1、第5章 內(nèi)存,本章介紹了微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，包括各種ROM和RAM芯片的特點(diǎn)和功能等。 5.1 系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器 5.2 ROM存儲(chǔ)器 5.3 RAM存儲(chǔ)器 5.4 內(nèi)存條和高速緩存,退出,5.1 系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器,5.1.1 內(nèi)部存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介 系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱為內(nèi)存，它是系統(tǒng)的主存，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)當(dāng)前運(yùn)行的程序指令和數(shù)據(jù)，并通過高速的系統(tǒng)總線，直接供CPU進(jìn)行處理，因此必須是由高速集成電路存儲(chǔ)器組成。CPU、外圍芯片組、內(nèi)存和總線接口這些最基本的部分組成計(jì)算機(jī)的主機(jī)，而內(nèi)存的容量、速度和可靠性等指標(biāo)都直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能。,在微機(jī)開始工作時(shí)，首先從外存將指定的文件（程序指令和數(shù)據(jù)）裝入內(nèi)存，然后CP

2、U非常頻繁地直接訪問內(nèi)存，執(zhí)行程序指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和系統(tǒng)控制等操作，完成特定的任務(wù)，并將最終的結(jié)果以文件的形式再保存到外存上。硬盤的速度較慢，且其速度對(duì)系統(tǒng)的影響遠(yuǎn)不如內(nèi)存大。 內(nèi)存由主板和內(nèi)存條上安裝的多種存儲(chǔ)器集成電路組成，如只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）。主機(jī)配備的內(nèi)存存儲(chǔ)容量的大小應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的需要而定，如果要求運(yùn)行復(fù)雜的操作系統(tǒng)和同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序，所需內(nèi)存就要更大些。表5-1列出了幾種常用軟件的內(nèi)存需求。,表5-1 常用軟件對(duì)內(nèi)存的要求,5.1.2 內(nèi)存的技術(shù)指標(biāo) 內(nèi)存的主要指標(biāo)如下： 1內(nèi)存容量 內(nèi)存容量是指內(nèi)存的存儲(chǔ)單元的數(shù)量，單位是字

3、節(jié)（Byte）、千字節(jié)（KB）和兆字節(jié)（MB）。1MB=210KB=1024KB=220Byte=10241024Byte。目前系統(tǒng)內(nèi)存通常為32MB、64MB、128MB或256MB，顯示內(nèi)存通常為4MB、8MB、16MB或32MB。,2內(nèi)存速度 內(nèi)存速度包括內(nèi)存芯片的存取速度和內(nèi)存總線的速度。內(nèi)存存取速度即讀、寫內(nèi)存單元數(shù)據(jù)的時(shí)間，單位是毫微秒（nS）。1秒（Sec.）=106微秒（S）=109毫微秒（nS）。常用內(nèi)存芯片的速度為幾十nS到幾個(gè)nS，顯然數(shù)值越小速度越快。內(nèi)存總線的速度是指CPU到內(nèi)存之間的總線速度，由總線工作時(shí)鐘決定，如33MHz、66MHz、100MHz和133MHz等

4、，顯然數(shù)值越大速度約快。所謂PC-100和PC-133的SDRAM內(nèi)存條，就是指分別滿足100MHz和133MHz總線的內(nèi)存。由于頻率和周期互為倒數(shù)，10nS和7.5nS的內(nèi)存應(yīng)分別對(duì)應(yīng)于100MHz和133MHz總線時(shí)鐘。,3內(nèi)存芯片的種類 內(nèi)存芯片分為只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）兩大類。ROM又分為PROM、EPROM和EEPROM等。RAM又分為DRAM、SRAM、CMOS RAM和VRAM等，而DRAM等還有各種不同的類型。 4奇偶校驗(yàn) 奇偶校驗(yàn)（Parity Check）是系統(tǒng)檢查數(shù)據(jù)存取和傳輸錯(cuò)誤的一種最簡(jiǎn)單的技術(shù)。以奇校驗(yàn)為例，它采用附加的1bit校驗(yàn)位來對(duì)8b

