常用存储器分类介绍
存儲器按其存儲介質特性主要分為“易失性存儲器”和“非易失性存儲器”兩大類。其中的“易失/非易失”是指存儲器斷電后, 它存儲的數據內容是否會丟失的特性。由于一般易失性存儲器存取速度快,而非易失性存儲器可長期保存數據, 它們都在計算機中占據著重要角色。在計算機中易失性存儲器最典型的代表是內存,非易失性存儲器的代表則是硬盤。
易失性存儲器
1、RAM(Random Access Memory):隨機存儲器。可隨意讀取存儲器內部任意地址的數據,所需時間與數據所在位置無關,時間都是相同的。
根據RAM的存儲機制,又分為動態隨機存儲器DRAM(Dynamic RAM)以及靜態隨機存儲器SRAM(Static RAM)兩種。
DRAM:動態隨機存儲器。存儲單元以電容的電荷來表示數據,有電荷代表1,無電荷代表0。但隨著時間延長,代表1的電容會放電,代表0的電容會吸收電荷,因此它需要定期刷新操作,即“動態(Dynamic)“的特性。 刷新操作會對電容進行檢查,若電量大于滿電量的1/2,則認為其代表1,并把電容充滿電;若電量小于1/2,則認為其代表0,并把電容放電,藉此來保證數據的正確性。
根據DRAM的通訊時是否需要使用時鐘信號,又分為同步和異步兩種。
SDRAM(Synchronous DRAM):使用時鐘同步的通訊,速度更快,在時鐘的上升沿表示有效數據。
DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM):可以在時鐘的上升沿和下降沿各表示一個數據,即一個時鐘周期可以表示2位數據,在時鐘頻率相同的情況下,與SDRAM相比速度提高了一倍。至于DDRII和DDRIII,它們的通訊方式沒有區別,主要是通訊同步時鐘的頻率提高了。
2、SRAM:靜態隨機存儲器。存儲單元以鎖存器存儲數據,不需要定時刷新充電就能保持狀態。SRAM根據其通訊方式也分為同步(SSRAM)和異步SRAM,相對來說,異步SRAM用得比較廣泛。
3、DRAM和SRAM比較
DRAM的結構簡單得多,所以生產相同容量的存儲器,DRAM的成本要更低,且集成度更高。 而DRAM中的電容結構則決定了它的存取速度不如SRAM。所以在實際應用場合中,SRAM一般只用于CPU內部的高速緩存(Cache),而外部擴展的內存一般使用DRAM。?
非易失性存儲器
1、ROM(Read Only Memory):只讀存儲器。一般用于指代非易失性半導體存儲器。
MASK ROM:掩膜只讀存儲器。內部存儲數據不可修改,大批量生產時成本低。
OTPROM(One Time Programmable ROM):一次可編程存儲器。用戶可以使用專用編程器自己寫入資料,但只能寫入一次,寫入后內容不可修改。
EPROM(Erasable Programmable ROM):可重復擦寫的存儲器。使用紫外線照射芯片內部擦除數據,擦除和寫入需要專用設備。
EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM):電可擦拆存儲器。EEPROM可以重復擦寫,它的擦除和寫入都是直接使用電路控制, 不需要再使用外部設備來擦寫。而且可以按字節為單位修改數據,無需整個芯片擦除。
2、FLASH存儲器:閃存。可重復擦寫的存儲器,容量一般比EEPROM大得多, 且在擦除時,一般以多個字節為單位。
根據存儲單元電路的不同, FLASH存儲器又分為NOR FLASH和NAND FLASH。
NOR與NAND的共性是在數據寫入前都需要有擦除操作,而擦除操作一般是以“扇區/塊”為單位的。 而NOR與NAND特性的差別,主要是由于其內部“地址/數據線”是否分開導致的。
NOR的地址線和數據線分開,可以按“字節”讀寫數據,符合CPU的指令譯碼執行要求,所以假如NOR上存儲了代碼指令, CPU給NOR一個地址,NOR就能向CPU返回一個數據讓CPU執行,中間不需要額外的處理操作。
而NAND的數據和地址線共用,只能按“塊”來讀寫數據,假如NAND上存儲了代碼指令,CPU給NAND地址后, 它無法直接返回該地址的數據,所以不符合指令譯碼要求。若代碼存儲在NAND上,可以把它先加載到RAM存儲器上,再由CPU執行。所以在功能上可以認為NOR是一種斷電后數據不丟失的RAM, 但它的擦除單位與RAM有區別,且讀寫速度比RAM要慢得多。
另外,FLASH的擦除次數都是有限的(現在普遍是10萬次左右),當它的使用接近壽命的時候,可能會出現寫操作失敗。 由于NAND通常是整塊擦寫,塊內有一位失效整個塊就會失效(壞塊),而且由于擦寫過程復雜,從整體來說NOR壞塊更少, 壽命更長。由于可能存在壞塊,所以FLASH存儲器需要“探測/錯誤更正(EDC/ECC)”算法來確保數據的正確性。
由于兩種FLASH存儲器特性的差異,NOR FLASH一般應用在代碼存儲的場合,如嵌入式控制器內部的程序存儲空間。 而NAND FLASH一般應用在大數據量存儲的場合,包括SD卡、U盤以及固態硬盤等,都是NAND FLASH類型的。
總結
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