存儲(chǔ)器一般來(lái)說(shuō)可以分為內(nèi)部存儲(chǔ)器(內(nèi)存)，外部存儲(chǔ)器(外存)，緩沖存儲(chǔ)器(緩存)以及閃存這幾個(gè)大類(lèi)。內(nèi)存也稱(chēng)為主存儲(chǔ)器，位于系統(tǒng)主機(jī)板上，可以同CPU直接進(jìn)行信息交換。其主要特點(diǎn)是：運(yùn)行速度快，容量小。外存也稱(chēng)為輔助存儲(chǔ)器，不能與CPU之間直接進(jìn)行信息交換。

其主要特點(diǎn)是：存取速度相對(duì)內(nèi)存要慢得多，存儲(chǔ)容量大。內(nèi)存與外存本質(zhì)區(qū)別是，一個(gè)是內(nèi)部運(yùn)行提供緩存和處理的功能，也可以理解為協(xié)同處理的通道；而外存主要是針對(duì)儲(chǔ)存文件、圖片、視頻、文字等信息的載體，也可以理解為儲(chǔ)存空間。

緩存就是數(shù)據(jù)交換的緩沖區(qū)（稱(chēng)作Cache），當(dāng)某一硬件要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)首先從緩存中查找需要的數(shù)據(jù)，如果找到了則直接執(zhí)行，找不到的話則從內(nèi)存中找。由于緩存的運(yùn)行速度比內(nèi)存快得多，故緩存的作用就是幫助硬件更快地運(yùn)行。閃存（Flash Memory）是一種長(zhǎng)壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息）的存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)刪除不是以單個(gè)的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位（注意：NOR Flash 為字節(jié)存儲(chǔ)。），區(qū)塊大小一般為256KB到20MB。

閃存是電子可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）的變種，閃存與EEPROM不同的是，EEPROM能在字節(jié)水平上進(jìn)行刪除和重寫(xiě)而不是整個(gè)芯片擦寫(xiě)，而閃存的大部分芯片需要塊擦除。由于其斷電時(shí)仍能保存數(shù)據(jù)，閃存通常被用來(lái)保存設(shè)置信息，如在電腦的BIOS（基本程序）、PDA（個(gè)人數(shù)字助理）、數(shù)碼相機(jī)中保存資料等。

存儲(chǔ)器的詳細(xì)分類(lèi)如下圖所示：

DDR3 SDRAM（Double-Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory）是應(yīng)用在計(jì)算機(jī)及電子產(chǎn)品領(lǐng)域的一種高帶寬并行數(shù)據(jù)總線，它屬于上文提到的SDRAM類(lèi)。DDR3 在 DDR2的基礎(chǔ)上繼承發(fā)展而來(lái)，其數(shù)據(jù)傳輸速度為 DDR2 的兩倍。同時(shí)，DDR3 標(biāo)準(zhǔn)可以使單顆內(nèi)存芯片的容量更為擴(kuò)大，達(dá)到 512Mb 至 8Gb，從而使采用 DDR3 芯片的內(nèi)存條容量擴(kuò)大到最高 16GB。

此外，DDR3 的工作電壓降低為 1.5V，比采用 1.8V 的 DDR2省電 30%左右。說(shuō)到底，這些指標(biāo)上的提升在技術(shù)上最大的支撐來(lái)自于芯片制造工藝的提升，90nm 甚至更先進(jìn)的 45nm 制造工藝使得同樣功能的 MOS 管可以制造的更小，從而帶來(lái)更快、更密、更省電的技術(shù)提升。

DDR3 現(xiàn)今是并行 SDRAM 家族中速度最快的成熟標(biāo)準(zhǔn)，JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 DDR3 最高速度可達(dá) 1600MT/s（注，1MT/s 即為每秒鐘一百萬(wàn)次傳輸）。不僅如此， 內(nèi)存廠商還可以生產(chǎn)速度高于 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)的 DDR3 產(chǎn)品，如速度為2000MT/s 的 DDR3 產(chǎn)品，甚至有報(bào)道稱(chēng)其最高速度可高達(dá) 2500MT/s。

DDR3相較于DDR2而言主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.突發(fā)長(zhǎng)度（Burst Length，BL）：由于DDR3的預(yù)取為8bit，所以突發(fā)傳輸周期（Burst Length，BL）也固定為8，而對(duì)于DDR2和早期的DDR架構(gòu)系統(tǒng)，BL=4也是常用的，DDR3為此增加了一個(gè)4bit Burst Chop（突發(fā)突變）模式，即由一個(gè)BL=4的讀取操作加上一個(gè)BL=4的寫(xiě)入操作來(lái)合成一個(gè)BL=8的數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸，屆時(shí)可通過(guò)A12地址線來(lái)控制這一突發(fā)模式。而且需要指出的是，任何突發(fā)中斷操作都將在DDR3內(nèi)存中予以禁止，且不予支持，取而代之的是更靈活的突發(fā)傳輸控制（如4bit順序突發(fā)）。

