常用存储器介绍

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存储器是计算机结构的重要组成部分。存储器是用来存储程序代码和数据的部件,有了存储器计算机才具有记忆功能。

存储器分类

存储器按其存储介质特性主要分为“易失性存储器”和“非易失性存储器”两大类。易失性存储器最典型的代表是内存,非易失性存储器的代表则是硬盘。


一、易失性存储器(RAM)

RAM(Random Access Memory),被称为随机存储器,现在专门用于指代作为计算机内存的易失性半导体存储器。

1、动态随机存储器DRAM(Dynamic RAM)

动态随机存储器DRAM的存储单元以电容的电荷来表示数据,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,因此它需要定期刷新操作,这就是“动态(Dynamic)”一词所形容的特性。

  • 根据DRAM的通讯方式,又分为同步SDRAM(Synchronous DRAM)和异步DRAM两种,这两种方式根据通讯时是否需要使用时钟信号来区分。

  • 在时钟的上升和下降沿传输数据,使一个时钟周期传输两个位数据,人们设计了DDR SDRAM存储器(Double Data Rate SDRAM)。

2、静态随机存储器SRAM

静态随机存储器SRAM的存储单元以锁存器来存储数据, 这种电路结构不需要定时刷新充电,就能保持状态,所以这种存储器被称为“静态(Static)”RAM。

同样地,SRAM根据其通讯方式也分为同步(SSRAM)和异步SRAM,相对来说,异步SDRAM用得比较多。

特性 DRAM SRAM
存取速度 较慢 较快
集成度 较高 较低
生产成本 较低 较高
是否需要刷新
应用 用于CPU内部的高速缓存(Cache) 外部扩展的内存

二、非易失性存储器(ROM)

ROM是“Read Only Memory”的缩写,意为只能读的存储器,现在一般用于指代非易失性半导体存储器, 包括后面介绍的FLASH存储器,有些人也把它归到ROM类里边。

  • MASK ROM(Read Only Memory):内部的数据是在出厂时使用特殊工艺固化的,生产后就不可修改;

  • OTPROM(One Time Programable ROM):是一次可编程存储器;

  • EPROM(Erasable Programmable ROM):需要专用设备进行擦除和写入;

  • EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM):电可擦除存储器, 可以重复擦写。

三、非易失性存储器(FLASH)

FLASH存储器又称为闪存,它也是可重复擦写的存储器,也可称为FLASH ROM。

特性 NOR FLASH NAND FLASH
同容量存储器成本 较贵 较便宜
集成度 较低 较高
介质类型 随机存储 连续存储
地址线和数据线 独立分开 共用
擦除单元 以“扇区/块”擦除 以“扇区/块”擦除
读写单元 可以基于字节读写 必须以“块”为单位读写
读取速度 较高 较低
写入速度 较低 较高
坏块 较少 较多
是否支持XIP 支持 不支持

四、应用

现代的嵌入式系统通常使用 Flash 存储程序 + RAM 运行程序,ROM 已经逐渐被 Flash 替代,但仍用于一些低成本的固定存储场景(如早期MCU的Boot ROM)。

特性 RAM ROM Flash
读写速度 最快 较慢 读取快、写入慢
掉电数据 丢失 保留 保留
用途 运行程序 固件存储(旧设备) 程序+数据存储
擦写次数 不限 一次/有限 有限(10万次+)

五、其他

为什么叫 NOR / NAND?

在 Flash 存储技术中:

  • NOR Flash 的存储单元结构像 NOR 逻辑门(多个单元并联,支持随机访问)。
  • NAND Flash 的存储单元结构像 NAND 逻辑门(多个单元串联,访问方式为块/页)。

什么是DDR模式和SDR模式?

DDR模式SDR模式是两种不同的数据传输模式,主要区别在于时钟边沿利用率和传输速率:

  • SDR模式(Single Data Rate):数据在时钟的单一边沿(通常为上升沿或下降沿)采样;
  • DDR模式(Double Data Rate):数据在时钟的上升沿和下降沿均被采样