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本章内容结构如下:

电脑内存详细分析(电脑硬件知识科普第03课)(1)

本篇将介绍内存的基础知识

1.概述

本篇介绍的内存指的是电脑(PC)中常见的内存,也被称为运行内存,这一类内存属于动态随机访问存储器DRAM(Dynamic Random Access Memory)。

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存储器是一个很大的概念

DRAM的优势在于其结构简单,面积小,存储密度高(现在内存条的容量都赶得上多年前的硬盘了);缺点是易失性,为了保持数据,DRAM采用电容存储数据,电容放电后电荷就没有了,所以电脑断电后内存里的数据也就没有了。

2.内存的功能

内存是电脑硬盘与CPU之间沟通的桥梁,其本质就是一个缓冲区(可以理解为中转站)。当我们在电脑中运行软件时,CPU会把需要运算的数据从硬盘送到内存中。当数据被送到内存中后,CPU就开始和内存进行数据交换。

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由于内存读取数据的速度(双通道内存在20GB/左右)要远远高于硬盘(固态硬盘在3GB/s左右),当我们在电脑中完成软件或游戏的加载后,程序的运行速度就会大大提高。

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软件启动时需要将数据从硬盘从到内存,所以速度较慢

因此,内存对一台电脑的性能和运行稳定性,会产生直接的影响。

3.内存的组成

内存的外观如下图所示。它主要由PCB电路板(Printed Circuit Board,印制电路板)、SPD芯片(Serial Presence Detect,一个8针的EEPROM)和内存颗粒组成。

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内存

其中:

4.内存的分类

内存通PCD电路板上的金手指与电脑主板连接,性能很大程度取决于主板对其的支持。因此,我们可以简单地通过内存金手指上防呆口的位置和内存的频率对内存进行分类。

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目前,常见的DDR内存由SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory, 同步动态随机存取存储器)发展而来,分为DDR1、DDR2、DDR3和DDR4等几种,其中DDR1已经基本退出市场。剩下的DDR2、DDR3和DDR4内存,其金手指上防呆口的位置都各不相同。

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防呆口的作用就是防止用户在主板上插错内存。不同类型的DDR内存互不兼容,只能安装在与其对应的主板插槽上,否则就会发生错误,甚至有烧坏主板的风险。

而每一块主板上的内存插槽附近,一般都会标注其支持的内存类型。

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除了区分内存是几代DDR的防呆口位置以外,我们还可以通过频率来对内存进行分类(这里主要针对DDR3和DDR4内存)。频率,是内存的重要参数之一,它决定着内存条的速度,代表着电脑运行程序时,CPU对内存访问的频率。

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CPU每访问内存一次,就会为内存带来或带走一些数据

CPU每秒访问内存的次数越多,也就代表着单位时间内产生的数据量也就越多,也可以看成是内存的读写速度越快。

内存的频率是以兆赫(MHz,波动频率单位之一)为单位来计量的,在一定程度上,内存的频率越高、速度越快,也就代表其性能就越好(一般有2400MHz、2133MHz、2666MHz、3000MHz、3200MHz、3600MHz等)。

5.内存的主要参数

内存的主要参数有3个,容量、频率和时序。

容量

内存的容量,指的是内存的存储容量。

内存就像下图所示的蓄水缸,内存容量的概念也和蓄水缸容量的概念类似。当电脑启动某个程序后,CPU就通过主板控制内存开始接收来自硬盘的水(数据),把水(数据)暂时存着,当CPU要用水(数据)了就放出去。

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因此,内存的容量当然越大越好。

目前,市面上流通的单条内存容量基本都是2的幂次方G的。普通办公应用,使用4-8G内存就足够了,普通游戏玩家,使用8-16G内存即可,更高端的图形图像处理或顶级游戏玩家,可以配置32G甚至更大的内存。

频率

前面在介绍内存的分类时曾经提到内存的频率是内存重要的参数。

决定每次频率的是内存颗粒,每一块内存条上内存颗粒每秒能够承受的访问次数是有上限的。超过了承受上限电脑就会出现无法启动的情况。而这个上限是由内存颗粒的“体质”决定的。