2.尋址時(shí)序（Timing）：就像DDR2從DDR轉(zhuǎn)變而來(lái)后延遲周期數(shù)增加一樣，DDR3的CL周期也將比DDR2有所提高。DDR2的CL范圍一般在2～5之間，而DDR3則在5～11之間，且附加延遲（AL）的設(shè)計(jì)也有所變化。DDR2時(shí)AL的范圍是0～4，而DDR3時(shí)AL有三種選項(xiàng)，分別是0、CL-1和CL-2。另外，DDR3還新增加了一個(gè)時(shí)序參數(shù)-寫(xiě)入延遲（CWD），這一參數(shù)將根據(jù)具體的工作頻率而定。

3.DDR3新增的重置（Reset）功能：重置是DDR3新增的一項(xiàng)重要功能，并為此專(zhuān)門(mén)準(zhǔn)備了一個(gè)引腳。DRAM業(yè)界很早以前就要求增加這一功能，如今終于在DDR3上實(shí)現(xiàn)了。這一引腳將使DDR3的初始化處理變得簡(jiǎn)單。當(dāng)Reset命令有效時(shí)，DDR3內(nèi)存將停止所有操作，并切換至最少量活動(dòng)狀態(tài)，以節(jié)約電力。在Reset期間，DDR3內(nèi)存將關(guān)閉內(nèi)在的大部分功能，所有數(shù)據(jù)接收與發(fā)送器都將關(guān)閉，所有內(nèi)部的程序裝置將復(fù)位，DLL（延遲鎖相環(huán)路）與時(shí)鐘電路將停止工作，而且不理睬數(shù)據(jù)總線上的任何動(dòng)靜。這樣一來(lái)，將使DDR3達(dá)到最節(jié)省電力的目的。

4.DDR3新增ZQ校準(zhǔn)功能：ZQ也是一個(gè)新增的腳，在這個(gè)引腳上接有一個(gè)240歐姆的低公差參考電阻。這個(gè)引腳通過(guò)一個(gè)命令集，通過(guò)片上校準(zhǔn)引擎（On-Die Calibration Engine，ODCE）來(lái)自動(dòng)校驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通電阻與ODT的終結(jié)電阻值。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出這一指令后，將用相應(yīng)的時(shí)鐘周期（在加電與初始化之后用512個(gè)時(shí)鐘周期，在退出自刷新操作后用256個(gè)時(shí)鐘周期、在其他情況下用64個(gè)時(shí)鐘周期）對(duì)導(dǎo)通電阻和ODT電阻進(jìn)行重新校準(zhǔn)。

5.參考電壓分成兩個(gè)：在DDR3系統(tǒng)中，對(duì)于內(nèi)存系統(tǒng)工作非常重要的參考電壓信號(hào)VREF將分為兩個(gè)信號(hào)，即為命令與地址信號(hào)服務(wù)的VREFCA和為數(shù)據(jù)總線服務(wù)的VREFDQ，這將有效地提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的信噪等級(jí)。

6.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接（Point-to-Point，P2P）：這是為了提高系統(tǒng)性能而進(jìn)行的重要改動(dòng)，也是DDR3與DDR2的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別。在DDR3系統(tǒng)中，一個(gè)內(nèi)存控制器只與一個(gè)內(nèi)存通道打交道，而且這個(gè)內(nèi)存通道只能有一個(gè)插槽，因此，內(nèi)存控制器與DDR3內(nèi)存模組之間是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）的關(guān)系（單物理Bank的模組），或者是點(diǎn)對(duì)雙點(diǎn)（Point-to-two-Point，P22P）的關(guān)系（雙物理Bank的模組），從而大大地減輕了地址/命令/控制與數(shù)據(jù)總線的負(fù)載。而在內(nèi)存模組方面，與DDR2的類(lèi)別相類(lèi)似，也有標(biāo)準(zhǔn)DIMM（臺(tái)式PC）、SO-DIMM/Micro-DIMM（筆記本電腦）、FB-DIMM2（服務(wù)器）之分，其中第二代FB-DIMM將采用規(guī)格更高的AMB2（高級(jí)內(nèi)存緩沖器）。面向64位構(gòu)架的DDR3顯然在頻率和速度上擁有更多的優(yōu)勢(shì)，此外，由于DDR3所采用的根據(jù)溫度自動(dòng)自刷新、局部自刷新等其它一些功能，在功耗方面DDR3也要出色得多，因此，它可能首先受到移動(dòng)設(shè)備的歡迎，就像最先迎接DDR2內(nèi)存的不是臺(tái)式機(jī)而是服務(wù)器一樣。在CPU外頻提升最迅速的PC臺(tái)式機(jī)領(lǐng)域，DDR3未來(lái)也是一片光明。Intel所推出的新芯片-熊湖(Bear Lake)，其將支持DDR3規(guī)格，而AMD也預(yù)計(jì)同時(shí)在K9平臺(tái)上支持DDR2及DDR3兩種規(guī)格。

