ramsramsdramromepromeepromflash等常见存储器概念辨析1.docx

1、ramsramsdramromepromeepromflash等常见存储器概念辨析1RAM、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Read Only Memory的缩写，RAM是Random Access Memory的缩写。RO

2、M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（Static RAM/静态存储器）和DRAM（Dynamic RAM/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

3、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

4、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Flash ROM。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

5、）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NOR Flash和NADN Flash。NOR Flash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NOR FLASH里面的代码，这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。NAND Flash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NAND Flash上的代码，因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外，还

6、作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。 一般小容量的用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 FlashROM指的是“只读存储器”，即Read-Only Memory。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

7、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Programmable Red-Only Memory。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”(One Time Progarmming ROM，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

8、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Erasable Programmable Read-Only Memory。 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

9、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Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。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。 Flash memory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(Byt

10、e)。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Flash ROM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 NOR flash 技术，彻底改变了原先由 EPR

11、OM 和 EEPROM 一统天下的局面。紧接着，1989 年东芝公司发表了 NAND flash 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，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在闪存内运行，不必再把

12、代码读到系统 RAM 中。NOR 的传输效率很高，在 14MB 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

13、所有的位都写为0。 由于擦除NOR器件时是以64128KB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832KB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) AN

14、D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11116MB闪存市场的大部

15、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、Secure Digital、PC Cards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

16、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

17、设备来存储操作系统、配置文件或其它敏感信息时，必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。 坏块处理 NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。 NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中，如果通过可靠的方法不能进行这项处理，将导致高故障率。 六、易于使用 可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其它内存那样连接，并可以在上面直接运行代码。 由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。 在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其它操作。向NAND

18、器件写入信息需要相当的技巧，因为设计师绝不能向坏块写入，这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映像。 七、软件支持 当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件，包括性能优化。 在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序（MTD），NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。 八、典型的 NOR 闪存（Strata Flash） Strata Flash是 Intel公司产的典型 Nor Flash， 本机使用的Strata Flash 是该系列中的

19、28F320J3，该闪存的内部逻辑框图如图10-1： 它的特性如下： 1) 问速度有 110ns/120ns 和150ns 共 3 檔 2) 具备128bit 加密寄存器 3) 块尺寸：128KB 九、典型的 NAND 闪存（K9S5608） K9S5608 是韩国 Samsung 公司所产的 256MBit（32MByte） SMC 卡（外形封装成卡片形式的） NAND 闪存。下图是K9S5608的内部逻辑框图。图10-2K9S5608 具有以下特性： （1） 32MByte 存储空间的结构为：（32M1024K）bit8bit（见图10-3） （2） 支持自动编程和擦除模式 （3） 10u

20、S 随即页面读写 （4） 200uS 快速页面擦除周期 （5） 具备硬件写保护功能 （6） 擦/写寿命：10 万次 （7） 资料保存寿命：10 年RAM 有两大类： 1) 静态RAM（Static RAM / 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。 2) 动态RAM（Dynamic RAM / DRAM），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。 DRAM分为很多种，常见的主要有FP

21、RAM / FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等，这里介绍其中的一种DDR RAM。DDR RAM（Double-Date-Rate RAM）也称作DDR SDRAM，这种改进型的RAM和SDRAM是基本一样的，不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据，这样就使得数据传输速度加倍了。 这是目前电脑中用得最多的内存，而且它有着成本优势，事实上击败了Intel的另外一种内存标准Rambus DRAM。 在很多高端的显卡上，也配备了高速DDR RAM来提高带宽，这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。 ROM也有很多种：1) PROM(可

22、编程ROM)，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；2) EPROM (可擦除可编程ROM)，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。3) EEPROM，是通过电子擦除，价格很高，写入时间很长，写入很慢。举个例子，手机软件一般放在EEPROM中，我们打电话，有些最后拨打的号码，暂时是存在SRAM中的，不是马上写入通话记录（通话记录保存在EEPROM中），因为当时有很重要工作（通话）要做，如果写入，漫长的等待是让用户忍无可忍的。内存工作原理内存是用来存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序，我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存(

23、即DRAM)。动态内存中所谓的“动态”，指的是当我们将数据写入DRAM后，经过一段时间，数据会丢失，因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。具体的工作过程是这样的：一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷，有电荷代表1，无电荷代表0。但时间一长，代表1的电容会放电，代表0的电容会吸收电荷，这就是数据丢失的原因。刷新操作定期对电容进行检查，若电量大于满电量的12，则认为其代表1，并把电容充满电；若电量小于 12，则认为其代表0，并把电容放电，藉此来保持数据的连续性。Flash存储器FLASH 存储器又称闪存，它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程(EEPROM)

24、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NOR Flash和NAND Flash。NOR Flash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NOR FLASH里面的代码，这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。NAND Flash没有采取内存的随机读取

25、技术，它的读取是以一次读取一块的形式来进行的，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NAND Flash上的代码，因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flash以外，还用一块小的NOR Flash来运行启动代码。 一般小容量的用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

26、NAND Flash的主要厂家有Samsung和Toshiba。NOR 和NAND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NOR flash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NAND flash结构，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，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR 和NAND闪存。flash存储器经常可以与相NOR存储器互换使用。许多业内人士也搞不清楚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

27、时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。 NOR 是现在市场上主要的非易失闪存技术。NOR一般只用来存储少量的代码，NOR主要应用在代码存储介质中。NOR的特点是应用简单、无需专门的接口电路、传输效率高，它是属于芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在(NOR型) flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。在14MB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。NOR flash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。NOR flash占据了容量为11

28、6MB闪存市场的大部分。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。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。1) 性能比较flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash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1。由于擦除NOR器件时是以64128KB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832KB的块进行的，执

29、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NADN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：a、 NOR的读速度比NAND稍快一些；b、 NAND的写入速度比NOR快很多；c、 NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快；d、 大多数写入操作需要先进行擦除操作；e、 NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。 2) 接口差别NOR flash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器件使

30、用复杂的I/O口来串行地存取数据，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、地址和数据信息。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的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。3) 容量和成本NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，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 flash占据了容量为116MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFl

31、ash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。4) 可靠性和耐用性采用flahs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，Flash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。a、 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存储器除了具有10比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存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。b、 位交换所有flash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(bit)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