SDRAM

     SDRAM:Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器，同步是指 Memory工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。

SDRAM同步动态随机存储器

　　SDRAM从发展到现在已经经历了四代，分别是：第一代SDR SDRAM，第二代DDR SDRAM，第三代DDR2 SDRAM，第四代DDR3 SDRAM.(显卡上的DDR已经发展到DDR5) 　　

       第一代SDRAM采用单端（Single-Ended）时钟信号,第二代、第三代与第四代由于工作频率比较快，所以采用可降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。 　　

        SDR SDRAM的时钟频率就是数据存储的频率，第一代内存用时钟频率命名，如pc100，pc133则表明时钟信号为100或133MHz，数据读写速率也为100或133MHz。 　　

        之后的第二，三，四代DDR（Double Data Rate）内存则采用数据读写速率作为命名标准，并且在前面加上表示其DDR代数的符号，PC-即DDR，PC2=DDR2，PC3=DDR3。如PC2700是DDR333，其工作频率是333/2=166MHz，2700表示带宽为2.7G。 　　

        DDR的读写频率从DDR200到DDR400，DDR2从DDR2-400到DDR2-800，DDR3从DDR3-800到DDR3-1600。 　　很多人将SDRAM错误的理解为第一代也就是 SDR SDRAM，并且作为名词解释，皆属误导。 　　SDR不等于SDRAM。 　　

        Pin:模组或芯片与外部电路电路连接用的金属引脚，而模组的pin就是常说的“金手指”。 　　

        SIMM：Single In-line Memory Module,单列内存模组。内存模组就是我们常说的内存条，所谓单列是指模组电路板与主板插槽的接口只有一列引脚（虽然两侧都有金手指）。 　　

       DIMM：Double In-line Memory Module，双列内存模组。是我们常见的模组类型，所谓双列是指模组电路板与主板插槽的接口有两列引脚，模组电路板两侧的金手指对应一列引脚。

 　　RIMM：registered DIMM，带寄存器的双线内存模块，这种内存槽只能插DDR或Rambus内存。

 　　SO-DIMM:笔记本常用的内存模组。

 　　工作电压：

 　　SDR：3.3V

　　DDR：2.5V

　　DDR2：1.8V

　　DDR3：1.5V

　　SDRAM内存条的金手指通常是168线，而DDR SDRAM内存条的金手指通常是184线的。 　　

       几代产品金手指的缺口数及缺口位置也不同有效防止反插与错插，SDRAM有两个缺口，DDR只有一个缺口。

　　一、影响性能的主要时序参数

 　　所谓的影响性能是并不是指SDRAM的带宽，频率与位宽固定后，带宽也就不可更改了。但这是理想的情况，在内存的工作周期内，不可能总处于数据传输的状态，因为要有命令、寻址等必要的过程。但这些操作占用的时间越短，内存工作的效率越高，性能也就越好。

 　　非数据传输时间的主要组成部分就是各种延迟与潜伏期。通过上文的讲述，大家应该很明显看出有三个参数对内存的性能影响至关重要，它们是tRCD、CL和tRP。每条正规的内存模组都会在标识上注明这三个参数值，可见它们对性能的敏感性。

 　　以内存最主要的操作——读取为例。tRCD决定了行寻址（有效）至列寻址（读/写命令）之间的间隔，CL决定了列寻址到数据进行真正被读取所花费的时间，tRP则决定了相同L-Bank中不同工作行转换的速度。现在可以想象一下读取时可能遇到的几种情况（分析写入操作时不用考虑CL即可）：

 　　1、要寻址的行与L-Bank是空闲的。也就是说该L-Bank的所有行是关闭的，此时可直接发送行有效命令，数据读取前的总耗时为tRCD+CL，这种情况我们称之为页命中（PH，Page Hit）。

 　　2、要寻址的行正好是前一个操作的工作行，也就是说要寻址的行已经处于选通有效状态，此时可直接发送列寻址命令，数据读取前的总耗时仅为CL，这就是所谓的背靠背（Back to Back）寻址，我们称之为页快速命中（PFH，Page Fast Hit）或页直接命中（PDH，Page Direct Hit）。

