什么是內(nèi)存？內(nèi)存的工作原理 關(guān)于NOR和NAND的介紹和區(qū)別

1.什么是內(nèi)存

什么是內(nèi)存呢？在計算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)中，有一個很重要的部分，就是存儲器。存儲器是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，對于計算機(jī)來說，有了存儲器，才有記憶功能，才能保證正常工作。存儲器的種類很多，按其用途可分為主存儲器和輔助存儲器，主存儲器又稱內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存），輔助存儲器又稱外存儲器（簡稱外存）。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤，像硬盤，軟盤，磁帶，CD等，能長期保存信息，并且不依賴于電來保存信息，但是由機(jī)械部件帶動，速度與CPU相比就顯得慢的多。內(nèi)存指的就是主板上的存儲部件，是CPU直接與之溝通，并用其存儲數(shù)據(jù)的部件，存放當(dāng)前正在使用的（即執(zhí)行中）的數(shù)據(jù)和程序，它的物理實質(zhì)就是一組或多組具備數(shù)據(jù)輸入輸出和數(shù)據(jù)存儲功能的集成電路，內(nèi)存只用于暫時存放程序和數(shù)據(jù)，一旦關(guān)閉電源或發(fā)生斷電，其中的程序和數(shù)據(jù)就會丟失。

2.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算機(jī)的內(nèi)存指的是動態(tài)內(nèi)存（即DRAM），動態(tài)內(nèi)存中所謂的'動態(tài)'，指的是當(dāng)我們將數(shù)據(jù)寫入DRAM后，經(jīng)過一段時間，數(shù)據(jù)會丟失，因此需要一個額外設(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DRAM的存儲單元存儲的是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。但時間一長，代表1的電容會放電，代表0的電容會吸收電荷，這就是數(shù)據(jù)丟失的原因；刷新操作定期對電容進(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，是一種通用的存儲器。另外一種EEPROM是通過電子擦出，價格很高，寫入時間很長，寫入很慢。

從一有計算機(jī)開始，就有內(nèi)存。內(nèi)存發(fā)展到今天也經(jīng)歷了很多次的技術(shù)改進(jìn)，從最早的DRAM一直到FPMDRAM、EDODRAM、SDRAM等，內(nèi)存的速度一直在提高且容量也在不斷的增加。

3.ROM和RAM指的都是半導(dǎo)體存儲器

1）ROM是Read Only Memory的縮寫

是一種半導(dǎo)體內(nèi)存，其特性是一旦儲存資料就無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，資料并且不會因為電源關(guān)閉而消失。

只能讀出事先所存數(shù)據(jù)的固態(tài)半導(dǎo)體存儲器。英文簡稱ROM。ROM所存數(shù)據(jù)，一般是裝入整機(jī)前事先寫好的，整機(jī)工作過程中只能讀出，而不像隨機(jī)存儲器那樣能快速地、方便地加以改寫。ROM所存數(shù)據(jù)穩(wěn)定 ，斷電后所存數(shù)據(jù)也不會改變；其結(jié)構(gòu)較簡單，讀出較方便，因而常用于存儲各種固定程序和數(shù)據(jù)。除少數(shù)品種的只讀存儲器（如字符發(fā)生器）可以通用之外，不同用戶所需只讀存儲器的內(nèi)容不同。

為便于使 用和大批 量 生產(chǎn) ，進(jìn)一步發(fā)展了可編程只讀存儲器（PROM）、可擦可編程序只讀存儲器（EPROM）和電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）。EPROM需用紫外光長時間照射才能擦除，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 ，價格較貴。于是又開發(fā)出一種新型的存儲單元結(jié)構(gòu)同 EPROM 相似的快閃存儲器 。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)行的硬盤和軟盤而成為主要的大容量存儲媒體。大部分只讀存儲器用金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)管制成。

2）RAM是Random Access Memory的縮寫。

又稱為隨機(jī)存取存儲器；存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器。這種存儲器在斷電時將丟失其存儲內(nèi)容，故主要用于存儲短時間使用的程序。

簡單地說，在計算機(jī)中，RAM 、ROM都是數(shù)據(jù)存儲器。RAM 是隨機(jī)存取存儲器，它的特點(diǎn)是易揮發(fā)性，即掉電失憶。ROM 通常指固化存儲器(一次寫入，反復(fù)讀取)，它的特點(diǎn)與RAM 相反。ROM又分一次性固化、光擦除和電擦除重寫兩種類型。

