個人電腦的運算速度，隨著科技的日新月異、及製程與良率的提昇，運行效能有著飛躍性的成長。而當中記憶體技術的突破，伴隨著價格親民化與平價位，對於個人電腦的普及更是有著功不可沒的貢獻。此外，記憶體技術各領域的

應用，諸如：數位相機、隨身碟、手機等，皆對人類文明的發展，有著更上一層樓的突破。因此，筆者今天試為電腦DIY的讀者們，深入淺出地聊聊記憶體的發展史，及其相關運用。

■ 二進位的世界

每臺電腦的心中，至少都有一條記憶體默默在系統背後工作著。然而，許多人知其然而不知其所以然，對於記憶體的認識僅止於粗淺的概念，接著行人止步，一知半解。我們知道，絕大多數的電腦系統，運算作業都是二進位的世界，因此一直以來，科學家們不停找尋擁有「快速地開與關」物理特性的元件材料，加以模擬開發0與1兩種資料訊號，來作為電腦組件的一部份。

筆者這幾年來，不只一次被問到︰「人類在日常生活中，大多時候都使用十進位，為什麼電腦卻要設計成二進位呢？」這一切都要由西元1958年，創作出積體電路的基爾比與諾義斯兩人談起；一言蔽之，由於電腦是由一大堆的電路構成、運轉，因此人類利用電路上，電流的通過與否，這兩種相反的狀態來表示0與1，也就是不通電代表0，而通電代表1。自此，每一條電路，都可以記錄成0與1兩種狀態變化（Binary Digit），而摘自Binary的B結合Digit的it，我們就定義命名積體電路工作時的數據資料為Bit，也就是今天眾人耳熟能詳的位元。

圖 / 世界第一台電腦「Mark I」。有次電腦當機，眾人都找不到原因，經數小時的檢查，才發現原來有

一隻蛾停在Mark I的電路板上，因此造成當機，此後電腦出錯世人便稱之為Bug（蟲）。

■ 記憶體裡面住著滿滿的八位元資料

在數位資料的組成當中，最小單位是位元（bit），每個位元即代表0或1，對應到實體元件上，即為開與關；自此，硬體世界裡的開與關，和軟體園地裡的0與1，兩者之間開始有了一個完美的映射關係（Mapping）。

簡單來說，我們可以把位元想成電燈，有開與關兩種描述方式（0、1）；但如果要讓以無數電路組成的電腦，摹擬出人類慣用的十進位數字規則（0 ~ 9），單只有一個位元是不夠的，必需要四個位元才足夠涵括，像0101和0001就是兩種不同的變化，因此四個位元總共有24種組合，也就是有0 ~ 15共計十六種變化。雖說四個位元已經超過了十進位中0到9，總計十種字元的需求，但資訊科學家卻也因此順水推舟，發展出一套十六進位的系統。

我們再深入一點討論，如果電腦想更進一步表示二十六個英文字母，再加上0~9共十個阿拉伯數字，則總共需要三十六個符號字元，那麼就至少需要六個位元，而六位元總共有六十四種變化，同時還可以表示英文字母的大寫與小寫與0 ~ 9十個數字。演變到最後，科學家們想將今日我們在鍵盤上所看到的各種符號，也就是所有電腦中會用到的字元，都給他一個對應的位元碼（像是英文字母大寫B，二進位表示即為01000010）；這樣一來，只要使用者能把某件工作轉換成運算問題，並且以鍵盤組合出來的語言丟給電腦計算處理，那麼電腦就可以處理所有現實生活中，你能夠以鍵盤組合出來的各種問題。

而這些鍵盤中常用的各種符號字元接近兩百五十六種，因此，很自然地我們便以八位元（2的八次方等於二百五十六）當成一個組合，稱之為位元組（Byte），當成目前電腦中，資料傳輸的基本單位；而在記憶體內部，最小定址單位即為一個位元組，換句話說，你無法單獨存取1 bit的數據或者任意小於一個位元組的資訊。

圖 / 把八個位元想成八個電燈開關，每個電燈都有開與關（0與1）兩種狀態，因此總共有28種組合，

也就是256種狀態；其中00000000是第一種狀態，11111111是第兩百五十六種狀態。

■ 記憶體有分「揮發性」與「非揮發性」

多數常見的主機板皆具有二至八條記憶體插槽，通常緊鄰著處理器或北橋晶片組，隨著處理器的運算速度越來越快，傳輸的數據越來越多，只要記憶體儲放資料的空間夠大，實體位址足夠應付傳輸數據不被塞滿，作業的流暢度也就會更加行雲流水，因此將記憶體想像成電腦系統中的「最佳倉儲管理員」亦不為過。

我們方才提到，位元組（Byte）可以說是電腦當中最基本的傳輸單位，再往後則每乘以1024來增加一個單位量級，也就是說︰1KB（Kilo Byte）等於1024 個 Byte；1MB（Mage Byte）等於1024個KB；1GB（Giga Byte）等於1024 個 MB；1TB（Tera Byte）等於1024 個 GB；1PB（Peta Byte）等於1024 個 TB；1EB（Eksa Byte）等於1024 個 PB。

