各類(lèi)存儲(chǔ)器介紹

1、ROM是只讀內(nèi)存（Read-Only Memory）的簡(jiǎn)稱，是一種只能讀出事先所存數(shù)據(jù)的固態(tài)半導(dǎo) 體存儲(chǔ)器。其特性是一旦儲(chǔ)存資料就無(wú)法再將之改變或刪除。通常用在不需經(jīng)常變更資料的 電子或電腦系統(tǒng)中，資料并且不會(huì)因?yàn)殡娫搓P(guān)閉而消失。簡(jiǎn)介英文簡(jiǎn)稱ROM。ROM所存數(shù)據(jù)，一般是裝入整機(jī)前事先寫(xiě)好的，整機(jī)工作過(guò)程中只 能讀出，而不像隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM那樣能快速地、方便地加以改寫(xiě)。ROM所存數(shù)據(jù)穩(wěn)定， 斷電后所存數(shù)據(jù)也不會(huì)改變；其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，讀出較方便，因而常用于存儲(chǔ)各種固定程序和 數(shù)據(jù)。除少數(shù)品種的只讀存儲(chǔ)器（如字符發(fā)生器）可以通用之外，不同用戶所需只讀存儲(chǔ)器 的內(nèi)容不同。為便于使用和大批 量 生產(chǎn)，進(jìn)

2、一步發(fā)展了可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）、 可擦可編程序只讀存儲(chǔ)器（EPROM）和電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）。例 如早期的個(gè)人電腦如Apple II或IBM PC XT/AT的開(kāi)機(jī)程序（操作系統(tǒng)）或是其 他各種微電腦系統(tǒng)中的韌體（Firmware）。EPROM需用紫外光長(zhǎng)時(shí)間照射才能擦除，使用很不方便。20世紀(jì)80年代制 出的EEPROM，克服了 EPROM的不足，但集成度不高，價(jià)格較貴。于是又開(kāi)發(fā) 出一種新型的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)同EPROM相似的快閃存儲(chǔ)器Nor/NAND Flasho其集 成度高、功耗低、體積小，又能在線快速擦除，因而獲得飛速發(fā)展，并有可 能取代現(xiàn)行的硬盤(pán)和軟盤(pán)而成為主

3、要的大容量存儲(chǔ)媒體。大部分只讀存儲(chǔ)器用金 屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管制成。ROM種類(lèi)ROM只讀內(nèi)存（Read-Only Memory）是一種只能讀取資料的內(nèi)存。在制造過(guò)程中， 將資料以一特制光罩（mask）燒錄于線路中，其資料內(nèi)容在寫(xiě)入后就不能更改， 所以有時(shí)又稱為“光罩式只讀內(nèi)存（mask ROM）。此內(nèi)存的制造成本較低， 常用于電腦中的開(kāi)機(jī)啟動(dòng)。PROM可編程程序只讀內(nèi)存（Programmable ROM，PROM）之內(nèi)部有行列式的镕絲， 是需要利用電流將其燒斷，寫(xiě)入所需的資料，但僅能寫(xiě)錄一次。PROM在出廠時(shí)， 存儲(chǔ)的內(nèi)容全為1，用戶可以根據(jù)需要將其中的某些單元寫(xiě)入數(shù)據(jù)0（部分

4、的PROM 在出廠時(shí)數(shù)據(jù)全為0，則用戶可以將其中的部分單元寫(xiě)入1），以實(shí)現(xiàn)對(duì)其“編 程”的目的。PROM的典型產(chǎn)品是“雙極性熔絲結(jié)構(gòu)”，如果我們想改寫(xiě)某些單 元，則可以給這些單元通以足夠大的電流，并維持一定的時(shí)間，原 先的熔絲即 可熔斷，這樣就達(dá)到了改寫(xiě)某些位的效果。另外一類(lèi)經(jīng)典的PROM為使用“肖特 基二極管”的PROM，出廠時(shí)，其中的二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，還是用大電流 的方法將反相電壓加在“肖特基二極管”，造成其永久性擊穿即可。EPROM可抹除可編程只讀內(nèi)存（Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM） 可利用高電壓將資料編程寫(xiě)入，抹除時(shí)將線

5、路曝光于紫外線下，則資料可被清空， 并且可重復(fù)使用。通常在封裝外殼上會(huì)預(yù)留一個(gè)石英透明窗以方便曝光。4.OTPROM一次編程只讀內(nèi)存(One Time Programmable Read Only Memory, OTPROM) 之寫(xiě)入原理同EPROM，但是為了節(jié)省成本，編程寫(xiě)入之后就不再抹除，因此不設(shè) 置透明窗。EEPROM電子式可抹除可編程只讀內(nèi)存(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM)之運(yùn)作原理類(lèi)似EPROM，但是抹除的方式是使用高電場(chǎng) 來(lái)完成，因此不需要透明窗?？扉W存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器(Flash memory

