ROM，RAM，F(xiàn)LASH深度知識(shí)盤點(diǎn)，絕對(duì)有你不清楚的地方

前幾天偶然之間與同事談?wù)摰?ROM，RAM,FLASH 一些知識(shí)，而突然之間當(dāng)我們?nèi)フf這些英文單詞的話還真是粗淺的知道，而在我們當(dāng)中的 MCU 一些含義也不甚清楚，索性今天晚上就來匯總這方面的知識(shí)。

ROM 和 RAM 指的都是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，ROM 是 Read Only Memory 的縮寫，RAM 是 Random Access Memory 的縮寫。ROM 在系統(tǒng)停止供電的時(shí)候仍然可以保持?jǐn)?shù)據(jù)，而 RAM 通常都是在掉電之后就丟失數(shù)據(jù)，典型的 RAM 就是計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。

RAM 有兩大類，一種稱為靜態(tài) RAM(Static RAM/SRAM)，SRAM 速度非?？欤悄壳白x寫最快的存儲(chǔ)設(shè)備了，但是它也非常昂貴，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如 CPU 的一級(jí)緩沖，二級(jí)緩沖。另一種稱為動(dòng)態(tài) RAM(Dynamic RAM/DRAM)，DRAM 保留數(shù)據(jù)的時(shí)間很短，速度也比 SRAM 慢，不過它還是比任何的 ROM 都要快，但從價(jià)格上來說 DRAM 相比 SRAM 要便宜很多，計(jì)算機(jī)內(nèi)存就是 DRAM 的。

DRAM 分為很多種，常見的主要有 FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM 以及 WRAM 等，這里介紹其中的一種 DDR RAM。

DDR RAM(Date-Rate RAM)也稱作 DDR SDRAM，這種改進(jìn)型的 RAM 和 SDRAM 是基本一樣的，不同之處在于它可以在一個(gè)時(shí)鐘讀寫兩次數(shù)據(jù)，這樣就使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍了。這是目前電腦中用得最多的內(nèi)存，而且它有著成本優(yōu)勢，事實(shí)上擊敗了 Intel 的另外一種內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn) -Rambus DRAM。在很多高端的顯卡上，也配備了高速 DDR RAM 來提高帶寬，這可以大幅度提高 3D 加速卡的像素渲染能力。標(biāo)注；（）

內(nèi)存工作原理：
內(nèi)存是用來存放當(dāng)前正在使用的(即執(zhí)行中)的數(shù)據(jù)和程序，我們平常所提到的計(jì)算機(jī)的內(nèi)存指的是動(dòng)態(tài)內(nèi)存(即 DRAM)，動(dòng)態(tài)內(nèi)存中所謂的"動(dòng)態(tài)"，指的是當(dāng)我們將數(shù)據(jù)寫入 DRAM 后，經(jīng)過一段時(shí)間，數(shù)據(jù)會(huì)丟失，因此需要一個(gè)額外設(shè)電路進(jìn)行內(nèi)存刷新操作。

具體的工作過程是這樣的：一個(gè) DRAM 的存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的是 0 還是 1 取決于電容是否有電荷，有電荷代表 1，無電荷代表 0。但時(shí)間一長，代表 1 的電容會(huì)放電，代表 0 的電容會(huì)吸收電荷，這就是數(shù)據(jù)丟失的原因;刷新操作定期對(duì)電容進(jìn)行檢查，若電量大于滿電量的 1/2，則認(rèn)為其代表 1，并把電容充滿電;若電量小于 1/2，則認(rèn)為其代表 0，并把電容放電，藉此來保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性。

ROM 也有很多種，PROM 是可編程的 ROM，PROM 和 EPROM(可擦除可編程 ROM)兩者區(qū)別是，PROM 是一次性的，也就是軟件灌入后，就無法修改了，這種是早期的產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)不可能使用了，而 EPROM 是通過紫外光的照射擦出原先的程序，是一種通用的存儲(chǔ)器。另外一種 EEPROM 是通過電子擦出，價(jià)格很高，寫入時(shí)間很長，寫入很慢。

舉個(gè)例子，手機(jī)軟件一般放在 EEPROM 中，我們打電話，有些最后撥打的號(hào)碼，暫時(shí)是存在 SRAM 中的，不是馬上寫入通過記錄(通話記錄保存在 EEPROM 中)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)有很重要工作(通話)要做，如果寫入，漫長的等待是讓用戶忍無可忍的。

