第5章 深入认识和选购DDR4内存

5.1 DDR4内存物理结构和工作原理

内存在电脑中扮演着极其重要的角色。

当初次打开文件时，实际上是把保存在硬盘上的文件调入内存；当我们在电脑上写文章时，实际上是往内存内写；当玩游戏时，实际上是把游戏内容调入内存后才能显示的；在进行运算时，是由内存中获取数据的；当文章还没有写完，要把它暂时保存起来时，实际上是把文件由内存往硬盘的转移过程；如果想把写好的文章打印出来，其内容也是由内存提供给输出设备的。当然，内存的以上功能都是由CPU控制器操纵的。可是，控制器之所以能够进行操纵，其指令也是由内存提供的。可见，内存实在是太重要了。

5.1.1 定义内存

在电脑的硬件系统中，有一个非常重要的部分，就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件的，对于电脑来说，有了存储器，才有记忆功能。

电脑中有两种存储器，一种是内存储器，一种是外存储器。内存储器就是我们平时所说的内存，它的存取速度非常快，它的质量好坏与容量大小会影响电脑的运行速度。外存储器通常是磁性介质或光盘，像硬盘、软盘、磁带、CD等。它能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但速度与CPU相比就显得慢得多。

内存是电脑中至关重要的一部分，它又被称为主存。它是一种利用半导体技术做成的电子设备，用来临时存储CPU处理的数据，同时它也充当着CPU和硬盘之间临时记录数据的设备。如果CPU直接从硬盘中读取数据，运算速度会变慢，但如果把需要运算的数据存储在内存中，CPU就能很快地读取数据，进而提高运算的速度。图5-1展示了内存与其他硬件之间的工作关系图。

其实内存又叫易失性存储器，意思是说当电源供应中断后，存储器所存储的数据便会消失。这也是内存的一个特点。

最初电脑使用的内存其实是DRAM（动态随机访问存储器），所以现在内存是按照DRAM原理制造而成的。

那么什么是DRAM呢？

简单来说，早期电脑内存DRAM是由电容组合而成的，就像是充电电池，能够存储电荷的电容分别以充满电和放完电的状态表示二进制数字1和0。内存使用的电荷非常少，如果不加理会，电容就会放电成为0，也就是说存储的数据就会消失，因此需要每隔一段时间就读取之前存储的内容，进行记录。其实这个过程就是刷新，刷新操作需要的时间就是内存的速度了。

5.1.2 认识DDR4内存物理结构

我们已经知道电脑的内存比较重要，下面我们来了解一下电脑内存的结构。

电脑的内存通常由PCB、金手指、内存芯片、电容、电阻、内存固定卡缺口、内存脚缺口、SPD等几部分组成，如图5-2所示。

1.PCB

流行内存的PCB多为绿色，而且设计精密。一般采用多层设计。理论上分层越多内存的性能越稳定。PCB制造严密，肉眼上较难分辩PCB的层数，只能借助一些印在PCB上的符号或标识来断定。

2．金手指

内存金手指就是内存模组下方的一排金黄色引脚，其作用是与主板内存插槽中的触点相接触，以此来实现电路连通，通过金手指来传输数据。金手指由铜质导线制成，长时间使用会出现氧化，从而影响内存的正常工作。最好每隔半年左右用橡皮清理一下金手指上的氧化物，如图5-3所示。

3．内存芯片

内存芯片又被称为内存的灵魂，内存的性能、速度、容量都是由内存芯片决定的。内存芯片的功能决定了内存的功能。内存芯片就是内存条上一个个肉眼可见的集成电路块，又被称作内存颗粒，是构成内存的主要部分，如图5-4所示。

4．电阻、电容

PCB上必不可少的电子元件就是电阻和电容了，用于提高电气性能。为了减小内存的体积，无论是电阻还是电容都采用贴片式，而这些电阻或电容的性能丝毫不比非贴片式的电阻或电容逊色，它们为提高内存的稳定性起了很大作用，如图5-5所示。

