■何为内存频率对于内存条,相信大家并不陌生。因为内存已经成为每台电脑的必备配件,从EDO、SDRAM、DDR、DDR2再到现如今的DDR3内存,变化可谓是翻天覆地。内存无论是在容量、速度、性能上都有了显著的提高。 但是内存市场中,产品可谓是型号众多,比如DDR2 667、DDR2 800、DDR3 1600等等,这些各式各样的各种专业术语让很多读者感到无所适从。因此,本篇文章,编辑将向大家介绍一下关于内存频率的一些相关知识,相信看本文,你就会对内存频率有了一定了解。 其实通俗的讲,内存的频率和CPU的主频一样,一般是被用来表示内存的速度,也就是说它代表着该内存所能达到的最高工作频率。内存主频是以MHz(兆赫)为单位来计算的。内存主频频率越高,在一定程度上也就代表着内存所能达到的速度越快,内存主频还决定着该款内存最高能在什么样的频率下正常工作。 也许有的读者会以为,DDR2 800的内存,核心频率就是800MHz,如果是这样理解的话,那就是大错特错了。因此,我们还有必要了解一下内存颗粒的核心频率,它并非你想想的那么简单。 ■内存颗粒的核心频率内存颗粒的核心频率是固定的,一些常见的内存颗粒核心频率如下。 DDR 266、DDR2 533、DDR3 1066颗粒的核心频率为133MHz,DDR 333、DDR2 667、DDR3 1333颗粒的核心频率为166MHz,DDR 400、DDR2 800、DDR3 1600的核心频率为200MHz。 为了让大家更加直观的看出核心频率,编辑制作了一张表格,包括了目前主流DDR2内存的相关参数。
相信用心的读者可能会发现,在DDR、DDR2、DDR3内存中一个有趣的现象,我们以DDR 400、DDR2 800、DDR3 1600这三款内存为例,他们的核心频率都是倍数关系,也就是400MHz的一半即200MHz。 ■内存的工作频率下面要出场的是内存的工作频率,内存的工作频率有一个很简单的计算公式:内存工作频率=内存颗粒核心频率x2,前面我们提到了,DDR2 800内存的核心频率为200MHz,因此,计算工作频率就是200MHz x2=400MHz。 也许有的读者会问,为什么会是两倍呢?原来,它和内存数据传输的原理有关。 在上面的这张示意图中,T就表示为内存的一个工作周期。以前的内存一个周期就只是在AB上升处传输数据,速度较慢,而后来DDR内存就进行了改进。不仅在AB段传输数据,还在CD下降段传输数据。就相当于一个周期内进行传输了两次数据,因此DDR工作频率就翻倍了。 到目前位置,迷底还是没有揭开,在下一页,你就会了解到DDR2 800内存的真正由来。 ■内存的等效频率内存的等效频率才是DDR2 800内存中,“800MHz”的真正含义。等效频率和内存预读有关,那么内存预读又是怎么回事呢?我们可以举一个简单的例子,比如说运动场上的运动员在跑步,有速度快慢之分。跑的快的通常是迈的步伐大,而且步伐的距离长。假设这名运动员每1秒钟跑了一步,步伐的距离为一米,我们就可以算出,速度为1米/秒。而第二个人每1秒钟跑了2步,步伐的距离为2米,他的速度则是2米/秒。 因此我们可以理解为DDR2内存比DDR内存快的原因了,DDR内存的预读取是2bit,DDR2的预读取是4bit,DDR3则提升为8bit。因此,只要是内存颗粒的工作频率相同,DDR2的等效频率就是DDR等效频率的2倍,DDR3则是DDR的4倍。以DDR2 800为例,前面已经算出来了它的工作频率为200MHzx2=400MHz,因此400MHz x2,得到的800MHz就是DDR2 800内存名称的真正由来,DDR2 800指的是内存的等效频率 ■内存超频的小知识相信看了上面的内容,你已经对内存的一些知识有了一些了解。有的读者可能还有所疑问,为什么内存可以进行超频呢? 大家都知道,内存条上的内存颗粒,一般都是由流水线上成批生产的,在每一颗内存颗粒产品生产完成后,内存颗粒厂商都会对内存颗粒进行相关的测试。比如可以成功的在800MHz下运行,那么这条颗颗粒就是被标注成DDR2 800。同样的道理,如果只能稳定的运行在667MHz下,这个颗粒就被标注为DDR2 667。 