为什么内存时钟速度不能和 CPU 速度一样快？

Question

我读到在旧的基于 i386 的系统中，ram 总线曾经与 CPU 的速度相同，但是当 CPU 频率增加时，要使 RAM 具有相同的速度就变得太难了。为什么我们不能有 2GHz 的 RAM？是否存在无法扩展的组件？

Answer 1

曾经很容易制作一条总线来处理运行速度非常低的 CPU 和内存。由于 CPU 占用的空间要小得多，因此更容易让它们以更高的频率运行，并以更低的可达到的频率运行内存及其总线。随着制造主板技术的进步以及更快的内存变得足够便宜，您会看到内存总线速度增加到与处理器相同的速度。您可以拥有 2GHz 内存，您只需为能够实现此功能的主板和内存条付费。

Answer 2

从历史上看，内存时钟速度实际上比处理器时钟速度更快，因此处理器将以内存时钟的一小部分运行（这将允许在单个周期内执行读取和写入）。这种情况从 90 年代初开始发生了变化。

在撰写本文时，我们确实有在 +2 GHz 范围内运行的内存模块。我的新版本使用 1866 MHz 内存，并且我已经以 2100 MHz 的内存运行系统（尽管您确实需要减少内存响应时间以补偿增加的时钟速度）。

现在，时钟速度只是 RAM（与大多数其他电子产品一样）的一小部分。一个简单的事情就是数据总线的宽度。如果您有一些时钟频率为 100 MHz 的简单 RAM，并且我的数据总线是 64 位宽，那么我可以获得高达 800 MB/s 的传输速率。然而，如果我有一个 128 位数据总线，我可以传输高达 1600 MB/s。

这又回到了整个“时钟速度与性能”的争论——还有更多的东西可以通过时钟运行的速度来确定。还有一个技术差异。尽管 CPU 中的大多数组件是分立晶体管（包括 CPU 中的内存，即 SRAM，而不是DRAM），但大多数内存模块是动态 RAM。

DRAM 在其设计中使用的晶体管要少得多，但要实现这一点，需要一个电容器保持一些电荷以保持晶体管中的位。这也需要 DRAM 定期刷新，限制最大时钟速度（如果只有物理定律为我们提供了完美的绝缘体......）。

而且，如果您想知道为什么我们使用 DRAM 而不是 SRAM，那么问题在于成本。SRAM 非常快而且非常昂贵，相比之下，DRAM 速度较慢（尽管速度足以满足我们的需求），但要便宜得多。这就是为什么 SRAM 用于处理器缓存的容量相对较低，而 DRAM 用于计算机内存的容量要大得多。