存储器的分类整理(SRAM/DRAM/NOR FLASH/Nand FLASH)
1 概述
存儲器主要分為ROM和RAM,根據(jù)圖1先來講講RAM和ROM,兩者相比,的最大區(qū)別是RAM在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會自動消失,而ROM不會自動消失,可以長時間斷電保存。
圖 1 存儲器系統(tǒng)分類
2 RAM
RAM:隨機訪問存儲器(Random Access Memory),易失性。是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器,它可以隨時讀寫,而且速度很快,通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲媒介。它的作用是當(dāng)開機后系統(tǒng)運行占一部分外,剩余的運行內(nèi)存越大,手機速度越快,運行的程序越多,剩余越少。
2.1 SRAM
靜態(tài)隨機存取存儲器(Static Random Access Memory,SRAM)是隨機存取存儲器的一種。所謂的“靜態(tài)”,是指這種存儲器只要保持通電,里面儲存的數(shù)據(jù)就可以恒常保持。SRAM不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù),而DRAM(Dynamic Random Access Memory)每隔一段時間,要刷新充電一次,否則內(nèi)部的數(shù)據(jù)即會消失,因此SRAM具有較高的性能,但是SRAM也有它的缺點,即它的集成度較低,功耗較DRAM大,相同容量的DRAM內(nèi)存可以設(shè)計為較小的體積,但是SRAM卻需要很大的體積。同樣面積的硅片可以做出更大容量的DRAM,因此SRAM顯得更貴。然而,當(dāng)電力供應(yīng)停止時,SRAM儲存的數(shù)據(jù)還是會消失(被稱為volatile memory),這與在斷電后還能儲存資料的ROM或閃存是不同的。
從晶體管的類型分,SRAM可以分為雙極性與CMOS兩種。
從功能上分,SRAM可以分為異步SRAM和同步SRAM(SSRAM)。異步SRAM的訪問獨立于時鐘,數(shù)據(jù)輸入和輸出都由地址的變化控制。同步SRAM的所有訪問都在時鐘的上升/下降沿啟動。地址、數(shù)據(jù)輸入和其它控制信號均于時鐘信號相關(guān)。
SRAM的速率高、性能好,它主要有如下應(yīng)用:
1)CPU與主存之間的高速緩存。
2)CPU內(nèi)部的L1/L2或外部的L2高速緩存。
2.2 DRAM
DRAM(Dynamic Random Access Memory),即動態(tài)隨機存取存儲器,最為常見的系統(tǒng)內(nèi)存。DRAM 只能將數(shù)據(jù)保持很短的時間。為了保持數(shù)據(jù),DRAM使用電容存儲,所以必須隔一段時間刷新(refresh)一次,如果存儲單元沒有被刷新,存儲的信息就會丟失。
2.3 SDRAM
SDRAM 是DRAM 的一種,它是同步動態(tài)存儲器,利用一個單一的系統(tǒng)時鐘同步所有的地址數(shù)據(jù)和控制信號。動態(tài)是指存儲陣列需要不斷的刷新來保證數(shù)據(jù)不丟失;隨機是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲,而是自由指定地址進行數(shù)據(jù)讀寫。
DDR,DDR2以及DDR3就屬于SDRAM的一類。當(dāng)然DRAM對應(yīng)的還有異步DRAM,只是好像比較少見。
同步SDRAM根據(jù)時鐘邊沿讀取數(shù)據(jù)的情況分為SDR和DDR技術(shù),DDR從發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了四代,分別是:第一代DDR SDRAM,第二代DDR2 SDRAM,第三代DDR3 SDRAM,第四代,DDR4 SDRAM。
2.3.1 DDR
