RAMSRAMSDRAMROMEPROMEEPROMFlash等常见存储器概念辨析.doc
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1、RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash等常见存储器概念辨析常见存储器概念辨析:RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash存储器可以分为很多种类,其中根据掉电数据是否丧失可 以分为RAM随机存取存储器与ROM只读存储器,其中RAM的访问速度比拟快,但掉电后数据会丧失,而ROM掉电后数据不会丧失。 ROM与RAM指的都是半导体存储器,ROM是Read Only Memory的缩写,RAM是Random Access Memory的缩写。ROM在系统停顿供电的时候仍然可以保持数据,而RAM通常都是在掉电之后就丧失数据,典型的RAM就
2、是计算机的内存。 RAM 又可分为SRAMStatic RAM/静态存储器与DRAMDynamic RAM/动态存储器。SRAM 是利用双稳态触发器来保存信息的,只要不掉电,信息是不会丧失的。DRAM是利用MOS金属氧化物半导体电容存储电荷来储存信息,因此必须通过不停的 给电容充电来维持信息,所以DRAM 的本钱、集成度、功耗等明显优于SRAM。 SRAM速度非常快,是目前读写最快的存储设备了,但是它也非常昂贵,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一级缓冲,二级缓冲。DRAM保存数据 的时间很短,速度也比SRAM慢,不过它还是比任何的ROM都要快,但从价格上来说DRAM相比SRAM要廉价
3、很多,计算机内存就是DRAM的。 而通常人们所说的SDRAM 是DRAM 的一种,它是同步动态存储器,利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据与控制信号。使用SDRAM不但能提高系统表现,还能简化设计、提供高速的数据传输。在嵌入式系统中经常使用。 ROM也有很多种,PROM是可编程的ROM,PROM与EPROM可擦除可编程ROM两者区别是,PROM是一次性的,也就是软件灌入后,就无法修 改了,这种是早期的产品,现在已经不可能使用了,而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序,是一种通用的存储器。另外一种EEPROM是通过电子擦 出,价格很高,写入时间很长,写入很慢。 Flash也是一种非易失
4、性存储器掉电不会丧失,它擦写方便,访问速度快,已大大取代了传统的EPROM的地位。由于它具有与ROM一样掉电不会丧失 的特性,因此很多人称其为Flash ROM。FLASH存储器又称闪存,它结合了ROM与RAM的长处,不仅具备电子可擦出可编程EEPROM的性能,还不会断电丧失数据同时可以快速读 取数据NVRAM的优势,U盘与MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里,嵌入式系统一直使用ROMEPROM作为它们的存储设备,然而近 年来Flash全面代替了ROMEPROM在嵌入式系统中的地位,用作存储bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用U 盘。 目前Flash主要有两种
5、NOR Flash与NADN Flash。NOR Flash的读取与我们常见的SDRAM的读取是一样,用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码,这样可以减少SRAM的容量从而节约了本钱。NAND Flash没有采取内存的随机读取技术,它的读取是以一次读取一快的形式来进展的,通常是一次读取512个字节,采用这种技术的Flash比拟廉价。用户 不能直接运行NAND Flash上的代码,因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外,还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。 一般小容量的用NOR Flash,因为其读取速度快,多用来存储操作系统等重要信息,
6、而大容量的用NAND FLASH,最常见的NAND FLASH应用是嵌入式系统采用的DOCDisk On Chip与我们通常用的“闪盘,可以在线擦除。目前市面上的FLASH 主要来自Intel,AMD,Fujitsu与Toshiba,而生产NAND FlashROM指的是“只读存储器,即Read-Only Memory。这是一种线路最简单半导体电路,通过掩模工艺, 一次性制造,其中的代码与数据将永久保存(除非坏掉),不能进展修改。这玩意一般在大批量生产时才会被用的,优点是本钱低、非常低,但是其风险比拟大,在产品设计时,如果调试不彻底,很容易造成几千片的费片,行内话叫“掩砸了! PROM指的是“
7、可编程只读存储器既Programmable Red-Only Memory。这样的产品只允许写入一次,所以也被称为“一次可编程只读存储器(One Time Progarmming ROM,OTP-ROM)。PROM在出厂时,存储的内容全为1,用户可以根据需要将其中的某些单元写入数据0(局部的PROM在出厂时数据全为0,那么用户可以将其中的局部单元写入1), 以实现对其“编程的目的。PROM的典型产品是“双极性熔丝构造,如果我们想改写某些单元,那么可以给这些单元通以足够大的电流,并维持一定的时间,原先的熔丝即可熔断,这样就到达了改写某些位的效果。另外一类经典的PROM为使用“肖特基二极管的PRO
8、M,出厂时,其中的二极管处于反向截止状态,还是用大电流的方法将反相电压加在“肖特基二极管,造成其永久性击穿即可。 EPROM指的是“可擦写可编程只读存储器,即Erasable Programmable Read-Only Memory。 它的特点是具有可擦除功能,擦除后即可进展再编程,但是缺点是擦除需要使用紫外线照射一定的时间。这一类芯片特别容易识别,其封装中包含有“石英玻璃窗,一个编程后的EPROM芯片的“石英玻璃窗一般使用黑色不干胶纸盖住, 以防止遭到阳光直射。 EEPROM指的是“电可擦除可编程只读存储器,即Electrically Erasable Programmable Read-
9、Only Memory。它的最大优点是可直接用电信号擦除,也可用电信号写入。EEPROM不能取代RAM的原应是其工艺复杂, 消耗的门电路过多,且重编程时间比拟长,同时其有效重编程次数也比拟低。 Flash memory指的是“闪存,所谓“闪存,它也是一种非易失性的内存,属于EEPROM的改良产品。它的最大特点是必须按块(Block)擦除(每个区块的大小不定,不同厂家的产品有不同的规格), 而EEPROM那么可以一次只擦除一个字节(Byte)。目前“闪存被广泛用在PC机的主板上,用来保存BIOS程序,便于进展程序的升级。其另外一大应用领域是用来作为硬盘的替代品,具有抗震、速度快、无噪声、耗电低的
10、优点,但是将其用来取代RAM就显得不适宜,因为RAM需要能够按字节改写,而Flash ROM做不到。一、闪存简介 Flash-ROM闪存已经成为了目前最成功、流行的一种固态内存,与 EEPROM 相比具有读写速度快,而与 SRAM 相比具有非易失、以及价廉等优势。而基于 NOR 与 NAND 构造的闪存是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。 Intel 于 1988 年首先开发出 NOR flash 技术,彻底改变了原先由 EPROM 与 EEPROM 一统天下的局面。紧接着,1989 年东芝公司发表了 NAND flash 技术后将该技术无偿转让给韩国Samsung公司,强调降低每比特的本钱
