SDRAM存储器工作原理和时序的详细介绍

　　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4个，这也是SDRAM规范中的最高L-Bank数量。到了RDRAM则最多达到了32个，在最新DDR-Ⅱ的标准中，L-Bank的数量也提高到了8个。

　　这样，在进行寻址时就要先确定是哪个L-Bank，然后再在这个选定的L-Bank中选择相应的行与列进行寻址。可见对内存的访 问，一次只能是一个L-Bank工作，而每次与北桥交换的数据就是L-Bank存储阵列中一个“存储单元”的容量。在某些厂商的 表述中，将L-Bank中的存储单元称为Word（此处代表位的集合而不是字节的集合）。从前文可知，SDRAM内存芯片一次传输率的数据量就是芯片位宽，那么这个存储单元的容量就是芯片的位宽（也是L-Bank的位 宽），但要注意，这种关系也仅对SDRAM有效，原因将在下文中说明。