RAMSRAMSDRAMROMEPROMEEPROMFlash等常见存储器概念辨析.docx
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RAMSRAMSDRAMROMEPROMEEPROMFlash等常见存储器概念辨析
RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash等常见存储器概念辨析
常见存储器概念辨析:
RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash存储器可以分为很多种类,其中根据掉电数据是否丢失可以分为RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器),其中RAM的访问速度比较快,但掉电后数据会丢失,而ROM掉电后数据不会丢失。
ROM和RAM指的都是半导体存储器,ROM是ReadOnlyMemory的缩写,RAM是RandomAccessMemory的缩写。
ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据,而RAM通常都是在掉电之后就丢失数据,典型的RAM就是计算机的内存。
RAM又可分为SRAM(StaticRAM/静态存储器)和DRAM(DynamicRAM/动态存储器)。
SRAM是利用双稳态触发器来保存信息的,只要不掉电,信息是不会丢失的。
DRAM是利用MOS(金属氧化物半导体)电容存储电荷来储存信息,因此必须通过不停的给电容充电来维持信息,所以DRAM的成本、集成度、功耗等明显优于SRAM。
SRAM速度非常快,是目前读写最快的存储设备了,但是它也非常昂贵,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一级缓冲,二级缓冲。
DRAM保留数据的时间很短,速度也比SRAM慢,不过它还是比任何的ROM都要快,但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多,计算机内存就是DRAM的。
而通常人们所说的SDRAM是DRAM的一种,它是同步动态存储器,利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。
使用SDRAM不但能提高系统表现,还能简化设计、提供高速的数据传输。
在嵌入式系统中经常使用。
ROM也有很多种,PROM是可编程的ROM,PROM和EPROM(可擦除可编程ROM)两者区别是,PROM是一次性的,也就是软件灌入后,就无法修改了,这种是早期的产品,现在已经不可能使用了,而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序,是一种通用的存储器。
另外一种EEPROM是通过电子擦出,价格很高,写入时间很长,写入很慢。
Flash也是一种非易失性存储器(掉电不会丢失),它擦写方便,访问速度快,已大大取代了传统的EPROM的地位。
由于它具有和ROM一样掉电不会丢失的特性,因此很多人称其为FlashROM。
FLASH存储器又称闪存,它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦出可编程(EEPROM)的性能,还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据(NVRAM的优势),U盘和MP3里用的就是这种存储器。
在过去的20年里,嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备,然而近年来Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位,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(U盘)。
目前Flash主要有两种NORFlash和NADNFlash。
NORFlash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样,用户可以直接运行装载在NORFLASH里面的代码,这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。
NANDFlash没有采取内存的随机读取技术,它的读取是以一次读取一快的形式来进行的,通常是一次读取512个字节,采用这种技术的Flash比较廉价。
用户不能直接运行NANDFlash上的代码,因此好多使用NANDFlash的开发板除了使用NANDFlah以外,还作上了一块小的NORFlash来运行启动代码。
一般小容量的用NORFlash,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NANDFLASH,最常见的NANDFLASH应用是嵌入式系统采用的DOC(DiskOnChip)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NANDFlash
ROM指的是“只读存储器”,即Read-OnlyMemory。
这是一种线路最简单半导体电路,通过掩模工艺,一次性制造,其中的代码与数据将永久保存(除非坏掉),不能进行修改。
这玩意一般在大批量生产时才会被用的,优点是成本低、非常低,但是其风险比较大,在产品设计时,如果调试不彻底,很容易造成几千片的费片,行内话叫“掩砸了”!