11、,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。 但是经过了十多年之后,仍然有相当多的工程师分不清 NOR 与 NAND 闪存,也搞不清楚 NAND 闪存技术相对于 NOR 技术的优越之处,因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码,这时 NOR 闪存更适合一些。而 NAND 那么是高资料存储密度的理想解决方案。 NOR 的特点是芯片内执行XIP,eXecute In Place,这样应用程序可以直接在闪存内运行,不必再把代码读到系统 RAM 中。NOR 的传输效率很高,在 14MB 的小容量时具有很高的本钱效益,但是很低的写入与擦除速度大大影响了它的性能。 NAND 构造能提供极高的单元密
12、度,可以到达高存储密度,并且写入与擦除的速度也很快,这也是为何所有的 U 盘都使用 NAND 闪存做为存储介质的原因。应用 NAND 的困难在于闪存与需要特殊的系统接口。 二、性能比拟 闪存是非易失内存,可以对称为块的内存单元块进展擦写与再编程。任何闪存器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进展,所以大多数情况下,在进展写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR那么要求在进展擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。 由于擦除NOR器件时是以64128KB的块进展的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件是以832KB的块进展的,执行一样的操
13、作最多只需要4ms。 执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR与NAND 之间的性能差距,统计说明,对于给定的一套写入操作尤其是更新小文件时,更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进展。这样,中选择存储解决方案时,设计师必须权衡以下的各项因素。 1) NOR的读速度比NAND稍快一些。 2) NAND的写入速度比NOR快很多。 3) NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。大多数写入操作需要先进展擦除操作。 4) AND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。 三、接口差异 NOR 闪存带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。 NAND闪存使用复杂的I/O
14、口来串行地存取资料,各个产品或厂商的方法可能各不一样。8个引脚用来传送控制、地址与资料信息。 NAND读与写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的闪存就可以取代硬盘或其它块设备。 四、容量与本钱 NAND 闪存的单元尺寸几乎是NOR闪存的一半,由于生产过程更为简单,NAND构造可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。 NOR 闪存容量为11116MB闪存市场的大局部,而NAND 闪存只是用在8MB以上的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于资料存储,NAND在 CompactFlash、Secure Digi
15、tal、PC Cards与MMC存储卡市场上所占份额最大。 五、可靠性与耐用性 采用闪存介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说,闪存是非常适宜的存储方案。可以从寿命耐用性、位交换与坏块处理三个方面来比拟NOR与NAND的可靠性。 寿命耐用性 在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。NAND内存除了具有10:1的块擦除周期优势,典型的 NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND内存块在给定的时间内的删除次数要少一些。 位交换 所有闪存器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下很少见,NAND发生的次数要比NOR多,一个比特位会发
16、生反转或被报告反转了。 一位的变化可能不很明显,但是如果发生在一个关键文件上,这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题,多读几次就可能解决了。 当然,如果这个位真的改变了,就必须采用错误探测/错误纠正EDC/ECC算法。位反转的问题更多见于NAND闪存,NAND的供货商建议使用NAND闪存的时候,同时使用EDC/ECC算法。 这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然,如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其它敏感信息时,必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。 坏块处理 NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力,但发现成品率太低,代价太高,根
17、本不划算。 NAND器件需要对介质进展初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中,如果通过可靠的方法不能进展这项处理,将导致高故障率。 六、易于使用 可以非常直接地使用基于NOR的闪存,可以像其它内存那样连接,并可以在上面直接运行代码。 由于需要I/O接口,NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。 在使用NAND器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其它操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进展虚拟映像。 七、软件支持 当讨论软件支持的时候,应该区别根本的读/写/擦操作与高一级的用于
18、磁盘仿真与闪存管理算法的软件,包括性能优化。 在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进展同样操作时,通常需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序MTD,NAND与NOR器件在进展写入与擦除操作时都需要MTD。 八、典型的 NOR 闪存Strata Flash Strata Flash是 Intel公司产的典型 Nor Flash, 本机使用的Strata Flash 是该系列中的 28F320J3,该闪存的内部逻辑框图如图10-1: 它的特性如下: 1) 问速度有 110ns/120ns 与150ns 共 3 檔 2) 具备128bit 加密存放器 3) 块尺寸:128KB
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