5、it數(shù)據(jù)進(jìn)行查錯(cuò)，規(guī)定正確的數(shù)據(jù)中所含“1”的個(gè)數(shù)必須為奇數(shù)個(gè)。 5ECC ECC（Error Check and Correct）即錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正，它是一種內(nèi)存數(shù)據(jù)檢驗(yàn)和糾錯(cuò)技術(shù)。ECC是對(duì)8bit數(shù)據(jù)用4bit來進(jìn)行校驗(yàn)和糾錯(cuò)。帶ECC的內(nèi)存穩(wěn)定可靠，一般用于服務(wù)器。,5.2 ROM存儲(chǔ)器,5.2.1 系統(tǒng)ROM BIOS ROM（Read Only Memory）即只讀存儲(chǔ)器IC。它的特點(diǎn)是只能讀不能寫，即它存儲(chǔ)的內(nèi)容不會(huì)被改寫，并且關(guān)機(jī)后也不會(huì)丟失。因此ROM被用來存放開機(jī)就要首先執(zhí)行的BIOS程序。 BIOS（Basic Input Output System）即基本輸入輸出系統(tǒng)，它

6、是微機(jī)系統(tǒng)的最基礎(chǔ)程序，它“固化”在主板上的ROM芯片中，加電開機(jī)后首先執(zhí)行BIOS，并引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。所謂“固化”是說BIOS程序是以物理的方式保存在ROM芯片中的，即使關(guān)機(jī)也不會(huì)丟失，所以也叫做ROM BIOS。,BIOS程序中包括系統(tǒng)的啟動(dòng)引導(dǎo)代碼、系統(tǒng)加電自檢程序POST（Power On Self Test）、系統(tǒng)硬件配置程序（BIOS Setup或CMOS Setup）、基本硬件驅(qū)動(dòng)程序（如鍵盤、低分辨率顯示、軟盤、硬盤、通信接口等）以及BIOS的輸入輸出管理程序等。 在微機(jī)加電之前，CPU的指令地址指向ROM BIOS的系統(tǒng)啟動(dòng)引導(dǎo)代碼。加電后，CPU便首先自動(dòng)執(zhí)行引導(dǎo)

7、代碼，并開始運(yùn)行BIOS程序，使BIOS獲得系統(tǒng)控制權(quán)。BIOS的POST程序根據(jù)CMOS存儲(chǔ)芯片中的硬件配置數(shù)據(jù)逐一檢測(cè)CPU、內(nèi)存、顯示卡、鍵盤、軟盤驅(qū)動(dòng)器和硬盤等，如果各個(gè)部分均正常，則引導(dǎo)程序就去引導(dǎo)磁盤操作系統(tǒng)（DOS、Windows等）。,在POST運(yùn)行中，如果檢測(cè)到某個(gè)硬件不正常，BIOS就會(huì)通過PC小喇叭發(fā)出故障提示音響代碼，或者通過屏幕顯示故障提示文字。在BIOS開始運(yùn)行POST，屏幕顯示內(nèi)存信息時(shí)，屏幕下沿會(huì)提示按【Del】鍵去執(zhí)行系統(tǒng)硬件配置程序（CMOS Setup），進(jìn)行硬盤類型、軟驅(qū)類型、日期時(shí)間和系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)置。如果你及時(shí)按【Del】鍵，便可執(zhí)行CMOS Se

8、tup程序，設(shè)置后的數(shù)據(jù)存入CMOS RAM芯片，在下次啟動(dòng)時(shí)BIOS會(huì)訪問CMOS RAM，得到正確的硬件配置和優(yōu)化參數(shù)來啟動(dòng)系統(tǒng)。如果CMOS設(shè)置不當(dāng)，系統(tǒng)也會(huì)因此而無法正常工作。,5.2.2 ROM存儲(chǔ)芯片 1PROM PROM（Programmable ROM）即可編程ROM。它允許用戶根據(jù)自己的需要，利用專門的寫ROM設(shè)備寫入內(nèi)容，但只允許寫一次，使用起來仍然不方便。 2EPROM EPROM（Erasable Programmable ROM）即可擦除可編程ROM。它允許用戶根據(jù)自己的需要，利用專門的EPROM寫入器改寫其內(nèi)容，可以多次改寫，更新程序比較方便。因此在早期的PC機(jī)中都

