电脑硬件之内存基础知识科普

网站管理电脑知识 2023-06-29 25104 0

老电脑升级的话，成本最低的方法就是换一块固态硬盘，那么更换内存会带来多大效果呢？今天科普一下内存的一些基础知识。

内存（DRAM）和硬盘最明显的两个区别：①内存断电后数据会消失；②硬盘速度慢，内存速度快，就算是支持PCIe 4.0x4的固态硬盘理论最高速也不过8GB/s，而内存是几十个GB/s,差了一个数量级。

当我们运行程序的时候，CPU接到指令告诉硬盘需要干活了，如果CPU直接计算硬盘的数据，速度会相当的慢，所以硬盘会把数据先送到内存中，然后CPU调用内存中的数据进行计算（还会往内存里面缓存一些数据）。双击程序鼠标一直转圈，就是硬盘数据送往内存的过程，换了固态硬盘，打开速度就会变快了。

内存经过技术更迭从SDR过渡到DDR，DDR又经历了5代，DDR是双倍数据速率，即时钟信号(脉冲)的上升边和下降边都要进行数据传输，速率是SDR的2倍。目前DDR5快速发展，但DDR4仍是主流。DDR5相对于DDR4在频率和带宽上大幅提高，但时序还比较高，随着技术发展会变得更好。这样参数都是什么意思呢？下面介绍一下内存的一些参数：

1.容量、频率、带宽、位宽、时序

容量很好理解，如果运行的程序较大，需要把较多的数据载入内存，那么对内存的容量就会要求较高。现在如果配置电脑的话16GB算是主流，运行Adobe全家桶最新版压力不大，因为价格一再降低，32GB会更好一些。

频率是CPU每秒读写内存的次数，频率越大速度越快，不过也不能太大，内存：我受不了啊！内存工作时电路的震荡频率称之为核心频率，每代之间差距不大，在133~200MHZ之间。核心频率经过倍频技术，频率放大，就变成了时钟频率(IO频率)。由于时钟信号在脉冲的上升边和下降边都要传输数据，速率加倍，因此时钟频率的2倍被称为等效频率，也就是一般卖家标注的频率，例如DDR4 3600MHZ，也叫作标称频率。

带宽反应了传输的速度，取决于两个参数。公式为：带宽=标称频率×数据总线位宽/8。DDR到DDR5，数据总线位宽都是64bit，组成双通道的话，位宽加倍变成128bit。

时序可以简单理解为内存的反应速度（延迟时间）。一般第一时序用多个时间参数描述，主要有CL-tRCD-tRP-tRAS，单位是时钟周期。当CPU发出指令要在内存中找数据的时候，先找一下所在的行（不配有名字），抽支烟休息会（tRCD），再找一下所在的列（CL），从而确定具体位置，整个过程用时tRAS。完事后执行下一指令，中间再抽支烟休息会耗时tRP。

其中CL最为重要，因为它需要和内存控制器（CPU中的一块芯片）保持同步。

例如：DDR4 3200MHZ，时序16-18-18-36，CL是16个时钟周期，它到底是多少呢？我们计算一下：周期等于频率的倒数，所以1个时钟周期=时钟频率的倒数，标称频率3200MHZ的时钟频率为1600MHZ，换算成时钟周期为0.625ns，所以CL为16×0.625ns=10ns。这个数值表示延迟时间，越小越好。

从计算过程中可以知道，DDR5虽然频率提高了，但是CL也上升了，计算后，DDR5未必比DDR4的性能提升了多少，甚至还会降低，所以不能只看频率，还要看时序。

2.颗粒和体质

目前具备内存颗粒生产能力的厂家主要有：御三家（三星、海力士、美光），以及国产的长鑫。生产完颗粒后，例如：测试发现骨骼精奇，做成了3600MHZ/C14；发现资质平平，就做成了2666MHZ/C18；还有的厂家觉得这个体质不错，虽然可以做成3600MHZ/C14，但依然做成了2666MHZ/C18，可想而知，裕量很大，体质好，频率超起来就轻松。

内存标注的这些频率是厂家经过测试，可以保证这个频率稳定运行没问题，如果超更高频率就不敢保证了。

按照颗粒级别划分，大概分为几类：

经常见到有卖连号条的，这种就是基本同一时间生产的，体质差异不大。

3.超频

标称的3600MHZ的内存，不是说稳定运行在3600MHZ没问题吗？为什么在任务管理器中查看只有3200MHZ，这是怎么回事呢？

电脑开机时进行自检（POST），对所有硬件的供电电压、电流、频率等信息进行查询，对于内存来说会读取容量、频率、时序、制造商......这些内存的基本信息（SPD数据）都存储在了一个可擦写的EEPROM芯片中。

主板还内设了一套优化过的参数(超频预设，即XMP参数)，和SPD数据一样存储在了EEPROM芯片中。不同的主板这个名称可能不同，例如：XMP、A-XMP、DOCP、EOCP。

主板根据读到的信息，给出内存的工作参数，通常为了较高的兼容性，主板并不会按照SPD数据给出的频率运行内存，会以一个比较通用的预设去运行内存。比如标称的3600MHZ内存，通用预设频率可能是3200MHZ，这是因为硬件配置高低不同（比如主板/CPU跟不上，只有内存好也不行），所以主板默认会以较低的参数去运行它。

