PDF《SDRAM 的原理和时序》

SDRAM 的原理和时序

一、 SDRAM 内存模组与基本结构 我们平时看到的 SDRAM 都是以模组形式出现,为什么要做成这种形式呢?这首先要接触到两 个概念:物理 Bank 与芯片位宽.

1、 物理 Bank 传统内存系统为了保证 CPU 的正常工作,必须一次传输完 CPU 在一个传输周期内所需要的数 据.而CPU 在一个传输周期能接受的数 据容量就是 CPU 数据总线的位宽,单位是 bit (位).当时控制内存与 CPU 之间数据交换的北桥芯片也因此将内存总线的数据位宽 等同于 CPU 数据总线的位宽,而这个位宽就称之为物理 Bank(Physical Bank,下文简称 P-Bank)的 位宽.所以,那时的内存必须要组织成 P-Bank 来与 CPU 打交道.资格稍老的玩家应该还记 得Pentium 刚上市时,需要两条 72pin 的SIMM 才能启动,因为一条 72pin -SIMM 只能提供 32bit 的位宽,不能满足 Pentium 的64bit 数据总线的需要.直到 168pin-SDRAM DIMM 上市后,才 可以使用一条内存开机. 不过要强调一点,P-Bank 是SDRAM 及以前传统内存家族的特有概念,RDRAM 中将以通道(Channel)取代,而对 于像 Intel E7500 那样的并发式多通道 DDR 系统,传统的 P-Bank 概念也不适用.

2、 芯片位宽 上文已经讲到 SDRAM 内存系统必须要组成一个 P-Bank 的位宽,才能使 CPU 正常工作,那么 这个 P-Bank 位宽怎么得到呢 ?这就涉及到了内存芯片的结构. 每个内存芯片也有自己的位宽,即每个传输周期能提供的数据量.理论上,完全可以做出一个 位宽为 64bit 的芯片来满足 P-Ban k 的需要,但这对技术的要求很高,在成本和实用性方面也 都处于劣势.所以芯片的位宽一般都较小.台式机市场所用的 SDRAM 芯片 位宽最高也就是 16bit,常见的则是 8bit.这样,为了组成 P-Bank 所需的位宽,就需要多颗芯片并联工作.对于16bi t 芯片,需要

4 颗(4*16bit=64bit).对于 8bit 芯片,则就需要

8 颗了. 以上就是芯片位宽、芯片数量与 P-Bank 的关系.P-Bank 其实就是一组内存芯片的集合,这个 集合的容量不限,但这个集合的 总位宽必须与 CPU 数据位宽相符.随着计算机应用的发展, 一个系统只有一个 P-Bank 已经不能满足容量的需要.所以,芯片组开 始可以支持多个 P- Bank,一次选择一个 P-Bank 工作,这就有了芯片组支持多少(物理)Bank 的说法.而在 Intel 的 定义中,则称 P-Bank 为行(Row),比如 845G 芯片组支持

4 个行,也就是说它支持

4 个P-Bank.另外,在一些文档中 ,也把 P-Bank 称为 Rank(列). 回到开头的话题,DIMM 是SDRAM 集合形式的最终体现,每个 DIMM 至少包含一个 P-Bank 的芯片集合.在目前的 DIMM 标准中,每个模组最多可以包含两个 P-Bank 的内存芯片集合, 虽然理论上完全可以在一个 DIMM 上支持多个 P-Bank,比如 SDRAM DIMM 就有

4 个芯片选 择信号,理论上可以控制

4 个P-Bank 的芯片集合.只是由于某种原因而没有这么去做.比如 设计难度、 制造成本、芯片组的配合等.至于 DIMM 的面数与 P-Bank 数量的关系,在2001 年2月的专题中已经明确了,面数≠P-Ba nk 数,只有在知道芯片位宽的情况下,才能确定 P- Bank 的数量,大度 256MB 内存就是明显一例,而这种情况在 Regist ered 模组中非常普遍.有 关内存模组的设计,将在后面的相关章节中继续探讨.

二、 SDRAM 内存芯片的内部结构

1、逻辑 Bank 与芯片位宽 讲完 SDRAM 的外在形式,就该深入了解 SDRAM 的内部结构了.这里主要的概念就是逻辑 Bank.简单地说,SDRAM 的内部 是一个存储阵列.因为如果是管道式存储(就如排队买 票),就很难做到随机访问了. 阵列就如同表格一样,将数据 填 进去,你可以它想象成一张表格.和表格的检索原理一 样,先指定一个行(Row),再指定一个列 (Column),我们就可以准确地找到所需要的单 元格,这就是内存芯片寻址的基本原理.对于内存,这个单元格可称为存储单元, 那么这个表 格(存储阵列)叫什么呢?它就是逻辑 Bank(Logical Bank,下文简称 L-Bank). 由于技术、成本等原因,不可能只做一个全容量的 L-Bank,而且最重要的是,由于 SDRAM 的工作原理限制,单一的 L-Ban k 将会造成非常严重的寻址冲突,大幅降低内存效率(在后文 中将详细讲述).所以人们在 SDRAM 内部分割成多个 L-Bank,较 早以前是两个,目前基本 都是