关于内存Bank的探讨

关于内存Bank的探讨 目前很多人对内存Bank(电脑系统与内存之间数据总线的基本工作单位)都有一种误解，以为单面内存就是单Bank，双面内存就是双Bank的。其 实这种观念是不对的，内存的Bank(指物理Bank)数和内存颗粒的面无关，它们之间有什么联系呢？要讲清这个题目，就要提到内存的逻辑Bank ，下面就给大家先容一下物理Bank和逻辑Bank的概念。在先容之前，我们先简单看一下现在市场上的主流DRAM内存产品. 现在市场上流行的内存主要有3种：SDRAM、DDR SDRAM及Rambus。其中Rambus内存的控制器和前两者不同，且内部Bank和前两者也不同，将在后 面单独先容。先主要先容SDRAM和DDR SDRAM的Bank题目，由于SDRAM就内核、Bank结构而言，和DDR SDRAM没有什么区别，这里作为一个整体来 讲。 逻辑Bank及其结构内存芯片存储数据的基本单位是bit(位)，而进行寻址的基本单位则是Byte(字节)，一个Byte就即是8bit。大家知道，在平面坐标系中，要确定 一个点就要先找到它的横坐标和纵坐标。而在内存中数据的定位也很相似，内存中的数据结构就是一个大的数据阵列，为了便于理解，我们把 它假想成一个大的表格，前面我们提到的平面坐标系中的点，在这里我们可以理解为经过定位后的单元格，当然在一个单元格中不是只有1bit 的数据，而是由多个bit组成一个组放在单元格内，这里一个单元格我们可以称作一个组，这个单元格的位数也就是内存逻辑Bank的位宽。在进 行数据读取时，先进行行的选定，再进行列的选定，最后再从这个单元格中读取出所需要的数据。而这由许很多多的单元格组成的大表我们就 可以理解成逻辑Bank，当然由于制造工艺及数据寻址的原因，不可能让这个表格无穷大，一般内存芯片中都是将内存容量分成几个阵列来制造 ，即多逻辑Bank。随着内存芯片容量的不断增加，逻辑Bank数目也在不断增加，早期的16Mbit之类的芯片采用的还是两个逻辑Bank的设计，现 阶段常见内存芯片的Bank一般为4个(不包括Rambus)，这点大家可通过内存条的编码进行识别。内存芯片设计时在一个时钟周期内只答应对一个 逻辑Bank进行操纵(实际上内 存芯片的位宽就是逻辑Bank的位宽)，而不能对所有逻辑Bank同时操纵。所以逻辑Bank的地址线是通用的，只要再有一个逻辑Bank编号加以区别 就可以了。内存芯片的位宽决定了一次能从它那里读出多少数据，并不是内存芯片里所有单元的数据能够一次全部读出。为了加深大家对逻辑 Bank的理解，我们来看看一个单芯片的逻辑Bank示意图 这里不用过于留意结构细节，只需要看看4个内存阵列。从图中可以很清楚地看到这个芯片是一个Bank数为4的芯片，其列和行分别为4096和 2048，而逻辑位宽是4bit，将这三者相乘就是这个逻辑Bank的容量，这里是4096×2048×4 bit =32Mb。再乘以Bank的数目，则芯片的容量就可 以算出来了，这里很显然是4个Bank，那么芯片的容量就是128Mb了。用虚线框起来的就是一个完整的逻辑Bank。可见一个Bank由内存阵列、传 感放大器、一个行解码器、一个列解码器组成。 物理Bank了解了逻辑Bank后，接下来我们简单看看物理Bank，物理Bank的含义就是指内存和主板北桥芯片之间传递数据的通道，自586以后的CPU数据总 线均为64bit位宽，而CPU一次只能对一个物理Bank进行访问，所以一般情况下我们就把64bit作为一个物理Bank(Physical Bank)，在前面我们 已经讲过了逻辑Bank，所以在这里我给大家讲一下如何自己算出物理Bank，大家就会非常好理解了。由于CPU一次只能打开一个物理Bank，在单 芯片上也只能打开一个逻辑Bank，这样我们就知道逻辑Bank的位宽也就是单芯片的位宽了，OK，明眼人就会看出来，我们把芯片的数据宽度和 芯片的数目相乘再除以64就得到了内存条的物理Bank数了，即内存的Bank数=数据宽度×芯片数目/64。现在大家初步明白了内存的物理Bank和 内存的面数无关了吧？后面我还会举例说明。