截至目前為止，記憶體製程與處理器之間的數據傳輸，在個人電腦領域走到GB級世代，除了我們一直提到的容量之外，依據資料儲存能力與電源存蓄關係，記憶體主要可以分為揮發性記憶體（Volatile memory）與非揮發性記憶體（Non-volatile memory）兩大類；前者指的是當電源供應中斷以後，實體位址所儲存的資料便會消失的記憶體；後者即使電源供應中斷，實體位址所儲存的資料並不會消失，再經供電之後，便能夠繼續讀取資料的記憶體。

圖 / 四種主要數字系統對照表，以十六進位常見的FFFF為例，即為十進位世界裡的65535。

■ 非揮發性記憶體（Non-volatile memory）

許多在電腦領域裡初窺門路的初學者，往往都會有一個誤解，認為所謂的記憶體，就單指插在主機板上的「動態隨機存取記憶體」（Dynamic random access memory），而事實上並不然。就前文將記憶體區分為兩大類而論，插在主機板上的隨機存取記憶體，屬於揮發性記憶體；而我們主機板上的BIOS，主要就是非揮發性記憶體的一種組成系統，由於每張主機板均有一套專屬的BIOS（基本輸入/輸出系統），作為載入主要作業系統之前，各項硬體元件的基本 I/O 控制程序之集合。

早期586時代多數主機板，其BIOS之軔體，就是寄存在EEPROM （Electrically Erasable Programmable Read Only Memory︰電子式可抹除可編程唯讀記憶體）之上，演變到現在，多數主機板已經進化到把BIOS軔體存放於Flash ROM上；與早期PROM、EPROM相比，EEPROM與Flash ROM具有可重複抹除覆寫的特性，方便BIOS進行軔體更新昇級，同時讓板廠與使用者雙方，都得到了更大的彈性。

此外，在非揮發性記憶體領域成就上，最值得一提的，莫過於現任中央研究院院士、手機四大發明者之一，同時也是前國家奈米元件實驗室主任的華人之光─施敏博士，其於西元一九六七年提出的記憶體浮動閘（floating gate）技術，直接促成了Flash Memory的誕生，現在我們常用的隨身碟、手機、數位相機、MP3等，無處不見Flash Memory的蹤跡，而施教授創造Flash Memory的發想來自一個有趣的靈感。

某日午餐過後，施教授看到同事點了一塊蛋糕當甜點，中間層塗了一層可口的奶油，此時大師腦中的蘋果突然掉下來，想到︰何不在MOSFET中間加一層很薄的金屬層（也就是所謂的浮動閘）！只要施加電壓，便可將電子導入浮動閘內並保存其中，此時意謂著電路的導通性發生改變！這層金屬浮動閘的上下兩側皆屬絶緣體，因此除非再度施加反向電壓，否則電子會一直保存在裡面，因此與DRAM相比，擁有即使斷電資料也不會消失的優點。

這個原理和前文所述一樣簡單明確，金屬層浮動閘內存有電子時，電路無法導通，可視為0，反之當電子衝出浮動閘時即形成電流，則視為1。自此，第一個「非揮發性記憶體」於焉誕生。

圖 / Flash Memory主要有NOR與NAND兩種；前者常見於主機板BIOS

，後者常見於一般消費性電子產品，諸如︰手機、隨身碟、 SSD等

。圖為台灣大廠希旺科技256GB固態硬碟。

■ 揮發性記憶體（Volatile memory）

在電腦萌芽發展的初期，記憶體元件是採用王安電腦研發的磁圈記憶體（Magnetic Core Memory），在當時這是一個劃時代的發明，這項創新徹底終結了電腦的真空管時代，進一步將電腦往半導體時代推進。隨後，施敏博士研發的快閃記憶體（Flash Memory）改善了磁圈記憶體巨大笨重的缺陷，有望取代磁圈記憶體的地位一躍而上；不過命運之神總愛開玩笑，有趣的是IBM隨後製定的DRAM卻在IT領域裡一炮而紅，而一直到二十年後，諾基亞、易利信在遍尋不著同時擁有輕薄、省電、具記憶性的通訊記憶體元件時，具備非揮發性特徵的快閃記憶體才一鳴驚人，被廣泛地推廣到各種領域，開發出不同應用層面的產品。

而幾乎與施敏博士在同一時間，科技巨擘IBM於西元一九六七年，提出DRAM（Dynamic random access memory，動態隨機存取記憶體）技術規格，意圖推翻王安電腦暮氣日深的磁圈記憶體，而其與Flash Memory最大的差異在於︰DRAM一個位元只使用一個電晶體，而電晶體僅能維持幾毫秒的帶電狀態，因此它必須不斷地充電，以保持記憶體內的資料不致流失，是故這是一種揮發性記憶體（Volatile memory）。另一種不可不提的揮發性記憶體，當屬SRAM（Static Random Access Memory，靜態隨機存取記憶體），我們在處理器上的Cache常常可以見到SRAM的蹤跡。