7.邏輯Bank數(shù)量：DDR2 SDRAM中有4Bank和8Bank的設(shè)計(jì)，目的就是為了應(yīng)對(duì)未來(lái)大容量芯片的需求。而DDR3很可能將從2Gb容量起步，因此起始的邏輯Bank就是8個(gè)，另外還為未來(lái)的16個(gè)邏輯Bank做好了準(zhǔn)備。

8.封裝（Packages）：DDR3由于新增了一些功能，所以在引腳方面會(huì)有所增加，8bit芯片采用78球FBGA封裝，16bit芯片采用96球FBGA封裝，而DDR2則有60/68/84球FBGA封裝三種規(guī)格。并且DDR3必須是綠色封裝，不能含有任何有害物質(zhì)。

9.降低功耗：DDR3內(nèi)存在達(dá)到高帶寬的同時(shí)，其功耗反而可以降低，其核心工作電壓從DDR2的1.8V降至1.5V，相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)DDR3將比現(xiàn)時(shí)DDR2節(jié)省30%的功耗，當(dāng)然發(fā)熱量我們也不需要擔(dān)心。就帶寬和功耗之間作個(gè)平衡，對(duì)比現(xiàn)有的DDR2-800產(chǎn)品，DDR3-800、1066及1333的功耗比分別為0.72X、0.83X及0.95X，不但內(nèi)存帶寬大幅提升，功耗表現(xiàn)也比上代更好

內(nèi)存技術(shù)從SDR，DDR，DDR2，DDR3一路發(fā)展而來(lái)，傳輸速度以指數(shù)遞增，除了晶圓制造工藝的提升因素之外，還因?yàn)椴捎昧薉ouble?Data?Rate以及Prefetch兩項(xiàng)技術(shù)。實(shí)際上，無(wú)論是SDR還是DDR或DDR2、DDR3，內(nèi)存芯片內(nèi)部的核心時(shí)鐘頻率基本上是保持一致的，都是100MHz到200MHz（某些廠商生產(chǎn)的超頻內(nèi)存除外）。DDR即Double?Data?Rate技術(shù)使數(shù)據(jù)傳輸速度較SDR提升了一倍。如下圖所示， SDR僅在時(shí)鐘的上升沿傳輸數(shù)據(jù)，而DDR在時(shí)鐘信號(hào)上、下沿同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。例如同為133MHz時(shí)鐘，DDR卻可以達(dá)到266Mb/s的速度

Double?Data?Rate技術(shù)使數(shù)據(jù)外傳速度提升了一倍，而芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速度的提升則是通過(guò)Prefetch技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。所謂Prefetch簡(jiǎn)單的說(shuō)就是在一個(gè)內(nèi)核時(shí)鐘周期同時(shí)尋址多個(gè)存儲(chǔ)單元并將這些數(shù)據(jù)以并行的方式統(tǒng)一傳輸?shù)絀O?Buffer中，之后以更高的外傳速度將IO?Buffer中的數(shù)據(jù)傳輸出去。這個(gè)更高的速度在DDR中就是通過(guò)Double?Data?Rate實(shí)現(xiàn)的，也正因?yàn)槿绱耍珼DR芯片時(shí)鐘管腳的時(shí)鐘頻率與芯片內(nèi)部的核心頻率是一致的。如下圖所示為DDR的Prefetch過(guò)程中，在16位的內(nèi)存芯片中一次將2個(gè)16bit數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳輸?shù)酵獠縈UX單元，之后分別在Clock信號(hào)的上、下沿分兩次將這2?x?16bit數(shù)據(jù)傳輸給北橋或其他內(nèi)存控制器，整個(gè)過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間恰好為一個(gè)內(nèi)核時(shí)鐘周期。