9、使用EPROM作為BIOS程序的存儲(chǔ)器。EPROM的外形見圖5-1。它可以用紫外線照射擦除存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，用EPROM編程器進(jìn)行程序編寫和輸入。,3EEPROM EEPROM或E2PROM（Electrical EPROM）即電可擦除可編程ROM。外形見圖5-1，目前的主板都使用EEPROM保存BIOS。EEPROM存儲(chǔ)器也叫做閃速存儲(chǔ)器（Flash ROM），簡(jiǎn)稱為閃存BIOS。閃存的特點(diǎn)是程序改寫、升級(jí)方便，只需在機(jī)器運(yùn)行的正常情況下使用專門的應(yīng)用程序，將來自廠家或網(wǎng)站上的最新版本的BIOS寫入閃存即可。閃存ROM的擦除條件是加上12V電壓，這可以在主板上用跳線設(shè)置成高電壓的擦除寫入狀態(tài)。因此目

10、前主板的BIOS升級(jí)是容易而及時(shí)的，由此主板可以充分發(fā)揮最佳效能。,顯然閃存BIOS也有致命弱點(diǎn)，它很容易被CIH類的病毒改寫破壞，致使主板癱瘓。為此，在主板上采取了硬件跳線禁止寫閃存BIOS、軟件COMS設(shè)置禁止寫閃存BIOS和雙BIOS閃存芯片等保護(hù)性措施。,圖5-1 EPROM和EEPROM,5.2.3 ROM BIOS的新特點(diǎn) ROM BIOS芯片和它在主板上的位置如圖5-2所示。目前的ROM BIOS具有如下一些新的特點(diǎn)： 1目前BIOS程序存儲(chǔ)在閃速存儲(chǔ)器（Flash Memory）中，改寫和升級(jí)比較容易。主板上還有專門的跳線來設(shè)置閃存BIOS的允許或不允許改寫狀態(tài)，以便保護(hù)BIO

11、S程序不被病毒破壞。 2不僅能自動(dòng)檢測(cè)硬盤的類型參數(shù)，還能自動(dòng)檢測(cè)CPU類型、主頻和工作電壓。也還能自動(dòng)檢測(cè)具有PnP功能的擴(kuò)展卡，并能為之合理分配系統(tǒng)資源。,3除了用軟盤A、硬盤C啟動(dòng)操作系統(tǒng)外，還可以用CD-ROM光盤啟動(dòng)系統(tǒng)。 4支持SMM（Source Management Mode）即電源管理模式，滿足“綠色電腦”的基本要求。它能在主板暫停工作時(shí)進(jìn)入省電狀態(tài)，即低功耗運(yùn)行。 5具有DMI（Desktop Management Interface）即桌面管理接口，用戶可以利用各種支持DMI的工具軟件（如Norton等）查看和修改硬件數(shù)據(jù)，可以直接管理硬件配置。 6支持ESCD（Exte

12、nded System Configuration Data）即擴(kuò)展系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)，它包括各擴(kuò)展卡和集成在主板上的設(shè)備的IRQ號(hào)、I/O口地址和DMA通道號(hào)。在開機(jī)完成系統(tǒng)檢測(cè)后，屏幕顯示系統(tǒng)硬件配置表，在表中除了顯示上述DMI的數(shù)據(jù)外，還顯示ESCD的數(shù)據(jù)。,圖5-2 ROM BIOS,在選擇一個(gè)主板時(shí)，要特別注意它配備的BIOS程序的版本、功能和兼容性。 ROM的讀取速度都比較慢，為了提高BIOS讀取速度，ROM BIOS本身提供了將自身程序代碼復(fù)制到RAM上執(zhí)行的功能，這叫做映象，即Shadow RAM，可在CMOS Setup中加以設(shè)置。,5.3 RAM存儲(chǔ)器,RAM（Random Ac

13、cess Memory）即隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器IC。內(nèi)存主要由RAM存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成，按芯片類型和在系統(tǒng)中作用的差別，RAM又可分為DRAM、CMOS RAM、SRAM和VRAM等多種。 5.3.1 DRAM DRAM（Dynamic RAM）即動(dòng)態(tài)RAM，因?yàn)樗募啥雀撸▎纹萘靠蛇_(dá)64M位）、價(jià)格便宜且可讀可寫，因此系統(tǒng)內(nèi)存的主要容量空間是由DRAM構(gòu)成的。,DRAM芯片的容量大存儲(chǔ)單元多，地址線的位數(shù)多。為了減少芯片的引腳，就把每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址分為行地址和列地址兩部分表示。在對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫操作時(shí)，地址要分兩次輸入，首先是行地址，然后是列地址，這顯然降低了對(duì)存儲(chǔ)芯片的訪問速度。另外DR