在大概了解了SDRAM和DDR内存的物理Bank及逻辑Bank之后，下面我们来简单了解一下Rambus的 Bank情况。 Rambus的Bank为了讲解方便，下面以PC800 Rambus为例。Rambus不再采用SDRAM和DDR内存的并联技术，而是采用了更先进的串联技术。就现阶段而言，PC800 Rambus使用400MHz的16位总线，在一个时钟周期内可以在上升沿和下降沿同时传输数据，实际操纵频率为400MHz×2=800MHz，理论带宽为16bit ×2×400MHz/8=1.6GB/s，再配合850主板芯片的双通道模式，可以达到3.2GB/s的数据带宽。这也是大家熟知的高带宽，而它最重要的上风在于 其逻辑Bank上，就现阶段的主流 Rambus来说，其逻辑Bank数高达32个，拥有更多的Bank数则意味着具有较少的Bank冲突，寻址流更加短暂随意 。另外还可以进步寻址命中率和降低潜伏周期。当然，更多的Bank也使Rambus的制作模具制造更复杂，也就增加了本钱。于是RAMBUS随后又推 出了4i 架构的DRDRAM──在每个颗粒芯片上只有4个Bank。固然这样做会增加Bank的冲突，但RAMBUS表明：4i 架构的DRDRAM的性能不会改变多 少，而且价格会更低廉。 物理Bank方面，固然在一些文章中也讲到Rambus内存的物理Bank，但实际上在RIMM模块中已经没有真正意义上的物理Bank了。在RIMM中我们其 实应该这样说：RIMM插槽是单通道还是双通道。下面来看看如何根据内存条的编码识别内存的Bank数。 从内存编码识别BankSDRAM和DDR SDRAM的内核是一样的，我们放到一起举一个例子，其他的大家可以举一反三。这里以HYNIX内存的编号为例，其他品牌的内存均类 似。 HY 5a b cde fg h i j k lm-no　 其中HY代表现代的产品；5a表示芯片类型(57表示SDRAM，5D表示DDR SDRAM)；b代表工作电压(空缺表示5V，V表示3.3V，U表示2.5V)；cd和e分 别代表数据深度和数据宽度(如16×4表示数据深度为16Mbit、数据宽度为4bit)；fg代表芯片输出的数据位宽(数据位宽=数据宽度×芯片数目) ；h代表内存芯片内部由几个Bank组成(1、2、3分别代表2个、4个和8个Bank)。后面的编号因和本文内容无关，这里不作先容。 根据前面先容的计算方法，我们能够很快地知道内存芯片的容量，也就是用数据深度和数据宽度相乘，假如再乘以内存芯片的数目，就可以得 到整条内存的容量。即：内存芯片的容量(MB)=数据深度×数据宽度/8，内存条容量(MB)=内存芯片容量×芯片数目。 实例讲解下面我们举一个实例来进行说明。一些品牌内存在BX、815(E)类主板上不能很好地工作，或者只能被识别出一半的容量，如前段时间市场上的 大度256MB双面内存，在BX、815(E)类主板上只能被认作128MB，这是什么原因呢？ 大度256MB双面内存为32×4格式，16个芯片，4×16=64bit，这正好是一个物理Bank，所以是双面内存单Bank(另有大度256MB内存16×16格式， 8个芯片，16×8=128bit，128/64=2，所以是单面内存双Bank)，也就是说该种内存固然是双面的，但只有一个物理Bank，而BX主板只能对单物 理Bank进行128MB的支持；而815(E)主板上固然支持单Bank 的256MB内存，但在4bit数据宽度的情况下，其对应的数据深度只能达到16Mbit，所 以只能认出128MB来。这里815(E)和BX芯片组略有不同. 实在这种题目主要发生在BX、815系列及VIA早期的主板上，现在最新的主板对Bank的支持已经非常不错了，大家不用太担心。主板厂商也考虑 到了主板北桥对Bank的限制，所以出现了共享Bank的概念，这样就会有更多的内存搭配方案，且可以插上更多的内存。 在新购内存条时，实在不用过多留意内存的Bank题目。假如要为老机升级加内存，则要留意一下主板所支持的物理Bank的最大数目，尽量不要 把DIMM槽全部插满，特别是在Intel的主板上。以后内存的容量会越来越大，但主要是针对数据深度作文章，而一般主流主板对数据深度的支持 没有什么题目，大家选购时不用担心。