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电脑内存的工作原理,内存芯片是如何工作的

64位的电脑内存条都是双通道传输数据,每个通道的传输带宽是32位。32位带宽被4个内存芯片共享,每个芯片8位带宽,就是指一次可以传输8位二进制的数据。芯片的运行是由主板供电,电流需要经过电源管理,芯片过滤后才能使用。打开内存芯片看看它的结构,这个是隔热密封的封装盖,这两片金属式芯片触点互联矩阵,他们配合这块,球扇阵裂板一起,为这颗主芯片提供线路连接。单颗主芯片是2 g的容量,它被分成8个组,每组由4个库组成,一共32个库,每个库有65536个行,8192个列。它们被数万条导线,分割成170亿个最小的存储。
内存的工作原理

单元现在我们把芯片放到最大,看看它里面的样子。这是把内存芯片放大后的样子,这个是芯片阵列中的其中一个单元,称为ET EC记忆单元。只有几十纳米大小,它有两个部分,一个是以电子形式,存储一位数据的电容器。另一个是用于读写数据的晶体管,电容器是由两层导电材料组成,两层之间被极小厚度的绝缘层隔开,这么小的厚度可以阻止电子流动,却能让电场通过。如果电容器被充电到1伏特电压时,会写入二进制的1。如果电压是0伏特时,就写入二进制的零。一个电容器只能存储一位数据,现在我们来看看晶体管,它上面有两条线,这条叫自线连接到晶体管的山脊这条叫位线。连接到晶体管通道的另一侧,像这条自线施加电压时会打开晶体管,电子就能流过通道从而电容器连接到了位线,CPU就能访问电容器了。
内存的工作原理

对他充电就写入1对他放点就写入0,当关闭晶体管的开关,电容器也就关闭了,电容器与位线隔离,从而保存了之前写入的数据,由于这个晶体管只有几十纳米宽,电子会缓慢的通过通道泄露。因此随着时间的推移,需要刷新电容器,以对泄漏的电子进行充电。刷新是在读取数据时,确保数据不出差错的重要步骤,那么它是如何刷新的呢?我们写入一组数字看看在电容器左边的位线上,始终预充了0.5伏特的电压。如果存储1的电容器里的电荷流失,电荷会先到位线上,位线上的电压一旦大于0.5伏,就会激活底部的感应放大器。放大器会迅速将位线上的电压冲到伊福特,以此给电容器充满电荷。
内存的工作原理

如果电容器中存储了零,则电荷会从位线流入到电容器,这时放大器同样能读出0.5伏电压的变化,它会将小于0.5伏的电压驱动到零伏特,电容器的电荷也同时归零。这些感应放大器以库为单位进行工作,他们都与芯片底部的位线相连,8位带宽的内存颗粒,以8个放大器为一组。他们每次可以同时刷新,整条自线上的存储单元,并得到一个10位的刷新后的地址,然后将8位刷新过的数据,发送给CPU读取。给存储器写入数据的过程正好相反,先用5位地址码找到库所在的位置,再用感应放大器,对该位置的存储单元进行刷新,然后得到一个10位的列的地址,相对应的8个列,会主动连接到数据写入接口。新的数据就被写入到存储器了。
内存的工作原理

那么存储器是如何在171个单元中被找到的呢?这是单科芯片,被分成多个层级的分组式图,32个库分成8个组每组4个库。要从171个存储单元中访问数据,我们需要一个31位数字的地址,用3位数字寻找对应的组,然后用两位数字寻找组里的库。接下来的16位地址,用于寻找6.5万个行中确切的行,由于单个颗粒的带宽是巴比特,所以 8,192个列的存储单元是由8个一组排列的,也就是说一次可以读写8位数据最后10位数字是8,000多个列的地址。
内存的工作原理

实际上这个31位数字的地址被分为两部分,通过21根导线来发送。先发送库组的地址和行的地址,最后发送列的地址。由于每个库的每一行,每一列都是相互独立运行的,因此不同的库的多个行可以同时被打开,这样将大大减少访问数据的时间。甚至 8个库的存储单元,可以被CPU一次性同步刷新。值得一提的是单个库的高度明显大于宽度,这是因为每个相邻的库之间,都是相互连接的,因此CPU所识别到的是6.5万个行,26.2万个列的一整块芯片,并且被整齐的划分成32块。
内存的工作原理

这种布局无论是刷新还是读写数据,都变得更加高效,这种高效在内存封装上就能看到。第一个数字是16G的容量,第二个数字是每秒传输的数据量,以及第三个数据是最高传输率这些数据的规格,离不开先进的层级设计,先进的布局对于高速的读写至关重要。同样重要的是这颗晶体管存储单元,以及由他们组成的存储库的巧妙设计,每个单元之间用自线连接成行,微线连接成列,这么小的线路却位于不同的垂直层上,确保了相互之间不会触碰。有了这些先进的设计和工艺,才能让你的数据,在纳米级的内存芯片上,进行精准的读取写入和刷新,以及被电脑准确的访问和传输数据,井然有序的来完成,你发出的一个个指令,这就是电脑内存的工作原理。

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