圖 / 筆電專用的短版記憶體，常稱之為SO-DIMM；現今主流DRAM SO-DIMM針腳為200Pin。

圖為 Apacer黑豹金品系列。

■ 靜態隨機存取記憶體（Static Random Access Memory）

一直以來，常有朋友問憨人胖達我說︰「既然處理器上的L1、L2 cache那麼快，為什麼電腦系統上的記憶體不用SRAM取代、提速就好？何必搞什麼DDR3、DDR4！」只能說這真是個大哉問。簡單來說，SRAM和DRAM一樣，都是由電晶體組成，通路代表1，斷路代表0，但是SRAM 對稱式的電路結構設計，使得每個記憶單元內所儲存的數值，都能夠以比 DRAM 還要快的速率被讀取。除此之外，由於 SRAM 多數都被設計成一次讀取所有的資料位元（Bit），比起DRAM在高低位址間的資料交互讀取，SRAM在工作效率上快上許多。

但所謂︰「金無足赤，人無完人」，這個道理在記憶體的世界裡似乎也亙循通用。除上述優點之外，另一方面，SRAM最大的問題在於︰每一個儲存位元通常需要六個電晶體；相較之下，DRAM的優勢在於結構簡單，每一個位元的資料都只需一個電晶體作動，因此除了反映成本上，SRAM理所當然遠比DRAM所費不貲之外，除非製程技術提昇，使得電晶體體積（Die Size）縮小，同樣尺寸大小的處理器才能塞進更多的電晶體，換句話說，SRAM的容量才有辦法拉高。

舉個實際的例子，約十年前AMD Athlon XP 1700+處理器採用0.18微米製程（Palomino核心），L1加上L2快取的容量才384KB；十年後的今天，AMD Phenom II 960T採用45奈米（45奈米等於0.045微米）製程，光是L1快取就有2×256KB、L2快取擁有2MB， 更不用說L3快取高達6MB！兩者的架構沿革相承一脈，但快取容量卻差距甚大，這一切都是製程昇級所帶來的進步。

因此每一世代，像是台積電等晶圓廠製程更加先進，處理器Cache容量也才能隨之受惠、提昇，是故總結而論，SRAM相對於DRAM來說，由於所需電晶體較多，因此體積也大上不少，同時成本也隨之居高難下，是以在不同元件的設計取向上，兩者各自發揮自我優勢，互擅勝場。

圖 / 摩爾定律是指同一個尺寸相同的晶圓上，所容納的電晶體數量，因製程技術的提升，每十八個月

會加倍，但售價相同；電晶體愈多則晶片執行運算的速度愈快，當然，所需要的生產技術也愈加高明。

■ DRAM（Dynamic random access memory，動態隨機存取記憶體）

我們在前文中提到，科技巨擘IBM在西元一九六七年，提出了DRAM（Dynamic random access memory，動態隨機存取記憶體），與施敏博士的目的同指王安電腦老舊笨重的磁圈記憶體，意圖取而代之。此外，因為DRAM必須周期性地不斷充電以保持資料的完整，所以才被稱為動態隨機存取記憶體，相較Flash Memory，DRAM存取時間較長，且不具有記憶性，但由於製造成本低廉，且IBM當時在業界擁有一鎚定音的影響力， 因此DRAM最後在這場競爭中脫穎而出，擊敗了施敏博士的Flash Memory，成為了電腦系統中記憶體規格的主流，之後不斷螁變、進化，演義迄今，為個人電腦及伺服器所廣泛使用。其作用主要用以儲存執行作業所須的暫時指令以及資料，使電腦的中央處理器能夠更快速讀取儲存在記憶體的指令及資料，確保電腦能以更短的時間來執行作業，而使工作能夠更迅速地完成。

依製作方式的不同，DRAM可分為SIMM（Single In-line Memory Module，單線記憶模組），及DIMM（Dual In-line Memory Module，雙線記憶模組）；前者常見於早期的30 Pin或 72 Pin 的 DRAM，部份168 Pin的SDRAM亦為如此設計。SIMM特徵在於記憶體僅一面有IC與顆粒，而另一面則沒有，故又被稱為單面記憶體；而DIMM顧名思義則是兩面皆有IC與顆粒佈局其中，也是現今的主流設計。另一方面，一般在不討論特殊規格的情況下，比較普及的記憶體的種類大致可分為以下四大種類，分別是FP RAM (Fast Page RAM)、EDO DRAM（Extend Data Out Dynamic Random Access Memory）、RDRAM（RAMBus Dynamic Random Access Memory）、以及SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）。

圖 / Intel H61晶片組，最多只能安裝兩條記憶體；就算是少數有四條

記憶體插槽的H61主機板，也只能安裝4條「單面」SIMM記憶體。

圖 / 四種常見主流動態隨機存取記憶體之pin腳數。

■ FP RAM（Fast Page Random Access Memory）

Fast Page DRAM，簡稱之為FP RAM，是被廣泛運用的一種改良型DRAM，主流區分為30pin與72pin兩種規格，工作電壓為5V，主流容量僅有1MB和2MB兩種可供消費者選擇。30pin FP RAM頻寬為8bit，常見於XT/AT 286、386和486電腦當中，一次至少需要安裝四條；72Pin FP RAM頻寬為32bit，需成對使用，常見於486電腦中，少數初期Pentium電腦也看得到72pin FP RAM的蹤跡，但並不常見。FPRAM在當讀取同一列資料時，可連續傳送行位址，不需再送列位址，即可讀出多筆資料，雖然在當時頗為先進，但在現在看來是非常沒有效率的工作方式。而FPRAM最大的問題在於時脈頻頸為66 MHz，跟不上中央處理器的工作速度，因此，隨著處理器的進化，FP RAM也隨著成為昨日黃花，消逝在歷史的洪流裡。

