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频率与时序 论高端内存的技术和选购
www.51study.net  2004-10-22 15:07  来源:it.com
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  对于大多数用户来说,买机器的时候决定内存的选择是比较简单的一件事情,他们只考虑两点:什么牌子,多大容量。更成熟的用户会考虑内存的频率:到底是DDR333还是DDR400。但是很少会有人考虑到底要买什么样时序参数的内存模块,这一点和国外的情况差距很大。下图是DDR普及不久时国外对时间参数的讨论,Timing Matters,这样的标题就说明了问题。
  
  
  为什么我们在挑选可以超频的处理器时比起选择高端内存要积极得多?造成这样的现象有很多原因,普通用户是因为不了解内存的频率,时序对性能到底有多大帮助,而真正了解这一点的用户却因为国内缺少高端内存模块而难为无米之炊。
  
  那么高端内存在应用中到底能够起多大作用?那些DDR 500的内存到底有什么用?那些标称2-2-2-5的极限内存适合我们吗?我们值得为了这些差距多花那些钱吗?由于大家对频率的影响认识较深刻,笔者本文就主要讨论时序参数对系统的影响,兼顾内存频率的讨论。笔者更想尝试对导购做出一点讨论。
  
  内存总线频率
  
  不管是要说明频率还是时间参数,内存的工作方式总是先要被理解。
  
  先说一下处理器怎么从内存拿数据吧,我们都知道电脑工作的时候数据是放在内存里面的,当要用到这些数据的时候,处理器到内存去拿来处理,然后还给内存,这个过程可以简单描述为:1.处理器看看缓存当中有没有要的数据,没有就通过FSB(前端总线)向内存控制器要(一般在北桥里,A64集成到处理器内部)。2.内存控制器通过内存总线向内存要数据。3.当内存准备好,通过内存总线给内存控制器。4.内存控制器通过FSB给处理器数据。
  
  整个过程中我们注意用到两条总线,一条是我们熟悉的FSB,一条是内存总线。我们平时总在BIOS设置里见到这两个的频率(可以等价于带宽),我们也应该知道这两个理论上越高越好,因为越高代表带宽越大,于是一次通过的数据量就可以越大。我们同时要注意,FSB和内存总线频率最好是相等,否则由于不同步,会出现效能下降。
  
  笔者举两个例子来说明这一点吧。当初DDR推出的时候我们感觉到AMD的处理器使用DDR的提升比Intel要多,Intel的处理器好像根本没有从DDR得到好处,为什么?因为AMD的K7系列处理器(从K7 500开始)是使用2倍于外频的FSB的,而SDR内存总线相当于1倍的外频,不能满足FSB的需求,一旦使用DDR,也相当于有了2倍的外频的内存总线,两者正好匹配,性能提升明显。反观当时的P3,因为FSB始终和外频一样,就算使用了DDR,多出来的内存总线带宽也是浪费了,所有性能基本没有提升。
  
  再看双通道DDR,我们发现好像Intel使用双通道比AMD的处理器好,怎么这次情况相反了?因为P4使用了4倍于外频的FSB,这样一来相当于2倍外频的DDR反倒跟不上了,而双通道就好像4倍的外频,FSB和内存总线又一次平衡了。AMD除了A64以外的处理器都使用2倍于外频的FSB,双通道DDR对它就向当初DDR对P3一样是浪费,所以性能提升不大。
  
  这就说明了本文的第一个观点,内存频率当然要高,而且越高性能越好,但是高于FSB以后就意义不大了。在现实世界里,P4最高FSB是800MHz,正好对应双通道DDR 400,那些DDR 500的内存在超FSB之后有很大用处,但是如果你不准备超频,买超过DDR 400的内存就有浪费的嫌疑了。同样对于AMD的K7系列,DDR 400也是最高的需求,除非你买系统之前就准备好超FSB频率。
  
  内存时间参数
  
  首先要对那些没有学过时序电路的读者说明一下,不管是多复杂的时序电路,总是在时钟的带动下一步一步完成工作,而且每一步之间总是需要一点的时间延迟,这些延迟在内存工作领域就叫做内存时间参数(或者延迟参数)。笔者准备用简明的办法解释这些参数,因为就算用一大段话来描述,大多的人只会感觉看不懂。
  
  还是先从工作方式说起,这里比上文要复杂,因为这里要说明内存内部到底怎么工作。一般我们可以认为内存是由行(下图中R)和列(下图中C)组成的表格构成的,每一个表格构成一个逻辑块,在下图中B1就代表块1。
  
  
  我们看到要找到一个内存单元(图中红色一块)需要确定它的块地址(1),行地址(2),列地址(6)。那么在实际中内存按照怎样的时序去读取这个块里面的东西呢?
  
