存储器的分类和区别_常见的存储设备有哪些

各类存储器区别 　　转载：https://www.cnblogs.com/Forever-LJX/p/5807816.html 　　1.存储器 　　1.1 简介 　　存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。 1.2 构成 　　构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储，它可存储一个二进制代码。由若干个存储组成一个存储单，然后再由许多存储单组成一个存储器。 一个存储器包含许多存储单，每个存储单可存放一个字节（按字节编址）。每个存储单的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。一个存储器中所有存储单可存放数据的总和称为它的存储容量。假设一个存储器的地址码由20位二进制数（即5位十六进制数）组成，则可表示2的20次方，即1M个存储单地址。每个存储单存放一个字节，则该存储器的存储容量为1MB。 　　2.存储器的分类 　　按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存），也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。 　　外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。 　　分类按存储介质分 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。 磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。 　　按存储方式分         随机存储器：任何存储单的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单的物理位置无关。 顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单的物理位置有关。 　　按存储器的读写功能分        只读存储器(ROM)：存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器。 随机读写存储器(RAM)：既能读出又能写入的半导体存储器。 　　按信息的可保存性分 非永久记忆的存储器：断电后信息即消失的存储器。 永久记忆性存储器：  断电后仍能保存信息的存储器。 　　按存储器用途分 ：根据存储器在计算机系统中所起的作用，可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。 　　  　　        为了解决对存储器要求容量大，速度快，成本低三者之间的矛盾，目前通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。 　　名称        　　　　　　用途           特点 　　高速缓冲存储器           Cache        高速存取指令和数据 存取速度快，但存储容量小 　　主存储器        　　　　内存          存放计算机运行期间的大量程序和数据 存取速度较快，存储容量不大 　　外存储器      　　　　  外存          存放系统程序和大型数据文件及数据库 存储容量大，位成本低 　　功能  　　存储器　　　　　　　　　　　　功能　　　　　寻址方式　　掉电后　　　　　　说 明  　　随机存取存储器（RAM）　　　　读、写　　　　随机寻址　　数据丢失          　　只读存储器（ROM）　　　　　　读　　　　　　随机寻址　　数据不丢失　　　　工作前写入数据  　　闪存（Flash Memory）　　　　 读、写　　　　随机寻址　　数据不丢失          　　先进先出存储器（FIFO）　　　　读、写　　　　顺序寻址　　数据丢失          　　先进后出存储器（FILO）　　　　读、写　　　　顺序寻址　　数据丢失          　　  　　3.各类存储器 　　RAM   　　RAM(random access memory，随机存取存储器）。存储单的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。 按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM，SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM，DRAM)。 　　SRAMS 　　RAM（Static RAM，静态随机存储器），不需要刷新电路，数据不会丢失，而且，一般不是行列地址复用的。但是他集成度比较低，不适合做容量大的内存，一般是用在处理器的缓存里面。像S3C2440的ARM9处理器里面就有4K的SRAM用来做CPU启动时用的。SRAM其实是一种非常重要的存储器，它的用途广泛。SRAM的速度非常快，在快速读取和刷新时能够保持数据完整性。SRAM内部采用的是双稳态电路的形式来存储数据。所以SRAM的电路结构非常复杂。制造相同容量的SRAM比DRAM的成本高的多。正因为如此，才使其发展受到了限制。因此目前SRAM基本上只用于CPU内部的一级缓存以及内置的二级缓存。仅有少量的网络服务器以及路由器上能够使用SRAM。 　　DRAM 　　Dynamic RAM，动态随机存取存储器，每隔一段时间就要刷新一次数据，才能保存数据。而且是行列地址复用的，许多都有页模式。SDRAM是其中的一种。 　　SDRAM 　　SDRAM（Synchronous DRAM，同步动态随机存储器），即数据的读写需要时钟来同步。其存储单不是按线性排列的，是分页的。SDRAM是基于双存储结构，内含两个交错的存储阵列。当CPU从一个存储体或阵列访问数据时，另一个就为读写数据做好了准备。通过这两个存储阵列的不断切换，读取效率成倍的提高。 　　DRAM和SDRAM由于实现工艺问题，容量较SRAM大。但是读写速度不如SRAM。 　　一般的嵌入式产品里面的内存都是用的SDRAM。电脑的内存也是用的这种RAM，叫DDR SDRAM（Double data rate SDRAM），可在时钟信号的上升沿和下降沿各传输一次数据，其集成度非常高，因为是动态的，所以必须有刷新电路，每隔一段时间必须得刷新数据。 　　ROM 　　Read-Only Memory，只读存储器的总称。 　　在微机的发展初期，BIOS都存放在ROM（Read Only Memory，只读存储器）中。ROM内部的资料是在ROM的制造工序中，在工厂里用特殊的方法被烧录进去的，其中的内容只能读不能改，一旦烧录进去，用户只能验证写入的资料是否正确，不能再作任何修改。如果发现资料有任何错误，则只有舍弃不用， 重新订做一份。ROM是在生产线上生产的，由于成本高，一般只用在大批量应用的场合。 　　PROM 　　可编程只读存储器，只能写一次，写错了就得报废，现在用得很少了，好像那些成本比较低的OPT单片机里面用的就是这种存储器吧。 　　EPROM　  　　EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。 　　EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。 　　