5．内存固定卡缺口

内存插到主板上后，主板上的内存插槽上会有两个夹子牢固地卡住内存，这个缺口便是固定内存用的。

6．内存防呆缺口

内存脚上的缺口的作用首先是防止内存插反，其次是用来区不同内存的。之前的SDRAM内存有两个缺口，如图5-6所示。而DDR内存则只有一个缺口，不能混插。图5-7展示了DDR4内存的防呆缺口的位置。

7.SPD芯片

SPD是一个EEPROM可擦写存贮器的八脚小芯片，容量仅有256字节，只可以写入一点信息，主要包括内存的标准工作状态、速度、响应时间等，以协调电脑系统更好地工作，如图5-8所示。

5.1.3 了解DDR4内存工作原理

1．内存寻址

内存从CPU获得查找某个数据的指令，然后再找出存取资料的位置，这个过程被称作“内存寻址”。在整个过程中它先定出数据的横坐标（列地址），再定出数据的纵坐标（行地址），以此便能非常精确地找到这个地址。

2．内存传输

储存资料或从内存内部读取资料时，CPU先会为这些读取或写入的资料编上地址，并通过地址总线（Address Bus）将地址送到内存，然后数据总线（Data Bus）就会把对应的正确数据送往微处理器，传回去给CPU使用。

3．存取时间

存取时间，就是指CPU从内存读取或往内存写入资料这个过程所用的时间，也被称为总线循环。

4．内存延迟

内存延迟实际上指的是处理器需要等待多长时间，内存才能做好发送或接收数据的准备。处理器等待的时间越短，整机的性能就越高。比如你在餐馆里用餐的过程一样。你首先要点菜，然后就等待服务员给你上菜，这个时间越短越好。同样的道理，内存延迟时间设置得越短，电脑从内存中读取数据的速度也就越快，进而电脑其他的性能也就越高。

5.1.4 内存的工作原理

内存在开始工作后，会先从CPU获得查找某个数据的指令，然后再找出存取资料的位置，这就好像在地图上画个十字标记一样，要非常准确地定出这个地方。对于电脑系统而言，找出这个地方时还必须确定它是否正确，因此电脑还必须判读该地址的信号，横坐标有横坐标的信号（Row Address Strobe, RAS信号），纵坐标有纵坐标的信号（Column Address Strobe, CAS信号），最后再进行读或写的动作。因此，内存在读写时至少有5步：画个十字（包括定地址两个操作及判读地址两个信号，共4个操作）及或读或写的操作，这样才能完成内存的存取操作。

5.2 DDR4和DDR3内存有何不同

5.2.1 DDR4与DDR3内存规格不同

DDR3内存的起始频率仅有800MHz，最高频率为2133MHz。而DDR4内存的起始频率就有2133MHz，最高频率可达4000MHz以上。更高频率的DDR4内存在各个方面的表现与DDR3内存相比都有显著的提升。DDR4内存的每个针脚都可以提供0.25GB/s的带宽，那么DDR4-3200就是51.2GB/s，这比DDR3-1866的带宽提升了70%。

另外，DDR4内存在使用了3DS堆叠封装技术后，单条内存的容量最大可以达到目前产品的8倍。DDR3内存单条容量为64GB，而DDR4则可以达到128GB。

5.2.2 DDR4与DDR3内存外形不同

DDR4内存的金手指变化较大，变得弯曲了，并没有沿着直线设计，这究竟是为什么呢？一直以来，平直的内存金手指插入内存插槽后，受到的摩擦力较大，因此存在难以拔出和难以插入的情况。为了解决这个问题，DDR4将内存下部设计为中间稍突出、边缘收短的形状。在中央的高点和两端的低点之间以平滑曲线过渡。这样的设计既可以保证DDR4内存的金手指与内存插槽触点有足够的接触面，确保信号传输稳定，还可让中间凸起的部分和内存插槽产生足够的摩擦力，稳定内存。

另外，DDR4接口位置也发生了改变，金手指中间的“缺口”位置与DDR3相比更为靠近中央。在金手指触点数量方面，普通DDR4内存有288个，而DDR3则只有240个，每一个触点的间距从1mm缩减到0.85mm，如图5-9所示。