  1.同时发出块地址和行地址(下图中标记为行有效)
  
  2.同时发出列地址和读/写信号(下图中标记为读或写)
  
  通过以上两个步骤,我们唯一选中一个内存单元,而且知道这次操作是读还是写。
  
  
  上图中我们看到在步骤1,2之间的那段时间就叫做tRCD(即RAS to CAS Delay,RAS至CAS延迟,RAS就是行地址选通脉冲,CAS就是列地址选通脉冲),上图是tRCD=3个时钟周期的例子。
  
  3.内存中的数据出现在内存总线上(下图中的数据输出)
  
  
  在步骤2,3之间的那段时间叫做CL(CAS Latency,列地址脉冲选通潜伏期),它是最为重要的时间参数,因为每一次读写总要有这样一个延迟时间,上图中是CL=2个时钟周期的例子。
  
  4.准备第二次读取另外一个单元,这个单元如果处于和前一个不同的行,那么进行行地址预充电。
  
  
  这段预充电的过程就叫做tRP(Row Precharge command Period,行预充电有效周期),当然如果后一个单元和前一个单元在同一行,则不需要预充电,上图是tRP=2个时钟周期的例子。
  
  上面步骤1-4组成了完整的内存读取周期,从中我们看到了三个最重要的内存时间参数,而且从刚刚的解释里面相信大家都明白这些参数肯定是越小越好的,因为这些参数越小,那么各个步骤之间的间隙就越小,处理器也就能在最短的时间里拿到想要的数据。
  
  除此之外,现在的DDR还有一个常用的时间参数:tRAS(一般叫做Active to Precharge Delay“行有效至行预充电时间”)。这是一个比较特殊的参数,称为最小tRAS更能说明问题。它代表一个老的行被打开以后最少过多久能够打开一个新的行。这并不是一个越小越好的参数,它和内存的页面数有关系,两者的具体关系也不是容易说明白的,有多篇文章对这个参数作过讨论,笔者看来还是自己测试一下确定比较好。不过一般来说页面数越多,内存性能越好。
  
  好了,简单解释了在内存中常见的四个时间参数。一般在内存购买,或者看评测的时候,我们会看到这四个时间参数总是被列出,而列出的顺序一般是以下图为标准的。
  
  
  笔者来总结一下这四个参数的重要性,其中前三个参数是绝对的参数,肯定越小越好,其重要性按照CL → tRCD → tRP的顺序排列。而最后一个参数并非越小越好。
  
  除了这四个参数,我们还会遇到一个并不常见的参数,CMD(Command Rate),对它的理解一般是:Command Rate译为"首命令延迟",这个参数的含义是片选后多少时间可以发出具体的寻址的行激活命令,单位是时钟周期。片选是指对行物理Bank的选择。如果系统指使用一条单面内存,那就不存在片选的问题了,因为此时只有一个物理Bank。用更通俗的说法,CMD Rate是一种芯片组意义上的延迟,它并不全由内存决定,是由芯片组把虚拟地址解释为物理地址这一过程决定的。不难估计,高密度大容量的系统内存的物理地址范围更大,其CMD延迟肯定比只有单条内存的系统大,即使是双面单条也要比单面单条大。Intel对CMD这个问题就非常敏感,因此部分芯片组的内存通道被限制到四个Bank,这样就可以比较放心地把CMD Rate限定在1T,虽然同时用户最多能安装的内存容量减少了。
  
  其实笔者本来不详细说这个参数,因为本来的确主板BIOS中不太见到这个参数。但是最新的Socket 939的主板中我们会在BIOS中看到这个参数,可能被称为1T,2T时序。因为Socket 939主板支持双通道DDR,但是由于内存控制器放在了A64处理器之中,所以兼容性并不很好,在打开双通道时(使用两根内存),如果发生不稳定,AMD建议把CMD设置在2T时序上(如果使用四根内存,CMD一定要设置在2T上),但是2T会影响性能。
  
  如果大家要问CMD对于性能影响到底有多大,笔者可以说基本和CL的影响一样巨大,如果看到过Socket 939的1T,2T对比测试,我们就会明白这一点,所以在选择新的Socket 939平台的时候我们一定要选择好内存,如果只能工作在2T,对性能是很大的损失哦。
  
  作为这一部分的结论:时间参数影响了内存的性能,内存前三个时间参数越小对性能的提高越有帮助,并且如果CMD参数可调,要追求1T。
  
  实际性能影响
  
  对于提升外频从而提高带宽引起的性能提高不用笔者多说,几乎可以引起性能的近似线性提升,这一点在当初800MHz的奔腾四推出的时候就已经得到证明,在明年我们将看到1066MHz的奔腾四,对于这个变化对性能的提升大家都充满期待。当然纯粹提升内存频率而工作在非同步条件下的策略是不太明智的,一般不会带来多大的性能提升。
  
