第5章 深入認識和選購DDR4內存

5.1 DDR4內存物理結構和工作原理

內存在電腦中扮演著極其重要的角色。

當初次打開文件時，實際上是把保存在硬盤上的文件調入內存；當我們在電腦上寫文章時，實際上是往內存內寫；當玩游戲時，實際上是把游戲內容調入內存后才能顯示的；在進行運算時，是由內存中獲取數據的；當文章還沒有寫完，要把它暫時保存起來時，實際上是把文件由內存往硬盤的轉移過程；如果想把寫好的文章打印出來，其內容也是由內存提供給輸出設備的。當然，內存的以上功能都是由CPU控制器操縱的。可是，控制器之所以能夠進行操縱，其指令也是由內存提供的。可見，內存實在是太重要了。

5.1.1 定義內存

在電腦的硬件系統中，有一個非常重要的部分，就是存儲器。存儲器是用來存儲程序和數據的部件的，對于電腦來說，有了存儲器，才有記憶功能。

電腦中有兩種存儲器，一種是內存儲器，一種是外存儲器。內存儲器就是我們平時所說的內存，它的存取速度非常快，它的質量好壞與容量大小會影響電腦的運行速度。外存儲器通常是磁性介質或光盤，像硬盤、軟盤、磁帶、CD等。它能長期保存信息，并且不依賴于電來保存信息，但速度與CPU相比就顯得慢得多。

內存是電腦中至關重要的一部分，它又被稱為主存。它是一種利用半導體技術做成的電子設備，用來臨時存儲CPU處理的數據，同時它也充當著CPU和硬盤之間臨時記錄數據的設備。如果CPU直接從硬盤中讀取數據，運算速度會變慢，但如果把需要運算的數據存儲在內存中，CPU就能很快地讀取數據，進而提高運算的速度。圖5-1展示了內存與其他硬件之間的工作關系圖。

其實內存又叫易失性存儲器，意思是說當電源供應中斷后，存儲器所存儲的數據便會消失。這也是內存的一個特點。

最初電腦使用的內存其實是DRAM（動態隨機訪問存儲器），所以現在內存是按照DRAM原理制造而成的。

那么什么是DRAM呢？

簡單來說，早期電腦內存DRAM是由電容組合而成的，就像是充電電池，能夠存儲電荷的電容分別以充滿電和放完電的狀態表示二進制數字1和0。內存使用的電荷非常少，如果不加理會，電容就會放電成為0，也就是說存儲的數據就會消失，因此需要每隔一段時間就讀取之前存儲的內容，進行記錄。其實這個過程就是刷新，刷新操作需要的時間就是內存的速度了。

5.1.2 認識DDR4內存物理結構

我們已經知道電腦的內存比較重要，下面我們來了解一下電腦內存的結構。

電腦的內存通常由PCB、金手指、內存芯片、電容、電阻、內存固定卡缺口、內存腳缺口、SPD等幾部分組成，如圖5-2所示。

1.PCB

流行內存的PCB多為綠色，而且設計精密。一般采用多層設計。理論上分層越多內存的性能越穩定。PCB制造嚴密，肉眼上較難分辯PCB的層數，只能借助一些印在PCB上的符號或標識來斷定。

2．金手指

內存金手指就是內存模組下方的一排金黃色引腳，其作用是與主板內存插槽中的觸點相接觸，以此來實現電路連通，通過金手指來傳輸數據。金手指由銅質導線制成，長時間使用會出現氧化，從而影響內存的正常工作。最好每隔半年左右用橡皮清理一下金手指上的氧化物，如圖5-3所示。

3．內存芯片

內存芯片又被稱為內存的靈魂，內存的性能、速度、容量都是由內存芯片決定的。內存芯片的功能決定了內存的功能。內存芯片就是內存條上一個個肉眼可見的集成電路塊，又被稱作內存顆粒，是構成內存的主要部分，如圖5-4所示。

4．電阻、電容

PCB上必不可少的電子元件就是電阻和電容了，用于提高電氣性能。為了減小內存的體積，無論是電阻還是電容都采用貼片式，而這些電阻或電容的性能絲毫不比非貼片式的電阻或電容遜色，它們為提高內存的穩定性起了很大作用，如圖5-5所示。

