RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash等常見存儲(chǔ)器概念辨析

分析常見內(nèi)存概念，如RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM和Flash典型存儲(chǔ)器概念分析： RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM和Flash存儲(chǔ)器可分為多種類型，其中隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM )和只讀存儲(chǔ)器(ROM )取決于是否丟失了停電的數(shù)據(jù)ROM和RAM指的是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，ROM是只讀存儲(chǔ)器的縮寫，RAM是隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器的縮寫。 ROM即使關(guān)閉系統(tǒng)電源也可以保存數(shù)據(jù)，但RAM通常會(huì)在關(guān)閉電源后丟失數(shù)據(jù)。 典型的RAM是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器。RAM分為RAM (靜態(tài)RAM靜態(tài)存儲(chǔ)器)和RAM (動(dòng)態(tài)RAM動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器)。 SRAM使用觸發(fā)器存儲(chǔ)信息，除非關(guān)閉電源，否則信息不會(huì)丟失。 DRAM使用金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS )電容來累積電荷并累積信息，因此必須通過不斷充電電容來維持信息，因此DRAM的成本、集成度、功耗等顯著優(yōu)于SRAM。 盡管SRAM是當(dāng)前讀寫速度最快的存儲(chǔ)設(shè)備，但它非常昂貴，因此只能用于要求苛刻的位置，例如CPU主緩沖區(qū)或輔助緩沖區(qū)。 DRAM保留數(shù)據(jù)的時(shí)間很短，比SRAM慢，但比任何ROM都快，但在價(jià)格上遠(yuǎn)比SRAM便宜，計(jì)算機(jī)內(nèi)存是DRAM。SDRAM通常是DRAM的一種，它是同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，并且用一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘將所有地址數(shù)據(jù)和控制信號(hào)同步。 使用SDRAM不僅可以改進(jìn)系統(tǒng)表示形式，還可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并提供高速的數(shù)據(jù)傳輸。 在嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常被使用。ROM有很多種，但PROM是可編程ROM，PROM和EPROM (可擦除可編程ROM )之間的區(qū)別在于，PROM是一次性的，也就是說，在軟件流入后不能再進(jìn)行修改。 這是早期的產(chǎn)品，現(xiàn)在不能用了。 EPROM通過紫外光的照射消除原程序，是通用的存儲(chǔ)器。 另一個(gè)EEPROM被電子擦除，價(jià)格高，寫入時(shí)間長(zhǎng)，寫入慢。Flash也是非易失性存儲(chǔ)器(即使關(guān)閉電源也不會(huì)丟失)，易于改寫，訪問速度快，很大程度上取代了以往的EPROM的地位。 與ROM同樣，因?yàn)榫哂屑词雇ｋ娨膊粫?huì)丟失的特性，所以大多被稱為快閃ROM。 閃存也稱為閃存，將ROM和RAM的優(yōu)點(diǎn)組合起來，不僅具備電子可擦除可編程(EEPROM )的性能，還能夠在不切斷電源的情況下快速讀取數(shù)據(jù)(NVRAM的優(yōu)點(diǎn))，在USB和MP3中使用在過去的20年中，嵌入式系統(tǒng)使用ROM(EPROM )作為存儲(chǔ)設(shè)備，但是近年來，F(xiàn)lash完全取代了嵌入式系統(tǒng)中ROM(EPROM )的地位，并且可以使用引導(dǎo)加載器、操作系統(tǒng)或程序代碼目前，F(xiàn)lash主要有NOR Flash和NADN Flash兩種。 