存储器的发展史及技术现状 蔡文杰 计科 3 班 1. 存储器发展历史 1.1 存储器简介 存储器( Memory)是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中 的全部信息，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。 自世界上第一台 计算机问世以来，计算机的存储器件也在不断的发展更新， 从一开始的汞延迟线， 磁带，磁鼓，磁芯，到现在的半导体存储器，磁盘，光盘，纳米存储等，无不体 现着科学技术的快速发展。

1.2 存储器的传统分类 从使用角度看 , 半导体存储器可以分成两大类 : 断电后数据会丢失的易失性存储 器和断电后数据不会丢失的非易失性存储器。 过去都可以随机读写信息的易失性 存储器称为 RAM(Randoo Aeeess Memory),根据工作原理和条件不同 ,RAM又有静 态和动态之分 , 分别称为静态读写存储器 SR AM(St ate RAM)和动态读写存储器 DRAM(Dynamie RAM而); 过去的非易失控存储器都是只读存储 RoM(Readon一 y Memo-ry), 这种存储器只能脱机写人信息 , 在使用中只能读出信息而不能写人或 改变信息 .非易失性存储器包含各种不同原理、 技术和结构的存储器 . 传统的非易 失性存储器根据写人方法和可写人的次数的不同 , 又可分成掩模只读存储器 MROM(Mask RO、M一) 次性编程的 OTPROM(one Time Programmable ROM和)可用萦 外线擦除可多次编程的 Uv EPROM(Utravio-let ErasableProgrammable ROM).

过 去的 OTP ROM都是采用双极性熔丝式 ,这种芯片只能被编程一次 , 因此在测试阶段 不能对产品进行编程性检侧 , 所以产品交付用户后 ,经常在编程时才会发现其缺 陷而失效 ,有的芯片虽然能被编程 ,但由于其交流性不能满足要求 , 却不能正常运 行. 故双极性熔丝式 PROM产品的可信度不高 .

2. 半导体存储器 由于对运行速度的要求， 现代计算机的内存储器多采用半导体存储器。 半导体存 储器包括只读存储器( ROM)和随机读写存储器( RAM)两大类。

2.1 只读存储器 ROM是线路最简单的半导体电路，通过掩模工艺，一次性制造，在元件正常工作 的情况下，其中的代码与数据将永久保存，并且不能够进行修改。一般地，只读

20122352 存储器用来存放固定的程序和数据， 如微机的监控程序、 BIOS（基本输入 / 输出系 统 Basic Input/Output System） 、汇编程序、用户程序、数据表格等。

根据编程方法不同， ROM可分为以下五种： 1、掩码式只读存储器，这类 ROM

在 制造过程中，其中的数据已经事先确定了，因而只能读出，而不能再改变。它的 优点是可靠性高，价格便宜，适宜批量生产。 2、可一次性编程只读存储器

（PRO）M ，为了使用户能够根据自己的需要来写 ROM，厂家生产了一种 PRO。M允 许用户对其进行一次编程──写入数据或程序。 一旦编程之后， 信息就永久性地 固定下来。用户可以读出和使用，但再也无法改变其内容。 3、可擦可编程只读 存储器（ EPRO）M，这是一种具有可擦除功能，擦除后即可进行再编程的 ROM内 存，写入前必须先把里面的内容用紫外线照射它的 IC 卡上的透明视窗的方式来 清除掉。 4、电可擦可编程只读存储器（ EEPRO）M，功能与 EPROM

一样，不同之 处是清除数据的方式。另外它还可以用电信号进行数据写入。 5、快闪存储器 （Flash Memory），是在 EEPROM的基础上发展而来，只是它提高了 ROM的读写 速度。

然而，相比之下， ROM的读取速度比 RAM要慢的多，因此，一般都用 RAM来存放 当前正在运行的程序和数据，并且随时可以对存放在里面的数据进行修改和存 取。而面对 CPU的高速发展， 内存的速度使得高速运算受到了限制， 为了缓解这 种矛盾，人们找到了几种方法， 其中一种就是采用更高速的技术， 使用更先进的 RAM作为内存。于是，就有了 RAM的发展历史。

2.2 随机存储器 RAM可分为 SRAM（Static RAM ，静态随机存取存储器）和 DRAM（Dynamic RAM， 动态随机存取存储器）。 SRAM曾经是一种主要的内存，它以 6 颗电子管组成一 位存储单元， 以双稳态电路形式存储数据， 因此不断电时即可正常工作， 而且它 的处理速度比较快而稳定， 不过由于它结构复杂， 内部需要使用更多的晶体管构 成寄存器以保存数据， 所以它采用的硅片面积相当大， 制造成本也相当高， 所以 现在常把 SRAM用在比主内存小的多的高速缓存上。 而 DRAM

的结构相比之下要简 单的多，其基本结构是一个电子管和一个电容，具有结构简单、集成度高、功耗 低、生产成本低等优点， 适合制造大容量存储器， 所以现在我们用的内存大多是 由 DRAM构成的。但是，由于是 DRAM将每个内存位作为一个电荷保存在位存储单 元中，用电容的充放电来做储存动作， 因电容本身有漏电问题， 因此必须每几微 秒就要刷新一次，否则数据会丢失。

