2020/03/01 浅谈各种存储器及其区别

每当我看到各种芯片手册的时候,总是对各种存储器的名字感到疑惑——似曾相识又似懂非懂。为了让自己真正搞懂存储器,特地写一篇关于存储器的文章,以加深理解。


存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。计算机中全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器,计算机才有记忆功能,才能保证正常工作。内存的种类有很多,从能否写入,可以分为RAM(随机存储器)和ROM(只读存储器)这两大类,他们都是半导体存储器,又分别有许多种类的内存。

按照存储器的数据方式,可以这样分类: 

                                    

                                                                                             存储器的分类

RAM(Random Access Memory随机存储器)是指通过指令可以随机地、个别地对每个存储单元进行访问,访问所需时间基本固定的可以读写的存储器。在处理器和RAM之间有个高速数据通道,处理器需要处理的数据和指令必须先放到RAM中等待,几乎所有电子产品


ROM只能读出事先所存数据,资料不会因为电源关闭而消失。ROM所存数据稳定,断电后所存数据也不会改变,其结构较简单,读出较方便,制造成本较低,常用于电脑中的开机启动如启动光盘。

PROM(Programmable ROM,可编程ROM)一次性软件灌入,目前不再使用。

EPROM(Erasable Programmable ROM,可擦除可编程ROM)紫外线擦除。

EEPROM (Electrically Erasable Programmable read only memory)带电可擦可编程只读存储器。电子擦除。

EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息,重新编程。一般用在即插即用的场合


RAM(Random Access Memory)的全名为随机存取记忆体,它相当于PC机上的移动存储,用来存储和保存数据的。它在任何

时候都可以读写,RAM通常是作为操作系统或其他正在运行程序的临时存储介质(可称作系统内存)。

SRAM(Static Random Access Memory,静态随机存储器),“静态”是指只要保持通电数据就一直保持,其集成度低功耗大。利用寄存器来存储信息,一旦掉电,资料就会全部丢失,只要供电,它的资料就会一直存在,不需要动态刷新,所以叫静态随机存储器。主要用于系统内存储器,容量大,不需要断电后仍保存数据的场合。

DRAM(Dynamic Random Access Memory,动态随机存储器)里面所储存的数据需要周期性充电刷新更新。利用MOS管的栅电容上的电荷来存储信息,一旦掉电信息会全部的丢失,由于栅极会漏电,所以每隔一定的时间就需要一个刷新机构给这些栅电容补充电荷,并且每读出一次数据之后也需要补充电荷,这叫动态刷新,所以称其为动态随机存储器。由于它只使用一个MOS管来存信息,所以集成度可以很高,容量能够做的很大。
SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存取存储器),有一个同步接口,在响应控制输入前会等待一个时钟信号,这样就能和计算机的系统总线同步,时钟被用来驱动一个有限状态机,对进入的指令进行管线操作。SDRAM有很多管脚、DRAM控制器实现数据刷新等,尺寸大、结构复杂。

DDR(Double Data Rate DRAM,双倍速率同步动态随机存储器),习惯称为DDR。DDR内存是SDRAM基础上发展而来的,仍然沿用SDRAM生产体系,它可以在一个时钟读写两次数据,使得数据传输速度加倍。现在已经有了四代、五代。

RDRAM(Rambus DRAM,内存总线式动态内存)采用了串行的数据传输模式。RDRAM的数据存储位宽是16位,远低于DDR和SDRAM的64位。但在频率方面则远远高于二者,可以达到400MHz乃至更高。同样也是在一个时钟周期内传输两次数据,能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据,内存带宽能达到1.6GB/s。还具有缓冲信息保持、数据集中分组传送等特点。

PSRAM(Pseudo static random access memory,伪静态随机存储器),具有类似SRAM接口的协议,给出地址及存取命令就可以进行数据读取,不需要数据刷新。但其内核是DRAM架构:1T1C一个晶体管一个电容构成存储cell,而传统SRAM需要6T即六个晶体管构成一个存储cell。PSRAM具有类SRAM接口,小封装、低成本、大容量、低功耗的特点。

PS:SRAM、DDR 、SDRAM 或RDRAM 都属于挥发性内存,只要停止电流供应内存中的数据便无法保持,因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存


FLASH( Non-Volatile ,闪存)是一种非易失性内存,在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据。其存储特性相当于硬盘,是各类便携型数字设备的存储介质的基础。(技术:NOR->NAND)

它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备EEPROM的性能,还不会断电丢失数据,同时可以快速读取数据。以前嵌入式系统一直使用ROM、EPROM作为存储设备,近年来Flash全面代替了ROM,用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用。

FLASH ROM利用浮置栅上的电容存储电荷来保存信息,因为浮置栅不会漏电,所以断电后信息仍然可以保存,结构简单,集成度高,容量大。在写入前需要用电进行擦除,不同之处在于,EEPROM以byte为单位,而FLASH以sector(扇区)为单位进行擦除;但其写入时可以byte为单位。主要用于BIOS、U盘、Mp3等需要大容量且断电不丢数据的设备。

目前的闪存主要有两种:NOR Flash和NADN Flash。NOR Flash的读取和SDRAM一样,用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码,减少了RAM的容量从而节约了成本。NAND Flash没有内存随机读取技术,它是以一次读取一块的形式来进行的,通常一次读取512个字节,采用这种技术的Flash比较廉价。用户不能直接运行NAND Flash上的代码,因此很多使用FLASH的开发板除了使用NAND Flah以外,还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。

小容量用NOR Flash,因为其读取速度快,多用来存储操作系统等重要信息,而大容量的用NAND FLASH,最常见的NAND FLASH应用是嵌入式系统采用的DOC(Disk On Chip)和我们通常用的"闪盘",可以在线擦除。目前市面上的FLASH主要来自Intel,AMD,Fujitsu和Toshiba,而生产NAND Flash的主要厂家有Samsung和Toshiba。



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