5．內存固定卡缺口

內存插到主板上后，主板上的內存插槽上會有兩個夾子牢固地卡住內存，這個缺口便是固定內存用的。

6．內存防呆缺口

內存腳上的缺口的作用首先是防止內存插反，其次是用來區不同內存的。之前的SDRAM內存有兩個缺口，如圖5-6所示。而DDR內存則只有一個缺口，不能混插。圖5-7展示了DDR4內存的防呆缺口的位置。

7.SPD芯片

SPD是一個EEPROM可擦寫存貯器的八腳小芯片，容量僅有256字節，只可以寫入一點信息，主要包括內存的標準工作狀態、速度、響應時間等，以協調電腦系統更好地工作，如圖5-8所示。

5.1.3 了解DDR4內存工作原理

1．內存尋址

內存從CPU獲得查找某個數據的指令，然后再找出存取資料的位置，這個過程被稱作“內存尋址”。在整個過程中它先定出數據的橫坐標（列地址），再定出數據的縱坐標（行地址），以此便能非常精確地找到這個地址。

2．內存傳輸

儲存資料或從內存內部讀取資料時，CPU先會為這些讀取或寫入的資料編上地址，并通過地址總線（Address Bus）將地址送到內存，然后數據總線（Data Bus）就會把對應的正確數據送往微處理器，傳回去給CPU使用。

3．存取時間

存取時間，就是指CPU從內存讀取或往內存寫入資料這個過程所用的時間，也被稱為總線循環。

4．內存延遲

內存延遲實際上指的是處理器需要等待多長時間，內存才能做好發送或接收數據的準備。處理器等待的時間越短，整機的性能就越高。比如你在餐館里用餐的過程一樣。你首先要點菜，然后就等待服務員給你上菜，這個時間越短越好。同樣的道理，內存延遲時間設置得越短，電腦從內存中讀取數據的速度也就越快，進而電腦其他的性能也就越高。

5.1.4 內存的工作原理

內存在開始工作后，會先從CPU獲得查找某個數據的指令，然后再找出存取資料的位置，這就好像在地圖上畫個十字標記一樣，要非常準確地定出這個地方。對于電腦系統而言，找出這個地方時還必須確定它是否正確，因此電腦還必須判讀該地址的信號，橫坐標有橫坐標的信號（Row Address Strobe, RAS信號），縱坐標有縱坐標的信號（Column Address Strobe, CAS信號），最后再進行讀或寫的動作。因此，內存在讀寫時至少有5步：畫個十字（包括定地址兩個操作及判讀地址兩個信號，共4個操作）及或讀或寫的操作，這樣才能完成內存的存取操作。

5.2 DDR4和DDR3內存有何不同

5.2.1 DDR4與DDR3內存規格不同

DDR3內存的起始頻率僅有800MHz，最高頻率為2133MHz。而DDR4內存的起始頻率就有2133MHz，最高頻率可達4000MHz以上。更高頻率的DDR4內存在各個方面的表現與DDR3內存相比都有顯著的提升。DDR4內存的每個針腳都可以提供0.25GB/s的帶寬，那么DDR4-3200就是51.2GB/s，這比DDR3-1866的帶寬提升了70%。

另外，DDR4內存在使用了3DS堆疊封裝技術后，單條內存的容量最大可以達到目前產品的8倍。DDR3內存單條容量為64GB，而DDR4則可以達到128GB。

5.2.2 DDR4與DDR3內存外形不同

DDR4內存的金手指變化較大，變得彎曲了，并沒有沿著直線設計，這究竟是為什么呢？一直以來，平直的內存金手指插入內存插槽后，受到的摩擦力較大，因此存在難以拔出和難以插入的情況。為了解決這個問題，DDR4將內存下部設計為中間稍突出、邊緣收短的形狀。在中央的高點和兩端的低點之間以平滑曲線過渡。這樣的設計既可以保證DDR4內存的金手指與內存插槽觸點有足夠的接觸面，確保信號傳輸穩定，還可讓中間凸起的部分和內存插槽產生足夠的摩擦力，穩定內存。

另外，DDR4接口位置也發生了改變，金手指中間的“缺口”位置與DDR3相比更為靠近中央。在金手指觸點數量方面，普通DDR4內存有288個，而DDR3則只有240個，每一個觸點的間距從1mm縮減到0.85mm，如圖5-9所示。