  内存的时间参数对实际性能的提升有多大?早在SDRAM时代,CL值对性能的影响是很大的。那么在DDR 400的时代是否同样如此呢?根据评测结果,在其它条件相同的情况下,内存时间参数2-2-2比起3-4-4这样的参数到底能快多少?一般是快3%左右吧,虽然3%说起来还算是有提高,但是这种幅度对于普通用户简直不值得一提。相对来说奔腾四对于时间参数更为敏感一点。
  
  除此之外还有一些影响内存性能的因素,比如在865/875平台上,双通道快于单通道是不争的事实。但是同样是双通道,内存是单面还是双面,内存根数也同样对性能有影响。在800MHz或者更高的情况下,性能从高到低的顺序是:4根双面〉2根双面=4根单面〉2根单面,当然实际性能差别其实也只不过是2%左右的差距。关于这一点可以参考Intel自己的技术白皮书。
  
  市场概况
  
  国内的高端内存很少,而且一般内存上也很少标明时间参数。其实基本上每一个品牌总是会对自己的产品进行细分的,越高端的品牌分得越细。我们大多数人认为选择Kingston已经是很好的内存了,当然相对HY的确是这样,但是这里的Kingston也是最低端的Valueram系列。更不用说还有更多的国外高端品牌。
  
  一般在高端内存中又分为两类,就如笔者前面提到的,一类追求高的频率,一类追求低的时间参数。
  
  
  上面一张是kingmax在Cebit Asia上面展出的一条DDR 550的内存,可见其对高工作频率的追求。
  
  我们去看OCZ,Corsair等的产品线,都会看到这样两类产品。可能有的读者会问,为什么在DDR 400有2-2-2这样时序的产品,而在DDR 550,只有3-4-4这样的产品,难道不能同时提高吗?看了笔者前面的技术部分,大家应该知道,时序参数是以时钟周期为单位的,频率越高,时钟周期就越小,比如DDR 400,其时钟频率是200MHz,于是时钟周期是5ns,2个时钟周期就是10ns的延时。对DDR 550来说,时钟频率275MHz,时钟周期3.6ns,3个时钟周期就是10.9ns的延时。可见两者在纯粹延时上差距不大,因此不同频率下的时间参数其实是不同的,越高频率,越难追求低的时间参数。
  
  
  另外一般高端品牌的内存条有两根一组的成套出售,比如下图中的Kingston,这样一来可以在用户组双通道的时候获得最好的兼容性和速度。
  
  那么笔者对内存的购买建议是什么呢?
  
  1.那些频率高于标准DDR 400的内存对于想要提高外频从而提高性能的用户来说很有用处,因为对于865主板来说,普通用户提高10-20%的外频是很容易的,于是DDR 450这样的内存在这种用户手中成了超频的保障。在笔者的分析中看到,FSB和内存同步的超频对性能提高极大。
  
  但是由于这种产品相对于DDR 400价格差距比较大,超过了频率的差距,所以笔者建议普通用户还是购买口碑较好的DDR 400内存,注意对于颗粒的选择,一般来说超频幅度在10-20%之间,这些品牌内存条大多数是可以胜任的。对于超频玩家来说,选择更高频率的内存显得很有意义,因为他们追求的是最大的超频幅度。
  
  2.那些时间参数很低的DDR 400产品同样价值不菲,但是通过笔者的分析可以看到,哪怕是2-2-2的极限内存,对性能的提高幅度也很有限,所以建议用户不必在购买的时候盯住时间参数不放。哪怕你真想对时间参数进行追求,也可以考虑上面那一类高频的内存,因为笔者已经说过,频率不同时间参数不同,高频长延迟的内存在低频情况下同样可以做到短延迟。
  
  3.那些成对的内存到是值得考虑,因为双通道的确对性能有帮助,特别对A64这样对双通道两根内存兼容性要求很高的平台。但是一般低端产品中几乎找不到这样的产品,笔者希望今后能够看到这样的产品。
  
  4.内存对于性能的影响的确很大,但是我们不要被纯粹的内存带宽测试软件的分数所迷惑,真正实际应用中的差距绝对不会有这么巨大。国内的高端内存市场还不成熟,在与低端产品差价没有进一步减少之前,笔者建议大家,与其多花钱追求极限内存,不如多花点钱买快点的硬盘。
  
  总结
  
  笔者花了巨大的篇幅介绍内存的频率和时序,但是最后又不推荐广大用户追求这样的产品,似乎有些前后矛盾。其实笔者的目的是回答很多读者关于我们到底需要怎样的内存的困惑。有的用户看到Sandra测试出来的带宽差距而对高端内存心驰神往,有的用户却从来不关心内存的那些时序,这些态度都是不可取的。只有深入了解,我们才能买到真正适合自己的产品。
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学习无忧网友 讲的很用心~~~~~~~~啊,谢谢……
学习无忧网友 hao……
学习无忧网友 Good……
学习无忧网友 非常好,受益匪浅。。。……
 
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