嵌入式學(xué)習(xí)筆記之--ROM、RAM、DRAM、SRAM和FLASH的概念解析

　　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。

　　RAM

　　有兩大類，一種稱為靜態(tài)RAM（StaticRAM/SRAM），SRAM速度非?？?，是目前讀寫最快的存儲(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(shì)，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。

　　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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(zhǎng)的等待是讓用戶忍無可忍的。

　　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。

　　PSRAM

　　PSRAM ，假靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。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 6TSRAM優(yōu)異的長(zhǎng)處，例如體積更為輕巧，售價(jià)更具競(jìng)爭(zhēng)力。目前在整體SRAM市場(chǎng)中，有90%的制造商都在生產(chǎn)PSRAM組件。在過去兩年，市場(chǎng)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。

　　FLASH

　　存儲(chǔ)器又稱閃存，它結(jié)合了ROM和RAM的長(zhǎng)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(shì)），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）。

　　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(jiǎn)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。

　　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(chǎng)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(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。象“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(chǎng)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(jiǎn)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(chǎng)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。