5.2.3 DDR4与DDR3内存功耗不同

通常情况下，DDR3内存的工作电压为1.5V，耗电较多，而且内存条容易发热、降频，影响性能。而DDR4内存的工作电压多为1.2V甚至更低，功耗的下降带来的是更少的用电量和更小的发热，提升了内存条的稳定性，基本不会出现因发热引起的降频现象。

5.3 双通道、三通道与四通道内存

5.3.1 什么是双通道

为了解决内存带宽带来的瓶颈问题，更好地为CPU传输数据，一种可行的方法是在CPU和内存之间增加一个数据传输通道。这就是双通道（Dual Channel）内存，如图5-10所示。

增加内存通道后，内存总线的带宽也变为原来的两倍，提示了性能，能够满足CPU带宽的需求了，如图5-11所示。

以DDR4 2400为例，DDR4 2400实际带宽为35000MB/s，组成双通道后的带宽为35000×2=70000MB/s。

5.3.2 双通道对内存的要求

要组成双通道其实对内存的要求是很苛刻的，有以下限制：

1）内存必须是两条，并放入同一插槽的不同通道。比如Slot 1的A通道、B通道。一般主板设计时已经用颜色来区分了，只要将两条内存安装在相同颜色的插槽中即可。

2）组成双通道的内存容量必须相同，比如1GB+1GB。

3）内存的内存颗粒（DRAM芯片）必须相同，比如同为现代256MB DRAM。

4）DRAM总线带宽必须相同，比如同为×8或×16。

5）必须同是单面或双面内存。

总之，配置双通道时，首先要求主板支持双通道，然后要求选用型号规格、容量相同的内存。

5.3.3 怎样组成双通道

图5-12展示了主板的双通道内存插槽。

主流的主板上的内存插槽都是由不同颜色的两条组成一个通道。只要将两条相同的内存插在同颜色的两个插槽内就可以组成双通道了，如图5-13所示。

1）对称双通道：理论上只要通道1和通道2的内存容量相当、内存颗粒相同的话就可以组成双通道。所以在通道1上插一条1GB内存，在通道2上插两条2GB内存，同样可以组成双通道。但因为内存颗粒和总线带宽等条件都不容易做到一致，所以这种方法组成双通道是比较困难的。

2）非对称双通道：在非对称双通道模式下，两个通道的内存容量可以不相等，而组成双通道的内存容量大小取决于容量较小的那个通道。例如，通道1有一条1GB内存，通道2有一条2GB内存，则通道1中的1GB和通道2中的1GB组成双通道，通道2剩下的1GB内存仍工作于单通道模式下。需要注意的是，两条内存必须插在颜色相同的插槽中。

因为主板的内存模组会自动判断内存是否能组成双通道，或有一部分可以组成双通道，所以就算使用两条不一样的内存，也推荐使用双通道的插法。这样可能会有一部分内存被作为双通道来使用，剩下的就会当作单通道使用。

5.3.4 三通道和四通道

1）三通道：随着Intel Core i7平台的发布，三通道内存技术孕育而生。与双通道内存技术类似，三通道内存技术的出现主要是为了提升内存与处理器之间的通信带宽。前端总线频率大多为800MHz，因此其前端总线带宽为800MHz×64bit/8=6.4GB/s。如系统使用单通道DDR 400内存，由于单通道内存位宽只有64bit，因此其内存总线带宽只有400MHz×64bit/8=3.2GB/s，显然前端总线将有一半的带宽被浪费。三通道内存将内存总线位宽扩大到了64bit×3=192bit，同时采用DDR3 1066内存，因此其内存总线带宽达到了1066MHz×192bit/8 =25.5GB/s，内存带宽得到巨大的提升。图5-14展示了三通道主板。

2）四通道：四通道是在三通道的基础上增加了一条数据通道，性能方面目前还没有准确的数字。不过只有少量的主板支持四通道，说明目前的四通技术实用性还不是很高。在Sisoft Sandra 2012 benchmark（美国桑德拉软件工程组织）测试项目中，单通道到四通道的内存带宽的变化几乎呈线性增长，单通道内存带宽为8.47GB/s，变化为双通道后为16.85GB/s，几乎翻了一倍，而提升至三通道后更是达到了24.56GB/s。最后，在四通道情况下更是达到了30.38GB/s，如图5-15所示。

