学习计算机组装与维护-存储器的分类、性能参数和选购技巧

职业能力

掌握各种类型存储器的主要性能参数，并能根据实际情况进行选购、组装。

核心概念

通过存储器主流产品的学习，掌握存储器的主要性能参数，便于选购、组装。

学习目标

观察外观，识别存储器。

掌握存储器的分类及性能参数。

了解不同存储器的优缺点，并进行选购。

基础知识

2.3.1　存储器概述

2.3.1.1　存储的概念

存储器（memory）是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。其概念很广，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。

计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。

2.3.1.2　存储的分类

计算机中的存储器按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存），也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

2.3.2　内存

2.3.2.1　内存概述

内存（memory）也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。内存一般采用半导体存储单元，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（cache）。只不过因为RAM是其中最重要的存储器。

只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。图2-3-17所示为内存条。

图2-3-1　内存条

1.诞生

起初，电脑所使用的内存是一块块的IC，我们必须把它们焊接到主机板上才能正常使用，一旦某一块内存IC坏了，必须焊下来才能更换，这实在是太费劲了。后来，电脑设计人员发明了模块化的条装内存，每一条上集成了多块内存IC，相应地，在主板上设计了内存插槽，这样，内存条就可随意拆卸了，从此，内存的维修和扩充都变得非常方便。

2.发展

内存芯片的状态一直沿用到286初期，鉴于它存在着无法拆卸更换的弊病，这对于计算机的发展造成了现实的阻碍。鉴于此，内存条便应运而生了。将内存芯片焊接到事先设计好的印刷线路板上，而电脑主板上也改用内存插槽。这样就把内存难以安装更换的问题彻底解决了。

在80286主板发布之前，内存并没有被世人所重视，这个时候的内存是直接固化在主板上的，而且容量只有64～256KB，对于当时PC所运行的工作程序来说，这种内存的性能以及容量足以满足当时软件程序的处理需要。不过随着软件程序和新一代80286硬件平台的出现，程序和硬件对内存性能提出了更高要求，为了提高速度并扩大容量，内存必须以独立的封装形式出现，因而诞生了“内存条”概念。

在80286主板刚推出的时候，内存条采用了SIMM（Single In-lineMemory Modules，单边接触内存模组）接口，容量为30pin、256KB，必须是由8片数据位和1片校验位组成1个bank，正因如此，我们见到的30pin SIMM一般是四条一起使用。自1982年PC进入民用市场，搭配80286处理器的30pin SIMM内存是内存领域的开山鼻祖。

3.SDRAM内存条

自Intel Celeron系列以及AMD K6处理器以及相关的主板芯片组推出后，EDO DRAM内存性能再也无法满足需要了，内存技术必须彻底得到革新才能满足新一代CPU架构的需求，此时内存开始进入比较经典的SDRAM时代。

第一代SDRAM很快由于Intel和AMD的频率之争将CPU外频提升到了100MHz。

尽管SDRAM PC133内存的带宽可提高带宽到1064MB/s，加上Intel已经开始着手最新的Pentium 4计划，所以SDRAM PC133内存不能满足日后的发展需求，此时，Intel为了达到独占市场的目的，与Rambus联合在PC市场推广Rambus DRAM内存（称为RDRAM内存）。

与SDRAM不同的是，RDRAM采用了新一代高速简单内存架构，可以减少数据的复杂性，使得整个系统性能得到了提高。

在AMD与Intel的竞争中，这个时候是属于频率竞备时代，所以这个时候CPU的主频在不断提升，Intel为了盖过AMD，推出高频PentiumⅢ以及Pentium 4处理器，因此Rambus DRAM内存是被Intel看着是未来自己的竞争撒手锏，Rambus DRAM内存以高时钟频率来简化每个时钟周期的数据量，因此内存带宽相当出色，如PC 1066 MHz 32 bits带宽可达到4.2G Byte/sec，Rambus DRAM曾一度被认为是Pentium 4的绝配。

尽管如此，Rambus RDRAM内存生不逢时，后来依然要被更高速度的DDR“掠夺”其宝座地位，在当时，PC600、PC700的Rambus RDRAM内存因出现Intel 820芯片组“失误事件”、PC800 Rambus RDRAM因成本过高而让Pentium 4平台高高在上，无法获得大众用户拥戴，种种问题让Rambus RDRAM胎死腹中，Rambus曾希望具有更高频率的PC1066规范RDRAM来力挽狂澜，但最终也是拜倒在DDR内存面前。

