第06章内存系统故障维修.ppt
第6章 内存系统故障维修,6.1 存储器类型与组成 6.2 存储单元工作原理【重点】 6.3 内存芯片工作原理 6.4 内存主要技术性能【重点】 6.5 内存条基本设计 6.6 内存条接口与信号 6.7 内存故障分析与处理,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第2页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.1 存储器的类型 DRAM：DDR2/DRR3 内存 SRAM：CPU内部Cache 存储器 半导体：闪存（SSD/U盘） 外存 磁介质：HDD 光介质：CD-RAM/DVD/BD,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第3页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.1 存储器的类型 传统内存定义：直接与CPU进行数据交换的存储器称为内存，不能直接与CPU进行数据交换的存储器称为外存。 本书内存定义：采用DRAM芯片构成的存储系统，它由安装在主板上的内存条组成。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第4页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.1 存储器的类型,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第5页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.1 存储器的类型 外存材料和原理更加多样化。 外存要求：容量大，价格便宜，断电后数据不会丢失。 外存类型： 半导体材料，如SSD、U盘、CF卡等； 磁介质材料，如硬盘、软盘、磁带机等； 光介质材料，如CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROM等,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第6页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.2 半导体存储技术发展 CMOS工艺制造的DRAM，只需要1个晶体管和1个电容就可以存储1位数据。 内存芯片制程工艺达到了45nm线宽。 单内存芯片存储容量达到了2Gbit。 DRAM与SRAM的性能差别在缩小。 SRAM是对晶体管锁存器进行读写。 DRAM是对存储器电容进行读写。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第7页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.3 内存基本类型 JEDEC制定了一系列的内存技术标准。 SDRAM可以实现与CPU的同步工作，因此称为“同步动态存储器”。 SDRAM属于DRAM，它不是SRAM。 SDRAM内部有几个P-Bank（物理存储阵列组），通过多个存储阵列组的切换，读写数据的效率得到了成倍提高。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第8页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.3 内存基本类型 DDR在时钟上升和下降沿都可传输数据。 SDRAM仅在时钟下降沿传输数据。 一般将DDR SDRAM内存统称为DDR内存。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第9页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.4 内存组成形式 不同标准的内存条，外观上并没有太大区别，但它们的工作电压、引脚数量、功能定义和定位口位置不同，互相不能兼容。,DDR内存,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第10页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.4 内存组成形式,DDR内存,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第11页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.4 内存组成形式 SPD是一个8引脚、TSOP封装、容量为256字节的EEPROM芯片，工作频率多为100kHz。 SPD芯片记录了内存的类型、工作频率、芯片容量、工作电压、各种主要操作时序、版本等技术参数。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第12页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.4 内存组成形式,内存时钟频率获取,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第13页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.4 内存组成形式 内存条金手指镀金厚度为0.4m1.3m，据测试，0.4m的镀金厚度插拔200次，1.3m的镀层可以插拔2000次左右。,金手指,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第14页 共41页,6.1 存储器类型与组成,6.1.5 内存芯片封装形式 封装形式：DIP、TSOP、BGA DDR3内存采用FBGA封装形式,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第15页 共41页,6.2 存储单元工作原理,6.2.1 DRAM存储单元工作原理,内存条基本组成,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第16页 共41页,6.2 存储单元工作原理,6.2.1 DRAM存储单元工作原理 DRAM存储单元的工作原理类似于一个水桶中的浮动开关。 高位为“1” 低位为“0” 水桶总是漏水,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第17页 共41页,6.2 存储单元工作原理,6.2.1 DRAM存储单元工作原理 晶体管M控制电容CS的充电和放电，电容CS用于存储数据。 电容CS有电荷时， 存储单元为逻辑1； 电容CS没有电荷时， 存储单元为逻辑0。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第18页 共41页,6.2 存储单元工作原理,6.2.1 DRAM存储单元工作原理 动态刷新是周期性的对DRAM中的数据进行读出、放大、回写操作。 DDR内存刷新周期为64ms左右。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第19页 共41页,6.2 存储单元工作原理,6.2.2 SRAM存储单元工作原理 SRAM工作原理类似于一个开关。 开=“1”；关=“0” 一个SRAM存储单元 由6个MOS晶体管组成。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第20页 共41页,6.3 内存芯片工作原理,6.3.1 内存芯片电路结构 DDR内存芯片组成： 存储阵列、逻辑控制单元、地址总线、数据输入/输出总线、刷新计数器、数据掩码逻辑单元、数据选取脉冲发生器、延迟锁定环路等。