5.4 确认当前主机的内存条

内存是电脑的正常运行所不可缺少的，那么如何确认当前主机的内存呢？

确认当前主机的内存有两种方法，一个是拆开主机箱直接查看主机内存，另一个是用软件检测。

1．直接查看主机的内存

若想要直接查看主机的内存，我们就需要知道如何拆卸主机的内存。而且，电脑使用者有时会更换内存条，所以下面我们着重介绍一下拆卸主机内存条的步骤以及注意事项。

（1）准备工具

准备好必要的拆卸工具，如：十字螺丝刀（中号、小号各一把），平头螺丝刀（中号、小号各一把），钳子。

（2）释放静电

由于电脑中的电子产品对静电高压相当敏感，当你接触到与人体带电量不同的载电体时（如：电脑中的板卡），就会产生静电释放。所以，用户在正式拆卸与安装电脑之前，不要忘了释放一下静电。日常生活中静电无处不在，即使是少量的静电，所释放出的静电伏特数却是数以千计，严重危害电脑内器件。所以在拆卸或组装电脑之前，必须断开所有电源，然后通过双手触摸地线、墙壁、自来水管等金属物体的方法来释放身上的静电。

（3）拆卸主机所有外部连线

切断所有与电脑及其外设相连接的电源。

（4）打开机箱外盖

无论是品牌机还是兼容机，是卧式机箱还是立式机箱，其固定机箱外盖的螺丝大多在机箱后侧或左右两侧的边缘上。用适用的螺丝刀逆时针拧开这些螺丝，取下机箱外盖，就可以看到机箱内主板上的内存了。如果机箱外盖与机箱连接得比较紧密，要取下机箱外盖就不大容易了，这时候可能需要用平口螺丝刀从接缝边缘小心地撬开它。

（5）拆卸内存条

如图5-16所示，用双手同时向外按压内存插槽两端的塑胶夹脚，直至内存条从内存插槽中稍微弹出。然后即可从内存插槽中取出内存条。

如上所述，内存拆卸成功。观察内存表面标签，能够看到内存型号、容量相关信息和内存芯片的信息，如图5-17所示。标签中显示了内存容量为2GB,2R×8表示内存条双面都有内存颗粒并且每面有8个内存颗粒，12800表示核心频率为200MHz, I/O频率为800MHz，等效频率为1600MHz。11就是在等效频率为1600MHz的情况下，CL延迟值为11。第2行字中包含了该内存的生产信息和型号信息。

2．软件检测内存

除了通过打开主机箱查看内存之外，还可以通过软件检测内存的信息。这里我们介绍用“鲁大师”检测。若想用软件进行检测内存相关信息，首先电脑内要安装该软件，然后才能启动软件进行检测。

图5-18展示了“鲁大师”检测内存结果。该电脑安装了两个内存条，两个都为芝奇DDR4 3200MHz的容量为8GB的内存。所以该机器的总的内存容量为16GB。另外，用CPU-z检测软件检测的内存信息，如图5-19所示。

5.5 CPU和内存之间的瓶颈

“瓶颈”一词我们都比较了解，指的是瓶口下面较细的那个部位。而在电脑系统中，瓶颈被用来指整个系统中最薄弱的环节，也就是说你的电脑的配置中有一个硬件性能限制了整个电脑的性能的时候就会出现瓶颈效应。比如说一台机器配置了顶级的处理器、顶级的主板，却配了一条1GB内存，这个时候你的整个电脑工作于单通道模式，它的性能就取决于你的内存了，该内存就是整个系统的瓶颈。如果将一条1GB内存换为3条2GB的内存，那么该电脑系统实现了三通道，总的内存容量增加了，系统的性能就会有很大的提升。