 　　3、要寻址的行所在的L-Bank中已经有一个行处于活动状态（未关闭），这种现象就被称作寻址冲突，此时就必须要进行预充电来关闭工作行，再对新行发送行有效命令。结果，总耗时就是tRP+tRCD+CL，这种情况我们称之为页错失（PM，Page Miss）。

 　　显然，PFH是最理想的寻址情况，PM则是最糟糕的寻址情况。上述三种情况发生的机率各自简称为PHR——PH Rate、PFDR——PFH Rate、PMR——PM Rate。因此，系统设计人员（包括内存与北桥芯片）都尽量想提高PHR与PFHR，同时减少PMR，以达到提高内存工作效率的目的。

 　　二、增加PHR的方法

　　显然，这与预充电管理策略有着直接的关系，目前有两种方法来尽量提高PHR。自动预充电技术就是其中之一，它自动的在每次行操作之后进行预充电，从而减少了日后对同一L-Bank不同行寻址时发生冲突的可能性。但是，如果要在当前行工作完成后马上打开同一L-Bank的另一行工作时，仍然存在tRP的延迟。怎么办？ 此时就需要L-Bank交错预充电了。

 　　VIA的4路交错式内存控制就是在一个L-Bank工作时，对下一个要工作的L-Bank进行预充电。这样，预充电与数据的传输交错执行，当访问下一个L-Bank时，tRP已过，就可以直接进入行有效状态了。目前VIA声称可以跨P-Bank进行16路内存交错，并以LRU算法进行预充电管理。

 　　有关L-Bank交错预充电（存取）的具体执行在本刊2001年第2期已有详细介绍，这里就不再重复了。

 　　L-Bank交错自动预充电/读取时序图（可点击放大）：L-Bank 0与L-Bank 3实现了无间隔交错读取，避免了tRP对性能的影响

三、增加PFHR的方法

　　无论是自动预充电还是交错工作的方法都无法消除tRCD所带来的延迟。要解决这个问题，就要尽量让一个工作行在进行预充电前尽可能多的接收多个工作命令，以达到背靠背的效果，此时就只剩下CL所造成的读取延迟了（写入时没有延迟）。

 　　如何做到这一点呢？这就是北桥芯片的责任了。在上文的时序图中有一个参数tRAS（Active to Precharge Command，行有效至预充电命令间隔周期）。它有一个范围，对于PC133标准，一般是预充电命令至少要在行有效命令5个时钟周期之后发出，最长间隔视芯片而异（基本在120000ns左右），否则工作行的数据将有丢失的危险。那么这也就意味着一个工作行从有效（选通）开始，可以有120000ns的持续工作时间而不用进行预充电。显然，只要北桥芯片不发出预充电（包括允许自动预充电）的命令，行打开的状态就会一直保持。在此期间的对该行的任何读写操作也就不会有tRCD的延迟。可见，如果北桥芯片在能同时打开的行（页）越多，那么PFHR也就越大。需要强调的是，这里的同时打开不是指对多行同时寻址（那是不可能的），而是指多行同时处于选通状态。我们可以看到一些SDRAM芯片组的资料中会指出可以同时打开多少个页的指标，这可以说是决定其内存性能的一个重要因素。

 　　Intel 845芯片组MCH的资料：其中表明它可以支持24个页面同时处于打开状态 　　但是，可同时打开的页数也是有限制的。从SDRAM的寻址原理讲，同一L-Bank中不可能有两个打开的行（S-AMP只能为一行服务），这就限制了可同时打开的页面总数。以SDRAM有4个L-Bank，北桥最多支持8个P-Bank为例，理论上最多只能有32个页面能同时处于打开的状态。而如果只有一个P-Bank，那么就只剩下4个页面，因为有几个L-Bank才能有同时打开几个行而互不干扰。Intel 845的MHC虽然可以支持24个打开的页面，那也是指6个P-Bank的情况下（845MCH只支持6个P-Bank）。可见845已经将同时打开页数发挥到了极致。