DDR是Double Data Rate的縮寫,中文含義是雙倍數(shù)據(jù)率的意思,一聽這個名字就知道這個東西很快。全稱為DDR SDRAM,即同步動態(tài)隨機存取存儲器,聽這個名字也知道,DDR是從SDRAM發(fā)展而來。嚴格的說DDR應(yīng)該叫SDRAM?DDR,人們習(xí)慣稱為DDR,部分初學(xué)者也??吹絊DRAM?DDR,就認為是SDRAM。SDRAM?DDR是SDRAM?Rate?Data?Double的縮寫,是雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器的意思。DDR內(nèi)存是在SDRAM內(nèi)存基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,仍然沿用SDRAM
生產(chǎn)體系。SDRAM在一個時鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù),它是在時鐘的上升期進行數(shù)據(jù)傳輸;而DDR內(nèi)存則是一個時鐘周期內(nèi)傳輸兩次次數(shù)據(jù),它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù),因此稱為雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器。DDR內(nèi)存可以在與SDRAM相同的總線頻率下達到更高的數(shù)據(jù)傳輸率。
2.3.2 DDR2
DDR2 是 DDR SDRAM 內(nèi)存的第二代產(chǎn)品。它在 DDR 內(nèi)存技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進,從而其傳輸速度更快(可達 667MHZ ),耗電量更低,散熱性能更優(yōu)良。DDR3,DDR4,DDR5性能一次上升。
與DDR相比,DDR2最主要的改進是在內(nèi)存模塊速度相同的情況下,可以提供相當(dāng)于DDR內(nèi)存兩倍的帶寬。這主要是通過在每個設(shè)備上高效率使用兩個DRAM核心來實現(xiàn)的。作為對比,在每個設(shè)備上DDR內(nèi)存只能夠使用一個DRAM核心。技術(shù)上講,DDR2內(nèi)存上仍然只有一個DRAM核心,但是它可以并行存取,在每次存取中處理4個數(shù)據(jù)而不是兩個數(shù)據(jù)。
2.3.3 DDR3
DDR3(double-data-rate?three?synchronous?dynamic?random?access?memory)是應(yīng)用在計算機及電子產(chǎn)品領(lǐng)域的一種高帶寬并行數(shù)據(jù)總線。DDR3在DDR2的基礎(chǔ)上繼承發(fā)展而來,其數(shù)據(jù)傳輸速度為DDR2的兩倍。同時,DDR3標(biāo)準(zhǔn)可以使單顆內(nèi)存芯片的容量更為擴大,達到512Mb至8Gb,從而使采用DDR3芯片的內(nèi)存條容量擴大到最高16GB。此外,DDR3的工作電壓降低為1.5V,比采用1.8V的DDR2省電30%左右。說到底,這些指標(biāo)上的提升在技術(shù)上最大的支撐來自于芯片制造工藝的提升,90nm甚至更先進的45nm制造工藝使得同樣功能MOS管可以制造的更小,從而帶來更快、更密、更省電的技術(shù)提升。
在系統(tǒng)設(shè)計方面DDR3與DDR2最大的區(qū)別在于DDR3將時鐘、地址及控制信號線的終端電阻從計算機主板移至內(nèi)存條上,這樣一來在主板上將不需要任何端接電阻。為了盡可能減小信號反射,在內(nèi)存條上包括時鐘線在內(nèi)的所有控制線均采用Fly-by拓撲結(jié)構(gòu)。同時,也是因為Fly-by的走線結(jié)構(gòu)致使控制信號線到達每顆內(nèi)存顆粒的長度不同從而導(dǎo)致信號到達時間不一致。這種情況將會影響內(nèi)存的讀寫過程,例如在讀操作時,由于從內(nèi)存控制器發(fā)出的讀命令傳送到每顆內(nèi)存芯片的時間點不同,將導(dǎo)致每顆內(nèi)存芯片在不同的時間向控制器發(fā)送數(shù)據(jù)。為了消除這種影響,需要在對內(nèi)存進行讀寫操作時對時間做補償,這部分工作將由內(nèi)存控制器完成。
2.4 FRAM
FRAM(Ferroelectric RAM): 鐵電隨機存取存儲器
