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RAM 的一些事,什么是内存时序

RAM,即随机存取内存,是计算机的核心组件之一,但其重要性往往容易被人们忽视。大多数普通用户更在意外观酷炫的散热器和绚彩的 RGB 灯效,而不太关心 RAM 的性能。然而,CPU 和 GPU 虽然在计算机性能方面起着决定性作用,但如果没有高性能的 RAM 作为辅助,无法发挥出最大能力。

RAM 的性能主要由两个方面决定:时钟频率和时序。时钟频率是指 RAM 每秒钟可以处理的数据量,单位是 MHz。时序是指 RAM 在执行不同操作时所需的时间间隔,单位是 ns。时钟频率越高,时序越低,RAM 的速度就越快。

因此,在选择 RAM 时,不能只看时钟频率,还要看时序参数。只有综合考量这两个因素,才能更准确地评估 RAM 的性能。

RAM 的时钟频率

在 RAM 的包装或标签上,可以找到关于速度的详细信息。此外,还可以使用像 CPU-Z 这样的软件,或在 BIOS/UEFI 中查看 RAM 的详细规格。RAM 的完整名称通常类似于:

DDR4 3200 (PC4 25600)
  • 在这里,DDR4 表示 RAM 兼容的 DDR 代数,而 PC 数字 4 也表示相同的概念。
  • 这里的数值 3200 常常被误解为 RAM 的实际时钟频率(MHz),实际上,这是市场上的一种误导。这个数字其实是「数据速率」,即每秒传输的次数,单位是兆传输每秒(MT/s)。

在 DDR RAM 中,实际的时钟速率是额定频率的一半。在 DDR中,D 就是 Double 的缩写,表示每个时钟周期内可以传输两次数据,「有效」时钟速率是实际速度的两倍。因此,数据速率实际上等于 RAM 的额定时钟速率,但单位是 MT/s。

时钟频率(MHz) = 芯片的工作频率;时钟速率(MT/s)= 接口的实际数据传输速率

  • PC 编号 25600 表示每秒的数据传输量,单位是兆字节每秒(MB/s)。通过计算,可以得到最大可能的实际传输速率:
3200 MT/s x 每次传输64位 / 每字节8位 = 25600 MB/s

这两个数字都反映了 RAM 的时钟速度,只是以不同的格式表示。通过深入理解 RAM 数据的本质,我们能更全面地评估性能,从而有助于优化个人电脑的运行效果。

RAM 的时序

RAM 的时序指的是在执行读取或写入数据等特定操作时,RAM 所需的时间参数。通常有四个关键时序参数,包括列延迟(CL)、行到列延迟(tRCD)、行预充电延迟(tRP)和行激活到预充电延迟(tRAS)。这些参数以时钟周期为单位,例如,CL 15 表示列延迟需要 15 个时钟周期。这些时序值直接影响 RAM 性能,时序值越小,执行各种操作的延迟就越小,响应速度就越快。

时序是评估R AM 速度和延迟的另一种方式,它衡量了 RAM 模块在执行各种常见操作之间的延迟,简单说就是操作之间的等待时间。这个等待时间可以被视为「响应时间」。性能规格表明了最小时序要求,你可以查阅每个 DDR4 规格下最快时序的表格。

在使用时钟周期来度量 RAM 的时序时,厂商通常会将时序标示为由短横线分隔的四组数字,例如16-18-18-38。数值越小表示速度越快,而数字的顺序则对应具体含义。通过理解这些时序参数,可以更好地了解 RAM 的性能。

列延迟 CL

列延迟 CL
列延迟 CL

RAM 从 CPU 响应所需的时间被称为列延迟(CL)。它需要与其他因素一起考虑,我们不能孤立地看待 CL。为了更好地理解列延迟,可以使用以下公式将其转换为纳秒:

延迟(纳秒)=(CL/传输速率) x 2000

因此,即使是具有较慢 MT/s 评级的 RAM,在具有较小 CL 评级的情况下,实际上可能具有较低的延迟。例如,对于 DDR4 模块,CL 为 16 是目前可用的最快之一。同样,在 DDR5 RAM 中,CL 30 目前是延迟方面的理想选择。

这个公式的理念是,在较小的 CL 值下,即便 RAM 的传输速率相对较慢,由于 CL 在计算总延迟中占据主导地位,最终的响应时间可能仍然比传输速率较快但具有较大 CL 值的 RAM 更为迅速。因此,在选择 RAM 时,不仅要关注传输速率,还要考虑列延迟,以确保在整体性能上取得最佳平衡。

行到列延迟 tRCD

行到列延迟 tRCD
行到列延迟 tRCD

RAM 模块采用基于网格的设计进行寻址,其中行和列的交汇处表示特定的内存地址。行地址到列地址延迟(tRCD)衡量了在启动对新行的访问并开始读取其中列时的最小延迟时间。简而言之,tRCD 是 RAM 到达特定地址所需的时间。当 RAM 从先前非活动的行接收第一个位时,实际的时间是 tRCD与列延迟(CL)之和。

行预充电时间 tRP

行预充电时间 tRP
行预充电时间 tRP

行预充电时间(tRP)是评估在 RAM 中打开新行所需延迟的指标。技术上讲,它测量了从预充电命令将一行从空闲状态切换到关闭状态,到执行激活命令打开另一行之间的时间延迟。一般而言,这两个操作的延迟相等,受到相同因素的影响。

tRP 的重要性在于它决定了 RAM 从一行切换到另一行所需的时间。当 RAM 需要从当前行切换到新的行时,首先必须进行当前行的预充电,然后执行激活命令以打开新的行。tRP 即为这两个步骤之间的等待时间。数值越小,切换行地址的速度就越快。

因此,在评估 RAM 性能时,除了注意列延迟(CL)和行地址到列地址延迟(tRCD)外,我们还应关注行预充电时间(tRP),以确保系统在进行内存访问时能够实现最优的响应速度。

行激活时间 tRAS

行激活时间 tRAS
行激活时间 tRAS

行激活时间(tRAS)是评估一行必须保持打开状态以正确写入数据的最短时间间隔。从技术角度来看,它表示在执行某一行的激活命令后,到发出在同一行上进行预充电命令之间的延迟,或者说是一行打开和关闭之间的最小时间。对于 SDRAM 模块而言,tRCD(行到列延迟)加上CL(列延迟)的和等于 tRAS。

tRAS 的主要作用是确保 RAM 在写入数据时,每一行都能够保持打开状态足够长的时间,以便数据能够被正确写入。执行某一行的激活命令时,tRAS 定义了这一行必须保持打开的时间窗口,确保在这段时间内可以进行数据写入操作。tRAS 的值越小,RAM 能够更快地切换行地址,但同时,它也需要保证足够的时间用于写入数据。

RAM 速度

RAM 时序
RAM 时序

RAM 的速度受到一些延迟的制约,但这不是源于物理学上的限制,而是由 RAM 的规格所设定的。内存控制器负责执行这些时序,而这些时序是可以进行调整的,前提是要主板支持。通过超频 RAM 并微调时序,你可能会获得额外的性能提升。

RAM 超频是硬件超频中最具挑战性的一种,需要进行大量的试验和经验总结。然而,更快的 RAM 可以缩短受限工作负载的处理时间,从而提高渲染速度和虚拟机的响应速度。通过精细调整内存控制器的时序设置,你可以在不更换硬件的情况下提升系统的性能。

超频 RAM可能会增加系统的稳定性风险,因此在进行这类调整时,建议谨慎操作,并遵循制造商的建议和主板的支持范围。

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