PROM指的是“可编程只读存储器”既ProgrammableRed-OnlyMemory。
这样的产品只允许写入一次,所以也被称为“一次可编程只读存储器”(OneTimeProgarmmingROM,OTP-ROM)。
PROM在出厂时,存储的内容全为1,用户可以根据需要将其中的某些单元写入数据0(部分的PROM在出厂时数据全为0,则用户可以将其中的部分单元写入1),以实现对其“编程”的目的。
PROM的典型产品是“双极性熔丝结构”,如果我们想改写某些单元,则可以给这些单元通以足够大的电流,并维持一定的时间,原先的熔丝即可熔断,这样就达到了改写某些位的效果。
另外一类经典的PROM为使用“肖特基二极管”的PROM,出厂时,其中的二极管处于反向截止状态,还是用大电流的方法将反相电压加在“肖特基二极管”,造成其永久性击穿即可。
EPROM指的是“可擦写可编程只读存储器”,即ErasableProgrammableRead-OnlyMemory。
它的特点是具有可擦除功能,擦除后即可进行再编程,但是缺点是擦除需要使用紫外线照射一定的时间。
这一类芯片特别容易识别,其封装中包含有“石英玻璃窗”,一个编程后的EPROM芯片的“石英玻璃窗”一般使用黑色不干胶纸盖住,以防止遭到阳光直射。
EEPROM指的是“电可擦除可编程只读存储器”,即ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory。
它的最大优点是可直接用电信号擦除,也可用电信号写入。
EEPROM不能取代RAM的原应是其工艺复杂,耗费的门电路过多,且重编程时间比较长,同时其有效重编程次数也比较低。
Flashmemory指的是“闪存”,所谓“闪存”,它也是一种非易失性的内存,属于EEPROM的改进产品。
它的最大特点是必须按块(Block)擦除(每个区块的大小不定,不同厂家的产品有不同的规格),而EEPROM则可以一次只擦除一个字节(Byte)。
目前“闪存”被广泛用在PC机的主板上,用来保存BIOS程序,便于进行程序的升级。
其另外一大应用领域是用来作为硬盘的替代品,具有抗震、速度快、无噪声、耗电低的优点,但是将其用来取代RAM就显得不合适,因为RAM需要能够按字节改写,而FlashROM做不到。
一、闪存简介
Flash-ROM(闪存)已经成为了目前最成功、流行的一种固态内存,与EEPROM相比具有读写速度快,而与SRAM相比具有非易失、以及价廉等优势。
而基于NOR和NAND结构的闪存是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。
Intel于1988年首先开发出NORflash技术,彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。
紧接着,1989年东芝公司发表了NANDflash技术(后将该技术无偿转让给韩国 Samsung 公司),强调降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。
但是经过了十多年之后,仍然有相当多的工程师分不清NOR和NAND闪存,也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处,因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码,这时NOR闪存更适合一些。
而NAND则是高资料存储密度的理想解决方案。
NOR的特点是芯片内执行(XIP,eXecuteInPlace),这样应用程序可以直接在闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。
NOR的传输效率很高,在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。
NAND结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快,这也是为何所有的U盘都使用NAND闪存做为存储介质的原因。
应用NAND的困难在于闪存和需要特殊的系统接口。
二、性能比较
闪存是非易失内存,可以对称为块的内存单元块进行擦写和再编程。
任何闪存器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。
NAND 器件执行擦除操作是十分简单的,而 NOR 则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为 0。
由于擦除 NOR 器件时是以 64~128KB 的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除 NAND 器件是以 8~32KB 的块进行的,执行相同的操作最多只需要 4ms。
执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了 NOR 和 NAND之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作必须在基于 NOR 的单元中进行。
这样,当选择存储解决方案时,设计师必须权衡以下的各项因素。
1)NOR的读速度比NAND稍快一些。
2)NAND的写入速度比NOR快很多。
3)NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。
大多数写入操作需要先进行擦除操作。
4)AND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。
三、接口差别
NOR闪存带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。
NAND闪存使用复杂的I/O口来串行地存取资料,各个产品或厂商的方法可能各不相同。
8个引脚用来传送控制、地址和资料信息。
NAND读和写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的闪存就可以取代硬盘或其它块设备。
四、容量和成本
NAND闪存的单元尺寸几乎是 NOR 闪存的一半,由于生产过程更为简单,NAND 结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。
NOR闪存容量为 1~11~16MB 闪存市场的大部分,而 NAND闪存只是用在 8MB 以上的产品当中,这也说明 NOR 主要应用在代码存储介质中,NAND 适合于资料存储,NAND 在 CompactFlash、SecureDigital、PCCards 和 MMC 存储卡市场上所占份额最大。
五、可靠性和耐用性
采用闪存介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。
对于需要扩展 MTBF 的系统来说,闪存是非常合适的存储方案。
可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较 NOR 和 NAND 的可靠性。
寿命(耐用性)
在 NAND 闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而 NOR 的擦写次数是十万次。
NAND 内存除了具有 10:
1 的块擦除周期优势,典型的 NAND 块尺寸要比 NOR 器件小 8 倍,每个 NAND 内存块在给定的时间内的删除次数要少一些。
位交换
所有闪存器件都受位交换现象的困扰。
在某些情况下(很少见,NAND 发生的次数要比NOR 多),一个比特位会发生反转或被报告反转了。
一位的变化可能不很明显,但是如果发生在一个关键文件上,这个小小的故障可能导致系统停机。
如果只是报告有问题,多读几次就可能解决了。
当然,如果这个位真的改变了,就必须采用错误探测/错误纠正(EDC/ECC)算法。
位反转的问题更多见于 NAND 闪存,NAND 的供货商建议使用 NAND 闪存的时候,同时使用 EDC/ECC 算法。
这个问题对于用 NAND 存储多媒体信息时倒不是致命的。
当然,如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其它敏