動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)是以一個晶體管加上一個電容來儲存一個位(1bit)的資料,由于傳統(tǒng) DRAM 的電容都是使用“氧化矽”做為絕緣體,氧化矽的介電常數(shù)不夠大(K 值不夠大),因此不容易吸引(儲存)電子與電洞,造成必須不停地補充電子與電洞,所以稱為“動態(tài)”,只要電腦的電源關(guān)閉,電容所儲存的電子與電洞就會流失,DRAM 所儲存的資料也就會流失。
要解決這個問題,最簡單的就是使用介電常數(shù)夠大(K 值夠大)的材料來取代“氧化矽”為絕緣體,讓電子與電洞可以儲存在電容里不會流失。目前業(yè)界使用“鈦鋯酸鉛”(PZT)或“鉭鉍酸鍶”(SBT)這種介電常數(shù)很大(K 值很大)的“鐵電材料”(Ferroelectric material)來取代氧化矽,則可以儲存電子與電洞不會流失,讓原本“易失性”的動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)變成“非易失性”的存儲器稱為“鐵電隨機存取存儲器”(Ferroelectric RAM,FRAM)。
3 ROM
ROM:只讀存儲器(Read Only Memory),非易失性。一般是裝入整機前事先寫好的,整機工作過程中只能讀出,而不像隨機存儲器那樣能快速地、方便地加以改寫。ROM所存數(shù)據(jù)穩(wěn)定,斷電后所存數(shù)據(jù)也不會改變。計算機中的ROM主要是用來存儲一些系統(tǒng)信息,或者啟動程序BIOS程序,這些都是非常重要的,只可以讀一般不能修改,斷電也不會消失。
3.1 PROM
PROM(Programmable ROM):可編程ROM,只能被編程一次
3.2 EPROM
EPROM(Erasable Programmable ROM,EPROM):可擦寫可編程ROM,擦寫可達1000次。
3.3 EEPROM
EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)電子可擦除EPROM。
3.4 FLASH
閃存(flash memmory):基于EEPROM,它已經(jīng)成為一種重要的存儲技術(shù)。固態(tài)硬盤(SSD)U盤等就是一種基于閃存的存儲器。
3.4.1 NOR FLASH
nor flash :NOR Flash的讀取和我們常見的SDRAM的讀取是一樣,用戶可以直接運行裝載在NOR FLASH里面的代碼,這樣可以減少SRAM的容量從而節(jié)約了成本。
Nor Flash,根據(jù)外部接口分,可分為普通接口和SPI接口普通接口的Nor Flash,多數(shù)支持CFI接口,所以,一般也叫做CFI接口。CFI接口,相對于串口的SPI來說,也被稱為parallel接口,并行接口;另外,CFI接口是JEDEC定義的,所以,有的又成CFI接口為JEDEC接口。所以,可以簡單理解為:對于Nor Flash來說,CFI接口=JEDEC接口=Parallel接口 = 并行接口
NOR flash占據(jù)了容量為1~16MB閃存市場的大部分,而NAND flash只是用在8~128MB的產(chǎn)品當(dāng)中,這也說明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲介質(zhì)中,NAND適合于數(shù)據(jù)存儲,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大
3.4.2 NAND FLASH
nand falsh:NAND Flash沒有采取內(nèi)存的隨機讀取技術(shù),它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的,通常是一次讀取512個字節(jié),采用這種技術(shù)的Flash比較廉價。用戶不能直接運行NAND Flash上的代碼,因此好多使用NAND Flash的開發(fā)板除了使用NAND Flah以外,還作上了一塊小的NOR Flash來運行啟動代碼。
后續(xù)再補充相關(guān)細節(jié)描述及工作原理。歡迎大家批評指正。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的存储器的分类整理(SRAM/DRAM/NOR FLASH/Nand FLASH)的全部內(nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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