内存条的组成、编址、寻址和读写方式

一、组成

这是一个2GB的DDR3内存条,我们可以看到,内存条的物理组成:金手指、存储芯片、还有各种控制电路和元器件,还有就 PCB板。我们今天要谈的组成不是这些,而是它作为一个数据容器的组成:

  • Rank
    CPU与内存之间的接口位宽是64bit,也就意味着CPU在一个时钟周期内会向内存发送或从内存读取64bit的数据。可是,单个内存颗粒的位宽仅有4bit、8bit或16bit,个别也有32bit的。因此,必须把多个颗粒并联起来,组成一个位宽为64bit的数据集合,才可以和CPU互连。生产商把64bit集合称为一个物理BANK(Physical BANK),简写为P-BANK。为了和逻辑BANK相区分,也经常把P-BANK称为RANK或Physical RANK,把L-BANK则简称为BANK。如果每个内存颗粒的位宽是8bit,应该由8个颗粒并联起来,组成一个RANK(64bit);同理,如果颗粒的位宽是16bit,应该由4个颗粒组成一个RANK。由此可知:Rank其实就是一组内存颗粒位宽的集合,也可以叫Chips,在PCB上,往往把一面上的内存颗粒组成一个Rank,另一面是另外一个Rank(假若有的话),这样也可以将Rank理解内存条的Side(面)。具体说,当颗粒位宽×颗粒 数=64bits时,这个模组就是有一个RANK。为了保证和CPU的沟通,一个模组至少要有一个RANK。但是,为了保证有一定的内存容量,目前,DDR2内存,经常是采用一个模组两个RANK的架构。“模组构成”中的“R”“RANK”的意思。“2R”是说组成模组的RANK数(Number of ranks of memory installed)是2个。有“1R”和“2R”两种;“模组构成”中的“×8”是颗粒的位宽(bit width),有×4、×8和×16三种.
  • Chip(Memory)
    存储芯片,又叫内存颗粒。真正提供存储的器件。
  • Bank
    Chip里包含多个Bank。一个Bank就是一个存储矩阵库。由Chip的BA线的位宽决定个数。
  • Cell
    存储单元,可以保存1bit的数据,Bank由很多的Cell组成,由行列来确定一个Cell。

Rank指的是连接到同一个cs(Chip Select,片选)的所有内存颗粒chips,内存控制器能够对同一个rank的所有chips同时进行读写操作,而在同一个rankchip也分享同样的控制信号。rank1和rank2共享同一组addr/command信号线,利用cs片选线选择欲读取或是写入的那一组,之后将存储内容经由MUX多路器送出。bank再往下分就是实际存储单位元的电路,一般来说横向选择排数的线路称为row(row enable, row select, word line),纵向负责传送信号的线路称为column(bitline),每组bank的下方还会有个row buffer(sense amplifer),负责将读出的row内容暂存。

二、编址

前面我们知道了DRAM颗粒以及内存模块是如何扩展字长和容量的。一个内存可能是8位,也可能是64位,容量可能是1M,也可能是1G。那么内存是如何编地的呢?和地址总线,计算机字长之间又有什么关系呢?内存条容量的大小和它芯片扩展方式有关。比如我们内存模块是采用 16M*8bit的内存颗粒,那么我们使用4个颗粒进行位扩展,成为16M*32bit,使用4个颗粒进行字容量扩展变为64M*32bit。那么我们内存模块使用了16个内存颗粒,实际大小是256MB。

我们需要对这个256M的内存进行编址以便CPU能够使用它,通常我们多种编址方式:

  1. 按字编址:    对于这个256M内存来说,它的寻址范围是64M,而每个内存地址可以存储32bit数据。
  2. 按半字编址:对于这个256M内存来说,它的寻址范围是128M,而每个内存地址可以存储16bit数据。
  3. 按字节编址:对于这个256M内存来说,它的寻址范围是256M,而每个内存地址可以存储8bit数据。

对于我们现在的计算机来说,主要都是采用按字节编址的方式。所以我们可以把内存简单的看成一个线性数组,数组每个元素的大小为8bit,我们称为一个存储单元,对这些存储单元我们从0x00000000开始沿着Rank的访问编址,每8个Cell加1,这样数组里的每个元素都由地址,超过一个Rank的,从上一个Rank的最后一个Cell的地址加1作为基地址。这一点很重要, 这也是为什么对于32位计算机来说,能使用的最多容量的内存为4GB。

三、寻址

当CPU通过地址总线传过来一个物理地址时,内存条是如何寻找到一个Cell的呢。我们首先要看内存条是如何根CPU连接的。

在看看DDR3 128*64bit*16的地址线情况

根据连接情况和组成情况,当物理地址从CPU内部或者是北桥的内存控制器出来时,首先要选择通道,然后是选择DIMM,根据片选到Rank,在到Bank,然后在Chip的地址解码器里输出行地址和列地址,定位到Cell。其实这也就是说物理地址要包含行地址、列地址,bank地址、rank信息等。根据上面的表,物理地址可能的构成如下:

四、读写方式

读取时首先内存控制器将1组位址现传到内存上,控制器跟着传送控制信号;如果是多rank的情况,CS也会送到对应信号选择的目标rank上。接着由于每个rank是由多个chip组成,每个chip仅负责部分的资料读取,chip接收到位址信号后,将位址放入内部的row/column解码器找出对应的bank位址(每家厂商每款产品内部的bank组合可能不同,因此相应地也会略有不同),接着开启row线,同一排row的内部内容就会流到row buffer内部,row buffer判断信号为0或是1之后就输出存储内容。

写入时除了位址资料以外,还会传送欲写入的内容至芯片内部的input buffer,同样的也是按照row/column解码器找出对应位址之后写入。

原文地址:https://www.cnblogs.com/yilang/p/11103061.html

时间: 2024-11-09 00:00:59

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