圖 / 這是特規4MB FPRAM，雖說已經是昨日黃花，但實際上今天在工業控制領域還是不難見到它的身影。

■ EDO RAM（Extend Data Out Dynamic Random Access Memory）

EDO RAM採用SIMM（Single In-line Memory Module）插槽，是美光（Micron）公司的專利技術；主要有72pin 和168pin之分，工作電壓為5V，頻寬32bit，由於自Pentium處理器以降，資料頻寬是以六十四位元運作，因此EDO RAM必需成對使用，只插單條無法運行。EDO RAM 是由傳統 FPRAM （Fast Page RAM） 中演化改善而來，在早期，資料傳輸運作上主要假設下一次的存取地址都是與上一次連續，系統運作前準備將資料妥善定址，這樣便能把記憶體資料吞吐量由前一代FPRAM 的最高 176MB/s 提升到 EDO RAM 的最高 264MB/s，因此，於1993 年後 EDO RAM 便開始取代FPRAM所扮演的角色，並常見於486及早期 Pentium 系列個人電腦，若家中還有十多年前的個人電腦，不妨可以拆開來一睹當年EDO RAM的風采。

EDO RAM當道時期，在x86領域裡Windows 95稱霸作業系統，這個時期主流Pentium處理器還只有三十二條定址線、晶片組沒有re-mapping技術，當然作業系統也就還沒有PAE功能，為什麼要提「定址線」、「re-mapping技術」、「PAE功能」？接著往下看我們會詳細解釋。

圖 / 這條單面 EDO RAM的容量多大？讀者不妨猜猜看…

■ SD RAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）

當時在 Intel Celeron 系列以及 AMD K6 處理器以及相關的主機板晶片組推出後，EDO DRAM 的性能再也無法滿足系統需求，記憶體技術必須徹底革新，才能滿足新一代 CPU架構的需求；此時記憶體開始進入極為經典的 SD RAM 時代。
SDRAM所插的插槽叫DIMM（Dual In-line Memory Module），因其兩側的金手指所傳的資料不一樣故得其名，本體雖說是168Pin，但是單面只有84Pin；又由於當時常見的筆記型電腦，其DIMM為144pin，比桌上型電腦的還短，因此又常稱168Pin的DIMM為Long DIMM。

第一代 SDRAM 記憶體工作頻率為66MHz（PC66），但很快由於Intel和AMD的頻率之爭，將CPU外頻拉高到100MHz，所以PC66記憶體很快就被PC100記憶體取代，接著133MHz外頻的PIII以及K7時代於焉來臨。此外，PC133規範也以相同的方式進一步提升SDRAM的整體性能，大幅將頻寬提高到1GB/sec以上的理論值。由於SDRAM 為六十四位元之規範 ，正好對應處理器六十四位元的資料頻寬，也因此它只需要單條記憶體便可穩定工作，方便性進一步提高。在性能方面，由於其輸入輸出信號保持與系統外頻同步，因此速度明顯超越EDO記憶體。

不可否認的是，雖然SDRAM由早期的66MHz，發展到後來的100MHz、133MHz ，儘管沒能徹底解決記憶體頻寬的瓶頸問題，但在這個時期「超頻」已經成為DIY用戶永恆的話題，不少玩家將某些知名大廠的PC100記憶體超頻到133MHz使用，為中央處理器的超頻取得更大的成功及效益。值得一提的是，當時為了方便一些超頻用戶需求，市場上出現了一些 PC150、PC166規格記憶體。儘管PC133記憶體在當時高達 1064MB/sec已是劃時代的突破，但此時 Intel已經開始著手Pentium 4的接班計劃，是故PC133 SD RAM已然無法滿足時代的需求，於是一場「誰是接班人」的好戲緊接而來，DDR RAM和RAMBUS的奪位大戰硝煙瀰漫、一觸即發。

圖 / 這是一對512MB PC133 SD RAM，剛推出時售價約兩萬元台幣。另外，前圖EDO RAM容量為4MB。

■ DDR SDRAM（Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory）

Double Date Rate SDRAM 簡稱 DDR SDRAM，顧名思義也就是「雙倍速率 SDRAM」的意思。DDR SDRAM可以說是SDRAM的升級版本。DDR SDRAM在時脈訊號上升端與下降端時各傳輸一次數據，這使得DDR SDRAM的資料傳輸速度為傳統SDRAM的兩倍， 由於只多添加了下降端訊號，因此並不會造成功耗上的增加，另一方面，在定址與控制信號部份，DDR SDRAM則與傳統 SDRAM相同，僅在時脈上升端傳輸，為當時x86架構的相容性與速度的提昇作了最好的折衷。