NOR Flash讀取和我們常見的SDRAM讀取一樣，用戶可以直接執(zhí)行加載到NOR Flash中的代碼，從而減少SRAM的容量并節(jié)省成本。 NAND Flash沒有采用存儲(chǔ)器的隨機(jī)讀取技術(shù)，該讀取是以一次讀取較快的形式進(jìn)行的，通常采用一次讀取512字節(jié)的技術(shù)的Flash比較便宜。 由于用戶無法直接執(zhí)行NAND Flah上的代碼，因此使用NAND Flah的開發(fā)板大多數(shù)除了NAND Flah之外，為了執(zhí)行啟動(dòng)代碼還發(fā)揮了很小的nor flash的作用。由于一般的小容量NOR Flash的讀取速度快，并且經(jīng)常存儲(chǔ)關(guān)鍵的信息，比如操作系統(tǒng)，大容量的NAND FLASH最常見的NAND FLASH應(yīng)用就是嵌入式系統(tǒng)使用的doc (磁盤上芯片) 現(xiàn)在市面上銷售的FLASH主要從英特爾、AMD、Fujitsu、Toshiba生產(chǎn)NAND FlashROM是指只讀存儲(chǔ)器，即只讀存儲(chǔ)器。 這是布線最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體電路，通過掩蔽技術(shù)一次性制造，其中的代碼和數(shù)據(jù)只要永久保存(沒有破壞)就不能修正。 這是一般在大量生產(chǎn)時(shí)使用的，具有成本低、非常低的優(yōu)點(diǎn)，但其風(fēng)險(xiǎn)比較大，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如果不徹底調(diào)整的話，容易產(chǎn)生數(shù)千枚芯片，在業(yè)內(nèi)被稱為“面具”。PROM是指“可編程只讀存儲(chǔ)器”兩者。 因?yàn)檫@樣的產(chǎn)品只能寫入一次，所以也被稱為One Time Progarmming ROM、OTP-ROM。 在PROM出廠時(shí)，存儲(chǔ)的內(nèi)容都是1，用戶可以根據(jù)需要將部分單元寫入數(shù)據(jù)0 (部分PROM出廠時(shí)全部是0，用戶可以將部分單元寫入數(shù)據(jù)1 )。 PROM的典型產(chǎn)品是“雙極性保險(xiǎn)絲的結(jié)構(gòu)”，如果我們想改寫幾個(gè)單元，那么在這些單元中流過足夠的電流，維持一定的時(shí)間，原來的保險(xiǎn)絲可以熔斷，因此具有改寫幾個(gè)比特的效果。 另一個(gè)典型的PROM是使用“肖特基二極管”的PROM，出廠時(shí)二極管是反向關(guān)斷，還是用大電流的方法對(duì)“肖特基二極管”施加反相電壓，引起永久破壞？EPROM是“可改寫的可編程只讀存儲(chǔ)器”，即erassableprogrammableread-only memory。 其特征是具有可擦除的功能，擦除后可以重新編程，但是擦除時(shí)需要照射一定時(shí)間的紫外線。 這種芯片特別容易識(shí)別，包含“石英玻璃窗”，編程的EPROM芯片的“石英玻璃窗”通常用黑色的無干紙復(fù)蓋，以防止陽(yáng)光直射。EEPROM是“電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器”，即electricallyerassableprogrammableread-only存儲(chǔ)器。 其最大的優(yōu)點(diǎn)是，既可以用電信號(hào)直接熄滅，也可以用電信號(hào)寫入。 EEPROM不能代替RAM，其過程復(fù)雜，消耗的門電路過多，重新編程時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)有效重新編程次數(shù)也較少。閃存是指“閃存”，“閃存”是非易失性存儲(chǔ)器，也是EEPROM的改良品。 其最大特征是，必須逐塊擦除(塊大小不定，規(guī)格因制造商而異)，而EEPROM一次只能擦除1字節(jié)。 現(xiàn)在，“閃存”已經(jīng)廣泛應(yīng)用于PC主板，用于存儲(chǔ)BIOS程序并簡(jiǎn)化程序升級(jí)。 