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内存颗粒

体质是天生的,它像CPU一样,在生产过程中就决定了。内存颗粒生产商在制作内存颗粒时,会将体质普通的内存颗粒供应给内存制造厂商,生产出频率2400MHz的普通内存,而那些体质较好的颗粒,每秒能承受更高频率的访问,会被在最后的“等级筛选”阶段被挑选出来,做成高频的内存。

我们在购买内存时,商品上标注的频率就是内存厂商承诺内存可以达到的频率。

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这里需要注意的是:内存上标注频率不等于内存安装在电脑上就一定可以达到的频率。这是因为有些主板厂家为了保证内存能稳定工作,会在主板上把内存的访问频率设置在2133或2400。这时,如果我们在电脑上安装了更高频的内存,就需要手动在主板BIOS中设置内存的频率,也就是所谓的“内存超频”。

时序

内存时序是描述同步动态随机存取存储器(SDRAM)性能的四个参数:CL、TRCD、TRP和TRAS,单位为时钟周期。它们通常被写为四个用破折号分隔开的数字,例如下图所示内存条上标注的16-18-18-36就代表这根内存的时序。

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内存时序参数指定了影响随机存取存储器速度的延迟时间。我们可以简单地理解为CPU去内存中找数据,在内存中精确地找到想要的数据,并且返回的这个时间就是延迟时间。时序以纳秒(ns)为单位。

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以频率为2400MHz的内存为单位,在CPU对内存完成2400MHz次的数据访问之后,将这2400MHz次的访问延迟时间全部加起来,得出的总延迟就是时序。因此,时序参数中较低的数字通常意味着更快的性能,所以在内存频率相同的情况下,内存时序越小越好。

随着内存频率的增加(也就是每秒CPU访问内存次数的增加),时序值虽然会变得越来越大。但是根据公式:

(时序CL×2000) ÷频率(MHz)=延迟(ns)

计算下来,时序其实并没有增加多少。

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尽管如此,有些体质好的内存颗粒,能把CPU在内存中找数据的时间降的相对较低。所以在频率相同的情况下,选择内存时,时序是越低越好。

6.内存超频

内存的超频就是让内存运行在比主板默认设定更高的频率下。

比如,内存在出厂的时候就会有一个默认频率,也就是我们买内存的时候看到标签上的频率参数。

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而主板也有一个默认支持的稳定频率,一般DDR3是1333MHz/1600MHz,DDR4是2133MHz/2400MHz。如果我们买了DDR4 3000MHz频率的内存条,然后直接将内存插在主板上使用,那么很大可能开机内存只以2133或者2400MHz的频率运行,这个时候我们就需要进行超频了。

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内存的超频也分两个部分,一个是让CPU能够正确识别到内存的默认频率的超频,也就是XMP超频(内存超频预设);另一个则是要我们手动去选择内存设置里面的各项参数的,包括频率,电压,第一时序,第二时序等内容。

XMP超频

XMP超频实际上就是通过主板上的设置,把我们的内存实际频率给展示出来,一般现在的主板都带有XMP功能(XMP是英特尔的技术名称,AMD的主板也有同样的功能,不过名字有点不同),只要在BIOS中找到内存的XMP设置,打开XMP功能即可完成内存的预设超频。

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正常情况下,我们直接在主板上插入内存后,启动电脑在Windows系统的任务管理器中可以看到的内存频率是2133MHz。

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在【任务管理器】窗口中可以查看内存频率

而如果我们使用的内存是3000MHz的,就需要通过XMP功能把这个内存原来的频率打开。进入BIOS中,找到XMP的设置。

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直接将它打开就可以了。

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接下来保存BIOS设置,然后重新启动电脑,再次打开【任务管理器】窗口,就可以看到内存频率发生了变化。

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需要注意的是:有些主板平台上设置了最高支持的默认内存频率(例如2666MHz),这个是主板芯片组的限制,在这种情况下,所以就算我们使用了3000MHz的内存条,并对内存进行了超频处理,内存的最高频率也无法超越主板限制的频率(2666MHz)。