6、)的每一個(gè)記憶胞都具有一個(gè)“控制閘”與“浮 動(dòng)閘”，利用高電場(chǎng)改變浮動(dòng)閘的臨限電壓即可進(jìn)行編程動(dòng)作。ROM與RAM的不同使用范圍介紹RAM-RandomAccessMemory易揮發(fā)性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，高速存取，讀寫(xiě)時(shí)間 相等，且與地址無(wú)關(guān)，如計(jì)算機(jī)內(nèi)存等。ROM-Read Only Memory只讀存儲(chǔ)器。斷電后信息不丟失，如計(jì)算機(jī)啟動(dòng)用 的BIOS芯片。存取速度很低，(較RAM而言)且不能改寫(xiě)。由于不能改寫(xiě)信息， 不能升級(jí)，現(xiàn)已很少使用。EPROM、EEPROM、Flash ROM(NOR Flash 和 NAND Flash)，性能同 ROM，但 可改寫(xiě)。一般讀出比寫(xiě)入快，寫(xiě)入需要比讀出更

7、高的電壓(讀5V寫(xiě)12V)。而 Flash可以在相同電壓下讀寫(xiě)，且容量大、成本低，如今在U盤(pán)、MP3中使用廣 泛。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里，RAM 一般用作內(nèi)存，ROM用來(lái)存放一些硬件的驅(qū)動(dòng)程序， 也就是固件。RAM為靜態(tài)易失型存儲(chǔ)器；ROM為非易失性存儲(chǔ)器；RAM(random access memory)隨機(jī)存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)單元的內(nèi)容可按需隨意取出或 存入，且存取的速度與存儲(chǔ)單元的位置無(wú)關(guān)的存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器在斷電時(shí)將丟 失其存儲(chǔ)內(nèi)容，故主要用于存儲(chǔ)短時(shí)間使用的程序。按照存儲(chǔ)信息的不同，隨 機(jī)存儲(chǔ)器又分為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(Static RAM,SRAM)和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(Dynamic RAM,DRAM)

8、。特點(diǎn)隨機(jī)存取所謂“隨機(jī)存取”，指的是當(dāng)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)被讀取或?qū)懭霑r(shí)，所需要的時(shí)間與這段信息 所在的位置無(wú)關(guān)。相對(duì)的，讀取或?qū)懭腠樞蛟L問(wèn)(Sequential Access)存儲(chǔ)設(shè)備中的信息時(shí)， 其所需要的時(shí)間與位置就會(huì)有關(guān)系(如磁帶)。易失性當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)RAM不能保留數(shù)據(jù)。如果需要保存數(shù)據(jù)，就必須把它們寫(xiě)入靜態(tài)隨機(jī)存 取存儲(chǔ)器一個(gè)長(zhǎng)期的存儲(chǔ)設(shè)備中（例如硬盤(pán)）。RAM和ROM相比，兩者的最大區(qū)別是RAM 在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)消失，而ROM不會(huì)。高訪問(wèn)速度現(xiàn)代的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器幾乎是所有訪問(wèn)設(shè)備中寫(xiě)入和讀取速度最快的，取存延遲也和其 他涉及機(jī)械運(yùn)作的存儲(chǔ)設(shè)備相比，也顯得微不足道。需要刷

9、新現(xiàn)代的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器依賴電容器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。電容器充滿電后代表1（二進(jìn)制），未充電 的代表0。由于電容器或多或少有漏電的情形，若不作特別處理，數(shù)據(jù)會(huì)漸漸隨時(shí)間流失。 刷新是指定期讀取電容器的狀態(tài)，然后按照原來(lái)的狀態(tài)重新為電容器充電，彌補(bǔ)流失了的電 荷。需要刷新正好解釋了隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的易失性。對(duì)靜電敏感正如其他精細(xì)的集成電路，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器對(duì)環(huán)境的靜電荷非常敏感。靜電會(huì)干擾存儲(chǔ) 器內(nèi)電容器的電荷，引致數(shù)據(jù)流失，甚至燒壞電路。故此觸碰隨機(jī)存取存儲(chǔ)器前，應(yīng)先用手 觸摸金屬接地。靜態(tài)存儲(chǔ)單元（SRAM）存儲(chǔ)原理：由觸發(fā)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)：六管NMOS或OS構(gòu)成優(yōu)點(diǎn)：速度快、使用簡(jiǎn)單、不需刷新、靜態(tài)功耗