5.2.3 DDR4與DDR3內存功耗不同

通常情況下，DDR3內存的工作電壓為1.5V，耗電較多，而且內存條容易發熱、降頻，影響性能。而DDR4內存的工作電壓多為1.2V甚至更低，功耗的下降帶來的是更少的用電量和更小的發熱，提升了內存條的穩定性，基本不會出現因發熱引起的降頻現象。

5.3 雙通道、三通道與四通道內存

5.3.1 什么是雙通道

為了解決內存帶寬帶來的瓶頸問題，更好地為CPU傳輸數據，一種可行的方法是在CPU和內存之間增加一個數據傳輸通道。這就是雙通道（Dual Channel）內存，如圖5-10所示。

增加內存通道后，內存總線的帶寬也變為原來的兩倍，提示了性能，能夠滿足CPU帶寬的需求了，如圖5-11所示。

以DDR4 2400為例，DDR4 2400實際帶寬為35000MB/s，組成雙通道后的帶寬為35000×2=70000MB/s。

5.3.2 雙通道對內存的要求

要組成雙通道其實對內存的要求是很苛刻的，有以下限制：

1）內存必須是兩條，并放入同一插槽的不同通道。比如Slot 1的A通道、B通道。一般主板設計時已經用顏色來區分了，只要將兩條內存安裝在相同顏色的插槽中即可。

2）組成雙通道的內存容量必須相同，比如1GB+1GB。

3）內存的內存顆粒（DRAM芯片）必須相同，比如同為現代256MB DRAM。

4）DRAM總線帶寬必須相同，比如同為×8或×16。

5）必須同是單面或雙面內存。

總之，配置雙通道時，首先要求主板支持雙通道，然后要求選用型號規格、容量相同的內存。

5.3.3 怎樣組成雙通道

圖5-12展示了主板的雙通道內存插槽。

主流的主板上的內存插槽都是由不同顏色的兩條組成一個通道。只要將兩條相同的內存插在同顏色的兩個插槽內就可以組成雙通道了，如圖5-13所示。

1）對稱雙通道：理論上只要通道1和通道2的內存容量相當、內存顆粒相同的話就可以組成雙通道。所以在通道1上插一條1GB內存，在通道2上插兩條2GB內存，同樣可以組成雙通道。但因為內存顆粒和總線帶寬等條件都不容易做到一致，所以這種方法組成雙通道是比較困難的。

2）非對稱雙通道：在非對稱雙通道模式下，兩個通道的內存容量可以不相等，而組成雙通道的內存容量大小取決于容量較小的那個通道。例如，通道1有一條1GB內存，通道2有一條2GB內存，則通道1中的1GB和通道2中的1GB組成雙通道，通道2剩下的1GB內存仍工作于單通道模式下。需要注意的是，兩條內存必須插在顏色相同的插槽中。

因為主板的內存模組會自動判斷內存是否能組成雙通道，或有一部分可以組成雙通道，所以就算使用兩條不一樣的內存，也推薦使用雙通道的插法。這樣可能會有一部分內存被作為雙通道來使用，剩下的就會當作單通道使用。

5.3.4 三通道和四通道

1）三通道：隨著Intel Core i7平臺的發布，三通道內存技術孕育而生。與雙通道內存技術類似，三通道內存技術的出現主要是為了提升內存與處理器之間的通信帶寬。前端總線頻率大多為800MHz，因此其前端總線帶寬為800MHz×64bit/8=6.4GB/s。如系統使用單通道DDR 400內存，由于單通道內存位寬只有64bit，因此其內存總線帶寬只有400MHz×64bit/8=3.2GB/s，顯然前端總線將有一半的帶寬被浪費。三通道內存將內存總線位寬擴大到了64bit×3=192bit，同時采用DDR3 1066內存，因此其內存總線帶寬達到了1066MHz×192bit/8 =25.5GB/s，內存帶寬得到巨大的提升。圖5-14展示了三通道主板。