在这些经过测试的内存颗粒中,有一部分是超频能力很强的颗粒,就会以较高价格出售给一些大的内存模组厂商,如金士顿等等,厂商再用来生产出超频专用内存条。因此,市场中的内存条几乎都可以进行小幅度的超频,运气好的话还能得到不少的提升。 为什么我们会说频率乱如麻?主要原因是人们在交谈中常常把内存频率、颗粒频率、等效频率等胡乱用。新接触电脑的朋友们一听到这么多版本的频率,头怎会不疼呢? 先为理解打基础 1.内存频率是什么 我们平时挂在嘴边的DDR2 800、DDR2 667后面的800和667就是内存频率值。内存频率通常以MHz(兆赫兹)为单位来计量,内存频率在一定程度上决定了内存的实际性能,内存频率越高,说明该内存在正常工作下的速度越快。比如DDR2 800就表示这根内存条的频率为800MHz,在其他参数相同的情况下,它就比DDR2 667(频率为667MHz)性能要好。 小贴士:只要内存延迟数值相差很小,比如5和6,那么它们对内存的性能影响就很小。反之如果内存延迟数值相差过大,那对内存的性能影响我们就不能不考虑了。总体上来说,随着内存频率的提升,会使内存延迟数值上升。所以与DDR 400内存相比,尽管DDR2 533频率高一些,但一些DDR内存具备了较低的延时参数,所以其性能与普通的DDR2 533性能相差不大。 2.内存频率的由来 知道CPU主频是如何标上去的吗?同一批生产的CPU,在标上型号前,它们都是“一奶同母的N胞胎”,除了主频不同之外,其他参数都相同。比如当同一批次的Intel Core 2 Duo E4000系列生产好以后,厂家就会对这些产品进行测试。如果这块CPU的主频能稳定达到某个频率,而这个频率正好是目前现有甲型号CPU的水平,那么它的型号就是“甲”。如果达到另外一个频率且正好是目前乙型号CPU的水平,厂家就命名为“乙”。以此类推,这样这一批次的所有CPU都定了型号。 内存也是如此,当同一批的内存颗粒没有打上标记之前,大家都是“N胞胎”,然后像三星、现代等内存颗粒生产厂就会对内存颗粒进行测试,如果这个颗粒能稳定跑到DDR2 800的水平,那么它就会被命名为DDR2 800。DDR2 667和DDR2 533命名同样如此。 小贴士:在内存颗粒厂商测试过程中,肯定会测试到能够稳定运行在比DDR2 800更高的频率上的内存颗粒。由于它的性能好,那么内存颗粒厂商就会以高价格卖给像金士顿、宇瞻等内存模组厂商。模组厂商购买了这些颗粒之后,也会挑选一些质量好的电子元器件与之搭配,这样一根超频性能很好的内存就出现在了市场上,价格也比普通内存高很多。 超频内存套装价格不低 哪些频率常乱用 介绍了内存频率的由来,下面我们就开始学习几种内存频率的关系。目前,网上和平时常用错的内存频率有等效频率、内存工作频率、颗粒核心频率三种。 ● SDR和DDR1/2/3全系列频率对照表: 从核心频率这四个字就知道了这是内存频率的基础,什么等效频率、工作频率都是在它的基础上得出来的。大家一定要记住下面这几个核心频率,DDR 266/DDR2 533/DDR3 1066核心频率为133MHz,DDR 333/DDR2 667/DDR3 1333核心频率为166MHz,DDR 400/DDR2 800/DDR3 1600核心频率为200MHz,DDR系列的 小贴士:非常规记忆法 目前对于DDR、DDR2、DDR3适用。三代内存只要它们后面跟的数值是成倍数关系的,那么它们的颗粒内部频率就相等,并且它们颗粒内部频率的数值等于DDR后面跟的数值的一半。比如DDR 400、DDR2 800、DDR3 1600,它们后面的数值400、800和1600就成了倍数关系,那它们颗粒内部频率的数值为DDR 400中的400的一半,即200。 2.工作频率 大家记住的核心频率,马上就会在学习内存工作频率过程中派上用场。内存工作频率是颗粒核心频率的两倍。比如DDR 400、DDR2 800、DDR3 1600的核心频率为200MHz,那么这三个内存颗粒的工作频率就是400MHz(数值正好等于DDR 400中的400)。为什么是两倍?其实它和DDR内存的数据传输原理有关。 双倍是指在一个时钟周期内传输两次数据,在时钟的上升期和下降期各传输一次数据(通过差分时钟技术实现),在存储阵列频率不变的情况下,数据传输率达到了SDR的两倍,此时就需要I/O从存储阵列中预取2bit数据,因此I/O的工作频率是存储阵列频率的两倍。 3.等效频率 最后我们再谈谈等效频率,其实它才是DDR2 800中800MHz的正规名称。准确点说,它和内存的预读取有关。