Intel公司的Andy Grove先生称，电脑速度降低时，由于CPU和周围设备之间的传送通路——总线会产生瓶颈现象。他把总线比作“死亡阶梯”。这进一步说明了3个最严重的瓶颈是“CPU和内存”“CPU和显卡”“内存和显示设备”之间的瓶颈。图5-20展示了电脑系统的瓶颈关系图。

选购电脑硬件的时候，一定要对各部件的接口总线有一个大致的了解，尽量减少系统瓶颈问题，提高电脑整体的工作性能。如果出现严重的瓶颈问题，将会使某些硬件一直处于满载状态，可能使得电脑出现不稳定现象或者出现其他故障。

5.6 内存的主频对速度的影响

内存的主频是内存性能参数中的一项，它代表内存所能达到的标注工作频率，实际上就是内存的工作速度。所以说，内存的主频越高，内存的性能就越强，电脑的整体速度就会越高。因为当CPU需要处理数据，从内存中调取的时候，若是内存工作频率高，那么数据传输的速度就快。内存主频是以MHz（兆赫）为单位来计量的，目前市场上主流的DDR4内存的主频为3200MHz、2400MHz、2133MHz等。

为什么内存主频不是它的实际工作频率呢？

众所周知，电脑系统中时钟速度是以频率来衡量的。而这种时钟频率是由晶体振荡器控制的，而内存本身没有这种晶体振荡器，因此内存的时钟信号由主板芯片组北桥或者直接由主板的时钟发生器来提供，这就是说，内存无法决定自身的工作频率，其实际工作频率是由主板来决定的。但是由主板决定的这个时钟频率，不会超过内存的最大工作频率。

另外，内存工作时有两种工作模式，分别是同步工作模式和异步工作模式。在这两种工作模式下，内存的工作频率是不同的。

1）同步模式：在这种工作模式下，内存的实际功率与CPU的外频是一致的。而大部分主板都采用这种默认的工作模式，这种模式比较大众化。

2）异步模式：在这种工作模式下，允许内存的工作频率与CPU的外频存在一定的差异，它可以让内存工作在高出或低于系统总线速度33MHz，又或者让内存和外频以3:4、4:5等定比例的频率工作。这种技术模式可以避免以往超频导致的内存瓶颈问题，适合于超频用户。不同的工作模式对电脑的性能会有不同的影响。

5.7 认识内存的金手指

如图5-21所示，内存条上的众多金黄色的、排列整齐的一排导电触片就是我们常说的内存金手指。这种导电的触片排列如手指状，而且早期内存金手指表面多为镀金的，所以显示为金黄色，美其名曰金手指。其实，它就是内存的导电金属端子。它排列为手指状其中一个原因是为了适应主板内存插槽而设计，图5-22展示了主板内存插槽。而导电触片表面镀金主要是因为金的抗氧化性极强，而且数据的传导性也很强，内存处理单元的所有数据流、电子流正是通过金手指与内存插槽的接触与PC系统进行交换，是内存的输出输入端口，因此其制作工艺对于内存连接相当重要。但是，如今主板、内存、显卡的金手指表面几乎都是采用镀锡的，只有部分高性能服务器/工作站的配件接触点才会延用镀金的做法，主要是因为金的价格比较昂贵，而这也是那些高性能服务器/工作站的配件价格高的原因之一。这种材料的更换大概是在20世纪90年代开始普及的。

通常所说的内存针数，指的正是内存条金手指的个数。DDR4台式机内存金手指是288个，金手指的个数是固定的。另外，笔记本电脑内存和台式机内存金手指的总个数是不同的，笔记本电脑内存金手指总数是260。如图5-23所示，一般内存条都会在左下角和右下角标注金手指的个数信息。

5.8 内存选购要素详解

选购内存时，主要考虑品牌、容量、种类及频率、PCB等一些要素。

1．品牌

和其他产品一样，内存芯片也有品牌的区别，不同品牌的芯片质量自然也不同。一般来说，一些久负盛名的内存芯片在出厂的时候都会经过严格的检测，质量可以保证。购买时可以考虑金士顿（Kingston）、威刚（ADATE）、宇瞻、胜创（Kingmax）、三星（Samsung）、海盗船（Corsair）、金邦（Geil）、现代（Hynix）等品牌的内存。