14、AM芯片的存儲(chǔ)單元是一個(gè)電容性電路，系統(tǒng)要定時(shí)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行額外的刷新，因此，DRAM芯片的存取速度低，一般為70nS（毫微秒）或60nS，比CPU低許多。 DRAM芯片的訪問方式?jīng)Q定著它的存取速度，按照訪問方式DRAM可以分為如下幾種：,1FPM FPM（Fast Page Mode）DRAM即快速頁方式。FPM的芯片速度可達(dá)70ns，常用于486和586主板。 2EDO EDO（Extended Data Output）DRAM即可擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出方式。EDO的芯片速度可達(dá)60ns，常用于586和早期Pentium 主板。 3SDRAM SDRAM（Synchronous DRAM）即同步DR

15、AM，所謂“同步”是指這種存儲(chǔ)器能與系統(tǒng)總線時(shí)鐘同步工作。SDRAM存儲(chǔ)器按系統(tǒng)總線（FSB）的時(shí)鐘分為66MHz、100MHz和133MHz等多種，后者分別標(biāo)記為PC100和PC133。SDRAM芯片的讀寫速度可達(dá)10nS，甚至7nS，用于Pentium 以上的主板。,4RDRAM RDRAM（Rambus DRAM）是一種高性能的新型SDRAM存儲(chǔ)器。它通過一個(gè)新型的高速RamBus總線傳輸數(shù)據(jù)，可以支持300MHz總線時(shí)鐘，又由于是在時(shí)鐘信號(hào)的上升和下降沿均工作，實(shí)際上相當(dāng)于工作在600MHz上。最新的奔騰四主板以雙通道的4個(gè)RIMM插槽支持RDRAM內(nèi)存。 5DDR DDR（Doubl

16、e Data Rate）即雙數(shù)據(jù)率DRAM，它也是一種新型的高速SDRAM存儲(chǔ)器。它在時(shí)鐘脈沖的上升和下降沿都進(jìn)行操作，理論上也是目前SDRAM速度的兩倍。,5.3.2 CMOS RAM CMOS RAM（Complementary Metal Oxide Semiconductor RAM）即互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體RAM存儲(chǔ)器。由于該類存儲(chǔ)器耗電極低，開機(jī)時(shí)由PC電源給CMOS芯片供電，關(guān)機(jī)后即可切換到主板上的小電池供電，使之不丟失存儲(chǔ)信息。因此主板上的CMOS RAM芯片用于存儲(chǔ)不允許丟失但需要用戶改寫的系統(tǒng)BIOS硬件配置信息，如軟盤驅(qū)動(dòng)器類型、硬盤驅(qū)動(dòng)器類型、顯示模式、內(nèi)存大小和系統(tǒng)工

17、作狀態(tài)參數(shù)等。每當(dāng)硬件配置改變時(shí)，比如更換了硬盤、內(nèi)存條等，用戶必須在開機(jī)時(shí)按【Del】鍵，首先運(yùn)行BIOS Setup程序（也叫CMOS Setup程序）對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行修改。每次開機(jī)啟動(dòng)時(shí)，BIOS程序都要訪問CMOS存儲(chǔ)芯片，以便正確檢測(cè)和配置硬件。,CMOS的電池有3.6V的可充電電池和3.3V的普通CR2032鈕扣電池等。CMOS RAM芯片和電池如圖5-3所示。有些主板的可充電CMOS電池做在了CMOS元件內(nèi)部。有些CMOS電路也集成到了南橋芯片組內(nèi)。,圖5-3 CMOS RAMM和電池,5.3.3 SRAM SRAM（Static RAM）即靜態(tài)RAM。SRAM是由靜態(tài)MOS管構(gòu)成

18、，它的體積大、集成度比DRAM低、容量?。▎纹瑸?12Kbits到512KB）和價(jià)格高。但是它的速度遠(yuǎn)高于DRAM，通常為15 nS（毫微秒）到幾個(gè)nS，因此它被用來構(gòu)成主板的系統(tǒng)高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache），以解決低速主存與高速CPU不匹配的瓶頸問題。,5.4 內(nèi)存條和高速緩存,5.4.1 內(nèi)存條 早期IBM-PC機(jī)的主存儲(chǔ)器都是固定安裝在主板上，由許多存儲(chǔ)芯片組成的，見前面圖4-1，容量為256KB。 隨著系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存容量需求越來越大，已無法在主板有限的空間上排列更多的內(nèi)存芯片了，因此采用ISA總線擴(kuò)展卡來解決，這就是老式微機(jī)的ISA內(nèi)存擴(kuò)展卡，通常為384KB，將內(nèi)存擴(kuò)充到640KB。IS