FLASH 存儲(chǔ)器又稱閃存，它結(jié)合了 ROM 和 RAM 的長處，不僅具備電子可擦除可編程(EEPROM)的性能，還不會(huì)斷電丟失數(shù)據(jù)同時(shí)可以快速讀取數(shù)據(jù)(NVRAM 的優(yōu)勢)，U 盤和 MP3 里用的就是這種存儲(chǔ)器。在過去的 20 年里，嵌入式系統(tǒng)一直使用 ROM(EPROM)作為它們的存儲(chǔ)設(shè)備，然而近年來 Flash 全面代替了 ROM(EPROM)在嵌入式系統(tǒng)中的地位，用作存儲(chǔ) Bootloader 以及操作系統(tǒng)或者程序代碼或者直接當(dāng)硬盤使用(U 盤)。

目前 Flash 主要有兩種 NOR Flash 和 NADN 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(yùn)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。

NAND Flash 沒有采取內(nèi)存的隨機(jī)讀取技術(shù)，它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進(jìn)行的，通常是一次讀取 512 個(gè)字節(jié)，采用這種技術(shù)的 Flash 比較廉價(jià)。用戶不能直接運(yùn)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(yùn)行啟動(dòng)代碼。

一般小容量的用 NOR Flash，因?yàn)槠渥x取速度快，多用來存儲(chǔ)操作系統(tǒng)等重要信息，而大容量的用 NAND FLASH，最常見的 NAND FLASH 應(yīng)用是嵌入式系統(tǒng)采用的 DOC(Disk On Chip)和我們通常用的"閃盤"，可以在線擦除。目前市面上的 FLASH 主要來自 Intel，AMD，F(xiàn)ujitsu 和 Toshiba，而生產(chǎn) NAND Flash 的主要廠家有 Samsung 和 Toshiba。

NAND Flash 和 NOR Flash 的比較
NOR 和 NAND 是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel 于 1988 年首先開發(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，19***，東芝公司發(fā)表了 NAND flash 結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級(jí)。但是經(jīng)過了十多年之后，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 是現(xiàn)在市場上主要的非易失閃存技術(shù)。NOR 一般只用來存儲(chǔ)少量的代碼;NOR 主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中。NOR 的特點(diǎn)是應(yīng)用簡單、無需專門的接口電路、傳輸效率高，它是屬于芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place)，這樣應(yīng)用程序可以直接在(NOR 型)flash 閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng) RAM 中。在 1～4MB 的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NOR flash 帶有 SRAM 接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。NOR flash 占據(jù)了容量為 1～16MB 閃存市場的大部分。

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，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用 NAND 的困難在于 flash 的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。

1、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)行擦寫和再編程。任何 flash 器件的寫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)所有的位都寫為 1。

由于擦除 NOR 器件時(shí)是以 64～128KB 的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個(gè)寫入 / 擦除操作的時(shí)間為 5s，與此相反，擦除 NAND 器件是以 8～32KB 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：

● NOR 的讀速度比 NAND 稍快一些。

● NAND 的寫入速度比 NOR 快很多。

● NAND 的 4ms 擦除速度遠(yuǎn)比 NOR 的 5s 快。

● 大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。

● NAND 的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。

(注：NOR FLASH SECTOR 擦除時(shí)間視品牌、大小不同而不同，比如，4M FLASH，有的 SECTOR 擦除時(shí)間為 60ms，而有的需要最大 6s。)

2、接口差別：
NOR flash 帶有 SRAM 接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內(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)引腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。

NAND 讀和寫操作采用 512 字節(jié)的塊，這一點(diǎn)有點(diǎn)像硬盤管理此類操作，很自然地，基于 NAND 的存儲(chǔ)器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。

3、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)過程更為簡單，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 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(chǔ)介質(zhì)中，NAND 適合于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，NAND 在 CompactFlash、Secure Digital、PC Cards 和 MMC 存儲(chǔ)卡市場上所占份額最大。

4、可靠性和耐用性：
采用 flahs 介質(zhì)時(shí)一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問題是可靠性。對(duì)于需要擴(kuò)展 MTBF 的系統(tǒng)來說，F(xiàn)lash 是非常合適的存儲(chǔ)方案?？梢詮膲勖?耐用性)、位交換和壞塊處理三個(gè)方面來比較 NOR 和 NAND 的可靠性。

A) 壽命(耐用性)

在 NAND 閃存中每個(gè)塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次，而 NOR 的擦寫次數(shù)是十萬次。NAND 存儲(chǔ)器除了具有 10 比 1 的塊擦除周期優(yōu)勢，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。

B) 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，NAND 發(fā)生的次數(shù)要比 NOR 多)，一個(gè)比特(bit)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 / 錯(cuò)誤更正(EDC/ECC)算法。位反轉(zhuǎn)的問題更多見于 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?/p>