理解预读取并不难,同样打个比方,看一个人跑得快或不快,要看两个方面,一个是步伐的频率,比如每秒钟跑两步;另一个是步伐的距离,比如每一步跑1米。第一个人(DDR)它每秒钟跑两步,每步是1米,所以它的速度是2米/秒;而第二个人(DDR2)它每秒钟跑两步(因为DDR2和DDR内存颗粒的工作频率一致),每步是两米,所以它的速度是4米/秒。第二个人的速度是第一个人的两倍。 内存也是如此,DDR、DDR2、DDR3内存颗粒工作频率一致,所以速度的快慢就取决于DDR的步伐(预读取),DDR的预读取为2bit,这就是数据传输的带宽(每步距离)。而DDR2的预读取是4bit(DDR3为8bit),说明DDR2的“每步距离”是DDR的两倍,所以只要内存颗粒工作频率一致,DDR2等效频率是DDR等效频率的2倍,DDR3就是DDR的4倍。 总结 讲了这么多,最后把几种内存频率的关系总结在下表中。大家可以通过表中内容得知,等效频率就是我们平时说的频率,比如DDR2 800等效频率就是800MHz;虽然DDR 266、DDR2 533、DDR3 1066等效频率相同,但由于DDR、DDR2、DDR3的预读取不同,所以DDR 266、DDR2 533、DDR3 1066的颗粒频率虽同为266MHz;内存颗粒核心频率为内存颗粒工作频率的一半。
预读取技术 4-bit prefetch DDR 2提高带宽的关键技术 现在的DRAM内部都采用4个bank的结构,每个bank由存储单元(cell)队列构成,存储单元队列通过行(row)和列(column)地址定位。让我们看看基本的内存读操作的工作流程:首先是命令和地址信息输入,经过地址解码器分解成bank(段)和Word(字)选择,Word选择就是行选择,之后是对存储单元进行再存储(Restore)和预充电(Precharge)。然后是Column(列)选择,到此为止存储单元(cell)已经被定位。存储单元的数据被输出到内部数据总线(Internal Data Bus),最后通过输出电路输出数据。 从内存的读操作中可以了解到内存工作的几个瓶颈,它们分别是内存单元的再存储和预充电的延时,这个延迟属于bank内部的延迟,由于DRAM结构的限制这个延迟本身不太好解决。还有内部数据总线(Internal Data Bus)的频率限制,内部数据总线是连接DRAM颗粒中4个bank的总线,最后一个DRAM的瓶颈是输入/输出电路的延迟。 对于内部数据总线频率较低的瓶颈,可以通过使用Prefetch(数据预取)架构来解决,举例来说PC133 SDRAM采用了管线突发架构(Pipeline)或者说是1bit Prefetch,因此它内部数据总线的频率是133MHz和数据输出端的数据传输率是一样的。DDR内存采用了2bit Prefetch技术,因此它输出端的数据传输率是内部数据总线频率的2倍,以DDR400为例,它的内部数据总线的频率是200MHz,而输出端的数据传输率达到了400MHz。 我们知道DRAM内部存储单元的频率提高比较困难且成本较高,DDR333的核心频率已经达到了167MHz,为了解决外部数据传输率和核心速度之间的矛盾,DDR2采用了4bit Prefetch(数据预取架构),因此DDR2 400的核心频率仅为100MHz,DDR2 533的核心频率为133MHz,因此DDR2很好的解决了DRAM核心频率和外部数据传输频率之间的问题。 从SDRAM开始,内存就可以和时钟同步,最初的SDRAM采用了管线架构(Pipeline architecture),首先是地址信号(Add)和时钟(CLK)同步,地址信号经过译码选取内存队列中相应的单元,内存队列中选中的数据通过内部数据总线输出到信号放大电路。