DDR可說是作為一種在性能與成本之間妥協的解決方案，其戰略是迅速建立起牢固的市場空間，繼而一步步在頻率上高歌猛進，最終彌補記憶體頻寬上的不足。第一代 DDR200規範並沒有得到普及，第二代PC266 DDR SDRAM（133MHz時脈×2倍數據傳輸＝266MHz頻寬）是由 PC133 SDRAM記憶體所衍生出的，它將DDR記憶體帶向大眾市場第一個高潮，直到目前，還有少數老用戶家裡使用的賽揚和AMD K7處理器都採用DDR266規格的記憶體，到後來的DDR333 記憶體也只屬於一種過渡規格，在數年前DDR400記憶體成為800FSB處理器搭配的基本標準，隨後的 DDR533 規格，則成為超頻用戶的選擇對象；而DDR400記憶體最後也一統江湖，成為了當時平台之主流。

圖 / Kingston在這個時期累積了良好的口碑，佔有率大幅提昇；圖為512MB DDR400 SDRAM。

■ RDRAM（RAMBus Dynamic Random Access Memory）

RDRAM採用RIMM ( Rambus In-line Memory Module) 插槽，是由RAMBus與Intel共同提出，頻寬16bit，有184pin和168pin之分，工作電壓為2.5V，工作頻率達600、800、1066MHz，對應命名為PC600、PC800、PC1066規範。
RDRAM相對常見於Intel PIII、P4電腦。在當時原本很有發展潛力，在規格剛發表的同時，一時之間有和DDR SDRAM一決高下，取代SD RAM的趨勢；但由於製作成本過高，導致許多記憶體大廠興趣缺缺，而不巧屋漏偏逢連夜雨，當時Intel Pentium4處理器的效能又被AMD K7陣營壓著打，Intel陣營Pentium4處理器綁RAMBUS的作法，反應在零售價上，消費者也不願買單；一時之間，零售市場紛紛轉向AMD K7綁DDR SDRAM的高CP值組合，因此最終RDRAM在普及率上完敗給DDR SDRAM，因此市場上並不常見。

但值得一提的是，當年三大次世主機︰SONY的初代PS、SEGA的SS、與任天堂的N64的大戰之中，任天堂為了取得主機性能上的優勢，斷然採用了RDRAM這項高成本的產品，而SONY因見到RDRAM相較於其他規格記憶體上的優勢，在PS2主機上也使用了32MB的RD RAM。

圖 / 拆開任天堂64遊戲器，可以清楚發現RDRAM的身影躍然其上。

■ DDR二代目

隨著處理器性能不斷提高，眾人對記憶體性能的要求也愈加狂熱。因此JEDEC組織很早就開始醞釀DDR2標準，加上當時Intel首先發難，宣佈LGA775腳位的915/925平台開始對 DDR2記憶體的支持，於是DDR2記憶體便一路活躍記憶體領域迄今。

DDR2能夠在100MHz的頻率基礎上，提供至少400MB/s的頻寬，同時運作電壓僅1.8V，採用FBGA封裝，從而進一步降低電腦運作時所產生的廢熱，並拉高運行頻率。此外，DDR2融入CAS、OCD、ODT等新性能指標和中斷指令，提升記憶體頻寬的利用率。從JEDEC組織者闡述的DDR2標準來看，針對PC等市場的DDR2記憶體擁有400、533、667MHz等不同的時脈頻率，最後由於全球大廠的瘋狂競爭，一舉將DDR2記憶體的時脈標準拉高至800，甚至可見1000MHz等更高的頻率；時至今日，許多人正在使用的電腦上，主機版上正是插著DDR2 SDRAM。

圖 / 加入CAS、OCD、ODT技術規範的DDR2，相對元祖SDRAM與初代DDR，有更好的運作效率。

■ DDR三代目

DDR3 SDRAM是目前零售市場上，速度最快的記憶體種類。DDR3 SDRAM為了更省電、傳輸效率更快，使用了SSTL 15的傳輸介面，工作電壓是1.5V，採用CSP、FBGA方式封裝，除了延續DDR2 SDRAM的CAS、OCD、ODT、AL等控制方式外，另外新增了更為精進的CWD、Reset、ZQ、SRT、RASR技術規範。

CWD是作為寫入延遲之用，Reset提供了超省電功能的命令，可供DDR3 SDRAM記憶體，實行顆粒電路運作停止、進入超省電待命模式；新增了SRT，可程式化溫度控制記憶體時脈功能，SRT的加入讓記憶體顆粒在溫度、時脈和電源管理上比起DDR 2有了極大的進化，可說是在記憶體內，就做了電源管理的功能，同時，更讓記憶體顆粒的穩定度也更加提升，確保記憶體顆粒不會因工作時脈過高時，發生燒燬的情況。同時DDR3 SDRAM還加入RASR（Partial Array Self-Refresh）局部Bank刷新的功能，可以針對特定記憶體Bank做更有效率的資料讀寫，以達到更加省電的效果。值得一提的是，DDR3皆為RoHS規格，保證無毒無害，更為綠色環保盡了一份心力。

DDR3還新增了重置功能（Reset），重置是DDR3新增的一項重要功能，並為此特定準備了一個引腳。DRAM業界很早以前就要求增加這一功能，直到如今，才終於在DDR3身上實現。這一引腳使DDR3的初始化處理變得簡單。當重置命令執行時，DDR3記憶體可以停止所有操作，切換至最少活動量的狀態，可使DDR3達到最節省電力的目的。

