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路过绝对不能错过 - 嵌入式/PC计算机系统中内存及其应用(一)

 Rogrs 2016-04-20

 

          内存在现代计算机系统中的应用非常广泛,可以说不管是嵌入式设计还是PC/服务器/存储器/网络交换机系统中是不可或缺的关键组件。以前发布的计算机系统架构演变,以及《硬件设计新手入门宝典》第一部中的计算机系统架构部分都对内存的作用及技术发展做过一些介绍。请参考相关部分了解详细内容。

在计算机系统架构文中曾介绍过,计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器辅助存储器,主存储器又称内存储器(简称内存,港台称之为记忆体)。

内存又称主存,是CPU直接寻址存储空间,由半导体器件制成。内存的特点是存取速率快。内存是电脑中的主要部件,它是相对于外存而言的。我们平常使用的程序,如Windows操作系统、打字软件游戏软件等,一般都是安装硬盘外存上的,但仅此是不能使用其功能的,必须把它们调入内存中运,才能真正使用其功能,我们平时输入一段文字,或玩一个游戏,其实都是在内存中进行的。就好比在一个书房里,存放书籍的书架和书柜相当于电脑的外存,而我们工作的办公桌就是内存。通常我们把要永久保存的、大量的数据存储外存上,而把一些临时的或少量的数据和程序放在内存上,当然内存的好坏会直接影响电脑的运行速度。

内存就是暂时存储程序以及数据的地方,比如当我们在使用Word处理文稿时,当你在键盘上敲入字符时,它就被存入内存中,当你选择存盘时,内存中的数据才会被存入硬(磁)盘。在进一步理解它之前,还应认识一下它的物理概念。

内存一般采用半导体存储单元,包括随机存储器RAM),只读存储器ROM),以及高速缓存CACHE)。只不过因为RAM是其中最重要的存储器。(synchronousSDRAM同步动态随机存取存储器SDRAM168脚,这是PENTIUM及以上机型使用的内存SDRAMCPURAM通过一个相同的时钟锁在一起,使CPURAM能够共享一个时钟周期,以相同的速度同步工作,每一个时钟脉冲的上升沿便开始传递数据,速度比EDO内存提高50%DDRDOUBLE DATA RATERAM SDRAM的更新换代产品,他允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据,这样不需要提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度。随着技术的发展,内存已历经DDR2, DDR3, 现在已发展到DDR4


1物理存储器地址空间

提到内存,不得不说说地址和寻址相关的一些概念。物理存储器和存储地址空间是两个不同的概念。但是由于这两者有十分密切的关系,而且两者都用BKBMBGB来度量其容量大小,因此容易产生认识上的混淆。初学者弄清这两个不同的概念,有助于进一步认识内存储器和用好内存储器。

物理存储器是指实际存在的具体存储器芯片。如主板上装插的内存条和装载有系统的BIOSROM芯片,显示卡上的显示RAM芯片和装载显示BIOSROM芯片,以及各种适配卡上的RAM芯片和ROM芯片都是物理存储器

存储地址空间是指对存储器编码(编码地址)的范围。所谓编码就是对每一个物理存储单元(一个字节)分配一个号码,通常叫作编址。分配一个号码给一个存储单元的目的是为了便于找到它,完成数据的读写,这就是所谓的寻址(所以,有人也把地址空间称为寻址空间)。

地址空间的大小和物理存储器的大小并不一定相等。举个例子来说明这个问题:某层楼共有17个房间,其编号为801817。这17个房间是物理的,而其地址空间采用了三位编码,其范围是800899100个地址,可见地址空间是大于实际房间数量的。

对于386以上档次的微机,其地址总线32位,因此地址空间可达232次方,即4GB。(虽然如此,但是我们一般使用的一些操作系统例如windowsxp、却最多只能识别或者使用3.25G内存64的操作系统能识别并使用4G4G以上的的内存。


2,内存的应用

         在计算机系统中,内存有两种不同的应用形式:分立内存条和集成设计。

  • 对于PC/服务器/存储器等复杂计算机系统而言,由于内存的容量比较大,一般都采用分立内存条的应用形式。这种应用主板上设计有内存插槽(如下图)。内存总线信号从内存控制起连接到内存插槽。内存条(如图右)则是由有相关内存厂家设计制造,其上集成多颗内存颗粒,以组成不同容量大小的内存条。内存总线信号在内存条上从金手指接口连接到不同的内存颗粒。内存条插到主板的内存插槽中,从而内存条上金手指信号与内存插槽的引脚信号就连接在一起,从而实现主板上内存控制器芯片到内存条内存颗粒的信号的通路。

       

                             

  • 对于小型的嵌入式应用而言,所许的内存容量也比较小,为了节约成本,往往没有必要采取分立内存条的应用形式,而是直接把内存颗粒设计到主板上。内存信号直接从主板上的内存控制器连接到主板上的内存颗粒。



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