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第21页 共41页,6.3 内存芯片工作原理,6.3.2 内存芯片存储阵列结构 存储阵列：存储单元以“位”的形式进行存储，由于“位”不便于微机处理，因此内存芯片采用“存储阵列”（Bank）结构。 存储单元寻址：在存储阵列中查找数据的方法与表格检索方法相同，先指定一个行，再指定一个列，根据行号和列号就可以准确地找到所需要的存储单元。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第22页 共41页,6.3 内存芯片工作原理,6.3.2 内存芯片存储阵列结构,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第23页 共41页,6.3 内存芯片工作原理,6.3.4 内存寻址过程 北桥芯片中的内存控制器先确定在内存条中有几个P-Bank的芯片集合（大部分内存条为1个P-Bank），然后才对内存芯片进行寻址。 P-Bank：构成64bit位宽的一组内存芯片。 内存芯片一般采用地址复用技术，也就是行地址和列地址采用同一组地址线。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第24页 共41页,6.3 内存芯片工作原理,6.3.4 内存寻址过程 行地址确定之后，就对列地址进行寻址。 列地址寻址信号与读写命令可以同时发出。 RAS#：行地址选通 CAS：列地址选通,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第25页 共41页,6.3 内存芯片工作原理,6.3.5 内存数据读取与写入 CL（列地址选通潜伏期）：从列地址选通与读取命令发出，到第一次数据输出的时间。 内存读操作：顺序读、随机读、突发读、读-写、读-预充电、读-状态中止等。 内存写操作：写-写、随机写、突发写、写到读、写到预充电、写固定长度或写全页等。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第26页 共41页,6.3 内存芯片工作原理,6.3.6 内存刷新工作原理 定时对存储单元中的电容进行充电的过程称为“动态刷新” 。 在充电过程中，存储单元不能被访问。 刷新由芯片内部自动操作，不需要寻址。 标准刷新时间间隔是64ms。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第27页 共41页,6.3 内存芯片工作原理,6.3.6 内存刷新工作原理 DRAM的读操作是一个放电过程，原本逻辑状态为“1”的电容在读取操作后，会因为放电而变为逻辑0。对数据进行重写由S-AMP（读出放大器）来完成。 写操作是一种充电过程。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第28页 共41页,6.4 内存主要技术性能,6.4.1 内存时钟周期 提高内存性能的方法： 提高内存工作频率； 减少各种内存操作中的延迟。 内存有内部时钟和外部时钟。 DDR2内存采用了差分时钟技术。 DDR内存在时钟脉冲的上升沿和下降沿都可以传输数据。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第29页 共41页,6.4 内存主要技术性能,6.4.1 内存时钟周期 DDR2内存在100MHz的内部时钟频率下，外部时钟频率达到了200MHz，数据传输频率达到了400MHz。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第30页 共41页,6.4 内存主要技术性能,6.4.2 内存主要技术参数 tCK（时钟周期）：决定内存工作频率。 CL（列地址选通潜伏期）：决定列寻址到数据被读取所花费的时间。 tRCD（从行地址转换到列地址的延迟）：决定行寻址有效至读/写命令列寻址之间的时间。 tRP（行预充电有效周期）：决定在同一L-Bank中不同工作行转换的时间。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第31页 共41页,6.4 内存主要技术性能,6.4.2 内存主要技术参数 内存延迟一般用“A-B-C”的形式表示，它们对应的参数是：CL-tRCD-tRP，如4-4-4。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第32页 共41页,6.4 内存主要技术性能,6.4.4 数据突发传输长度 突发：在同一行中相邻的存储单元连续进行数据传输的方式，连续传输的存储单元（列）数量就是突发长度（BL）。 内存突发长度BL一般为4或8。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第33页 共41页,6.4 内存主要技术性能,6.4.4 数据突发传输长度,内存测试参数,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第34页 共41页,6.5 内存条基本设计,6.5.1 内存条的类型 Unb-DIMM（无缓冲型双列直插式内存模组）：市场使用最多的内存条标准。,Unb-DIMM DDR3-2000台式机内存条,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第35页 共41页,6.5 内存条基本设计,6.5.1 内存条的类型 SO-DIMM（小外型内存模组）：笔记本微机使用。,SO-DIMM DDR2 2GB笔记本内存条,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第36页 共41页,6.5 内存条基本设计,6.5.1 内存条的类型 Reg-DIMM（寄存器型内存模组）：用于服务器，几乎都是ECC型。,ECC 芯片,DDR芯片,Reg芯片,SPD芯片,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第37页 共41页,6.5 内存条基本设计,6.5.1 内存条的类型 在相同内存芯片容量下，位宽有多种不同设计方案。 内存芯片I/O位宽有×4bit、×8bit、×16bit三种类型， P-Bank=16bit×4片=64bit P-Bank=8bit×8片=64bit P-Bank=4bit×16片=64bit,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第38页 共41页,6.6 内存条接口与信号,6.6.1 内存条接口形式 不同规格的DDR内存，断口位置不同。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第39页 共41页,6.5 内存条基本设计,6.6.3 双通道内存技术 双通道内存主要依靠北桥芯片的控制技术，与内存本身无关。 双通道技术：北桥芯片可以在两个不同的数据通道上分别寻址和读写数据。 900系列、3系列、4系列芯片组支持DDR2双通道技术，5系列芯片组支持DDR3三通道技术。,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第40页 共41页,6.7 内存故障分析与处理,6.7.1 内存常见故障现象,主讲：XX老师,第6章 内存系统故障维修,第41页 共41页,课程讨论,1. 如何提高内存的数据传输带宽。 2. 内存容量越大越好吗？ 3. 虚拟内存可以无限大吗。 4. 串行传输会成为今后内存的发展方向吗？ 5. 2条1GB内存和1条2GB的内哪样更快。 作业：6-2、6-5、6-7 【本章结束】,