另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域具有抗震、速度快、無噪聲、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，作為硬盤的替代品，但不適合用它來代替RAM。 RAM需要以字節(jié)重寫，因此在Flash ROM中不能。一、閃光燈介紹閃存(Flash-ROM )是當(dāng)前最成功、最流行的固態(tài)存儲(chǔ)器，與EEPROM相比讀寫速度快，與SRAM相比具有非易失性、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。 基于NOR和NAND結(jié)構(gòu)的閃存是目前市場(chǎng)上兩大主要的非易失性閃存技術(shù)。 英特爾在1988年開發(fā)了NOR flash技術(shù)，徹底改變了EPROM和EEPROM的統(tǒng)一狀況。 1989年?yáng)|芝推出了nand閃存技術(shù)(后來免費(fèi)轉(zhuǎn)讓給韓國(guó)三星公司)，強(qiáng)調(diào)了每位的成本節(jié)約，性能更高，可以像磁盤一樣通過接口輕松升級(jí)。但是，經(jīng)過十多年，仍有很多工程師無法區(qū)分NOR和NAND閃存，也不知道NAND閃存技術(shù)相對(duì)于NOR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。 在許多情況下，NOR閃存更適合僅存儲(chǔ)少量代碼。 NAND是高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的理想解決方案。NOR的特征是在芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP，eXecute In Place )，應(yīng)用程序可以直接在閃存內(nèi)執(zhí)行，所以不需要向系統(tǒng)RAM讀取代碼。 NOR的傳輸效率高，14MB的小容量具有高成本效率，但是低寫入和擦除速度對(duì)性能有很大影響。NAND結(jié)構(gòu)提供了非常高的單元密度，達(dá)到了很高的記憶密度，寫入和擦除速度也很快。 這是因?yàn)樗械膗盤都使用NAND閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì)的原因。 使用NAND需要閃存和特殊的系統(tǒng)接口。二、性能比較閃速存儲(chǔ)器是非易失性存儲(chǔ)器，可以改寫被稱為塊的存儲(chǔ)器單元塊并重新編程。 寫入閃存設(shè)備僅在空單元或已擦除單元中進(jìn)行，因此大多數(shù)情況下，您必須先執(zhí)行擦除，然后才能寫入閃存設(shè)備。 NAND設(shè)備容易擦除，而NOR在擦除之前必須將目標(biāo)塊內(nèi)的所有位都寫為0。NOR設(shè)備的擦除是在64128KB的塊中進(jìn)行的，因此寫入/擦除動(dòng)作執(zhí)行一次的時(shí)間為5s，與此相對(duì)，NAND設(shè)備的擦除是在832KB的塊中進(jìn)行的，執(zhí)行同樣的動(dòng)作最大4ms即可。執(zhí)行擦除時(shí)的塊大小差異進(jìn)一步擴(kuò)大了NOR和NAND的性能差異，統(tǒng)計(jì)表明對(duì)于給定的寫入操作的集合(特別是更新小文件時(shí))，必須在基于NOR的單元中進(jìn)行更多的擦除操作。 因此，在選擇存儲(chǔ)解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)師必須考慮以下因素：1) NOR的讀取速度比NAND略快。2) NAND的寫入速度比NOR快得多。3) NAND的4ms消去速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于NOR的5s。 對(duì)于大多數(shù)寫操作，首先需要擦除操作。4) AND的消除單元小，對(duì)應(yīng)的消除電路少。三、接口的不同NOR閃速存儲(chǔ)器具有SRAM接口，具有足夠的尋址引腳，可以方便地訪問其內(nèi)部的每個(gè)字節(jié)。NAND閃存使用復(fù)雜的I/O端口串行訪問數(shù)據(jù)，并且方法可能會(huì)因產(chǎn)品和制造商而異。 八個(gè)引腳用于發(fā)送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。