EPROM内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压（VPP=12—24V，随不同的芯片型号而定）。EPROM的型号是以27开头的，如27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的EPROM芯片。EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。 EPROM芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部的每一个存储单的数据都为1（高电平）。 　　EEPROM 　　EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦可编程只读存储器)，一种掉电后数据不丢失的存储芯片。EEPROM是可用户更改的只读存储器，其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程（重写），即可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息并重新编程。不像EPROM芯片，EEPROM不需从计算机中取出即可修改，是现在用得比较多的存储器，比如24CXX系列的EEPROM。 　　在一个EEPROM中，当计算机在使用的时候是可频繁地重编程的，EEPROM的寿命是一个很重要的设计考虑参数。 　　EEPROM的一种特殊形式是闪存，其应用通常是个人电脑中的电压来擦写和重编程。  　　EEPROM一般用于即插即用（Plug & Play），常用在接口卡中，用来存放硬件设置数据，也常用在防止软件非法拷贝的”硬件锁”上面。 　　闪存（Flash）         　　闪存(FLASH)是一种非易失性存储器，即断电数据也不会丢失。因为闪存不像RAM（随机存取存储器）一样以字节为单位改写数据，因此不能取代RAM。 　　闪存卡（Flash Card）是利用闪存（Flash Memory）技术达到存储电子信息的存储器，一般应用在数码相机，掌上电脑，MP3等小型数码产品中作为存储介质，所以样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用，闪存卡大概有U盘、SmartMedia（SM卡）、Compact Flash（CF卡）、MultiMediaCard（MMC卡）、Secure Digital（SD卡）、Memory Stick（记忆棒）、XD-Picture Card（XD卡）和微硬盘（MICRODRIVE）。这些闪存卡虽然外观、规格不同，但是技术原理都是相同的。 　　        NAND FLASH和NOR FLASH都是现在用得比较多的非易失性闪存。 　　4.NAND FLASH和NOR FLASH 　　NOR Flash  　　采用的并行接口，有独立的地址线和数据线，性能特点更像内存，是芯片内执行(XIP， eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR Flssh的传输效率很高，但写入和擦除效率低。 　　NAND Flash  　　        NAND采用的是串行的接口，地址线和数据线是共用的I/O线，类似电脑硬盘。CPU从里面读取数据的速度很慢，所以一般用NAND做闪存的话就必须把NAND里面的数据先读到内存里面，然后CPU才能够执行。但是它的集成度很高，成本很低。还有就是它的擦除速度也比NOR要快。其实NAND型闪存在设计之初确实考虑了与硬盘的兼容性，小数据块操作速度很慢，而大数据块速度就很快，这种差异远比其他存储介质大的多。这种性能特点非常值得我们留意 　　性能对比 　　flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单内进行，所以大多数情况下，在进行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则要求在进行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64～128KB的块进行的，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8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。 　　执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距，统计表明，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的单中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。 　　● NOR的读速度比NAND稍快一些。 　　● NAND的写入速度比NOR快很多。 　　● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。 　　● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。 　　● NAND的擦除单更小，相应的擦除电路更少。 　　接口差别 　　NOR flash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器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。 　　NAND读和写操作采用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的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。 　　容量和成本 　　NAND flash的单尺寸几乎是NOR器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND结构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 flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。 　　可靠性和耐用性 　　采用flahs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，Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和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存储器除了具有10比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存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。 　　位交换 　　所有flash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/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供应商建议使用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、配置文件或其他敏感信息时，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，根本不划算。 　　