 　　不过，同时打开页数多了，也对存取策略提出了一定的要求。理论上，要尽量多地使用已打开的页来保证最短的延迟周期，只有在数据不存在（读取时）或页存满了（写入时）再考虑打开新的指定页，这也就是变向的连续读/写。而打开新页时就必须要关闭一个打开的页，如果此时打开的页面已是北桥所支持的最大值但还不到理论极限的话，就需要一个替换策略，一般都是用LRU算法来进行，这与VIA的交错控制大同小异。

芯片和模块

标准名称 内存时脉 周期 I/O 总线时脉 数据速率 传输方式 模组名称 极限传输率
DDR-200 100 MHz 10 ns 100 MHz 200 Million 并列传输 PC-1600 1600 MB/s
DDR-266 133 MHz 7.5 ns 133 MHz 266 Million 并列传输 PC-2100 2100 MB/s
DDR-333 166 MHz 6 ns 166 MHz 333 Million 并列传输 PC-2700 2700 MB/s
DDR-400 200 MHz 5 ns 200 MHz 400 Million 并列传输 PC-3200 3200 MB/s

记忆芯片
DDR-200：DDR-SDRAM 记忆芯片在 100MHz 下运行 　　

DDR-266：DDR-SDRAM 记忆芯片在 133MHz 下运行 　　

DDR-333：DDR-SDRAM 记忆芯片在 166MHz 下运行 　　

DDR-400：DDR-SDRAM 记忆芯片在 200MHz 下运行（JEDEC制定的DDR最高规格） 　　

DDR-500：DDR-SDRAM 记忆芯片在 250MHz 下运行（非JEDEC制定的DDR规格） 　　

DDR-600：DDR-SDRAM 记忆芯片在 300MHz 下运行（非JEDEC制定的DDR规格） 　　

DDR-700：DDR-SDRAM 记忆芯片在 350MHz 下运行（非JEDEC制定的DDR规格）

　　PC-1600内存模块指工作在 100MHz 下的DDR-200内存芯片，其拥有 1.600GB/s 的带宽

　　PC-2100内存模块指工作在 133MHz 下的DDR-266内存芯片，其拥有 2.133GB/s 的带宽

　　PC-2700内存模块指工作在 166MHz 下的DDR-333内存芯片，其拥有 2.667GB/s 的带宽

　　PC-3200内存模块指工作在 200MHz 下的DDR-400内存芯片，其拥有 3.200GB/s 的带宽

　　利用下列公式，就可以计算出DDR SDRAM时脉。

 　　DDR I/II内存运作时脉：实际时脉*2。 （由于两笔资料同时传输，200MHz内存的时脉会以400MHz运作。） 　　内存带宽=内存速度*内存位宽 　　标准公式：内存除频系数=时脉/200→*速算法：外频*（除频频率/同步频率） （使用此公式将会导致4%的误差）

　　DDR3内存。它属于SDRAM家族的内存产品，提供了相较于DDR2 SDRAM更高的运行效能与更低的电压，是DDR2 SDRAM（四倍资料率同步动态随机存取内存）的后继者（增加至八倍），也是现时流行的内存产品。

 　　DDR3 SDRAM为了更省电、传输效率更快，使用了SSTL 15的I/O接口，运作I/O电压是1.5V，采用CSP、FBGA封装方式包装，除了延续DDR2 SDRAM的ODT、OCD、Posted CAS、AL控制方式外，另外新增了更为精进进的CWD、Reset、ZQ、SRT、PASR功能。

 　　CWD是作为写入延迟之用，Reset提供了超省电功能的命令，可以让DDR3 SDRAM内存颗粒电路停止运作、进入超省电待命模式，ZQ则是一个新增的终端电阻校准功能，新增这个线路脚位提供了ODCE（On Die Calibration Engline）用来校准ODT（On Die Termination）内部中断电阻，新增了SRT（Self-Reflash Temperature）可编程化温度控制内存时脉功能，SRT的加入让内存颗粒在温度、时脉和电源管理上进行优化，可以说在内存内，就做了电源管理的功能，同时让内存颗粒的稳定度也大为提升，确保内存颗粒不致于工作时脉过高导致烧毁的状况，同时DDR3 SDRAM还加入PASR（Partial Array Self-Refresh）局部Bank刷新的功能，可以说针对整个内存Bank做更有效的资料读写以达到省电功效。