圖 / 近期DDR3 SDRAM非常流行Kit包，也就是廠商挑選好同規格、同製程之同對同捆包，在超頻使用

上更加穩定可靠；在下一期，憨人胖達會有更加詳細的介紹。

■ 記憶體的未來展望

近日，IBM在公司成立百年的慶祝活動中，高調展示出Phase Change Memory（PCM），號稱「瞬間」記憶體，領先現行的隨機動態存取記憶之讀寫速度不可以道里計。

這種記憶體的原理，是運用一種特殊合金為開發基礎，其擁有結晶與不定形的兩種形態，這種合金在結晶時電阻低，導電性極佳；但在不定形狀態下電阻就變得很高。因此我們便可以利用通電來改變結晶或不定形，來重新訂義0與1的資料予以存取。這種方式在效果上類似憶阻器，和現行快閃記憶體相較之下，讀寫速度號稱可以快上近百倍，更驚人的是，可以穩定地使用數百萬個寫入循環，相對於現在流行的快閃記憶體約數幾千次壽命便宣告結束，可以說是讓人期待的新技術。除上述所言，IBM在PCM的基礎上，成功發展出一套方法，將原本在一個單位的電晶體上，僅能儲存1bit（0、1）兩種狀態，變成可以儲存2bit（00、01、10、11）四種狀態，如此一來，容量瞬間翻倍。胖達深信這項技術必將成為SSD未來的一道曙光，除了在速度上更有效率之外，對於容量加大、資料保存的可靠度，都將再踏入一個全新進化的領域。

圖 / IBM展出Phase Change Memory之原型，能否像DRAM一樣獨領風騷數十年

，就讓我們拭目以待。

■ 32位元作業系統與4GB記憶體的恩怨情仇

隨著世界各國大廠前仆後繼投入記憶體生產，近年來在消費性電子產業需求不振的現實情況下，過多的產能造成終端記憶體模組市場的大崩盤，許多朋友趁機進場撿便宜，以千元不到的代價購入4GB記憶體，但是一插之下才發現，原來家中的作業系統是32位元，原生不支援到4GB。

一時之間，各大網站論壇開始有許多似是而非的流言散布開來，還煞有其事地引經據典道︰「232= 4,294,967,296 Bytes = 4,194,304 Kilo Bytes（KB） = 4,096 Mega Bytes（MB）= 4 Giga Bytes（GB），因此32位元作業系統的極限只能到4 GB！」但事實上，代誌不是憨人想得那麼簡單，若上述邏輯為真，早在二十多年前的16位元DOS系統，應該只能支援到216 = 65,536 Bytes = 64 KB，但稍有接處的朋友都知道，DOS下能夠管理1MB（220 = 1,048,576 Bytes = 1024 KB = 1MB）的資源空間才是正解！由此矛盾可證得「32位元作業系統無法支援到4GB」完全是以訛傳訛的錯誤觀念，那到底真相為何？就讓我們一起往下看，走出撲朔迷離的桃花源外。

圖 / 由「工作管理員」與「系統內容」頁面都可以發現，測試平臺

32位元Win 7僅預設支援約3.5GB記憶體容量空間。

■ 定址線、資料線，傻傻分不清？

由於記憶體當中駐存的資料，主要皆由中央處理器所運算產生，因此我們必需稍微瞭解中央處理器是如何和記憶體傳輸溝通，簡單來說，主要透過三種傳輸匯流排加以完成。

首先，處理器透過位址匯流排（Address Bus Line︰俗稱定址線），指定接下來所要存取的記憶體（RAM或ROM），或I/O埠的位址，而定址線的多寡，則決定了記憶體所能設定的容量大小。舉例來說，早期Inte 80286處理器（就是俗稱的286）擁有20條定址線，每條可以傳送0或1的訊號，因此最大相容220 = 1MB的記憶體容量。此外，還有一個重要的觀念為︰定址線的訊號均由處理器發出，故為單向性流動，因此只能由處理器指定記憶體位址，無法逆向由記憶體來指定處理器位址。

另一方面，處理器與RAM、ROM或I/O埠之間，是透過資料匯流排（Data Bus Line︰俗稱資料線），彼此傳送資料，資料線的多寡代表每個週期能夠同時傳送資料的Byte數，舉例來說，64位元的處理器就有64條資料線，換句話說，擁有每次傳送64位元資料的能力。與定址線不同的是，資料線內的資料訊號係屬於雙向性，可以透過處理器丟出資料至RAM、ROM或I/O埠，亦可自RAM、ROM或I/O埠將資料回傳中央處理器。

從上述觀念可以知道，「232= 4GB得證32位元只支援到4GB記憶體」的錯誤說法，完全把處理器當中定址線與資料線的觀念混在一起變成撒尿牛丸，張冠李戴。

更重要的一點是，對於32位元作業系統當中，記憶體定址方面的問題，處理器巨擘英特爾早在十多年前便已先知先覺，在1995年時推出的Pentium Pro系列處理器當中，開始具有36條定址線，因此實體定址空間高達64GB（236），其後推出所有量產型之32位元處理器，也都至少搭載36條定址線；因此，我們可以得到第一個結論，在硬體方面，絕大多數使用者電腦裡的處理器，絕對擁有支援4GB記憶體的能力。