C) 壞塊處理

NAND 器件中的壞塊是隨機(jī)分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發(fā)現(xiàn)成品率太低，代價(jià)太高，根本不劃算。

NAND 器件需要對(duì)介質(zhì)進(jìn)行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊，并將壞塊標(biāo)記為不可用。在已制成的器件中，如果通過可靠的方法不能進(jìn)行這項(xiàng)處理，將導(dǎo)致高故障率。

5、易于使用：
可以非常直接地使用基于 NOR 的閃存，可以像其他存儲(chǔ)器那樣連接，并可以在上面直接運(yùn)行代碼。

由于需要 I/O 接口，NAND 要復(fù)雜得多。各種 NAND 器件的存取方法因廠家而異。

在使用 NAND 器件時(shí)，必須先寫入驅(qū)動(dòng)程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。向 NAND 器件寫入信息需要相當(dāng)?shù)募记?，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在 NAND 器件上自始至終都必須進(jìn)行虛擬映射。

6、軟件支持：
當(dāng)討論軟件支持的時(shí)候，應(yīng)該區(qū)別基本的讀 / 寫 / 擦操作和高一級(jí)的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件,包括性能優(yōu)化。

在 NOR 器件上運(yùn)行代碼不需要任何的軟件支持，在 NAND 器件上進(jìn)行同樣操作時(shí)，通常需要驅(qū)動(dòng)程序，也就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)動(dòng)程序(MTD)，NAND 和 NOR 器件在進(jìn)行寫入和擦除操作時(shí)都需要 MTD。

使用 NOR 器件時(shí)所需要的 MTD 要相對(duì)少一些，許多廠商都提供用于 NOR 器件的更高級(jí)軟件，這其中包括 M-System 的 TrueFFS 驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)被 Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian 和 Intel 等廠商所采用。

驅(qū)動(dòng)還用于對(duì) DiskOnChip 產(chǎn)品進(jìn)行仿真和 NAND 閃存的管理，包括糾錯(cuò)、壞塊處理和損耗平衡。

NOR FLASH 的主要供應(yīng)商是 INTEL ,MICRO 等廠商，曾經(jīng)是 FLASH 的主流產(chǎn)品，但現(xiàn)在被 NAND FLASH 擠的比較難受。它的優(yōu)點(diǎn)是可以直接從 FLASH 中運(yùn)行程序，但是工藝復(fù)雜，價(jià)格比較貴。

NAND FLASH 的主要供應(yīng)商是 SAMSUNG 和東芝，在 U 盤、各種存儲(chǔ)卡、MP3 播放器里面的都是這種 FLASH，由于工藝上的不同，它比 NOR FLASH 擁有更大存儲(chǔ)容量，而且便宜。但也有缺點(diǎn)，就是無法尋址直接運(yùn)行程序，只能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。另外 NAND FLASH 非常容易出現(xiàn)壞區(qū)，所以需要有校驗(yàn)的算法。

在掌上電腦里要使用 NAND FLASH 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，但是必須有 NOR FLASH 來啟動(dòng)。除了 SAMSUNG 處理器，其他用在掌上電腦的主流處理器還不支持直接由 NAND FLASH 啟動(dòng)程序。因此，必須先用一片小的 NOR FLASH 啟動(dòng)機(jī)器，在把 OS 等軟件從 NAND FLASH 載入 SDRAM 中運(yùn)行才行，挺麻煩的。

DRAM 利用 MOS 管的柵電容上的電荷來存儲(chǔ)信息，一旦掉電信息會(huì)全部的丟失，由于柵極會(huì)漏電，所以每隔一定的時(shí)間就需要一個(gè)刷新機(jī)構(gòu)給這些柵電容補(bǔ)充電荷，并且每讀出一次數(shù)據(jù)之后也需要補(bǔ)充電荷，這個(gè)就叫動(dòng)態(tài)刷新，所以稱其為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。由于它只使用一個(gè) MOS 管來存信息，所以集成度可以很高，容量能夠做的很大。SDRAM 比它多了一個(gè)與 CPU 時(shí)鐘同步。

SRAM 利用寄存器來存儲(chǔ)信息，所以一旦掉電，資料就會(huì)全部丟失，只要供電，它的資料就會(huì)一直存在，不需要?jiǎng)討B(tài)刷新，所以叫靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。

以上主要用于系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)器，容量大，不需要斷電后仍保存數(shù)據(jù)的。