發(fā)展到DDR2，芯片內(nèi)核每次Prefetch 4倍的數(shù)據(jù)至IO Buffer中，為了進(jìn)一步提高外傳速度，芯片的內(nèi)核時(shí)鐘與外部接口時(shí)鐘（即DDR芯片的Clock管腳時(shí)鐘）不再是同一時(shí)鐘，外部Clock時(shí)鐘頻率變?yōu)閮?nèi)核時(shí)鐘的2倍。同理，DDR3每次Prefetch?8倍的數(shù)據(jù)，其芯片Clock頻率為內(nèi)核頻率的4倍，即JEDEC標(biāo)準(zhǔn)（JESD79-3）規(guī)定的400MHz至800MHz，再加上在Clock信號(hào)上、下跳變沿同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，DDR3的數(shù)據(jù)傳輸速率便達(dá)到了800MT/s到1600MT/s。具體到內(nèi)存條速度，我們以PC3-12800為例，其采用的DDR3-1600(上一小節(jié)已經(jīng)提到過(guò)，PC3-12800和DDR3-1600其實(shí)是同一意思，只不過(guò)PC3-12800指的是DDR的傳輸帶寬為12800MB/s，而DDR3-1600指的是傳輸頻率為1600MHz)芯片核心頻率為200MHz，經(jīng)過(guò)Prefetch后在800MHz Clock信號(hào)工作頻率的雙邊沿(Double?Data?Rate)作用下，使芯片的數(shù)據(jù)傳輸速率為1600?MT/s，內(nèi)存條每次傳輸64比特或者說(shuō)8字節(jié)數(shù)據(jù)，1600x8便得到12800MB/s的峰值比特率。

下表列出了JEDEC標(biāo)準(zhǔn)(JESD79-3)規(guī)定的DDR3芯片以及內(nèi)存條相關(guān)參數(shù)。需要說(shuō)明的是，如前所述，并不是所有的內(nèi)存產(chǎn)品都完全遵從JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，有些廠家會(huì)生產(chǎn)速度更高速的DDR3芯片，一般情況下這些芯片是從芯片檢測(cè)流程中篩選出來(lái)的頻率動(dòng)態(tài)范圍更大的芯片，或者是可加壓超頻工作的芯片。

注意：Clock管腳時(shí)鐘頻率就是上一小節(jié)提到的DDR的工作頻率

最后，在了解了DDR的上面基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，下表列出了不同DDR芯片的相關(guān)特性：

DDR3的工作原理

DDR3的內(nèi)部是一個(gè)存儲(chǔ)陣列，將數(shù)據(jù)“填”進(jìn)去，你可以它想象成一張表格，如下圖所示。和表格的檢索原理一樣，先指定一個(gè)行（Row），再指定一個(gè)列（Column），我們就可以準(zhǔn)確地找到所需要的單元格，這就是內(nèi)存芯片尋址的基本原理。對(duì)于內(nèi)存，這個(gè)單元格可稱(chēng)為存儲(chǔ)單元,那么這個(gè)表格（存儲(chǔ)陣列）就是邏輯 Bank（Logical Bank，下面簡(jiǎn)稱(chēng)Bank，與之對(duì)應(yīng)的還有一種叫做物理BANK）。

DDR3內(nèi)部的BANK可以看做是一個(gè)NxN的一個(gè)陣列，B代表Bank編號(hào)，C代表列地址編號(hào)，R代表行地址編號(hào)。如果尋址命令是B1、R2、C6，就能確定地址是圖中紅格的位置。

目前DDR3內(nèi)存芯片基本上都是8個(gè)Bank設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)一共有8個(gè)這樣的“表格”。尋址的流程也就是先指定Bank地址，再指定行地址，然后指定列地址最終的確尋址單元。

對(duì)DDR3系統(tǒng)而言，還存在物理Bank的概念，這是對(duì)內(nèi)存子系統(tǒng)的一個(gè)相關(guān)術(shù)語(yǔ)，并不針對(duì)內(nèi)存芯片。內(nèi)存為了保證CPU正常工作，必須一次傳輸完CPU 在一個(gè)傳輸周期內(nèi)所需要的數(shù)據(jù)。而CPU在一個(gè)傳輸周期能接受的數(shù)據(jù)容量就是CPU數(shù)據(jù)總線的位寬，單位是bit(位)?？刂苾?nèi)存與CPU之間數(shù)據(jù)交換的北橋芯片也因此將內(nèi)存總線的數(shù)據(jù)位寬等同于CPU數(shù)據(jù)總線的位寬，這個(gè)位寬就稱(chēng)為物理Bank（Physical Bank，有的資料稱(chēng)之為Rank）的位寬。目前這個(gè)位寬基本為64bit。