2．内存容量大小

目前主流内存容量为8GB、16GB、32GB。内存条容量大小有多种规格，DDR4内存一般分为8MB、16GB等。8GB已经能够满足安装Windows 8操作系统的需要。如果用户经常进行平面设计和多媒体制作，则应选用32GB或更大容量的内存。由于主板的内存插槽有限，因此扩展能力并不是无限的。而且在同容量下，单条内存要好于双条（双通道系统除外），同时，也为以后升级着想，选择单条容量8GB及以上比较合理。

3．内存的种类和工作频率

目前主流内存是工作频率为3000MHz～4000MHz的DDR4内存，内存的工作频率直接影响内存的工作速度。目前主流内存的规格主要包括DDR4 2400、DDR4 3000、DDR4 3200等，目前主流主板都支持DDR4 3000规格的内存，选购内存时应根据主板芯片组支持的型号选择。

4. PCB（印刷电路板）

PCB较好的是6层板。PCB的质量以及线路设计与内存品质有非常密切的关系。内存的级别与层数有关。作坊级别的内存使用4层PCB制造，仅经过初级检测未发现重大缺陷即可出厂，可能无法在所有的系统上使用。而品牌内存和原厂内存一般使用6层PCB制造，通过相关电气标准测试，能够稳定工作，兼容性也高。由于6层板具有完整的电源层和地线层，因此与4层板设计相比，在稳定性上有很大优势。6层板设计的内存一般有一种沉甸甸的感觉，质量均匀、表面整洁，边缘打磨得比较光滑，板面光洁且色泽均匀，元件之间的焊点整齐，布线孔是不透明的。如果内存PCB上有透明布线孔，则为4层板设计。

另外，好的内存条表面有比较强的金属光洁度，色泽也比较均匀，部件焊接也比较整齐划一，没有错位。金手指部分也比较光亮，没有发白或者发黑的现象。

5．内存的颗粒

内存颗粒在市场上分为原厂颗粒和OEM颗粒。原厂颗粒是指生产出来后经过原厂切割和封装，然后通过完整的测试流程检验的合格产品。因为芯片测试设备非常昂贵，对生产成本有很大影响，所以有许多内存生产厂商会采用未经完整测试的OEM颗粒或者原厂淘汰下来的不合格品。这样生产出来的内存产品在兼容性和稳定性方面都没有保证。

6．售后服务

我们最常看到的情形是用橡皮筋将内存扎成一捆进行销售，不能使用户得到完善的咨询和售后服务。目前部分有远见的厂商已经开始完善售后服务渠道，选择良好的经销商。一旦购买的产品在质保期内出现质量问题，只需及时更换即可。大部分内存厂商都是3年换新，终身保修。

5.9 目前使用的DDR4内存有哪些

目前市场上主要的成品内存包括金士顿（Kingston）、威刚（ADATE）、宇瞻、胜创（Kingmax）、三星（Samsung）、海盗船（Corsair）、金邦（Geil）、现代（Hynix）等品牌，这些内存采用的工艺略有不同，因此在性能上多少有些差异。选购品牌内存时，应从其质量和性价比等方面进行比较。

目前主流内存产品主要是DDR4内存，下面介绍几款主流的产品。

1．海盗船 复仇者16GB DDR4 3000

海盗船16GB DDR4 3000内存主频为3000MHz，工作电压为1.35V。此内存采用纯铝散热器设计，外观非常大气，良好的散热更加利于运行大型游戏。内存规格方面，采用原装进口内存颗粒，支持XMP2.0无障碍自动超频，性能方面有着更好的表现，如图5-24所示。

2．金士顿骇客神条FURY 16GB DDR4 3000

金士顿骇客神条FURY 16GB DDR4 3000内存使用了铝合金散热器，采用黑色PCB设计，间接增加了内存的档次感。预设了PnP功能，可以实现自动超频。该内存的默认时序为15-15-17，工作电压为标准的1.35V，如图5-25所示。