Flash ROM 是利用浮置柵上的電容存儲(chǔ)電荷來保存信息，因?yàn)楦≈脰挪粫?huì)漏電，所以斷電后信息仍然可以保存。也由于其機(jī)構(gòu)簡單所以集成度可以做的很高，容量可以很大。Flash rom 寫入前需要用電進(jìn)行擦除，而且擦除不同與 EEPROM 可以以 byte(字節(jié))為單位進(jìn)行，flash rom 只能以 sector(扇區(qū))為單位進(jìn)行。不過其寫入時(shí)可以 byte 為單位。flash rom 主要用于 bios，U 盤，Mp3 等需要大容量且斷電不丟數(shù)據(jù)的設(shè)備。

PSRAM，假靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。

背景：
PSRAM 具有一個(gè)單晶體管的 DRAM 儲(chǔ)存格，與傳統(tǒng)具有六個(gè)晶體管的 SRAM 儲(chǔ)存格或是四個(gè)晶體管與 two-load resistor SRAM 儲(chǔ)存格大不相同，但它具有類似 SRAM 的穩(wěn)定接口，內(nèi)部的 DRAM 架構(gòu)給予 PSRAM 一些比 low-power 6T SRAM 優(yōu)異的長處，例如體積更為輕巧，售價(jià)更具競爭力。目前在整體 SRAM 市場中，有 90%的制造商都在生產(chǎn) PSRAM 組件。在過去兩年，市場上重要的 SRAM/PSRAM 供貨商有 Samsung、Cypress、Renesas、Micron 與 Toshiba 等。

基本原理：
PSRAM 就是偽 SRAM，內(nèi)部的內(nèi)存顆粒跟 SDRAM 的顆粒相似，但外部的接口跟 SRAM 相似，不需要 SDRAM 那樣復(fù)雜的控制器和刷新機(jī)制，PSRAM 的接口跟 SRAM 的接口是一樣的。

PSRAM 容量有 8Mbit,16Mbit,32Mbit 等等，容量沒有 SDRAM 那樣密度高，但肯定是比 SRAM 的容量要高很多的，速度支持突發(fā)模式，并不是很慢，Hynix，Coremagic, WINBOND .MICRON. CY 等廠家都有供應(yīng)，價(jià)格只比相同容量的 SDRAM 稍貴一點(diǎn)點(diǎn)，比 SRAM 便宜很多。

PSRAM 主要應(yīng)用于手機(jī)，電子詞典，掌上電腦，PDA,PMP.MP3/4,GPS 接收器等消費(fèi)電子產(chǎn)品與 SRAM(采用 6T 的技術(shù))相比,PSRAM 采用的是 1T+1C 的技術(shù),所以在體積上更小,同時(shí),PSRAM 的 I/O 接口與 SRAM 相同 . 在容量上,目前有 4MB,8MB,16MB,32MB,64MB 和 128MB。比較于 SDRAM,PSRAM 的功耗要低很多。所以對(duì)于要求有一定緩存容量的很多便攜式產(chǎn)品是一個(gè)理想的選擇。摘自互聯(lián)網(wǎng)
當(dāng)然了當(dāng)中的 ROM 與 RAM 肯定來說細(xì)分不止當(dāng)中的這幾種，如果想要全面的了解這當(dāng)中的細(xì)分，請(qǐng)見于這份文檔；RAM 或 ROM_ 和 FLASH 存儲(chǔ)的區(qū)別總結(jié)。當(dāng)中聯(lián)想到了一些有關(guān)于 MPC5607B 芯片的一些相關(guān)信息，請(qǐng)見于百度云分享，而最后突然想到了片上系統(tǒng)；英文：（SoC：System on a Chip）片上系統(tǒng)（SoC：System-on-a-chip）指的是在單個(gè)芯片上集成一個(gè)完整的系統(tǒng)，對(duì)所有或部分必要的電子電路進(jìn)行包分組的技術(shù)。所謂完整的系統(tǒng)一般包括中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、以及外圍電路等。 SoC 是與其它技術(shù)并行發(fā)展的，如絕緣硅（SOI），它可以提供增強(qiáng)的時(shí)鐘頻率，從而降低微芯片的功耗。片上系統(tǒng)技術(shù)通常應(yīng)用于小型的，日益復(fù)雜的客戶電子設(shè)備。例如，聲音檢測設(shè)備的片上系統(tǒng)是在單個(gè)芯片上為所有用戶提供包括音頻接收端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、微處理器、必要的存儲(chǔ)器以及輸入輸出邏輯控制等設(shè)備。此外系統(tǒng)芯片還應(yīng)用于單芯片無線產(chǎn)品，諸如藍(lán)牙設(shè)備，支持單芯片 WLAN 和蜂窩電話解決方案。由于空前的高效集成性能，片上系統(tǒng)是替代集成電路的主要解決方案。SoC 已經(jīng)成為當(dāng)前微電子芯片發(fā)展的必然趨勢。

審核編輯 黃昊宇