ROM在系統(tǒng)停止供電的時候仍然可以保持?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就是計算機(jī)的內(nèi)存。

4.RAM分為兩大類：

1）一種稱為靜態(tài)RAM（Static RAM/SRAM），SRAM速度非常快，是目前讀寫最快的存儲設(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的一級緩沖，二級緩沖。

2）另一種稱為動態(tài)RAM（Dynamic RAM/DRAM），DRAM保留數(shù)據(jù)的時間很短，速度也比SRAM慢，不過它還是比任何的ROM都要快，但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多，計算機(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時鐘讀寫兩次數(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。

5.再不明白的請看例子：

舉個例子，手機(jī)軟件一般放在EEPROM中，我們打電話，有些最后撥打的號碼，暫時是存在SRAM中的，不是馬上寫入通過記錄（通話記錄保存在EEPROM中），因為當(dāng)時有很重要工作（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，還不會斷電丟失數(shù)據(jù)同時可以快速讀取數(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個字節(jié)，采用這種技術(shù)的Flash比較廉價。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)行啟動代碼。

一般小容量的用NOR Flash，因為其讀取速度快，多用來存儲操作系統(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。

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問題1：什么是DRAM、SRAM、SDRAM？

答：名詞解釋如下

DRAM--------動態(tài)隨即存取器，需要不斷的刷新，才能保存數(shù)據(jù)，而且是行列地址復(fù)用的，許多都有頁模式

SRAM--------靜態(tài)的隨機(jī)存儲器，加電情況下，不需要刷新，數(shù)據(jù)不會丟失，而且一般不是行列地址復(fù)用的

SDRAM-------同步的DRAM，即數(shù)據(jù)的讀寫需要時鐘來同步

問題2：為什么DRAM要刷新，SRAM則不需要？

答：這是由RAM的設(shè)計類型決定的，DRAM用了一個T和一個RC電路，導(dǎo)致電容會漏電和緩慢放電，所以需要經(jīng)常刷新來保存數(shù)據(jù)

問題3：我們通常所說的內(nèi)存用的是什么呢？這三個產(chǎn)品跟我們實際使用有什么關(guān)系？

答：內(nèi)存（即隨機(jī)存貯器RAM）可分為靜態(tài)隨機(jī)存儲器SRAM，和動態(tài)隨機(jī)存儲器DRAM兩種。我們經(jīng)常說的“

內(nèi)存”是指DRAM。而SRAM大家卻接觸的很少。

問題4：為什么使用DRAM比較多、而使用SRAM卻很少？

答：1）因為制造相同容量的SRAM比DRAM的成本高的多，正因為如此，才使其發(fā)展受到了限制。因此目前SRAM基本上只用于CPU內(nèi)部的一級緩存以及內(nèi)置的二級緩存。僅有少量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及路由器上能夠使用SRAM。

2）存儲單元結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致了容量的不同：一個DRAM存儲單元大約需要一個晶體管和一個電容（不

包括行讀出放大器等），而一個SRAM存儲單元大約需要六個晶體管。DRAM和SDRAM由于實現(xiàn)工藝問題，容量

較SRAM大，但是讀寫速度不如SRAM。

問題5：用得最多的DRAM有什么特點(diǎn)呢？它的工藝是什么情況？（通常所說的內(nèi)存就是DRAM）

答：1）DRAM需要進(jìn)行周期性的刷新操作，我們不應(yīng)將SRAM與只讀存儲器（ROM）和Flash Memory相混淆，因為SRAM是一種易失性存儲器，它只有在電源保持連續(xù)供應(yīng)的情況下才能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)?！半S機(jī)訪問”是指存儲器的內(nèi)容可以以任何順序訪問，而不管前一次訪問的是哪一個位置。

2）DRAM和SDRAM由于實現(xiàn)工藝問題，容量較SRAM大。但是讀寫速度不如SRAM，但是現(xiàn)在，SDRAM的速度也已經(jīng)很快了，時鐘好像已經(jīng)有150兆的了。那么就是讀寫周期小于10ns了。

3）SDRAM雖然工作頻率高，但是實際吞吐率要打折扣。以PC133為例，它的時鐘周期是7.5ns，當(dāng)CAS latency=2 時，它需要12個周期完成8個突發(fā)讀操作，10個周期完成8個突發(fā)寫操作。不過，如果以交替方式訪問Bank，SDRAM可以在每個周期完成一個讀寫操作（當(dāng)然除去刷新操作）。