2）四通道：四通道是在三通道的基礎上增加了一條數據通道，性能方面目前還沒有準確的數字。不過只有少量的主板支持四通道，說明目前的四通技術實用性還不是很高。在Sisoft Sandra 2012 benchmark（美國桑德拉軟件工程組織）測試項目中，單通道到四通道的內存帶寬的變化幾乎呈線性增長，單通道內存帶寬為8.47GB/s，變化為雙通道后為16.85GB/s，幾乎翻了一倍，而提升至三通道后更是達到了24.56GB/s。最后，在四通道情況下更是達到了30.38GB/s，如圖5-15所示。

5.4 確認當前主機的內存條

內存是電腦的正常運行所不可缺少的，那么如何確認當前主機的內存呢？

確認當前主機的內存有兩種方法，一個是拆開主機箱直接查看主機內存，另一個是用軟件檢測。

1．直接查看主機的內存

若想要直接查看主機的內存，我們就需要知道如何拆卸主機的內存。而且，電腦使用者有時會更換內存條，所以下面我們著重介紹一下拆卸主機內存條的步驟以及注意事項。

（1）準備工具

準備好必要的拆卸工具，如：十字螺絲刀（中號、小號各一把），平頭螺絲刀（中號、小號各一把），鉗子。

（2）釋放靜電

由于電腦中的電子產品對靜電高壓相當敏感，當你接觸到與人體帶電量不同的載電體時（如：電腦中的板卡），就會產生靜電釋放。所以，用戶在正式拆卸與安裝電腦之前，不要忘了釋放一下靜電。日常生活中靜電無處不在，即使是少量的靜電，所釋放出的靜電伏特數卻是數以千計，嚴重危害電腦內器件。所以在拆卸或組裝電腦之前，必須斷開所有電源，然后通過雙手觸摸地線、墻壁、自來水管等金屬物體的方法來釋放身上的靜電。

（3）拆卸主機所有外部連線

切斷所有與電腦及其外設相連接的電源。

（4）打開機箱外蓋

無論是品牌機還是兼容機，是臥式機箱還是立式機箱，其固定機箱外蓋的螺絲大多在機箱后側或左右兩側的邊緣上。用適用的螺絲刀逆時針擰開這些螺絲，取下機箱外蓋，就可以看到機箱內主板上的內存了。如果機箱外蓋與機箱連接得比較緊密，要取下機箱外蓋就不大容易了，這時候可能需要用平口螺絲刀從接縫邊緣小心地撬開它。

（5）拆卸內存條

如圖5-16所示，用雙手同時向外按壓內存插槽兩端的塑膠夾腳，直至內存條從內存插槽中稍微彈出。然后即可從內存插槽中取出內存條。

如上所述，內存拆卸成功。觀察內存表面標簽，能夠看到內存型號、容量相關信息和內存芯片的信息，如圖5-17所示。標簽中顯示了內存容量為2GB,2R×8表示內存條雙面都有內存顆粒并且每面有8個內存顆粒，12800表示核心頻率為200MHz, I/O頻率為800MHz，等效頻率為1600MHz。11就是在等效頻率為1600MHz的情況下，CL延遲值為11。第2行字中包含了該內存的生產信息和型號信息。

2．軟件檢測內存

除了通過打開主機箱查看內存之外，還可以通過軟件檢測內存的信息。這里我們介紹用“魯大師”檢測。若想用軟件進行檢測內存相關信息，首先電腦內要安裝該軟件，然后才能啟動軟件進行檢測。

圖5-18展示了“魯大師”檢測內存結果。該電腦安裝了兩個內存條，兩個都為芝奇DDR4 3200MHz的容量為8GB的內存。所以該機器的總的內存容量為16GB。另外，用CPU-z檢測軟件檢測的內存信息，如圖5-19所示。

5.5 CPU和內存之間的瓶頸

“瓶頸”一詞我們都比較了解，指的是瓶口下面較細的那個部位。而在電腦系統中，瓶頸被用來指整個系統中最薄弱的環節，也就是說你的電腦的配置中有一個硬件性能限制了整個電腦的性能的時候就會出現瓶頸效應。比如說一臺機器配置了頂級的處理器、頂級的主板，卻配了一條1GB內存，這個時候你的整個電腦工作于單通道模式，它的性能就取決于你的內存了，該內存就是整個系統的瓶頸。如果將一條1GB內存換為3條2GB的內存，那么該電腦系統實現了三通道，總的內存容量增加了，系統的性能就會有很大的提升。