10、極低；常用作Cache缺點(diǎn)：元件數(shù)多、集成度低、運(yùn)行功耗大常用的 SRAM 集成芯片：6116（2Kx8 位），6264（8Kx8 位），62256（32Kx8 位），2114（1Kx4 位）動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元（DRAM）存貯原理：利用MOS管柵極電容可以存儲(chǔ)電荷的原理，需刷新（早期：三管基本單 元；現(xiàn)在：?jiǎn)喂芑締卧┧⑿拢ㄔ偕簽榧皶r(shí)補(bǔ)充漏掉的電荷以避免存儲(chǔ)的信息丟失，必須定時(shí)給柵極電容補(bǔ) 充電荷的操作刷新時(shí)間：定期進(jìn)行刷新操作的時(shí)間。該時(shí)間必須小于柵極電容自然保持信息的時(shí)間（小于2ms ）。優(yōu)點(diǎn)：集成度遠(yuǎn)高于SRAM、功耗低，價(jià)格也低缺點(diǎn)：因需刷新而使外圍電路復(fù)雜；刷新也使存取速度較SRAM

11、慢，所以在計(jì)算機(jī)中， DRAM常用于作主存儲(chǔ)器。盡管如此，由于DRAME 1存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元件少，集成度高，功耗低，所以 目前已成為大容量RAM的主流產(chǎn)品。SDRAM:Synchronous Dynamic Random Access Memory 同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，同 步是指Memory工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基 準(zhǔn)；動(dòng)態(tài)是指存儲(chǔ)陣列需要不斷的刷新來(lái)保證數(shù)據(jù)不丟失；隨機(jī)是指數(shù)據(jù)不是線 性依次存儲(chǔ)，而是自由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。SDRAM取址和容量定義I三（1）bank塊地址定位邏輯塊（2）行地址和列地址-定位存儲(chǔ)單元（3）容量定義：地址數(shù)*位寬*Ba

12、nk （存儲(chǔ)塊）芯片引腳介紹SDRAM在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)重點(diǎn)注意以下信號(hào)：（1）CLK:時(shí)鐘信號(hào)，為輸入信號(hào)。SDRAM所有輸入信號(hào)的邏輯狀態(tài)都需要 通過(guò)CLK的上升沿采樣確定。（2）CKE:時(shí)鐘使能信號(hào)，為輸入信號(hào)，高電平有效。CKE信號(hào)的用途有兩 個(gè)：一、關(guān)閉時(shí)鐘以進(jìn)入省電模式；二、進(jìn)入自刷新?tīng)顟B(tài)。CKE無(wú)效時(shí)，SDRAM 內(nèi)部所有與輸入相關(guān)的功能模塊停止工作。（3）CS#：片選信號(hào)，為輸入信號(hào)，低電平有效。只有當(dāng)片選信號(hào)有效后， SDRAM才能識(shí)別控制器發(fā)送來(lái)的命令。設(shè)計(jì)時(shí)注意上拉。（4）RAS#:行地址選通信號(hào)，為輸入信號(hào)，低電平有效。（5）CAS#:列地址選通信號(hào)，為輸入信號(hào)，低電平有效。

13、（6）WE#:寫(xiě)使能信號(hào)，為輸入信號(hào)，低電平有效。當(dāng)然還包括bank地址信號(hào)，這個(gè)需要根據(jù)不同的型號(hào)來(lái)確定，同樣為 輸入信號(hào)；地址信號(hào)A，為輸入信號(hào)；數(shù)據(jù)信號(hào)DQ，為輸入/輸出雙向 信號(hào)；數(shù)據(jù)掩碼信號(hào)DQM，為輸入輸出雙向信號(hào)，方向與數(shù)據(jù)流方向一致，高電 平有效。當(dāng)其有效時(shí)，數(shù)據(jù)總線上出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)字節(jié)被接收端屏蔽。NOR Flash 和 NAND FlashNOR和NAND詳解NOR和NAND是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首 先開(kāi)發(fā)出NOR flash技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM 一統(tǒng)天下的局面。 緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了 NAND

14、flash結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本， 更高的性能，并且象磁盤(pán)一樣可以通過(guò)接口輕松升級(jí)。但是經(jīng)過(guò)了十多年之后， 仍然有相當(dāng)多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。相“flash存儲(chǔ)器”經(jīng)?？梢耘c相“NOR存儲(chǔ)器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士 也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對(duì)于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下閃存 只是用來(lái)存儲(chǔ)少量的代碼，這時(shí)NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 密度的理想解決方案。NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place)，這樣應(yīng)用程序可以直 接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高， 在14MB的小容量

