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几种提高主存读写速度的技术的分析

作者:常国锋时间:2015-01-22 09:14:47 来源: 阅读次数:913次 ]

几种提高主存读写速度的

技术的分析

常国锋新乡学院计算机与信息工程学院河南新乡 453003

【文章摘要】

在Internet 的基本原理中，对分组交换，客户机和服务器程序，P2P 技术进行了对应的分析。

【关键词】

分组交换；客户机和服务器程序； P2P 技术

从早期使用的DRAM 到目前常用的DDR3 SDRAM 和RDRAM，主存技术飞跃地发展。

1 主存与CPU 速度匹配

在早期，通常用纳秒（ns）来表示主存的速度，用兆赫兹（MHz）来表示CPU 的速度。随着技术的飞跃发展，现在主存的速度也通常用兆赫兹（MHz）来表示。

假如主存总线和CPU 总线在速度上等同的话，那么在性能上应该是主存是优秀的。然而CPU 的速度往往高于主存的速度，以PC 为例，在1998 年以前，DRAM 的存取时间为60ns 或更大，这相当于16.7MHz 或更慢的速度，而当时CPU 的速度已达到300MHz 或更高的速度，两者之间存在着很大的差距，这就是为什么需要高速缓冲存储器（Cache）的原因。

当1GHz CPU 要从133MHz 主存读多个字节的数据时会出现大量的等待状态，所谓等待状态就是处理器在等待数据就绪之前必须执行的一个额外“什么都不做”的周期。由于主存周期为7.5ns，CPU 周期为1ns，CPU 需要执行6 个等待周期，然后数据才会在第七个周期准备好。增加等待周期实际上是将CPU 速度减慢至主存速度。为了减少所需的等待周期数，许多系统开始引入新型的存储芯片，这些存储芯片在存储器总线的性能已与CPU 总线的性能相差无几。

2 SDRAM

前面介绍的几种DRAM 主存都属于“非同步存取的存储器”，即它们的工作速度并没有和系统时钟同步，存取数据时，系统须等待若干时钟周期才能接收和发送数据。如EDO DRAM 须等待2 个时钟周期，FPM DRAM 则须等待3 个时钟周期，这种等待制约了系统的数据传送速率。通常，FPM DRAM 和EDO DRAM 的速度不能超过66MHz。

同步动态随机存储器（Synchronous DRAM，SDRAM）是一种与主存总线运行同步的DRAM。SDRAM 在同步脉冲的控制下工作，取消了主存等待时间，减少了数据传送的延迟时间，因而加快了系统速度。SDRAM 仍然是一种DRAM，起始延迟仍然不变，但总的周期时间比FPM 或EDO 快得多。

SDRAM 的基本原理是将CPU 和RAM 通过一个相同的时钟锁在一起，使得RAM 和CPU 能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作。就是说，SDRAM 在开始的时候要多花一些时间，但在以后，每1 个时钟可以读写1 个数据，做到了所有的输入输出信号与系统时钟同步。这已经接近主板上的同步Cache 的3-1-1-1 水准。一般来说，在系统时钟为66MHz 时， SDRAM 与EDO DRAM 相比，显示不出其优点，但当系统时钟增加到100MHz 以上， SDRAM 的优点便很明显。

SDRAM 普遍采用168 线的DIMM 封装，速度通常以MHz 来标定，为降功耗，一般使用3.3V 电压。SDRAM 支持PC 66/100133/150 等不同的规范，表示其工作频率分别为66MHz、100MHz、133MHz 和150MHz，能与当前的CPU 同步运行，可提高整机性能大约5％～ 10％。

3 DDR SDRAM

双数据传输率同步动态随机存储器（Double Data Rate SDRAM，DDR SDRAM）也可以说是SDRAM 的升级版本，DDR 运用了更先进的同步电路，它与SDRAM 的主要区别是：DDR SDRAM 不仅能在时钟脉冲的上升沿读出数据而且还能在下降沿读出数据，不需要提高时钟频率就能加倍提高SDRAM 的速度。