Intel公司的Andy Grove先生稱，電腦速度降低時，由于CPU和周圍設備之間的傳送通路——總線會產生瓶頸現象。他把總線比作“死亡階梯”。這進一步說明了3個最嚴重的瓶頸是“CPU和內存”“CPU和顯卡”“內存和顯示設備”之間的瓶頸。圖5-20展示了電腦系統的瓶頸關系圖。

選購電腦硬件的時候，一定要對各部件的接口總線有一個大致的了解，盡量減少系統瓶頸問題，提高電腦整體的工作性能。如果出現嚴重的瓶頸問題，將會使某些硬件一直處于滿載狀態，可能使得電腦出現不穩定現象或者出現其他故障。

5.6 內存的主頻對速度的影響

內存的主頻是內存性能參數中的一項，它代表內存所能達到的標注工作頻率，實際上就是內存的工作速度。所以說，內存的主頻越高，內存的性能就越強，電腦的整體速度就會越高。因為當CPU需要處理數據，從內存中調取的時候，若是內存工作頻率高，那么數據傳輸的速度就快。內存主頻是以MHz（兆赫）為單位來計量的，目前市場上主流的DDR4內存的主頻為3200MHz、2400MHz、2133MHz等。

為什么內存主頻不是它的實際工作頻率呢？

眾所周知，電腦系統中時鐘速度是以頻率來衡量的。而這種時鐘頻率是由晶體振蕩器控制的，而內存本身沒有這種晶體振蕩器，因此內存的時鐘信號由主板芯片組北橋或者直接由主板的時鐘發生器來提供，這就是說，內存無法決定自身的工作頻率，其實際工作頻率是由主板來決定的。但是由主板決定的這個時鐘頻率，不會超過內存的最大工作頻率。

另外，內存工作時有兩種工作模式，分別是同步工作模式和異步工作模式。在這兩種工作模式下，內存的工作頻率是不同的。

1）同步模式：在這種工作模式下，內存的實際功率與CPU的外頻是一致的。而大部分主板都采用這種默認的工作模式，這種模式比較大眾化。

2）異步模式：在這種工作模式下，允許內存的工作頻率與CPU的外頻存在一定的差異，它可以讓內存工作在高出或低于系統總線速度33MHz，又或者讓內存和外頻以3:4、4:5等定比例的頻率工作。這種技術模式可以避免以往超頻導致的內存瓶頸問題，適合于超頻用戶。不同的工作模式對電腦的性能會有不同的影響。

5.7 認識內存的金手指

如圖5-21所示，內存條上的眾多金黃色的、排列整齊的一排導電觸片就是我們常說的內存金手指。這種導電的觸片排列如手指狀，而且早期內存金手指表面多為鍍金的，所以顯示為金黃色，美其名曰金手指。其實，它就是內存的導電金屬端子。它排列為手指狀其中一個原因是為了適應主板內存插槽而設計，圖5-22展示了主板內存插槽。而導電觸片表面鍍金主要是因為金的抗氧化性極強，而且數據的傳導性也很強，內存處理單元的所有數據流、電子流正是通過金手指與內存插槽的接觸與PC系統進行交換，是內存的輸出輸入端口，因此其制作工藝對于內存連接相當重要。但是，如今主板、內存、顯卡的金手指表面幾乎都是采用鍍錫的，只有部分高性能服務器/工作站的配件接觸點才會延用鍍金的做法，主要是因為金的價格比較昂貴，而這也是那些高性能服務器/工作站的配件價格高的原因之一。這種材料的更換大概是在20世紀90年代開始普及的。

通常所說的內存針數，指的正是內存條金手指的個數。DDR4臺式機內存金手指是288個，金手指的個數是固定的。另外，筆記本電腦內存和臺式機內存金手指的總個數是不同的，筆記本電腦內存金手指總數是260。如圖5-23所示，一般內存條都會在左下角和右下角標注金手指的個數信息。

5.8 內存選購要素詳解

選購內存時，主要考慮品牌、容量、種類及頻率、PCB等一些要素。

1．品牌

和其他產品一樣，內存芯片也有品牌的區別，不同品牌的芯片質量自然也不同。一般來說，一些久負盛名的內存芯片在出廠的時候都會經過嚴格的檢測，質量可以保證。購買時可以考慮金士頓（Kingston）、威剛（ADATE）、宇瞻、勝創（Kingmax）、三星（Samsung）、海盜船（Corsair）、金邦（Geil）、現代（Hynix）等品牌的內存。