圖 / 「控制匯流排」指揮「定址匯流排」與「資料匯流排」，進行資料處理之簡易架構。

■ 作業系統讓定址更聰明 ─ 分頁功能（Paging）

電腦當中最基本的定址方式，主要有三種，分別是︰邏輯定址（Logical Address）、線性定址（Linear Address）、和實體定址（Physical Address）。

所謂的「實體定址」，就是指系統的記憶體的實體位址，其範圍由 00000000H 到 FFFFFFFFH，共有 4GB。絕大多數情況中，系統中的記憶體皆由00000000H起始定址（可視為底端），而ROM 則由 FFFFFFFFH起始定址（可視為最頂端）。這是因為電腦在RESET之後，處理器會從定址空間的頂端開始執行，所以把 ROM 定址在頂端（如開機後BIOS自我測試）才能讓處理器在RESET 後執行到開機用的程式。

另一方面，在不作調整的情況下，線性位址是直接映射到實體位址，換個角度看，線性位址等同於實體位址。然而，作業系統在開啟分頁功能（Paging）之後，一個線性位址便可能沒有相對應的實體位址，是因為其所對映之記憶體位址可能被空間置換（swap）到硬碟裡了。

所謂的分頁功能，是指把定址空間分割成許多頁，雖說實體記憶體或許無法容納這麼多頁，此時便可以把若干暫時沒有用到的分頁，暫存於硬碟之中，待需要用到的時候再取出使用。這個功能可以讓作業系統存取比實際容量還要大的記憶體。

而在這種情形下，一個線性位址所屬的頁面可能還在硬碟中，此時，若要存取這個位址，就要先把 swap 到硬碟中的資料取出，放到實體記憶體中的某個位置中，同時，可能有某些頁面就得讓開位置，又被 swap 到硬碟中，如此形成一個有效率的運作循環。

而邏輯定址（Logical Address）則和處理器中的Offset定址模式有關，早期對許多驅動程式及應用程式來說，為了效率，因此很常會用到邏輯定址；而線性位址和實體位址在大部分的情形中，只有作業系統會使用。

圖 / 現行x86處理器中，首先經過邏輯定址進行Segment（分段），再進行Paging（分頁）。

■ 晶片組的4GB危機 與 re-mapping技術

還記得西元2000年時發生的千禧年電腦溢位錯誤危機嗎？由於早期電腦工程師目光不夠遠慮周全，造成當時電腦從西元1999年跳到2000年時，爆發相當多的問題。同樣類似的問題在記憶體發展史上也是屢見不鮮，早期電腦工程師沒想到記憶體可以到4GB這麼大，想說只要把記憶體中3GB～4GB之間的位置經由BIOS溝通過之後，虛擬分配給常用裝置常駐使用，那就絕對不會發生裝置和實體運算資料，發生互搶記憶體造成效能低落、甚至當機的情況。

一直到後來，晶片廠發現個人電腦是有可能插超過4GB記憶體時，於是誕生了re-mapping技術，簡單來說，假設你插了8GB記憶體，這項技術可以將3GB～4GB間接映射至實體記憶體中4GB～5GB的位址，避免發生衝突。近年最明顯的例子則發生在筆記型電腦的演化上，英特爾在Napa晶片組不支援 re-mapping ，因此在這之前的筆記型電腦，就算在BIOS中也無法看到大於3GB的記憶體顯示，更遑論優化使用。因此即使像在華碩筆電一代銘機U5F上灌64位元作業系統，實際上並無太大意義，這個限制則在Napa的下一代Santa Rosa晶片組問世之後獲得解決。

圖 / 點選Windows裡的「裝置管理員」，隨便點選一個裝置，筆者

點選「顯示卡」為例，接著再點選「資源」頁面，可以看到筆者工

作用的顯示卡被定址在000A0000～000BFFFF這個區間上。

圖 / 若要改善筆電效能，昇級固態硬碟通常為最佳首選。

■ 實體位址延伸（PAE）

事實上兩大處理器廠早已注意到了這個問題。在早期，傳統的IA32 CPU確實只有32條地址線，所以定址能力就是232 = 4GB，後來在英特爾在Pentium PRO系統開始擴充到36條，足以定址64GB，到了Pentium4 Prescott之後，英特爾更擴充到40條定址線，理論上能夠定址到1TB實體位址；此外，AMD也不遑多讓，K8架構以後也都擴充到了40條定址線，還加碼搭載48 Bits虛擬定址技術，到了K10架構更加碼到了48條定址線，對於伺服器與大型運算系統而言可說是一大利多。

而在處理器與晶片組都解決了4GB定址問題之後，微軟也挹注了實體位址延伸（PAE）技術於作業系統內，支援間接定址至4GB以外的範圍，因此，我們終於知道，最後在處理器、晶片組、作業系統三者相互配合之下，才將問題圓滿解決。

那許多朋友一定會問，那為何家中微軟32位元作業系統已經搭載PAE技術，但是它還是抓不到4GB呢？簡單來說，這是微軟在32位元作業系統中作了相當的限制，與PAE技術無關。讀者看到這邊可別拍桌大罵微軟奸商云云，站在微軟的立場來想，一個好的作業系統應該是能夠海納百川，就算真的作不到隨插即用，至少也不要隨插即當。