在BIOS设置中，开启XMP功能（如果有），即可使内存运行在标称频率。上文讲过颗粒的体质问题，如果好的颗粒，手动超更高的频率也不是不行。

开启XMP后，频率变成了3600HZ。这个频率是内存厂商经过测试可以稳定工作的频率，所以一般问题不大，再往上超频就不一定了，要看内存体质。

上图中有XMP1和XMP2两种选择，根据下方的解释可知：XMP1会加载4个默认的时序参数，剩余的一些小参数交给主板自动优化来增强稳定性；XMP2则是直接加载一组默认的参数。（不同品牌主板，有所不同，有的主板会直接使用内存中预设的XMP参数），哪种方式更好呢？这都是不确定的，自行尝试即可。

频率提高了就一定好吗？有一点需要注意的是：内存工作频率受到内存控制器（CPU中的一块芯片，简称IMC）的频率制约，在内存分频机制下，存在多种工作模式，例如：Gear1和Gear2（内存控制器频率：内存工作频率=1：1或1：2）。Gear1模式下，相当于同步（同频率）工作，性能会比较好；Gear2模式下，内存控制器频率为内存工作频率的一半，频率不一致，性能可能会变差。因此Gear2模式下，内存频率虽然超上来了，延迟可能会增加，所以也未必会好。

12代/13代，名称中不带K的CPU会锁定内存控制器电压到0.9V左右，Gear1模式下超频，可能存在不稳定的情况；Gear2模式下超频，可能存在性能降低的情况。超频（含XMP）到底能不能稳定，要看主板体质（主要是布线等电气性能）、CPU体质（主要是IMC）、内存体质。

下图，我开启了XMP后，性能提升不明显，频率3200变成了3600，读写性能提高了10%左右，但延迟增加了。

开启XMP功能，虽说把内存频率提高了，不过仍然是内存厂商测试稳定的频率（标称频率），如果主板/CPU给力的话，一般不会出现蓝屏/黑屏/死机等问题。

如果对硬件很自信，可以手动超频（超过标称频率），原理一样，需要在BIOS中主要修改以下参数：电压、CL、tRCD、tRP、tRAS、tRFC、RC，超频其实很简单，这些参数一个个去尝试调整就行了。修改不当可能会蓝屏，严重的会进不了系统，把主板重置一下又可以继续了，超到满意为止。

4.内存选择

上面一顿介绍猛如虎，其实选内存很简单，如果不玩超频，上面这些频率、时序、颗粒、体质等的影响，几乎体验不出来。容量买大点就好了，反正现在也很便宜，目前主流DDR4 16GB，频率3200MHZ，随意买就行了，有钱的买牌子好的，没钱的买小品牌。

如果玩超频的话，第一看内存颗粒的体质，上文给了一个简单的排序，但是不是骨骼精奇，只有测试（多看一些测评）后才知道，光看标注的参数不行，上面如果看懂了，就很容易理解其中的原因；第二看时序（根据频率计算出延迟时间）越低越好。

除此之外，影响内存频率的还有CPU默认内存频率/步进、内存控制器、主板布线等因素，所以买了高频的内存，未必能用的上，其他硬件在后续的文章中再介绍。

5.内存的安装-双通道

CPU和内存之间的布线是一个比较复杂的技术，目前主流的消费级CPU都是支持双通道的，双通道指的是有两个内存控制器，一个控制一条内存通道。

为什么一般会买8GB×2而不是直接买一根16GB呢？主要原因是组成双通道，提高内存和CPU传输线路的「位宽」，即由64bit变成128bit。

直连：下图这种情况下，一个通道负责一根内存，两个通道之间是独立布线的，相互之间干扰很小，所以性能就会好。四通道的同理。

T-Type：如下图左1所示，一个通道连接两个插槽。如果插满四根内存，我们拿其中一条通道（插槽1、2）举例，可以看到他们距离CPU的走线路程是完全相等的，所以同一个通道之间的电气干扰就比较小。

如果只插两根（下图中间），一般双通道会比单通道效率高，所以会在每个通道上插一根内存。可以看到每个通道上都残留了一小段线(接空插槽那一段线)，这根线就会对通道内部造成干扰，所以性能就会下降。无论你插到哪个插槽上，都会有干扰线。但是如果插1、3插槽（下图右1）的话，电流的方向还要拐一下（先右后左），干扰更大。

所以，四根插满最好，两根的话插2、4槽更好一些，插1、3槽性能下降的更多。

D-Type：如下图所示，仍然是一个通道连接两个插槽，只是走线方式和上面不同。如果内存插到2、4插槽位置，可以看到相当于直连，没有残余的线，不会造成干扰，这种性能是最高的。如果插满4根内存，我们看其中一个通道（插槽1、2）：两根内存距离CPU的走线距离不相等，因为不同步，同样性能会下降。如果插1、3插槽，就会多出一段残余的线造成干扰。

所以，插2、4槽的性能最好；插满4根或者插1、3槽，性能都会有所下降。

总结就是：两根内存的情况下，主板无论哪种布线形式，内存不要装13，要远离CPU的两个远端插槽最好。不过如果不开大型软件，可能也体会不到明显差距。

双通道的内存是否必须有相同的容量、频率、时序、品牌？可以不同，但不推荐。这种属于「不对称双通道」，那么就会按照低的来算。比如下面的三种情况：图左1，每条通道4GB，共8GB内存组成双通道，剩余的4GB为单通道；图中间，每条通道12GB，共24GB组成双通道；图右1，每条通道8GB，共16GB组成双通道，剩余8GB为单通道。所以，安装不同容量的内存可能会损失一些性能。