幾種提高主存讀寫速度的技術的分析

幾種提高主存讀寫速度的

技術的分析

常國鋒 新鄉學院計算機與信息工程學院 河南新鄉 453003 

【文章摘要】 

在Internet 的基本原理中，對分組交換，客戶機和服務器程序，P2P 技術進行了對應的分析。

【關鍵詞】

分組交換；客戶機和服務器程序； P2P 技術

從早期使用的DRAM 到目前常用的DDR3 SDRAM 和RDRAM，主存技術飛躍地發展。

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。隨著技術的飛躍發展，現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，那么在性能上應該是主存是優秀的。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，這相當于16.7MHz 或更慢的速度，而當時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1GHz CPU 要從133MHz 主存讀多個字節的數據時會出現大量的等待狀態，所謂等待狀態就是處理器在等待數據就緒之前必須執行的一個額外“什么都不做”的周期。由于主存周期為7.5ns，CPU 周期為1ns，CPU 需要執行6 個等待周期， 然后數據才會在第七個周期準備好。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，許多系統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時鐘同步，存取數據時， 系統須等待若干時鐘周期才能接收和發送數據。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的數據傳送速率。通常，FPM DRAM 和EDO DRAM 的速度不能超過66MHz。

同步動態隨機存儲器（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，減少了數據傳送的延遲時間，因而加快了系統速度。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 個數據，做到了所有的輸入輸出信號與系統時鐘同步。這已經接近主板上的同步Cache 的3-1-1-1 水準。一般來說，在系統時鐘為66MHz 時， SDRAM 與EDO DRAM 相比，顯示不出其優點，但當系統時鐘增加到100MHz 以上， SDRAM 的優點便很明顯。

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

3 DDR SDRAM 

雙數據傳輸率同步動態隨機存儲器（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 的主要區別是：DDR SDRAM 不僅能在時鐘脈沖的上升沿讀出數據而且還能在下降沿讀出數據，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據，因此傳輸數據的等效傳輸頻率是工作頻率的兩倍。由于外部數據總線的寬度為64 位，所以數據傳輸率（帶寬）等于等效傳輸頻率×8。

DDR SDRAM 基本上可完全沿用SDRAM 現有的生產體系，其生產成本與SDRAM 相差不大。DDR 內存條的物理大小和標準的DIMM 一樣，區別僅在于內存條的線數。標準的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 的低電壓環境下。

DDR SDRAM 的標準主要有DDR 200、DDR 266、DDR333 和DDR 400 等， 分別對應PC1600/PC2100/PC2700/PC3200 幾種規范，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 是新一代內存技術標準，它采用1.8V 電壓，比原來DDR2.5V 的標準降低了許多， 從而降低了功耗和發熱量，目前DDR2 廣泛地用作微機的內存條。

DDR3（Double Data Rate 3）SDRAM 可以看作是DDR2 的改進版，它的預取設計位數是8bit，其DRAM 內核的頻率達到了接口頻率的1/8。

依照JEDEC（電子設備工程聯合委員會）的標準，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PC3 6400/PC3 8600/PC3 10600/PC3 12800 幾種規范。

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

5 Rambus DRAM 

Rambus DRAM（RDRAM）是一種新型高速動態隨機存儲器。由美國Rambus 公司研發的RDRAM 在內部結構上進行了重新設計，并采取了新的信號接口技術，其對外接口也不同于以前的DRAM。

Rambus 雖然具有高帶寬優勢，但只有在采用Pentium4 后的高性能微機上這種優勢才能得到適當的發揮。目前，Rambus 主存主要有3 種：300MHz、356MHz 和400MHz，更高速率（533MHz）的產品也已經開發成功。由于Rambus 主存的的雙沿傳輸等同于速率加倍，所以常把上述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 構成的存儲器系統已經開始應用于現代微機之中，但由于價格等原因，還難以普及。

6 雙通道內存技術

雙通道內存技術，就是在北橋芯片組里制作兩個內存控制器，這兩個內存控制器是可以相互獨立工作的。在雙通道DDR 內部含有兩個一樣的64 位內存控制器，在所提供的寬帶上，一個128 位內存體系與雙64 位內存體系相等，雙通道內存技術其實是雙通道內存控制技術，與內存自身無關。主板廠商按照內存通道將DIMM 分為Channel1 與Channel2，通常用不同顏色來區分。只有當兩組通道上都同時安裝了內存條（用戶只要按不同顏色搭配，對號入座的安裝即可）時，才能使內存工作在雙通道模式下；如果在相同顏色的插槽上安裝內存條，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，主要從事計算機應用，網絡安全等研究。