR2的時候DDR3其實還不算是市場主流，在LGA 775平臺上消費者大多數(shù)依然會選擇DDR2，歸咎原因主要還算初期DDR3的頻率偏低只有1066MHz，而那時候高端DDR2也是能達到這個頻率的，而且同頻下DDR2的性能更好， 價格更低，所以剛上市那兩年DDR3其實不怎么受歡迎，直到后來DDR3的價格降下來，頻率提到DDR2觸碰不到1333MHz時才開始普及，這種現(xiàn)象其實在每次內(nèi)存更新?lián)Q代的時候都會有。
和上一代的DDR2相比，DDR3在許多方面作了新的規(guī)范，核心電壓降低到1.5V，預(yù)取從4-bit變成了8-bit，這也是DDR3提升帶寬的關(guān)鍵，同樣的核心頻率DDR3能夠提供兩倍于DDR2的帶寬，此外DDR3還新增了CWD、Reset、ZQ、STR、RASR等技術(shù)。
DDR3內(nèi)存與DDR2一樣是240Pin DIMM接口，不過兩者的防呆缺口位置是不同的，不能混插，常見的容量是512MB到8GB，當(dāng)然也有單條16GB的DDR3內(nèi)存，只不過很稀少。頻率方面從800MHz起步，目前比較容量買到最高的頻率是2400MHz，實際上有廠家推出了3100MHz的DDR3內(nèi)存，只是比較難買得到，支持DDR3內(nèi)存的平臺有Intel的后期的LGA 775主板P35、P45、x38、x48等，LGA 1366平臺，LGA 115x系列全都支持還有LGA 2011的x79，AMD方面AM3、AM3+、FM1、FM2、FM3接口的產(chǎn)品全都支持DDR3。
DDR4內(nèi)存
DDR4在2014年登場的時候并沒有重走DDR3發(fā)布的舊路，首款支持DDR4內(nèi)存的是Intel旗艦級的x99平臺，DDR4初登場的時候其實與高頻DDR3沒啥性能與價格上的優(yōu)勢，然而x99只支持DDR4內(nèi)存，想用旗艦平臺你也只能硬啃貴價內(nèi)存，當(dāng)然那些選擇旗艦平臺的玩家不會介意這些，DDR4內(nèi)存真正走向大眾其實已經(jīng)是2015年8月Intel發(fā)布Skylake處理器與100系列主板之后的事情了。
從DDR1到DDR3，每一代DDR技術(shù)的內(nèi)存預(yù)取位數(shù)都會翻倍，前三者分別是2bit、4bit及8bit，以此達到內(nèi)存帶寬翻倍的目標(biāo)，不過DDR4在預(yù)取位上保持了DDR3的8bit設(shè)計，因為繼續(xù)翻倍為16bit預(yù)取的難度太大，DDR4轉(zhuǎn)而提升Bank數(shù)量，它使用的是Bank Group（BG）設(shè)計，4個Bank作為一個BG組，可自由使用2-4組BG，每個BG都可以獨立操作。使用2組BG的話，每次操作的數(shù)據(jù)就是16bit，4組BG則能達到32bit操作，這其實變相提高了預(yù)取位寬。
DDR4內(nèi)存的針腳從DDR3的240個提高到了284個，防呆缺口也與DDR3的位置不同，還有一點改變就是DDR4的金手指是中間高兩側(cè)低有輕微的曲線，而之前的內(nèi)存金手指都是平直的，DDR4既在保持與DIMM插槽有足夠的信號接觸面積，也能在移除內(nèi)存的時候比DDR3更加輕松。
DDR4內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)電壓是1.2V，頻率從2133MHz起步，目前最高是4200MHz，單條容量有4GB、8GB和16GB，目前已經(jīng)很大程度的取代了DDR3，新的主板已經(jīng)很少會提供DDR3內(nèi)存插槽了，徹底進入到DDR4的時代只是時間的問題。
不同類型DDR內(nèi)存性能參數(shù)對比
從DDR到DDR4，不同性能參數(shù)差異主要體現(xiàn)在2個地方：電源電壓、數(shù)據(jù)傳輸速率。電源電壓值越來越低，而數(shù)據(jù)傳輸速率卻是呈幾何倍數(shù)增長。
四、展望未來的DDR5
現(xiàn)在DDR4還沒普及談DDR5可能有點早，DDR5內(nèi)存目前還在研發(fā)階段，尚未有具體規(guī)范，所以廠商公布的很多規(guī)格都不是確定的，其目標(biāo)是相比DDR4內(nèi)存至少帶寬翻倍，容量更大，同時更加節(jié)能，具體來說就是數(shù)據(jù)頻率從目前1.6-3.2Gbps的水平提升到3.2-6.4Gbps，預(yù)取位寬從8bit翻倍到16bit，內(nèi)存庫提升到16-32個。至于電壓，DDR4電壓已經(jīng)降至1.2v，DDR5有望降至1.1v或者更低。
參考文獻：
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的浅谈主流内存发展历史的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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