在實(shí)際工作中，邏輯Bank地址與相應(yīng)的行地址是同時(shí)發(fā)出的，此時(shí)這個(gè)命令稱(chēng)之為“行激活”（Row Active）。在此之后，將發(fā)送列地址尋址命令與具體的操作命令（是讀還是寫(xiě)），這兩個(gè)命令也是同時(shí)發(fā)出的，所以一般都會(huì)以“讀/寫(xiě)命令”來(lái)表示列尋址。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，從行有效到讀/寫(xiě)命令發(fā)出之間的間隔被定義為tRCD，即RAS to CAS Delay（RAS至CAS延遲，RAS就是行地址選通脈沖，CAS就是列地址選通脈沖），我們可以理解為行選通周期。tRCD是DDR的一個(gè)重要時(shí)序參數(shù)，廣義的tRCD以核心時(shí)鐘周期（tCK，Clock Time）數(shù)為單位，比如tRCD=3，就代表延遲周期為兩個(gè)時(shí)鐘周期，具體到確切的時(shí)間，則要根據(jù)時(shí)鐘頻率而定。以DDR3-800為例，通過(guò)上一節(jié)的學(xué)習(xí)可知，DDR3-800的數(shù)據(jù)傳輸頻率(等效頻率)為800MHz，由于DDR3的預(yù)取(Prefetch)位寬為8位，所以核心頻率為100MHz(800MHz/8)，核心時(shí)鐘的周期為10ns,如果tRCD=3，則表示延時(shí)為30ns。

上圖是tRCD=3的時(shí)序圖，NOP=Not Operation，表示無(wú)操作，灰色區(qū)域表示Don’t Care。

接下來(lái)，相關(guān)的列地址被選中以后，將會(huì)觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，但從存儲(chǔ)單元中輸出到真正出現(xiàn)在內(nèi)存芯片的I/O接口之間還需要一定的時(shí)間(數(shù)據(jù)觸發(fā)本身就有延時(shí)，而且還需要進(jìn)行信號(hào)放大)，這段時(shí)間就是列地址脈沖選通潛伏期(CAS Latency,CL)，CL的數(shù)值與tRCD一樣，以時(shí)鐘周期數(shù)表示。比如DDR3-800的有效頻率(傳輸數(shù)據(jù)頻率)為800MHz，由于DDR3的預(yù)取數(shù)為8，所以核心頻率為100MHz，核心周期為10ns，如果CL=2，那么就意味著列地址脈沖選通潛伏期為20ns。CL只針對(duì)讀取操作有效。

由于芯片體積的原因，存儲(chǔ)單元中的電容容量很小，所以信號(hào)要經(jīng)過(guò)放大來(lái)保證其有效的識(shí)別性，這個(gè)放大/驅(qū)動(dòng)工作由Sense Amplifier負(fù)責(zé)，一個(gè)存儲(chǔ)體對(duì)應(yīng)一個(gè)Sense Amplifier通道。但它要有一個(gè)準(zhǔn)備時(shí)間才能保證信號(hào)的發(fā)送強(qiáng)度（事前還要進(jìn)行電壓比較以進(jìn)行邏輯電平的判斷），因此從數(shù)據(jù)I/O總線上有數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)輸出之前的一個(gè)時(shí)鐘上升沿開(kāi)始，數(shù)據(jù)即已傳向Sense Amplifier，也就是說(shuō)此時(shí)數(shù)據(jù)已經(jīng)被觸發(fā)，經(jīng)過(guò)一定的驅(qū)動(dòng)時(shí)間最終傳向數(shù)據(jù)I/O總線進(jìn)行輸出，這段時(shí)間我們稱(chēng)之為tAC（Access Time from CLK，時(shí)鐘觸發(fā)后的訪問(wèn)時(shí)間）。

Sense Amplifier在DDR結(jié)構(gòu)中扮演的角色如下所示

tAC和CAS的示意圖如下圖所示

目前內(nèi)存的讀寫(xiě)基本都是連續(xù)的，因?yàn)榕cCPU交換的數(shù)據(jù)量以一個(gè)Cache Line（即CPU內(nèi)Cache的存儲(chǔ)單位）的容量為準(zhǔn)，一般為64字節(jié)。而現(xiàn)有的Rank位寬為8字節(jié)（64bit），那么就要一次連續(xù)傳輸8次，這就涉及到我們也經(jīng)常能遇到的突發(fā)傳輸?shù)母拍睢Ｍ话l(fā)（Burst）是指在同一行中相鄰的存儲(chǔ)單元連續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，連續(xù)傳輸?shù)闹芷跀?shù)就是突發(fā)長(zhǎng)度（Burst Lengths，簡(jiǎn)稱(chēng)BL）。