15、時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫(xiě)入和擦除速度大大影 響了它的性能。NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫(xiě)入和擦除 的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。性能比較flash閃存是非易失存儲(chǔ)器，可以對(duì)稱為塊的存儲(chǔ)器單元塊進(jìn)行擦寫(xiě)和再 編程。任何flash器件的寫(xiě)入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù) 情況下，在進(jìn)行寫(xiě)入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分 簡(jiǎn)單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫(xiě)為0。由于擦除NOR器件時(shí)是以64128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個(gè)寫(xiě)入/擦除操作 的時(shí)間為5，與此相反，

16、擦除NAND器件是以832KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的 操作最多只需要4ms。執(zhí)行擦除時(shí)塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了 NOR和NADN之間的性能差距，統(tǒng)計(jì) 表明，對(duì)于給定的一套寫(xiě)入操作(尤其是更新小文件時(shí))，更多的擦除操作必須在 基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲(chǔ)解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)師必須權(quán)衡以下的 各項(xiàng)因素。1、NOR的讀速度比NAND稍快一些。2、NAND的寫(xiě)入速度比NOR快很多。3、NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。4、大多數(shù)寫(xiě)入操作需要先進(jìn)行擦除操作。5、NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。接口差別NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來(lái)尋址，可以很容易地存

17、取 其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。NAND器件使用復(fù)雜的I/O 口來(lái)串行地存取數(shù)據(jù)，各個(gè)產(chǎn)品或廠商的方法可 能各不相同。8個(gè)引腳用來(lái)傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。NAND讀和寫(xiě)操作采用512字節(jié)的塊，這一點(diǎn)有點(diǎn)像硬盤(pán)管理此類(lèi)操作，很 自然地，基于NAND的存儲(chǔ)器就可以取代硬盤(pán)或其他塊設(shè)備。容量和成本NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產(chǎn)過(guò)程更為簡(jiǎn)單， NAND結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量，也就相應(yīng)地降低了價(jià)格。NOR flash占據(jù)了容量為116MB閃存市場(chǎng)的大部分，而NAND flash只是 用在8128MB的產(chǎn)品當(dāng)中，這也說(shuō)明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NAND適

18、 合于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，NAND 在 CompactFlash、Secure Digital、PC Cards 和 MMC（多 媒體存儲(chǔ)卡Multi Media Card）存儲(chǔ)卡市場(chǎng)上所占份額最大。可靠性和耐用性采用flash介質(zhì)時(shí)一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題是可靠性。對(duì)于需要擴(kuò)展MTBF（平均故障間隔時(shí)間Mean Time Between Failures）的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，F(xiàn)lash是非 常合適的存儲(chǔ)方案?？梢詮膲勖陀眯裕?、位交換和壞塊處理三個(gè)方面來(lái)比較 NOR和NAND的可靠性。壽命（耐用性）在NAND閃存中每個(gè)塊的最大擦寫(xiě)次數(shù)是一百萬(wàn)次，而NOR的擦寫(xiě)次數(shù)是十 萬(wàn)次。NAND存儲(chǔ)器除了具有10比1的塊

19、擦除周期優(yōu)勢(shì)，典型的NAND塊尺寸要 比NOR器件小8倍，每個(gè)NAND存儲(chǔ)器塊在給定的時(shí)間內(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。位交換所有flash器件都受位交換現(xiàn)象的困擾。在某些情況下（很少見(jiàn)，NAND發(fā)生 的次數(shù)要比NOR多），一個(gè)比特位會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報(bào)告反轉(zhuǎn)了。一位的變化可能不很明顯，但是如果發(fā)生在一個(gè)關(guān)鍵文件上，這個(gè)小小的故 障可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。如果只是報(bào)告有問(wèn)題，多讀幾次就可能解決了。當(dāng)然，如果這個(gè)位真的改變了，就必須采用錯(cuò)誤探測(cè)/錯(cuò)誤更正（EDC/ECC） 算法。位反轉(zhuǎn)的問(wèn)題更多見(jiàn)于NAND閃存，NAND的供應(yīng)商建議使用NAND閃存的 時(shí)候，同時(shí)使用EDC/ECC算法。這個(gè)問(wèn)題對(duì)于用NAND存儲(chǔ)多媒體信息時(shí)倒不是致命的。當(dāng)然，如果用本地 存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、配置文件或其他敏感信息時(shí)，必須使用EDC/ECC系統(tǒng) 以確?？煽啃浴膲K處理NAND器件中的壞塊是隨機(jī)分布的。以前也曾有過(guò)消除壞塊的努力，但發(fā)現(xiàn)