4）其實現(xiàn)在的主流高速存儲器是SSRAM（同步SRAM）和SDRAM（同步DRAM）。目前可以方便買到的SSRAM最大容量是8Mb/片，最大工作速度是166MHz；可以方便買到的SDRAM最大容量是128Mb/片，最大工作速度是133MHz。

問題6：用得比較少但速度很快，通常用于服務(wù)器cache的SRAM有什么特點(diǎn)呢？

答：1）SRAM是靜態(tài)的，DRAM或SDRAM是動態(tài)的，靜態(tài)的是用的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來保存信息，而動態(tài)的是用電子，要不時的刷新來保持。SRAM是Static Random Access Memory的縮寫，中文含義為靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲器，它是一種類型的半導(dǎo)體存儲器。“靜態(tài)”是指只要不掉電，存儲在SRAM中的數(shù)據(jù)就不會丟失。

2）SRAM其實是一種非常重要的存儲器，它的用途廣泛。SRAM的速度非?？?，在快速讀取和刷新時能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性。SRAM內(nèi)部采用的是雙穩(wěn)態(tài)電路的形式來存儲數(shù)據(jù)。所以SRAM的電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。

3）從晶體管的類型分，SRAM可以分為雙極性與CMOS兩種。從功能上分，SRAM可以分為異步SRAM和同步SRAM（SSRAM）。異步SRAM的訪問獨(dú)立于時鐘，數(shù)據(jù)輸入和輸出都由地址的變化控制。同步SRAM的所有訪問都在時鐘的上升/下降沿啟動。地址、數(shù)據(jù)輸入和其它控制信號均于時鐘信號相關(guān)。

最后要說明的一點(diǎn)：

SRAM不應(yīng)該與SDRAM相混淆，SDRAM代表的是同步DRAM（Synchronous DRAM），這與SRAM是完全不同的。SRAM也不應(yīng)該與PSRAM相混淆，PSRAM是一種偽裝成SRAM的DRAM。

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關(guān)于Nor和Nand的介紹和區(qū)別，在網(wǎng)絡(luò)上有很多，如果不是經(jīng)常用的話，還真的無法說出個所以然來。我也是轉(zhuǎn)帖網(wǎng)絡(luò)上的，目的是經(jīng)常能看看。

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，1989年，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。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存儲器”經(jīng)?？梢耘c相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因為大多數(shù)情況下閃存只是用來存儲少量的代碼，這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案。

一.存儲區(qū)別比較

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1～4MB的小容量時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。

NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲密度，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。

二.性能比較

flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進(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0。

由于擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個寫入/擦除操作的時間為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)計表明，對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲解決方案時，設(shè)計師必須權(quán)衡以下的各項因素。

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。

三.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)，各個產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、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的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。

四.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)用在代碼存儲介質(zhì)中，NAND適合于數(shù)據(jù)存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大。

五.可靠性和耐用性

采用flahs介質(zhì)時一個需要重點(diǎn)考慮的問題是可靠性。對于需要擴(kuò)展MTBF的系統(tǒng)來說，F(xiàn)lash是非常合適的存儲方案。可以從壽命(耐用性)、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。

六.壽命(耐用性)

在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數(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NAND存儲器塊在給定的時間內(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。

七.位交換問題

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)，一個比特位會發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報告反轉(zhuǎn)了。

一位的變化可能不很明顯，但是如果發(fā)生在一個關(guān)鍵文件上，這個小小的故障可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。如果只是報告有問題，多讀幾次就可能解決了。

當(dāng)然，如果這個位真的改變了，就必須采用錯誤探測/錯誤更正(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閃存的時候，同時使用EDC/ECC算法。

這個問題對于用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當(dāng)然，如果用本地存儲設(shè)備來存儲操作系統(tǒng)、配置文件或其他敏感信息時，必須使用EDC/ECC系統(tǒng)以確?？煽啃?。

八.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，代價太高，根本不劃算。

NAND器件需要對介質(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)行這項處理，將導(dǎo)致高故障率。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，必須先寫入驅(qū)動程序，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)募记桑驗樵O(shè)計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。

九.軟件支持

當(dāng)討論軟件支持的時候，應(yīng)該區(qū)別基本的讀/寫/擦操作和高一級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，通常需要驅(qū)動程序，也就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)動程序(MTD)，NAND和NOR器件在進(jìn)行寫入和擦除操作時都需要MTD。

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

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

審核編輯：湯梓紅