在進(jìn)行突發(fā)傳輸時(shí)，只要指定起始列地址與突發(fā)長(zhǎng)度，內(nèi)存就會(huì)依次地自動(dòng)對(duì)后面相應(yīng)數(shù)量的存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀/寫(xiě)操作而不再需要控制器連續(xù)地提供列地址。這樣，除了第一組數(shù)據(jù)的傳輸需要若干個(gè)周期（主要是之前的延遲，一般的是tRCD+CL）外，其后每個(gè)數(shù)據(jù)只需一個(gè)周期的即可獲得。下圖是CAS=2，BL=4時(shí)的時(shí)序圖

突發(fā)連續(xù)讀取模式：只要指定起始列地址與突發(fā)長(zhǎng)度，后續(xù)的尋址與數(shù)據(jù)的讀取自動(dòng)進(jìn)行，而只要控制好兩段突發(fā)讀取命令的間隔周期（與BL相同）即可做到連續(xù)的突發(fā)傳輸。

談到了突發(fā)長(zhǎng)度時(shí)。如果BL=4，那么也就是說(shuō)一次就傳送4×64bit的數(shù)據(jù)。但是，如果其中的第二組數(shù)據(jù)是不需要的，怎么辦？還都傳輸嗎？為了屏蔽不需要的數(shù)據(jù)，人們采用了數(shù)據(jù)掩碼（Data I/O Mask，簡(jiǎn)稱(chēng)DQM）技術(shù)。通過(guò)DQM，內(nèi)存可以控制I/O端口取消哪些輸出或輸入的數(shù)據(jù)。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，在讀取時(shí)，被屏蔽的數(shù)據(jù)仍然會(huì)從存儲(chǔ)體傳出，只是在“掩碼邏輯單元”處被屏蔽。DQM由北橋控制，為了精確屏蔽一個(gè)P-Bank位寬中的每個(gè)字節(jié)，每個(gè)DIMM有8個(gè)DQM 信號(hào)線，每個(gè)信號(hào)針對(duì)一個(gè)字節(jié)。這樣，對(duì)于4bit位寬芯片，兩個(gè)芯片共用一個(gè)DQM信號(hào)線，對(duì)于8bit位寬芯片，一個(gè)芯片占用一個(gè)DQM信號(hào)，而對(duì)于 16bit位寬芯片，則需要兩個(gè)DQM引腳。

在數(shù)據(jù)讀取完之后，為了騰出讀出放大器以供同一Bank內(nèi)其他行的尋址并傳輸數(shù)據(jù)，內(nèi)存芯片將進(jìn)行預(yù)充電的操作來(lái)關(guān)閉當(dāng)前工作行。還是以上面那個(gè)Bank示意圖為例。當(dāng)前尋址的存儲(chǔ)單元是B1、R2、C6。如果接下來(lái)的尋址命令是B1、R2、C4，則不用預(yù)充電，因?yàn)樽x出放大器正在為這一行服務(wù)。但如果地址命令是B1、R4、C4，由于是同一Bank的不同行，那么就必須要先把R2關(guān)閉，才能對(duì)R4尋址。從開(kāi)始關(guān)閉現(xiàn)有的工作行，到可以打開(kāi)新的工作行之間的間隔就是tRP（Row Precharge command Period，行預(yù)充電有效周期），單位也是時(shí)鐘周期數(shù)。

整個(gè)充電的步驟如下圖所示

在不同Bank間讀寫(xiě)也是這樣，先把原來(lái)數(shù)據(jù)寫(xiě)回，再激活新的Bank/Row。

數(shù)據(jù)選取脈沖（DQS）

DQS 是DDR中的重要功能，它的功能主要用來(lái)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)準(zhǔn)確的區(qū)分出每個(gè)傳輸周期，并便于接收方準(zhǔn)確接收數(shù)據(jù)。每一顆芯片都有一個(gè)DQS信號(hào)線，它是雙向的，在寫(xiě)入時(shí)它用來(lái)傳送由北橋發(fā)來(lái)的DQS信號(hào)，讀取時(shí)，則由芯片生成DQS向北橋發(fā)送。完全可以說(shuō)，它就是數(shù)據(jù)的同步信號(hào)。