SDRAM的信号输出部分也是和时钟信号同步的,这就好象一条连续的管线一样。由于全部操作都和时钟同步,因此也叫同步内存。 DDR采用了2位预取(2-bit prefetch),也就是2:1的数据预取,2bit预取架构允许内部的队列(column)工作频率仅仅为外部数据传输频率的一半。在SDRAM中数据传输率完全参考时钟信号,因此数据传输率和时钟频率一样。DDR2采了4位预取(4-bit prefetch),这就是DDR2提高数据传输率的关键,可以在不提高内部存储阵列频率的情况下提高数据输出带宽,未来的DDR3还有现在的RDRAM采用了8位数据预取。 相对于SDRAM,DDR扩展了原来SDRAM的设计。由于2bit Prefetch架构可以同存取两个bank的数据,使内部数据总线的带宽提高两倍,因此在内存的输出端可以在时钟信号的上升延和下降延传输数据,DDR的数据传输率是实际工作频率的两倍。DDR2通过使用4-bit预取架构来提高数据传输率,降低对内部bank频率的要求。采用4-bit prefetch架构使DDR2仅能使用两种数据突发传输长度(burst length),BL=4或BL=8。这个比较容易理解,因为DDR2一次存取4bit数据,所以数据突发长度也就成了4或8。 下面是DDR2和DDR主要思想的区别,实际上,这两种内存的差别不仅仅在带宽上。 除了带宽,这里还有一个重要的参数是延迟,就象我前面所说的,存储单元不会一直处于可用状态,因此它们要进行刷新操作。而且,即使存储单元可用,也不可能立即得到它的内存:这里还有其它类型的延迟,如设置行和列的地址,这此延迟都是不能避免的,它们由DRAM单元的本质所决定。 让我们看看会有那些延迟,例如内存阵列工作的时钟组合是2-2-2,如果内存阵列在所有的方案中以相同的频率工作,那么所有的模组都具有同样的延迟(我是说PC100,DDR200,DDR2-400)。它们仅仅是带宽的区别。顺便提一下,2-2-2组合的含义是:CAS延迟,RAS到CAS的延迟和RAS预充电时间。第一个数字是取得列地址的延迟时间,第二个数字是行和列地址之间的延迟,第三个数字是存储单元充电时间,预充电实际上是对行数据进行读操作。 但实际上,存储单元不会工作在相同的频率上,举例来说PC133就是一个使用非常普遍的SDRAM,它的DRAM单元工作在133MHz上。因此,DDR200虽然有着比PC133更高的带宽,但是它的相应延迟却更慢(内部阵列的工作频率仅100MHz),PC133的存储单元的频率要比DDR200存储单元的频率高33%。结果就是,DDR266才具有和PC133一样的延迟上的优势。今天我们也看到类似的情形,DDR200和DDR2-400具有相同的延迟,而后者具有高一倍的带宽。实际上,DDR2-400和DDR400具有相同的带宽,它们都是3.2GB/s,但是,DDR400的存储阵列工作频率是200MHz,而DDR2-400的存储阵列工作频率是100MHz,也就是说DDR2-400的延迟要高于DDR400。 让我们来比较一下数字,以DDR400为例,我们通常设置2或者2.5个时钟延迟,有时是3。也就是10到15纳秒,对于DDR2-400,来计算一下它的延迟:核心工作在100MHz,具有2个时钟延迟,它意味着20ns的延迟,接口部分占用4个时钟延迟(不过接口工作的频率更高),结果就是DDR2模组的延迟将会是4-4-4个时钟周期,考虑到这里使用很低的核心频率,我们希望看到未来DDR2-400具有3-3-3的特征,但是即使如此,DDR2-400也是输给DDR400的。 情况看上去有些荒谬,DDR2虽然能提供更大的带宽,具有潜在的优势,但是,DDR2初期的产品在性能上甚至落后于DDR。我们都知道,一样产品需要有其优势才能吸引购买者,那DDR2还有那些优势呢。 SDRAM和DDR的区别
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