幾種提高主存讀寫速度的技術(shù)的分析

幾種提高主存讀寫速度的

技術(shù)的分析

常國鋒 新鄉(xiāng)學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453003 

【文章摘要】 

在Internet 的基本原理中，對分組交換，客戶機和服務(wù)器程序，P2P 技術(shù)進行了對應(yīng)的分析。

【關(guān)鍵詞】

分組交換；客戶機和服務(wù)器程序； P2P 技術(shù)

從早期使用的DRAM 到目前常用的DDR3 SDRAM 和RDRAM，主存技術(shù)飛躍地發(fā)展。

1 主存與CPU 速度匹配

在早期，通常用納秒（ns）來表示主存的速度，用兆赫茲（MHz）來表示CPU 的速度。隨著技術(shù)的飛躍發(fā)展，現(xiàn)在主存的速度也通常用兆赫茲（MHz）來表示。

假如主存總線和CPU 總線在速度上等同的話，那么在性能上應(yīng)該是主存是優(yōu)秀的。然而CPU 的速度往往高于主存的速度，以PC 為例，在1998 年以前，DRAM 的存取時間為60ns 或更大，這相當(dāng)于16.7MHz 或更慢的速度，而當(dāng)時CPU 的速度已達到300MHz 或更高的速度，兩者之間存在著很大的差距，這就是為什么需要高速緩沖存儲器（Cache）的原因。

當(dāng)1GHz CPU 要從133MHz 主存讀多個字節(jié)的數(shù)據(jù)時會出現(xiàn)大量的等待狀態(tài)，所謂等待狀態(tài)就是處理器在等待數(shù)據(jù)就緒之前必須執(zhí)行的一個額外“什么都不做”的周期。由于主存周期為7.5ns，CPU 周期為1ns，CPU 需要執(zhí)行6 個等待周期， 然后數(shù)據(jù)才會在第七個周期準(zhǔn)備好。增加等待周期實際上是將CPU 速度減慢至主存速度。為了減少所需的等待周期數(shù)，許多系統(tǒng)開始引入新型的存儲芯片，這些存儲芯片在存儲器總線的性能已與CPU 總線的性能相差無幾。

2 SDRAM 

前面介紹的幾種DRAM 主存都屬于“非同步存取的存儲器”，即它們的工作速度并沒有和系統(tǒng)時鐘同步，存取數(shù)據(jù)時， 系統(tǒng)須等待若干時鐘周期才能接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。如EDO DRAM 須等待2 個時鐘周期，FPM DRAM 則須等待3 個時鐘周期， 這種等待制約了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送速率。通常，FPM DRAM 和EDO DRAM 的速度不能超過66MHz。

同步動態(tài)隨機存儲器（Synchronous DRAM，SDRAM）是一種與主存總線運行同步的DRAM。SDRAM 在同步脈沖的控制下工作，取消了主存等待時間，減少了數(shù)據(jù)傳送的延遲時間，因而加快了系統(tǒng)速度。SDRAM 仍然是一種DRAM，起始延遲仍然不變，但總的周期時間比FPM 或EDO 快得多。

SDRAM 的基本原理是將CPU 和RAM 通過一個相同的時鐘鎖在一起，使得RAM 和CPU 能夠共享一個時鐘周期， 以相同的速度同步工作。就是說，SDRAM 在開始的時候要多花一些時間，但在以后，每1 個時鐘可以讀寫1 個數(shù)據(jù)，做到了所有的輸入輸出信號與系統(tǒng)時鐘同步。這已經(jīng)接近主板上的同步Cache 的3-1-1-1 水準(zhǔn)。一般來說，在系統(tǒng)時鐘為66MHz 時， SDRAM 與EDO DRAM 相比，顯示不出其優(yōu)點，但當(dāng)系統(tǒng)時鐘增加到100MHz 以上， SDRAM 的優(yōu)點便很明顯。

SDRAM 普遍采用168 線的DIMM 封裝，速度通常以MHz 來標(biāo)定，為降功耗， 一般使用3.3V 電壓。SDRAM 支持PC 66/100133/150 等不同的規(guī)范，表示其工作頻率分別為66MHz、100MHz、133MHz 和150MHz，能與當(dāng)前的CPU 同步運行，可提高整機性能大約5％～ 10％。

3 DDR SDRAM 

雙數(shù)據(jù)傳輸率同步動態(tài)隨機存儲器（Double Data Rate SDRAM，DDR SDRAM） 也可以說是SDRAM 的升級版本，DDR 運用了更先進的同步電路，它與SDRAM 的主要區(qū)別是：DDR SDRAM 不僅能在時鐘脈沖的上升沿讀出數(shù)據(jù)而且還能在下降沿讀出數(shù)據(jù)，不需要提高時鐘頻率就能加倍提高SDRAM 的速度。

DDR SDRAM 的頻率可以用工作頻率和等效傳輸頻率兩種方式表示，工作頻率是內(nèi)存顆粒實際的工作頻率（又稱核心頻率），但是由于DDR 可以在脈沖的上升和下降沿都傳輸數(shù)據(jù)，因此傳輸數(shù)據(jù)的等效傳輸頻率是工作頻率的兩倍。由于外部數(shù)據(jù)總線的寬度為64 位，所以數(shù)據(jù)傳輸率（帶寬）等于等效傳輸頻率×8。