在讀取時(shí)，DQS與數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)生成（也是在CK與CK#的交叉點(diǎn)）。而DDR內(nèi)存中的CL也就是從CAS發(fā)出到DQS生成的間隔，DQS生成時(shí)，芯片內(nèi)部的預(yù)取已經(jīng)完畢了，由于預(yù)取的原因，實(shí)際的數(shù)據(jù)傳出可能會(huì)提前于DQS發(fā)生（數(shù)據(jù)提前于DQS傳出）。由于是并行傳輸，DDR內(nèi)存對(duì)tAC也有一定的要求，對(duì)于DDR266，tAC的允許范圍是±0.75ns，對(duì)于DDR333，則是±0.7ns，有關(guān)它們的時(shí)序圖示見(jiàn)前文，其中CL里包含了一段DQS 的導(dǎo)入期。

DQS 在讀取時(shí)與數(shù)據(jù)同步傳輸，那么接收時(shí)也是以DQS的上下沿為準(zhǔn)嗎？不，如果以DQS的上下沿區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)周期的危險(xiǎn)很大。由于芯片有預(yù)取的操作，所以輸出時(shí)的同步很難控制，只能限制在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)在各I/O端口的出現(xiàn)時(shí)間可能有快有慢，會(huì)與DQS有一定的間隔，這也就是為什么要有一個(gè)tAC規(guī)定的原因。而在接收方，一切必須保證同步接收，不能有tAC之類(lèi)的偏差。這樣在寫(xiě)入時(shí)，芯片不再自己生成DQS，而以發(fā)送方傳來(lái)的DQS為基準(zhǔn)，并相應(yīng)延后一定的時(shí)間，在DQS的中部為數(shù)據(jù)周期的選取分割點(diǎn)（在讀取時(shí)分割點(diǎn)就是上下沿），從這里分隔開(kāi)兩個(gè)傳輸周期。這樣做的好處是，由于各數(shù)據(jù)信號(hào)都會(huì)有一個(gè)邏輯電平保持周期，即使發(fā)送時(shí)不同步，在DQS上下沿時(shí)都處于保持周期中，此時(shí)數(shù)據(jù)接收觸發(fā)的準(zhǔn)確性無(wú)疑是最高的。

DDR的寫(xiě)時(shí)序的時(shí)序圖如下圖所示

DDR的讀時(shí)序的時(shí)序圖如下圖所示

由上面的時(shí)序圖可知，在寫(xiě)時(shí)序中，有效數(shù)據(jù)DQ的正中間正好對(duì)應(yīng)DQS的跳邊沿，而在讀時(shí)序中，有效數(shù)據(jù)的正中間對(duì)應(yīng)著DQS信號(hào)的正中間。

最后在簡(jiǎn)單說(shuō)一說(shuō)DDR中采用的ODT(On-Die Termination)技術(shù)。

ODT(On-Die Termination)，是從DDR2 SDRAM時(shí)代開(kāi)始新增的功能。其允許用戶(hù)通過(guò)讀寫(xiě)DDR2/3內(nèi)部的MR1寄存器，來(lái)控制DDR3 SDRAM中各個(gè)信號(hào)內(nèi)部終端電阻的連接或者斷開(kāi)。在DDR3 SDRAM中，ODT功能主要應(yīng)用于：

1、DQ, DQS, DQS# and DM for X4 configuration

2、DQ, DQS, DQS#, DM, TDQS and TDQS# for X8 configuration

3、DQU, DQL, DQSU, DQSU#, DQSL, DQSL#, DMU and DML for X16 configuration

ODT(On-Die Termination)技術(shù)的目的是通過(guò)使DDR SDRAM控制器能夠獨(dú)立的打開(kāi)或者關(guān)斷DDR內(nèi)部的終端電阻來(lái)提高存儲(chǔ)器通道的信號(hào)完整性，在DLL關(guān)閉模式，ODT功能被禁用。

一個(gè)DDR通道，通常會(huì)掛接多個(gè)Rank，這些Rank的數(shù)據(jù)線、地址線等等都是共用；數(shù)據(jù)信號(hào)也就依次傳遞到每個(gè)Rank，到達(dá)線路末端的時(shí)候，波形會(huì)有反射，從而影響到原始信號(hào)；因此需要加上終端電阻，吸收余波。之前的DDR，終端電阻做在板子上，但是因?yàn)榉N種原因，效果不是太好，到了DDR2，把終端電阻做到了DDR顆粒內(nèi)部，也就稱(chēng)為On Die Termination，Die上的終端電阻，Die是硅片的意思，這里也就是DDR顆粒。