手动超频

内存的手动超频是指通过在主板BIOS中设置内存参数,来达到更高的内存频率。手动超频受到很多方面的因素影响,比如CPU、主板、内存颗粒、内存时序、内存电压等,因此,在开始手动超频之前,用户应该先多了解一下这方面的知识,然后再尝试通过调整主板BIOS中超频设置,逐渐实现超频(具体过程与上面介绍的方法类似,这里不再重复阐述)。

7.双通道内存什么是双通道内存

在介绍双通道内存之前,我们需要先普及一些基础知识。

电脑中各个元器件之间有大量的数据要进行交换和处理,这些数据传输是要经过一定的通道的,这些通道就和城市间的道路一样,只不过上面走的不是汽车而是数据。

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电脑中的道路也和实际的道路一样,有自己的车道数量,有速度限制。我们可以把这两个概念对应为两个名词——位宽和时钟频率。

在位宽和时钟频率的基础上,还可以进一步引申出另一个名字——带宽。带宽可以被简单理解为电脑中道路的车流通行能力。可以用以下公式计算:

带宽=时钟频率x总线位数/8

由此,我们思考一下就可以得出结论,影响电脑里数据交换能力的主要关键因素就是:车道的数量(位宽),还有车道限速(电脑元器件时钟频率)

在了解了以上概念之后,我们就可以对比单通道,来介绍双通道内存了。当我们的电脑中只有一条16G的内存,在电脑中打开一个软件,这个软件的数据就只会在这个内存里。

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而如果电脑中使用两根8G内存组建了双通道,当我们打开一个软件后,软件的数据会被平均分到两个内存里,那么CPU在读取这个软件的数据时就是同时从两个内存获取数据,那么就相当于车道的数量翻倍了,也就是位宽翻倍。

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如果假设采用双通道的两根8G内存和采用单通道的单根16G内存的频率是完全一样的,根据公式:

带宽=时钟频率x总线位数/8

双通道8G内存的总带宽就是单通道16G内存的两倍。由于带宽代表数据交换的能力,那么就可以理解为双通道8G内存的数据读写速度是单通道16G内存的两倍。

因此,说白了双通道内存就是将多个内存由串联方式改良为并联方式,从而获取更大的内存带宽的一种技术。

如何组建双通道内存

组建双通道内存的方法应根据主板内存条的数量来具体判断。

如果主板上只有两条内存插槽,我们将内存插满即可组建双通道内存方案。

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有两个内存插槽的主板

如果主板拥有四根插槽设计,需要插入两根内存的情况下。

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有个内存插槽的主板

我们需要将内存插入1和3插槽或者2、4插槽隔插(相同插槽颜色)即可(在主板支持双通道,但不支持四通道的情况下,我们如果将主板上的4条内存插槽插满就自动组建了双通道内存)。

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组建双通道内存

双通道内存的规则

在设置双通道内存时,应遵循以下规则,否则将会降到单通道模式。

目前,普通频率的内存组成双通道内存后性能已经很强了,能够满足绝大多数人使用电脑的需求。

9.内存的常见品牌

常见的电脑(PC)内存品牌有金士顿、威刚、詹宇、芝奇、十栓、海盗船、影驰等。不同的品牌在品控、外观、做工、用料、定位、价格和产品线上都有各自的特点。

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市场上主要的内存品牌

读者可以通过电商页面提供的内存信息,自行判断具体品牌内存的优劣,选择合适的内容,这里不做详细阐述。


10.内存的未来

DDR5是下一代DDR内存,预计将比其前身DDR4提供更高的带宽,速度和更低的功耗。

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2017年3月,制定DDR标准以及其他内存和存储标准的JEDEC(联合电子设备工程会议)宣布将在2018年发布DDR5标准。2018年11月,(海士力)SK Hynix发布了世界上第一个符合DDR5标准的RAM模块,计划于将于2020年推出。

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