4.DDR时代

DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM）简称DDR。

也就是“双倍速率SDRAM”的意思。DDR可以说是SDRAM的升级版本，DDR在时钟信号上升沿与下降沿各传输一次数据，这使得DDR的数据传输速度为传统SDRAM的两倍。

DDR内存是作为一种在性能与成本之间折中的解决方案，其目的是迅速建立起牢固的市场空间，继而进一步在频率上高歌猛进，最终弥补内存带宽上的不足。第一代DDR200规范并没有得到普及，第二代PC266 DDR SRAM，它将DDR内存带向第一个高潮。

5.DDR2时代

DDR2（Double Data Rate 2）SDRAM是由JEDEC（电子设备工程联合委员会）进行开发的新生代内存技术标准，它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力（即：4bit数据读预取）。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。

随着CPU性能不断提高，我们对内存性能的要求也逐步升级。不可否认，仅依靠高频率提升带宽的DDR迟早会力不从心，因此JEDEC组织很早就开始酝酿DDR2标准，加上

LGA775接口的915/925以及最新的945等新平台开始对DDR2内存的支持，所以DDR2内存将开始演义内存领域的今天。

DDR2能够在100MHz的发信频率基础上提供每插脚最少400MB/s的带宽，而且其接口将运行于1.8V电压上，从而进一步降低发热量，以便提高频率。

6.DDR3时代

DDR3相比起DDR2有更低的工作电压，从DDR2的1.8V降落到1.5V，性能更好更为省电；DDR2的4bit预读升级为8bit预读。DDR3最高能够以2400MHz的速度，由于最为快速的DDR2内存速度已经提升到800MHz/1066MHz的速度，因而首批DDR3内存模组将会从800MHz的起跳。

DDR3在DDR2基础上采用的新型设计：

（1）8bit预取设计，而DDR2为4bit预取，这样DRAM内核的频率只有接口频率的1/8，DDR3-800的核心工作频率只有100MHz；

（2）采用点对点的拓扑架构，以减轻地址/命令与控制总线的负担；

（3）采用100nm以下的生产工艺，将工作电压从1.8V降至1.5V，增加异步重置（Reset）与ZQ校准功能。

7.DDR4时代

DDR4内存将会拥有两种规格。其中使用Single-endedSignaling信号的DDR4内存其传输速率已经被确认为1.6～3.2Gbps，而基于差分信号技术的DDR4内存其传输速率则将可以达到6.4Gbps。由于通过一个DRAM实现两种接口基本上是不可能的，因此DDR4内存将会同时存在基于传统SE信号和差分信号的两种规格产品。

DDR4相比DDR3最大的区别有三点：16bit预取机制（DDR3为8bit），同样内核频率下理论速度是DDR3的两倍；更可靠的传输规范，数据可靠性进一步提升；工作电压降为1.2V，更节能。

内存芯片主要厂商如表2-3-1所示。

表2-3-1　内存芯片主要厂商、类型及主要参数表

2.3.2.2　内存性能指标

内存的性能指标是衡量一个内存的读取速率、容量等指标，主要体现在以下几个方面。

（1）内存类型：DDR、DDR2、DDR3、DDR4。DDR（Double Data Rate双倍速率同步动态随机存储器），目前主流产品为DDR3（800Mb/s-2133Mb/s）、DDR4（1600Mb/s-3200Mb/s）。

（2）存储容量：即一根内存条可以容纳的二进制信息量。目前，主流的DDR3、DDR4普遍为8GB到16GB。

（3）内存主频：内存主频和CPU主频一样，习惯上被用来表示内存的速度，它代表着该内存所能达到的最高工作频率。内存主频是以MHz（兆赫）为单位来计量的。内存主频越高，代表着内存所能达到的越高的读取速率。内存主频决定着该内存最高能在什么样的频率正常工作。目前市场上较为主流的是2400MHz的DDR4内存。如DDR4 2133、DDR4 2400、DDR4 2666、DDR4 2800、DDR4 3000及以上、DDR3 2400及以上、DDR3 2133、DDR3 1866等。

（4）双通道：就是在北桥（又称之为MCH）芯片组中设计两个内存控制器，这两个内存控制器可相互独立工作，每个控制器控制一个内存通道。CPU可分别寻址、读取数据，从而使内存的带宽增加一倍，数据存取速度也相应增加一倍。双通道是一种主板芯片组所采用的新技术，与内存本身无关，必须两条或四条搭配使用才可。