NAND讀寫采用512字節(jié)塊這一點(diǎn)類似于硬盤管理，當(dāng)然，基于NAND的閃存可以代替硬盤或其他塊設(shè)備。四、容量和成本NAND閃存的單元大小幾乎是NOR閃存的一半，生產(chǎn)過程更簡(jiǎn)單，使得NAND結(jié)構(gòu)能夠在預(yù)定模具大小內(nèi)提供更高的容量并相應(yīng)地降低價(jià)格。NOR閃存的容量是11116MB的閃存市場(chǎng)的大部分，但NAND閃存僅用于8MB以上的產(chǎn)品，因此NOR主要適用于代碼存儲(chǔ)介質(zhì)，NAND適用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，NAND適用于CompactFlash、snd五、可靠性和耐久性使用閃存介質(zhì)時(shí)，一個(gè)重要的考慮因素是可靠性。 對(duì)于需要擴(kuò)展MTBF的系統(tǒng)，閃存是最佳存儲(chǔ)方案。 從壽命(耐久性)、比特交換、不良?jí)K處理3個(gè)方面可以比較NOR和NAND的可靠性。壽命(耐久性)在NAND閃存中，每塊的最大改寫次數(shù)為100萬次，NOR的改寫次數(shù)為10萬次。 NAND存儲(chǔ)器具有10:1的塊擦除周期的優(yōu)點(diǎn)，另外典型的NAND塊大小比NOR設(shè)備小8倍，各NAND存儲(chǔ)器塊在一定時(shí)間內(nèi)的刪除次數(shù)較少。比特交換所有閃存設(shè)備都受到位更換現(xiàn)象的困擾。 在某些情況下(偶爾NAND的發(fā)生次數(shù)比NOR多)，1比特反轉(zhuǎn)或報(bào)告為反轉(zhuǎn)。一個(gè)人的變化可能不明顯，但如果發(fā)生在重要文件中，這個(gè)小故障可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。 只要報(bào)告有問題，讀幾遍都可以解決。當(dāng)然，如果該比特?cái)?shù)確實(shí)改變，則必須采用錯(cuò)誤檢測(cè)/錯(cuò)誤校正(EDC/ECC )算法。 比特反轉(zhuǎn)的問題多見于NAND閃存，但如果NAND廠商提出NAND閃存，則并用EDC/ECC算法。這個(gè)問題對(duì)于用NAND記憶多媒體信息不是致命的。 當(dāng)然，如果要在本地存儲(chǔ)上存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、配置文件和其他敏感信息，則必須使用EDC/ECC系統(tǒng)來確?？煽啃浴膲K處理NAND設(shè)備的壞塊隨機(jī)分布。 以前也努力去除壞塊，但成品率太低，成本太高，完全不合算。NAND設(shè)備必須對(duì)介質(zhì)進(jìn)行初始化掃描以檢測(cè)壞塊，并將壞塊標(biāo)記為不可用。 如果已完成的設(shè)備無法以可靠的方式進(jìn)行此操作，則會(huì)導(dǎo)致高故障率。六、使用方便基于NOR的快閃存儲(chǔ)器可非常直接地使用，且可像其它存儲(chǔ)器一樣連接以在其上執(zhí)行直接代碼。由于需要I/O接口，因此NAND非常復(fù)雜。 訪問不同NAND設(shè)備的方式因制造商而異。如果使用NAND設(shè)備，則必須先寫入驅(qū)動(dòng)程序，然后才能繼續(xù)進(jìn)行其他操作。 向NAND設(shè)備寫入信息需要相當(dāng)多的技術(shù)。 這意味著NAND設(shè)備必須從頭到尾創(chuàng)建虛擬映像，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者永遠(yuǎn)無法寫入壞塊。七、軟件支持在考慮軟件支持時(shí)，必須區(qū)分基本的讀/寫/擦除操作和高級(jí)磁盤仿真和閃存管理算法軟件，包括性能優(yōu)化。在NOR設(shè)備上執(zhí)行的代碼不需要軟件支持，在NAND設(shè)備上進(jìn)行同樣的操作需要驅(qū)動(dòng)程序即存儲(chǔ)技術(shù)驅(qū)動(dòng)程序(MTD )，NAND和NOR設(shè)備進(jìn)行寫入和刪除操作需要MTD。八、典型的NOR閃存(Strata Flash )Strata Flash是Intel生產(chǎn)的典型Nor Flash，本產(chǎn)品使用的Strata Flash是本系列的28F320J3，該閃存的內(nèi)部邏輯框圖如圖10-1所示其特性如下：1 )提問速度為1