然而，許多早期撰寫硬體驅動程式的工程師，習慣以MASM32撰寫組合語言，將重要硬體元件以Flat mode方式定址運作，虛擬定址空間上限則為4GB，是以只要re-mapping或是PAE到4GB以外的位址時，此時就會造成系統當機，這個問題，即使是64位元作業系統也無法倖免於難。就以三年前為例，當時的ATI在Vista 64發佈 Catalyst 8.12驅動程式，也發生了超過4GB就當機的問題，過了一陣子才發現這個歷史共業，加以修正更新，而Vista 32由於有4GB的限制，因此逃過一劫。憨人胖達推想，或許是微軟有鑑於此，除了希望能夠在32位元與64位元作業系統之間，有明顯的功能特色區隔之外，另一方面，也是希望維持32位元作業系統的相對穩定，因此就一直維持4GB的區間限制。

圖 / 當開啟PAE模式時，4KB/page 的存取架構，原理其實非常簡單，日後將擇期詳述。

■ 帶你打破32位元OS的4GB封印

行文至此，相信一定有許多讀者迫不及待躍躍欲問︰「我家的作業系統是32位元Win 7 / XP，有沒有辦法可以破解微軟的4GB限制封印呢？」答案是有的。恰好最近有位朋友，趁著記憶體跳樓大拍賣之際，昇級四條4GB高容量記憶體模組，於是將原本一對2GB記憶體贈予憨人胖達，胖達也就不客氣收下，馬上拿來為原本跑兩條1GB雙通道的測試平臺，昇級成四條總計6GB記憶體空間容量，之後順手將32位元Windows 7的4GB限制封印加以破解，全面發揮測試平臺實力。有興趣的讀者也可試試，首先，我們先到http://tinyurl.com/84q2wzm下載”ReadyFor4GB”這個小程式；完成下載後解壓縮，接著按照以下圖示與說明，一步一步接著作，不必砸大錢換購64位元作業系統，也能釋放被限制住的容量上限，享受高容量記憶體帶來的快感。不過，胖達在此要再特別提醒一點，破解過後若遇到某些情況像是前文所提到︰早期驅動程式的定址共業，則容易發生當機不穩的情況，而微軟也沒有責任修正破解後所遇到的Bug，這點讀者要特別注意！
 

圖 / 第一步，解壓縮後的資料夾有四個物件，首先如圖所示，請點擊ReadyFor4GB執行檔。

圖 / 第二步，進入ReadyFor4GB主頁面，接著我們點擊「套用」鍵。

圖 / 第三步，對話框要使用者確認是否修改ntkrlpa.exe，請點擊「是（Y）」。

圖 / 第四步，此時初步破解完成，程式顯示系統最高支援到128GB容量記憶體，

按下「確定」鍵後，進行下一步。

圖 / 第五步，回到一開始解壓縮出來的資料夾，請以滑鼠右鍵點選AddBootMenu檔案，切記選擇

「以系統管理員身份執行（A）」加以執行該檔案，此時會跳出一個類DOS視窗。

圖 / 第六步，按Y鍵同意破解4GB限制所需之改變，接著再按ENTER鍵。

圖 / 第七步，當操作順利完成，按任意鍵後請予以重新開機，接著你會發現…。

圖 / 最後，由「工作管理員」與「系統內容」頁面赫然發現，32

位元Win 7已完美支援6GB記憶體容量空間。（可對照未破解4GB

封閉之前圖）

■ 下期預告

事實上，我們現在使用的作業系統，基本上都已經預設開啟PAE模式了，在Windows XP系統當中，基本資訊頁面，只要看到「實體位置延伸」字樣，則表示XP已經處於PAE模式；另一方面，如果是Vista/Win 7使用環境，只要使用AIDA64這個工具軟體也可以確認「實體位置延伸」全版本皆已預設開啟。

俗話說得好︰「失之東隅，得之桑榆」，啟動PAE後，分頁表的查詢由兩層變三層，存取時多了一層分頁表的效能損失，但另一方面，由於電腦可以管理使用的記憶體可定址空間變多了，因此能夠減少存取硬碟中分頁檔的次數，將更多的程式保持在記憶體之中，而不swap到硬碟上，相較之下，利大於弊，分頁表的效能損失顯得相對較不重要。

另一方面，憨人胖達還有更加積極改善效能的作法，我們不需要多花錢，只要透過Ramdisk相關軟體，將部份記憶體拿來組建「類固態硬碟」的高速存取裝置，如此一來，所有的記憶體都能夠被充分利用，並且減少存取傳統速硬碟的機會，對整體效能的提昇可說立竿見影，馬上見效；而詳細實作，則在下一期雜誌的特別企畫中，詳加介紹。

在本期雜誌中，主要介紹了記憶體發展沿革，同時釐清了部份似是而非的錯誤觀念；而在下一期當中，憨人胖達則將主力放在記憶體模組的參數解讀，以及不同廠牌產品之間的橫向評測，最後我們會將表現優秀的產品，推薦給讀者們採買選購。對於愛好自行電腦DIY的玩家，下一期絕對是您平臺組裝時的參考指南，切莫錯過呦！

圖 / 在Windows XP中，當看到「實體位置延伸」斗大六字時，

則代表PAE功能已被開啟。