（5）CAS延迟时间：所谓CAS延迟时间，就是指内存纵向地址脉冲的反应时间。

在Intel公司的PC100内存技术白皮书中指出：“符合PC100标准的内存芯片应该以CAS Latency（以下简称CL）=2的情况稳定工作在100MHz的频率下”。CL=2所表示的意义是此时内存读取数据的延迟时间是两个时钟周期当CL=3时。内存读取数据的延迟时间就应该是三个时钟周期，因此，这“2”与“3”之间的差别就不仅仅局限于“1”了，而是1个时钟周期。

工作在相同频率下的同种内存，将CL设置为2会得到比3更优秀的性能（当然你的内存必须支持CL=2的模式）。为了使主板正确地为内存设定CAS延迟时间，内存生产厂商都将其内存在不同工作频率下所推荐的CAS延迟时间记录在了内存PCB板上的一块EEPROM上，这块芯片就是我们所说的SPD。当系统开机时，主板BIOS会自动检测SPD中的信息并最终确定是以CL=2还是CL=3来运行。

（6）数据带宽：内存带宽指的是内存总线所能提供的数据传输能力。例如：DDR400内存的数据传输频率为400MHz，那么单条模组就拥有64bit×400MHz÷8（Byte）=3.2GB/s的带宽。

2.3.3　硬盘

如图2-3-2所示，硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。

硬盘有机械硬盘（HDD传统硬盘）、固态硬盘（SSD新式硬盘）、混合硬盘（HHD一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘）。SSD采用闪存颗粒来存储，HDD采用磁性碟片来存储，混合硬盘（HHD：Hybrid Hard Disk）是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。

图2-3-2　硬盘

市面上比较常见的固态硬盘有LSISandForce、Indilinx、JMicron、Marvell、Phison、Goldendisk、Samsung以及Intel等多种主控芯片。

下面我们来认识一下硬盘的主要生产商，如表2-3-2所示。

表2-3-2　硬盘主要厂商、类型及主要参数表

2.3.3.1　机械硬盘 HDD

机械硬盘（HDD）即是传统普通硬盘，主要由盘片、磁头、盘片转轴及控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部分组成，如图2-3-3所示。

磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘(www.xing528.com)

片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，信息可以通过相反的方式读取。硬盘作为精密设备，尘埃是其大敌，所以进入硬盘的空气必须过滤。

图2-3-3　机械硬盘

原理：机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。

磁头复位节能技术：通过在闲时对磁头的复位来节能。

多磁头技术：通过在同一碟片上增加多个磁头同时读或写来为硬盘提速，或同时在多碟片同时利用磁头来读或写来为磁盘提速，多用于服务器和数据库中心。

2.3.3.2　固态硬盘SSD

固态硬盘（SSD，Solid State Drives），简称固盘，如图2-3-4所示固态硬盘用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。

固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。

图2-3-4　固态硬盘

2.3.3.3　混合硬盘HHD

混合硬盘是一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘，除了机械硬盘必备的碟片、马达、磁头等等，还内置了NAND闪存颗粒，这颗颗粒将用户经常访问的数据进行储存，可以达到如SSD（固态硬盘）效果的读取性能。

固态混合硬盘（SSHD：Solid State Hybrid Drive）是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。原理和微软Windows 7和Windows 8操作系统上的“Ready Boost”功能相似，两者都是通过增加高速闪存来进行资料预读取（Prefetch），以减少从硬盘读取资料的次数，从而提高性能。

不同的是，混合硬盘将闪存模块直接整合到硬盘上，对比一下，就会发现新一代的混合硬盘不仅能提供更佳的性能，还可减少硬盘的读写次数，从而使硬盘耗电量降低，特别是使笔记本电脑的电池续航能力提高。

由于一般混合硬盘仅内置8GB的MLC闪存，因此成本不会大幅提高。同时混合硬盘亦采用传统磁性硬盘的设计，因此没有固态硬盘容量小的不足。通常使用的闪存是NAND闪存。混合硬盘是处于磁性硬盘和固态硬盘中间的一种解决方案。

2.3.3.4　机械硬盘与固态硬盘的区别

机械硬盘和固态硬盘都有自己优略所在，下面我们来比较一下机械硬盘与固态硬盘优缺点。

（1）防震抗摔性：机械硬盘都是磁碟型的，数据储存在磁碟扇区里。而固态硬盘是使用闪存颗粒（即内存、MP3、U盘等存储介质）制作而成，所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件，这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在发生碰撞和震荡时能够将数据丢失的可能性降到最小。相较机械硬盘，固硬占有绝对优势。