NAND器件需要对介质进行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行这项处理，将导致高故障率。  　　易于使用 　　可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，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，才能继续执行其他操作。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行虚拟映射。 　　软件支持 　　当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和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器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。 　　使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些，许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件，这其中包括M-System的TrueFFS驱动，该驱动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。 　　驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。 　　应用环境         　　NOR型闪存现在的容量一般在2M左右，比较适合频繁随机读写的场合，通常用于存储程序代码并直接在闪存内运行，手机就是使用NOR型闪存的大户，所以手机的“内存”容量通常不大。另外用在代码量小的嵌入式产品方面，可以把LINUX操作系统剪裁到2M以内在其上面直接运行。 　　 NAND型闪存主要用来存储资料，我们常用的闪存产品，如闪存盘、数码存储卡、U盘、MP3等。另外用在那些要跑大型的操作系统的嵌入式产品上面，比如LINUX啊，WINCE啊。当然也可以把LINUX操作系统剪裁到2M以内在NOR Flash上运行。但是很多时候，一个嵌入式产品里面，操作系统占的存储空间只是一小部分，大部分都是给用户跑应用程序的。就像电脑，硬盘都是几百G，可是WINDOWNS操作系统所占的空间也不过几G而已。 　　总结： 　　简单地说，在计算机中，RAM 、ROM都是数据存储器。RAM 是随机存取存储器，它的特点是易挥发性，即掉电失忆。ROM 通常指固化存储器(一次写入，反复读取)，它的特点与RAM 相反。 　　ROM又分一次性固化（PROM）、光擦除（EPROM）和电擦除（EEPROM）重写几种类型。举个例子来说也就是，如果突然停电或者没有保存就关闭了文件，那么ROM可以随机保存之前没有储存的文件但是RAM会使之前没有保存的文件消失。 　　RAM又分为静态随机存储器（SRAM)和动态随机存储器（DRAM)。 　　问与答 　　问题1：什么是DRAM、SRAM、SDRAM？ 　　答：名词解释如下 　　DRAM——–动态随即存取器，需要不断的刷新，才能保存数据，而且是行列地址复用的，许多都有页模式 　　SRAM——–静态的随机存储器，加电情况下，不需要刷新，数据不会丢失，而且一般不是行列地址复用的 　　SDRAM——-同步的DRAM，即数据的读写需要时钟来同步 　　问题2：为什么DRAM要刷新，SRAM则不需要？ 　　答：这是由RAM的设计类型决定的，DRAM用了一个T和一个RC电路，导致电容会漏电和缓慢放电，所以需要经常刷新来保存数据 　　问题3：我们通常所说的内存用的是什么呢？这三个产品跟我们实际使用有什么关系？ 　　答：内存（即随机存贮器RAM）可分为静态随机存储器SRAM，和动态随机存储器DRAM两种。我们经常说的“内存”是指DRAM。而SRAM大家却接触的很少。 　　问题4：为什么使用DRAM比较多、而使用SRAM却很少？ 　　1）因为制造相同容量的SRAM比DRAM的成本高的多，正因为如此，才使其发展受到了限制。因此目前SRAM基本上只用于CPU内部的一级缓存以及内置的二级缓存。仅有少量的网络服务器以及路由器上能够使用SRAM。 　　2）存储单结构不同导致了容量的不同：一个DRAM存储单大约需要一个晶体管和一个电容（不包括行读出放大器等），而一个SRAM存储单大约需要六个晶体管。DRAM和SDRAM由于实现工艺问题，容量较SRAM大，但是读写速度不如SRAM。 　　问题5：用得最多的DRAM有什么特点呢？它的工艺是什么情况？（通常所说的内存就是DRAM） 　　1）DRAM需要进行周期性的刷新操作，我们不应将SRAM与只读存储器（ROM）和Flash Memory相混淆，因为SRAM是一种易失性存储器，它只有在电源保持连续供应的情况下才能够保持数据。“随机访问”是指存储器的内容可以以任何顺序访问，而不管前一次访问的是哪一个位置。 　　2）DRAM和SDRAM由于实现工艺问题，容量较SRAM大。但是读写速度不如SRAM，但是现在，SDRAM的速度也已经很快了，时钟好像已经有150兆的了。那么就是读写周期小于10ns了。 　　3）SDRAM虽然工作频率高，但是实际吞吐率要打折扣。以PC133为例，它的时钟周期是7.5ns，当CAS latency=2 时，它需要12个周期完成8个突发读操作，10个周期完成8个突发写操作。不过，如果以交替方式访问Bank，SDRAM可以在每个周期完成一个读写操作（当然除去刷新操作）。 　　4）其实现在的主流高速存储器是SSRAM（同步SRAM）和SDRAM（同步DRAM）。目前可以方便买到的SSRAM最大容量是8Mb/片，最大工作速度是166MHz；可以方便买到的SDRAM最大容量是128Mb/片，最大工作速度是133MHz。 　　问题6：用得比较少但速度很快，通常用于服务器cache的SRAM有什么特点呢？ 　　1）SRAM是静态的，DRAM或SDRAM是动态的，静态的是用的双稳态触发器来保存信息，而动态的是用电子，要不时的刷新来保持。SRAM是Static Random Access Memory的缩写，中文含义为静态随机访问存储器，它是一种类型的半导体存储器。“静态”是指只要不掉电，存储在SRAM中的数据就不会丢失。 　　2）SRAM其实是一种非常重要的存储器，它的用途广泛。SRAM的速度非常快，在快速读取和刷新时能够保持数据完整性。SRAM内部采用的是双稳态电路的形式来存储数据。所以SRAM的电路结构非常复杂。 　　3）从晶体管的类型分，SRAM可以分为双极性与CMOS两种。从功能上分，SRAM可以分为异步SRAM和同步SRAM（SSRAM）。异步SRAM的访问独立于时钟，数据输入和输出都由地址的变化控制。同步SRAM的所有访问都在时钟的上升/下降沿启动。地址、数据输入和其它控制信号均于时钟信号相关。最后要说明的一点： SRAM不应该与SDRAM相混淆，SDRAM代表的是同步DRAM（Synchronous DRAM），这与SRAM是完全不同的。SRAM也不应该与PSRAM相混淆，PSRAM是一种伪装成SRAM的DRAM。