19、A總線的數(shù)據(jù)線是16位，速度又相當(dāng)慢。,從386微機(jī)開始，改為在主板上另外專門為32位數(shù)據(jù)總線設(shè)計(jì)了高速的內(nèi)存總線和內(nèi)存擴(kuò)展插槽。內(nèi)存的DRAM芯片做在稱為內(nèi)存條的印刷電路板上，再把內(nèi)存條插入內(nèi)存插槽即可連入系統(tǒng)。 內(nèi)存條是由印刷電路板和內(nèi)存芯片構(gòu)成，采用存儲(chǔ)器芯片的多少由內(nèi)存條的容量和芯片的數(shù)據(jù)位數(shù)決定。比如一個(gè)1MB的內(nèi)存條，可以由2個(gè)1M4bit的存儲(chǔ)芯片組成，如圖5-4所示。,圖5-4 30線SIMM內(nèi)存條電路圖,內(nèi)存條插槽的一種叫做SIMM（Single In line Memory Module）即單列直插存儲(chǔ)器模塊，分為30線（引腳）和72線兩種標(biāo)準(zhǔn)。另一種叫做DIMM（Doub

20、le In line Memory Module）即雙列直插存儲(chǔ)器模塊，為168線標(biāo)準(zhǔn)。 30線的SIMM內(nèi)存擴(kuò)展插槽提供8位數(shù)據(jù)，必需四個(gè)一組（稱為Bank）使用才能提供32位數(shù)據(jù)寬度的主存，它常用于386或486主板，采用FP內(nèi)存芯片，存取速度為80或70nS。 72線的SIMM內(nèi)存擴(kuò)展插槽可提供32位數(shù)據(jù)，常用于486或586主板。在486機(jī)上72線內(nèi)存條可以單條使用，存儲(chǔ)芯片通常為80nS的FPM內(nèi)存。而在586機(jī)上，則應(yīng)將完全一樣的兩個(gè)72線內(nèi)存條同時(shí)使用構(gòu)成一組（稱為Bank），才能與Pentium CPU的64位外部數(shù)據(jù)線相吻合，采用的內(nèi)存芯片通常為70nS的FPM或60nS的E

21、DO內(nèi)存。,168線的內(nèi)存擴(kuò)展可提供64位數(shù)據(jù)寬，因此168線內(nèi)存條單條安裝便可與64位的Pentium CPU外部數(shù)據(jù)總線相吻合。這類內(nèi)存條的芯片分為單面安裝和兩面安裝兩種，16M和64M條常做成單面式，8M、32M和128M條常做成兩面式，采用的存儲(chǔ)芯片為10nS的SDRAM（最初也有EDO的），常用于Pentium MMX（多能奔騰）、Pentium 和Pentium 主板。最初的DIMM SDRAM支持66MHz系統(tǒng)總線，目前還有支持100MHz和133MHz高速系統(tǒng)總線的標(biāo)有PC100和PC133標(biāo)記的SDRAM內(nèi)存條。各種內(nèi)存條的外形結(jié)構(gòu)如圖5-5所示，圖5-6是SIMM和DIMM內(nèi)存條的照片。,圖5-5 SIMM和DIMM內(nèi)存條的結(jié)構(gòu),圖5-6 SIMM和DIMM內(nèi)存條,內(nèi)存的速度要由內(nèi)存總線和內(nèi)存芯片的速度配合來實(shí)現(xiàn)。通常，總線速度用其工作時(shí)鐘的頻率來表示，比如33、66、100和133MHz總線等。而存儲(chǔ)器芯片的速度用其存取時(shí)間來表示，比如25、20、15、10和7nS等。以頻率和周期的倒數(shù)關(guān)系來比較，與66、100和133MHz內(nèi)存總線相配合的存儲(chǔ)器芯片的速度應(yīng)該分別為15、10和7.5nS。在比較系統(tǒng)中CPU、系統(tǒng)總線、內(nèi)存和其它元器件的速度配合時(shí)也可以用類似的方法。,5.4.2 系統(tǒng)高速緩存 主存儲(chǔ)器的高速緩充存儲(chǔ)器也稱為“Ca