ODT技術(shù)具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：

等效結(jié)構(gòu)如下圖所示

ODT終端電阻的電阻值RTT可通過(guò)模式寄存器MR1的A9，A6，A2來(lái)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的真值表為：

總的來(lái)說(shuō)，ODT技術(shù)有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、去掉了主板上的終結(jié)電阻器等電器元件，這樣會(huì)大大降低主板的制造成本，并且也使主板的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔。

2、由于ODT技術(shù)可以迅速的開(kāi)啟和關(guān)閉空閑的內(nèi)存芯片，在很大程度上減少了內(nèi)存閑置時(shí)的功率消耗。

3、芯片內(nèi)部終結(jié)電阻也要比主板的終端電阻具有更好的信號(hào)完整性。這也使得進(jìn)一步提高DDR2內(nèi)存的工作頻率成為可能。

五、 總結(jié)

本文大致介紹了DDR3的一些基本信息，總結(jié)下來(lái)主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵信息是值得關(guān)注的。

1、DDR核心頻率，工作頻率以及有效頻率的關(guān)系

2、DDR采用的預(yù)取(Prefetch)技術(shù)

3、DDR的Burst Length(BL)的概念

4、DDR對(duì)一行操作完畢以后如果下一次的操作在不同的行，那么需要有一個(gè)預(yù)充電(Precharge)的過(guò)程

5、數(shù)據(jù)掩碼(DQM)技術(shù)的作用是用來(lái)屏蔽不想接收的數(shù)據(jù)

6、數(shù)據(jù)選通信號(hào)(DQS)與有效數(shù)據(jù)的關(guān)系

7、ODT(On-Die Termination)技術(shù)可以提高DDR信號(hào)完整性

在FPGA中可以實(shí)現(xiàn)DDR3，在FPGA的一些電路設(shè)計(jì)中也需要DDR3，下面就是一些關(guān)于DDR3與FPGA設(shè)計(jì)時(shí)的20個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)范

DQ0-7 八根線必須連到同一T塊（也稱(chēng)為字節(jié)組）上，一旦分在一起，這個(gè)字節(jié)組就不能放地址線和控制線了，只能放數(shù)據(jù)線。

每組數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)的DQS必須連到N6,N7上，也就是QBC或者是DBC上

字節(jié)組的N1和N12不能使用作為數(shù)據(jù)線，并且如果這個(gè)字節(jié)組放了其他數(shù)據(jù)線，則N1，N12相當(dāng)于廢掉，地址線和控制線也不能放。

DM信號(hào)必須位于與其相對(duì)應(yīng)的DQ所在的字節(jié)組的N0引腳上

當(dāng)然如果禁用DM，N0可以用于其他DQ，但是不能給地址線和控制線，

如果禁用DM，必須將其在PCB上拉低，

x4作為半個(gè)字節(jié)，必須成對(duì)使用，比如半個(gè)字節(jié)，一個(gè)字節(jié)，兩個(gè)字節(jié)，四個(gè)字節(jié) 分別對(duì)應(yīng)DQ0-3 DQ0-7 DQ0-15 DQ0-31

如果是用四片DDR，必然會(huì)用到3個(gè)bank，三個(gè)bank必須連續(xù)，地址線控制線bank必須位于中間bank，

地址線和控制線必須位于同一bank中，并且，可以位于那一個(gè)字節(jié)通道的13個(gè)引腳的任何一個(gè)。

對(duì)于RDIMM和UDIMM的雙插槽配置，cs，odt，cke和ck端口寬度加倍。

ck對(duì)必須位于地址/控制字節(jié)通道中的任何PN對(duì)上

RESET_N可以位于任何引腳，且IO標(biāo)準(zhǔn)為SSTL15 復(fù)位的時(shí)候應(yīng)該是拉低，加電期間保持高電平。加個(gè)4.7K下拉電阻，

DDR使用的IObank必須在同一列中，64 65 66這樣

支持接口最大是80位寬，五個(gè)DDR同時(shí)存在 對(duì)DIMM無(wú)效

不允許跳著bank使用DDR，比如使用64 66bank

并且有一個(gè)晶振輸出放在地址線控制線bank的GCIO引腳上，而且必須是差分時(shí)鐘。

在UG571中指出，如果某一bank用于連接存儲(chǔ)芯片，要將其VREF引腳連接1k電阻再到GND

如果字節(jié)組被設(shè)置用于存儲(chǔ)IO那么不能將系統(tǒng)復(fù)位分配給字節(jié)N0和N6

給DDR ip核的時(shí)鐘輸入必須是差分時(shí)鐘。

審核編輯：劉清