DDR SDRAM 的频率可以用工作频率和等效传输频率两种方式表示，工作频率是内存颗粒实际的工作频率（又称核心频率），但是由于DDR 可以在脉冲的上升和下降沿都传输数据，因此传输数据的等效传输频率是工作频率的两倍。由于外部数据总线的宽度为64 位，所以数据传输率（带宽）等于等效传输频率×8。

DDR SDRAM 基本上可完全沿用SDRAM 现有的生产体系，其生产成本与SDRAM 相差不大。DDR 内存条的物理大小和标准的DIMM 一样，区别仅在于内存条的线数。标准的SDRAM 有168 线（2 个小缺口），而DDR SDRAM 有184 线（多出的16 个线占用了空间，故只有1 个小缺口）。DDR RDRAM 可以工作在2.5V 的低电压环境下。

DDR SDRAM 的标准主要有DDR 200、DDR 266、DDR333 和DDR 400 等，分别对应PC1600/PC2100/PC2700/PC3200 几种规范，以DDR 266 为例，它的工作频率为133MHz，等效传输带宽为2.1GB/s （266×8）。

4 DDR2 SDRAM 和DDR3 SDRAM

DDR2（Double Data Rate 2）SDRAM 是新一代内存技术标准，它采用1.8V 电压，比原来DDR2.5V 的标准降低了许多，从而降低了功耗和发热量，目前DDR2 广泛地用作微机的内存条。

DDR3（Double Data Rate 3）SDRAM 可以看作是DDR2 的改进版，它的预取设计位数是8bit，其DRAM 内核的频率达到了接口频率的1/8。

依照JEDEC（电子设备工程联合委员会）的标准，DDR3 将在800MHz 至1600MHz 下运行，这将是DDR2 频率的两倍。DDR3 SDRAM 分为DDR3 800、DDR3 1066、DDR3 1333 和DDR3 1600，其核心频率仍分别为100MHz、1333MHz 和1600MHz，其对应的传输带宽分别为6.4 GB/s、8.6 GB/s、10.6 GB/s 和12.8 GB/s，对应PC3 6400/PC3 8600/PC3 10600/PC3 12800 几种规范。

新一代的DDR3 在1.5V 下工作，相比DDR2 来说可以节约大约16% 的电能。目前，DDR3 作为显存在新出的大多数中高端显卡上得到了广泛的应用。

5 Rambus DRAM

Rambus DRAM（RDRAM）是一种新型高速动态随机存储器。由美国Rambus 公司研发的RDRAM 在内部结构上进行了重新设计，并采取了新的信号接口技术，其对外接口也不同于以前的DRAM。

Rambus 虽然具有高带宽优势，但只有在采用Pentium4 后的高性能微机上这种优势才能得到适当的发挥。目前，Rambus 主存主要有3 种：300MHz、356MHz 和400MHz，更高速率（533MHz）的产品也已经开发成功。由于Rambus 主存的的双沿传输等同于速率加倍，所以常把上述3 种 Rambus 主存称为PC-600、PC-700（实际上是PC-711）和PC-800 主存。

目前，由RDRAM 构成的存储器系统已经开始应用于现代微机之中，但由于价格等原因，还难以普及。

6 双通道内存技术

双通道内存技术，就是在北桥芯片组里制作两个内存控制器，这两个内存控制器是可以相互独立工作的。在双通道DDR 内部含有两个一样的64 位内存控制器，在所提供的宽带上，一个128 位内存体系与双64 位内存体系相等，双通道内存技术其实是双通道内存控制技术，与内存自身无关。主板厂商按照内存通道将DIMM 分为Channel1 与Channel2，通常用不同颜色来区分。只有当两组通道上都同时安装了内存条（用户只要按不同颜色搭配，对号入座的安装即可）时，才能使内存工作在双通道模式下；如果在相同颜色的插槽上安装内存条，则只能工作在单通道模式。