2．內存容量大小

目前主流內存容量為8GB、16GB、32GB。內存條容量大小有多種規格，DDR4內存一般分為8MB、16GB等。8GB已經能夠滿足安裝Windows 8操作系統的需要。如果用戶經常進行平面設計和多媒體制作，則應選用32GB或更大容量的內存。由于主板的內存插槽有限，因此擴展能力并不是無限的。而且在同容量下，單條內存要好于雙條（雙通道系統除外），同時，也為以后升級著想，選擇單條容量8GB及以上比較合理。

3．內存的種類和工作頻率

目前主流內存是工作頻率為3000MHz～4000MHz的DDR4內存，內存的工作頻率直接影響內存的工作速度。目前主流內存的規格主要包括DDR4 2400、DDR4 3000、DDR4 3200等，目前主流主板都支持DDR4 3000規格的內存，選購內存時應根據主板芯片組支持的型號選擇。

4. PCB（印刷電路板）

PCB較好的是6層板。PCB的質量以及線路設計與內存品質有非常密切的關系。內存的級別與層數有關。作坊級別的內存使用4層PCB制造，僅經過初級檢測未發現重大缺陷即可出廠，可能無法在所有的系統上使用。而品牌內存和原廠內存一般使用6層PCB制造，通過相關電氣標準測試，能夠穩定工作，兼容性也高。由于6層板具有完整的電源層和地線層，因此與4層板設計相比，在穩定性上有很大優勢。6層板設計的內存一般有一種沉甸甸的感覺，質量均勻、表面整潔，邊緣打磨得比較光滑，板面光潔且色澤均勻，元件之間的焊點整齊，布線孔是不透明的。如果內存PCB上有透明布線孔，則為4層板設計。

另外，好的內存條表面有比較強的金屬光潔度，色澤也比較均勻，部件焊接也比較整齊劃一，沒有錯位。金手指部分也比較光亮，沒有發白或者發黑的現象。

5．內存的顆粒

內存顆粒在市場上分為原廠顆粒和OEM顆粒。原廠顆粒是指生產出來后經過原廠切割和封裝，然后通過完整的測試流程檢驗的合格產品。因為芯片測試設備非常昂貴，對生產成本有很大影響，所以有許多內存生產廠商會采用未經完整測試的OEM顆粒或者原廠淘汰下來的不合格品。這樣生產出來的內存產品在兼容性和穩定性方面都沒有保證。

6．售后服務

我們最常看到的情形是用橡皮筋將內存扎成一捆進行銷售，不能使用戶得到完善的咨詢和售后服務。目前部分有遠見的廠商已經開始完善售后服務渠道，選擇良好的經銷商。一旦購買的產品在質保期內出現質量問題，只需及時更換即可。大部分內存廠商都是3年換新，終身保修。

5.9 目前使用的DDR4內存有哪些

目前市場上主要的成品內存包括金士頓（Kingston）、威剛（ADATE）、宇瞻、勝創（Kingmax）、三星（Samsung）、海盜船（Corsair）、金邦（Geil）、現代（Hynix）等品牌，這些內存采用的工藝略有不同，因此在性能上多少有些差異。選購品牌內存時，應從其質量和性價比等方面進行比較。

目前主流內存產品主要是DDR4內存，下面介紹幾款主流的產品。

1．海盜船 復仇者16GB DDR4 3000

海盜船16GB DDR4 3000內存主頻為3000MHz，工作電壓為1.35V。此內存采用純鋁散熱器設計，外觀非常大氣，良好的散熱更加利于運行大型游戲。內存規格方面，采用原裝進口內存顆粒，支持XMP2.0無障礙自動超頻，性能方面有著更好的表現，如圖5-24所示。

2．金士頓駭客神條FURY 16GB DDR4 3000

金士頓駭客神條FURY 16GB DDR4 3000內存使用了鋁合金散熱器，采用黑色PCB設計，間接增加了內存的檔次感。預設了PnP功能，可以實現自動超頻。該內存的默認時序為15-15-17，工作電壓為標準的1.35V，如圖5-25所示。