（2）数据存储速度：固态硬盘相对机械硬盘性能提升2倍多。

（3）功耗：固态硬盘的功耗上也要低于机械硬盘。

（4）重量：固态硬盘在重量方面更轻。

（5）噪音：由于固硬属于无机械部件及闪存芯片，所以具有了发热量小、散热快等特点，而且没有机械马达和风扇，工作噪音值为0分贝。机械硬盘就要逊色很多。

（6）价格：目前，普通品牌的128G固态硬盘为450元左右。而1T的机械硬盘价格才360元左右。固态硬盘比起机械硬盘价格较为昂贵，性价比较低。

（7）容量：固态硬盘目前最大容量为1T，机械硬盘最大容量为4T

（8）使用寿命：SLC只有10万次的读写寿命，成本低廉的MLC，读写寿命仅有1万次。因此相对于固态硬盘，机械硬盘寿命更长。

2.3.4　移动硬盘

移动硬盘（Mobile Hard disk）顾名思义是以硬盘为存储介质，计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品，如图2-3-5所示。

市场上绝大多数的移动硬盘都是以标准硬盘为基础的（3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸硬盘等）。

图2-3-5　移动硬盘

衡量移动硬盘的指标与硬盘差不多，主要取决于硬盘的数据传输率和转速。指标有传输速率、转速、供电、尺寸、容量、接口等。

表2-3-3　移动硬盘主要厂商、类型及主要参数表

续表

2.3.5　光盘

光盘，用聚焦的氢离子激光束处理记录介质的方法存储和再生信息，又称激光光盘，如图2-3-6所示。我们听的CD是一种光盘，看的VCD、DVD也是一种光盘。表2-3-4所示为DVD主要厂商、类型及主要参数。

图2-3-6　光盘

表2-3-4　DVD主要厂商、类型及主要参数表

2.3.6　U盘

U盘，全称USB闪存盘，英文名“USB flash disk”，如图2-3-7所示。它是一种使用USB接口的无须物理驱动器的微型高容量移动存储产品，通过USB接口与电脑连接，实现即插即用。现在市面上出现了许多支持多种端口的U盘，即三通U盘（USB电脑端口、iOS苹果接口、安卓接口）。

图2-3-7　U盘

U盘最大的优点就是：小巧便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠。U盘体积很小，仅大拇指般大小，重量极轻，一般在15克左右，特别适合随身携带，我们可以把它挂在胸前、吊在钥匙串上、甚至放进钱包里。一般的U盘容量有2G、4G、8G、16G、32G、64G等，除此之外还有128G、256G、512G、1T等。接口方面：由USB1.0（1.5Mbps）、USB1.1（12Mbps）、USB2.0（黑色480Mbps）、USB3.0（蓝色5Gbps）发展到USB3.1（蓝色10Gbps）。

表2-3-5　U盘主要厂商、类型及主要参数表

任务小结

1.存储器按用途可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。

2.内存的发展经历了SDRAM、RDRAM、DDR等时代。

3.区别好机械硬盘和固态硬盘、U盘和光盘。

4.认识好存储器的性能指标。

任务设计

1.任务条件：需在微机维护实训室进行，能登录互联网进行信息查阅。

2.任务组织：每组四人，一人担任组长，组织任务实施。

3.安全及注意事项：注意满足客户要求，性价比合理。

4.任务实施：各小组成员轮流扮演客户，提出选购要求，其他小组成员，根据选购要求登录太平洋网（http：//www.pconline.com.cn），查看相关性能指标，进行选购，要求总价不能超过2000元，并填写选购单（表2-3-6）。

表2-3-6　选购单

能力考核

一、选择题

1.DDRSDRAM内存的金手指位置有________个引脚。

A.184 　B.168 　C.220 　D.240

2.一条标有PC2700的DDR内存，其属于下列的________规范。

A.DDR200MHz（100×2）　B.DDR266MHz（133×2）

C.DDR333MHz（166×2）　D.DDR400MHz（200×2）

3.现在市场上流行的内存条是________线的。

A.30线　B.72线　C.128线　D.168线

4.通常衡量内存速度的单位是________。

A.纳秒　B.秒　C.十分之一秒　D.百分之一秒

5.目前使用的内存主要是________。

A.SDRAM 　B.DDRSDRAM 　C.DDRIISDRAM 　D.SuperSDRAM

二、填空题

1.内存的主要性能指标有：________、________、________、________和________。

2.内存又称为：________、________；外存称为________。

3.内存在广义的概念泛指计算机系统中存放数据与指令的半导体存储单元，主要表现为三种形式：________、________和________。

4.内存针脚数和须与主板上内存查槽的针数相匹配，一般槽口有________针、________针、________针3种。

5.RAM一般可以分为两大类型：________和________。

三、简答题

1.内存条和硬盘的区别是什么？