DDR SDRAM 基本上可完全沿用SDRAM 現(xiàn)有的生產(chǎn)體系，其生產(chǎn)成本與SDRAM 相差不大。DDR 內(nèi)存條的物理大小和標(biāo)準(zhǔn)的DIMM 一樣，區(qū)別僅在于內(nèi)存條的線數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的SDRAM 有168 線（2 個小缺口），而DDR SDRAM 有184 線（多出的16 個線占用了空間，故只有1 個小缺口）。DDR RDRAM 可以工作在2.5V 的低電壓環(huán)境下。

DDR SDRAM 的標(biāo)準(zhǔn)主要有DDR 200、DDR 266、DDR333 和DDR 400 等， 分別對應(yīng)PC1600/PC2100/PC2700/PC3200 幾種規(guī)范，以DDR 266 為例，它的工作頻率為133MHz，等效傳輸帶寬為2.1GB/s （266×8）。

4 DDR2 SDRAM 和DDR3 SDRAM 

DDR2（Double Data Rate 2）SDRAM 是新一代內(nèi)存技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它采用1.8V 電壓，比原來DDR2.5V 的標(biāo)準(zhǔn)降低了許多， 從而降低了功耗和發(fā)熱量，目前DDR2 廣泛地用作微機的內(nèi)存條。

DDR3（Double Data Rate 3）SDRAM 可以看作是DDR2 的改進版，它的預(yù)取設(shè)計位數(shù)是8bit，其DRAM 內(nèi)核的頻率達到了接口頻率的1/8。

依照JEDEC（電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會）的標(biāo)準(zhǔn)，DDR3 將在800MHz 至1600MHz 下運行，這將是DDR2 頻率的兩倍。DDR3 SDRAM 分為DDR3 800、DDR3 1066、DDR3 1333 和DDR3 1600， 其核心頻率仍分別為100MHz、1333MHz 和1600MHz，其對應(yīng)的傳輸帶寬分別為6.4 GB/s、8.6 GB/s、10.6 GB/s 和12.8 GB/s， 對應(yīng)PC3 6400/PC3 8600/PC3 10600/PC3 12800 幾種規(guī)范。

新一代的DDR3 在1.5V 下工作，相比DDR2 來說可以節(jié)約大約16% 的電能。目前，DDR3 作為顯存在新出的大多數(shù)中高端顯卡上得到了廣泛的應(yīng)用。

5 Rambus DRAM 

Rambus DRAM（RDRAM）是一種新型高速動態(tài)隨機存儲器。由美國Rambus 公司研發(fā)的RDRAM 在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上進行了重新設(shè)計，并采取了新的信號接口技術(shù)，其對外接口也不同于以前的DRAM。

Rambus 雖然具有高帶寬優(yōu)勢，但只有在采用Pentium4 后的高性能微機上這種優(yōu)勢才能得到適當(dāng)?shù)陌l(fā)揮。目前，Rambus 主存主要有3 種：300MHz、356MHz 和400MHz，更高速率（533MHz）的產(chǎn)品也已經(jīng)開發(fā)成功。由于Rambus 主存的的雙沿傳輸?shù)韧�于速率加倍，所以常把上�?/span>3 種 Rambus 主存稱為PC-600、PC-700（實際上是PC-711）和PC-800 主存。

目前，由RDRAM 構(gòu)成的存儲器系統(tǒng)已經(jīng)開始應(yīng)用于現(xiàn)代微機之中，但由于價格等原因，還難以普及。

6 雙通道內(nèi)存技術(shù)

雙通道內(nèi)存技術(shù)，就是在北橋芯片組里制作兩個內(nèi)存控制器，這兩個內(nèi)存控制器是可以相互獨立工作的。在雙通道DDR 內(nèi)部含有兩個一樣的64 位內(nèi)存控制器，在所提供的寬帶上，一個128 位內(nèi)存體系與雙64 位內(nèi)存體系相等，雙通道內(nèi)存技術(shù)其實是雙通道內(nèi)存控制技術(shù)，與內(nèi)存自身無關(guān)。主板廠商按照內(nèi)存通道將DIMM 分為Channel1 與Channel2，通常用不同顏色來區(qū)分。只有當(dāng)兩組通道上都同時安裝了內(nèi)存條（用戶只要按不同顏色搭配，對號入座的安裝即可）時，才能使內(nèi)存工作在雙通道模式下；如果在相同顏色的插槽上安裝內(nèi)存條，則只能工作在單通道模式。

【參考文獻】

[1] 唐朔飛. 計算機組成原理[M]. 北京：高等教育出版社，2008. 

[2] 陳智勇. 計算機組成原理[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2009. 

[3] 羅克露，俸志剛. 計算機組成原理[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2010. 

【作者簡介】

常國鋒（1978-），男（漢族），河南濮陽人，講師，研究生，主要從事計算機應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)安全等研究。