3. 内存的发展 内存是以一块块的 IC（集成电路）焊接到主板上的，然而，这样做对于后 期维护产生了很多问题，十分不方便。于是，内存条的概念出现了。

3.1 FP DRAM 在 80286 主板刚推出的时候，内存条采用了 SIMM（ Single In-line Memory Modules，单边接触内存模组）接口。其在 80286处理器上是 30pin SIMM 内存， 随后，到了 386，486 时期，由于 CPU已经向 16bit 发展， 30pin SIMM内存无法 满足需求，其较低的内存带宽已经成为急待解决的瓶颈，因此就出现了 70pin

SIMM内存。 72 线的 SIMM内存引进了一个 FP DRAM（快页内存），因为 DRAM需 要恒电流以保存信息， 一旦断电，信息即丢失。 它的刷新频率每秒钟可达几百次， 但由于 FP DRAM使用同一电路来存取数据，所以 DRAM的存取时间有一定的时间 间隔，这导致了它的存取速度并不是很快。另外，在 DRAM中，由于存储地址空 间是按页排列的， 所以当访问某一页面时， 切换到另一页面会占用 CPU额外的时 钟周期。

3.2 FPM DRAM 486时期普遍应用的内存是 FPM DRA（MFast Page Mode DRAM，快速页切换模式 动态随机存取存储器），这是改良版的 DRAM，传统的 DRAM在存取一个 BIT 的数 据时，必须送出行地址和列地址各一次才能读写数据。而 FRM DRAM在触发了行 地址后，如果 CPU需要的地址在同一行内， 则可以连续输出列地址而不必再输出 行地址了。 由于一般的程序和数据在内存中排列的地址是连续的， 这种情况下输 出行地址后连续输出列地址就可以得到所需要的数据，从而大大提高读取速度。

3.3 EDO DRAM 继 FPM之后，出现的一种存储器—— EDO DRA（MExtended Date Out RAM ，外扩 充数据模式存储器）内存开始盛行。 EDO-RAM不需要像 FPM DRAM那样在存取每 一 BIT 数据时必须输出行地址和列地址并使其稳定一段时间， 然后才能读写有效 的数据，而下一个 BIT 的地址必须等待这次读写操作完成才能输出， 它取消了扩 展数据输出内存与传输内存两个存储周期之间的时间间隔， 在把数据发送给 CPU 的同时去访问下一个页面，故而速度要比普通 DRAM快 15~30%。

3.4 SDRAM 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个革新才能满足新 一代 CPU架构的需求，此时内存开始进入 SDRAM时代。SDRA（MSynchronous

DRAM， 同步动态随机存取存储器） ，是一种与 CPU实现外频 Clock 同步的内存模式。 所 谓 clock 同步是指内存能够与 CPU同步存取资料， 这样可以取消等待周期， 减少 数据传输的延迟，因此可提升计算机的性能和效率。 SDRAM内存有 PC66规范， PC100规范，PC133规范，甚至为超频需求， 又提供了 PC150、PC166规范的内存。

3.5 Rambus DRAM Intel 与 Rambus公司联合开始在 PC市场推广 RambusD RAM内存。与 SDRAM不同 的是， RDRAM采用了新一代高速简单内存架构，基于一种类 RISC

（Reduced Instruction Set Computing ，精简指令集计算机）理论，这个理论可以减少数 据的复杂性， 使得整个系统性能得到提高。 尽管 RDRAM在时钟频率上有了突破性 的进展。 3.6 DDR SDRAM DDRS DRA(MDouble Data Rate 二倍速率同步动态随机存取存储器) ，可说是 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。由于仅多采用了下降沿信号， 因此并不会造成 能耗增加。至于定址与控制信号则与传统 SDRAM相同，仅在时钟上升沿传输。 DDR 内存有 DDR266规范， DDR333规范， DDR400规范及 DDR533规范等。

3.7 DDR2 DDR2 SDRA是M由 JEDEC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。

3.8DDR3 DDR3的特点有：更高的外部数据传输率，更先进的地址 / 命令与控制总线的拓朴 架构，在保证性能的同时将能耗进一步降低。

3.9 可现场改写的非易失性存储器 在存储器市场上非 R OM型可现场改写的非易失性存储器的需求增长速度最快 , 这些芯片技术正在迅速地改变着存储器世界的面貌 . 这主要有可电擦写可编程的 EE

PROM利用锉电池作为数据保持后备电源的一体化非易失性静态读写存储器 NVSRA、M在 EPROM和 EEPROM芯片技术基础上发展起来的快擦写存储器 PlashMemory和利用铁电材料的极化方向来存储数据的铁电读写存储器 FRAM随. 着新的半导体存储技术的发明 , 各种不同的可现场改写信息的非易失性存储器被 推上市场 , 首先是可电擦写的 EEp RoM(Eleetrieally Erasa blepro-grammable ROM),