圖解RAM結構與原理，系統記憶體的Channel、Chip與Bank

揮發性記憶體分2 種，SRAM 和DRAM. RAM（Ramdom Access Memory）隨機存取記憶體，之所以稱作「隨機存取」，是因為相較於早期 ... 登入 註冊 新聞評測處理器主機板顯示卡記憶體儲存機殼/電源網通電腦/周邊遊戲/電競活動專區業界動態 關於電腦王| 隱私權政策 著作權聲明| 廣告合作 分享次數 ADVERTISEMENT bank、rank、channel這些關於記憶體的名詞是否已困繞許久，疑似了解卻又說不出個所以然來。

就讓我們一步步拆解記憶體的面紗，從架構到讀寫方式逐步揭開記憶體的秘密。

揮發性記憶體分2種，SRAM和DRAM RAM（RamdomAccessMemory）隨機存取記憶體，之所以稱作「隨機存取」，是因為相較於早期的線性儲存媒體（磁帶）而言，因為磁帶的存取是線性的，存取時間會依目前磁帶位置和欲存取位置的距離而定，需轉動磁帶至應有的位置，距離越長、轉得越久、存取時間也就越久。

而RAM沒有這種煩惱，存取時間為固定值，不會因為資料在記憶體的位置而影響存取時間。

而RAM在電腦裡又可大致上分為2種：SRAM和DRAM，兩者的基礎原理差不多，都是將電荷儲存至內部，藉由改變不同的電荷儲存0或是1。

SRAM（StaticRandomAccessMemory）靜態隨機存取記憶體和DRAM（DynamicRandomAccessMemory）有著幾點不同，SRAM的結構較複雜、單位面積的容量較少、存取速度快，DRAM則是構造簡單、單位面積內的容量較多、存取時間較SRAM慢，同時DRAM也因為構造較簡單的關係，儲存的電荷會隨著時間漸漸消失，因此需要有個再充電（Refresh）的動作保持電容儲存的資料。

▲SRAM單一位元儲存區的構造。

▲DRAM單一位元儲存區的構造。

由圖中SRAM和DRAM構造可得知，SRAM採用正反器（flip-flop）構造儲存，DRAM則是採用電容儲存。

因為SRAM和DRAM種種的特性不同，SRAM適合做為暫存器和CPU快取使用，DRAM則是適合做為主記憶體或是其他裝置間的快取使用。

揮發與非揮發性記憶體 揮發性記憶體（VolatileMemory）和非揮發性記憶體（Non-VolatileMemory）之間的差異在於，斷電之後是否可保存內部資料，揮發性記憶體的資料會隨著失去電力供應而消失，而非揮發性記憶體依然可以保有內部資料。

揮發性記憶體包含了SRAM和DRAM，而非揮發性記憶體包含ROM（Read-OnlyMemory）和FlashMemory快閃記憶體。

主記憶體子系統 DRAM由於製造簡單、高密度，作為電腦內部的主記憶體再適合不過了。

但是由於主記憶體擺放在CPU之外，從工廠出來的晶粒需要封裝和組合之後才可和CPU連結，因此從CPU至DRAM晶粒之間依據層級由大至小為channel＞DIMM＞rank＞chip＞bank＞row/column，接下來就一一說明這些部分。

▲主記憶體由大至小，由上往下可做這樣的拆分。

▲主記憶體從channel至chip的相對應關係。

▲chip往下拆分為bank。

▲bank往下拆就是1個個的儲存單元，橫向1排稱之為row，直向1排稱之為column，每排column的下方都有個rowbuffer，用以暫存讀出來的row排資料。

▲單一DRAM晶片的內部功能區塊圖（圖片取自Micron）。

channel和DIMM 從記憶體控制器出來之後，最先遇到的就是channel，每個channel需要配有1組記憶體控制器、2個channel配置2組……以此類推。

而每個channel中能夠擁有許多組DIMM（DualIn-lineMemoryModule），DIMM也就是目前消費者能夠在市場上買到的記憶體模組，因為多年前的主機板必須購買記憶體顆粒（chip）直接插在主機板上，而後發展出SIMM（SingleIn-lineMemoryModule），將多組記憶體顆粒焊在1片電路板上，成為記憶體模組，再將此電路板插在主機板上。

接著為了增加資料吞吐量，將1條記憶體模組的頻寬從SIMM的32bit改換成DIMM的64bit，這設計依然沿用至今。

從記憶體顆粒過度到SIMM的時代，坊間出現了替使用者將記憶體顆粒焊到SIMM電路板上的服務，因為當時記憶體非常昂貴，花一些小錢就可以把記憶體延用至新的電腦上。

rank和chip rank指的是連結到同1個CS（ChipSelect）的記憶體顆粒chip，記憶體控制器能夠對同1rank的chip進行讀寫操作，而在同1rank的chip也分享同樣的控制訊號。

以目前的電腦來說，因為1組channel的寬度為64bit，所以能夠同時讀寫8byte的資料，如果是具有ECC功能的記憶體控制器和ECC記憶體模組，那麼1組channel的寬度就是72bit。

▲rank1和rank2共享同組address/comand訊號線，利用chipselect線選擇欲讀取或是寫入的那一組，之後將資料經由MUX多工器送出。

有些人會有錯誤觀念，以chip的數量或是以記憶體模組的單、雙面進行rank的判斷，但其實要以記憶體控制器和記憶體顆粒的規格進行判斷，目前家用PC的記憶體控制器通道絕大部分都是64bit寬，記憶體顆粒則是8bit寬，因此8顆並聯即可滿足記憶體控制器的需求，也就是1組rank。

但偶爾也有以16bit寬的記憶體顆粒製成的記憶體模組，此時4個chip就是1組rank。

這在採用IntelH61/H81晶片組和傳統單channel的主機板時須特別注意，因為Intel限制H61/H81每個channel僅能支援2組rank，而不是4組rank，部分主機板每個channel又做了2組記憶體模組插槽，造成部分使用者同組channel放入2條記憶體模組時能夠辨識全部的記憶體容量（雙面單rank的記憶體模組），部分使用者則是僅能辨識一半的容量（雙面雙rank的記憶體模組）。

bank、row、column bank再往下分拆就是實際儲存位元的電路，一般來說橫向選擇排數的線路稱為row（rowenable、rowselect、wordline），直向負責傳遞訊號的線路為column（bitline），每組bank的下方還會有個rowbuffer（senseamplifier），負責將獨出的row資料暫存，等待column位址送到後輸出正確的位元，以及判斷儲存的資料是0還是1。

▲1個bank的讀取操作。

▲1個bank的寫入操作。

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