ROM、RAM、DRAM、SRAM和FLASH的区别

 

最近在恶补一些基础和理论知识，这是在网上找到的一片关于内存区分比较仔细的文章，故转载

ROM和RAM指的都是半导体存储器，ROM在系统停止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丢失数据，典型的RAM就是计算机的内存。

 

RAM有两大类，一种称为静态RAM（Static RAM/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。另一种称为动态RAM（Dynamic RAM/DRAM），DRAM保留数据的时间很短，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要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。

 

DRAM分为很多种，常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等，这里介绍其中的一种DDR RAM。

 

DDR RAM（Date-Rate RAM）也称作DDR SDRAM，这种改进型的RAM和SDRAM是基本一样的，不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据，这样就使得数据传输速度加倍了。这是目前电脑中用得最多的内存。在很多高端的显卡上，也配备了高速DDR RAM来提高带宽，这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。

 

内存工作原理：

 

内存是用来存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存（即DRAM），动态内存中所谓的"动态"，指的是当我们将数据写入DRAM后，经过一段时间，数据会丢失，因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。

 

具体的工作过程是这样的：一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷，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，这就是数据丢失的原因；刷新操作定期对电容进行检查，若电量大于满电量的1／2，则认为其代表1，并把电容充满电；若电量小于1／2，则认为其代表0，并把电容放电，藉此来保持数据的连续性。

 

ROM也有很多种，PROM是可编程的ROM，PROM和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。

 

举个例子，手机软件一般放在EEPROM中，我们打电话，有些最后拨打的号码，暂时是存在SRAM中的，不是马上写入通讯记录（通话记录保存在EEPROM中），因为当时有很重要工作（通话）要做，如果写入，漫长的等待是让用户忍无可忍的。

 

PSRAM，假静态随机存储器。

 

基本原理：

 

PSRAM就是伪SRAM，内部的内存颗粒跟SDRAM的颗粒相似，但外部的接口跟SRAM相似，不需要SDRAM那样复杂的控制器和刷新机制，PSRAM的接口跟SRAM的接口是一样的。

 

PSRAM容量有8Mbit,16Mbit,32Mbit等等，容量没有SDRAM那样密度高，但肯定是比SRAM的容量要高很多的，速度支持突发模式，并不是很慢，Hynix，Coremagic, WINBOND .MICRON. CY 等厂家都有供应，价格只比相同容量的SDRAM稍贵一点点，比SRAM便宜很多。

 

PSRAM主要应用于手机，电子词典，掌上电脑，PDA,PMP.MP3/4,GPS接收器等消费电子产品与SRAM(采用6T的技术)相比,PSRAM采用的是1T+1C的技术,所以在体积上更小,同时,PSRAM的I/O接口与SRAM相同.在容量上,目前有4MB,8MB,16MB,32MB,64MB和128MB。比较于SDRAM,PSRAM的功耗要低很多。所以对于要求有一定缓存容量的很多便携式产品是一个理想的选择。

 

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FLASH存储器又称闪存，它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程（EEPROM）的性能，还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据（NVRAM的优势），U盘和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ROM（EPROM）作为它们的存储设备，然而近年来Flash全面代替了ROM（EPROM）在嵌入式系统中的地位，它用作存储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NOR Flash和NADN Flash。

 

一、类型理解

   分为NOR（或非）  NAND（与非）

二、接口理解

  NOR（或非）----地址、数据总线分开；

  NAND（与非）----地址、数据总线共用。

三、读写单位：

  NOR（或非）----字节； 

  NAND（与非）----页。

四、组成结构：

   NOR（或非）----扇区、字节；

   NAND（与非）----块、页；

五、擦除单位：

   NOR（或非）----扇区；

   NAND（与非）----块；

 

NOR Flash的读取和我们常见的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的容量从而节约了成本。

 

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块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，采用这种技术的Flash比较廉价。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，还加上了一块小的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，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DOC（Disk On Chip）和我们通常用的"闪盘"，可以在线擦除。目前市面上的FLASH主要来自Intel，AMD，Fujitsu和Toshiba，而生产NAND Flash的主要厂家有Samsung和Toshiba。

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NAND Flash和NOR Flash的比较

 

NOR和NAND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和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。

 

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则是高数据存储密度的理想解决方案。

 

NOR一般只用来存储少量的代码；NOR主要应用在代码存储介质中。NOR的特点是应用简单、无需专门的接口电路、传输效率高，它是属于芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在（NOR型）flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。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。NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分。

 

NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于nand flash的管理需要特殊的系统接口。

 

1、性能比较:

 

任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，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1。

 

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。

 

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的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

(注：NOR FLASH SECTOR擦除时间视品牌、大小不同而不同，比如，4M FLASH，有的SECTOR擦除时间为60ms，而有的需要最大6s。)

 

2、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。

 

3、容量和成本:

 

NAND flash的单元尺寸几乎是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。

 

4、可靠性和耐用性:

 

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。

 

A)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。

 

B)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(bit)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。

 

C)坏块处理

 

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。

 

5、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nandflash需要I/O接口，所以要复杂得多。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。

 

6、软件支持:

 

在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行执行操作时，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。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。

 

NOR FLASH的主要供应商是INTEL ,MICRO等厂商，曾经是FLASH的主流产品，但现在被NAND FLASH挤的比较难受。NOR的优点是可以直接从FLASH中运行程序，缺点是工艺复杂，价格比较贵。

 

NAND FLASH的主要供应商是SAMSUNG和东芝，在U盘、各种存储卡、MP3播放器里面的都是这种FLASH，由于工艺上的不同，Nand flash比NOR FLASH拥有更大存储容量，而且便宜。但也有缺点，就是无法寻址和直接运行程序，只能存储数据。另外NAND FLASH非常容易出现坏区，所以需要有校验的算法。

 

在掌上电脑里要使用NAND FLASH存储数据和程序，但是必须有NOR FLASH来启动。除了SAMSUNG处理器支持nand flash启动程序，其他用在掌上电脑的主流处理器还不支持直接由NAND FLASH启动程序。因此，必须先用一片小的NOR FLASH 启动机器，在把OS等软件从NAND FLASH载入SDRAM中运行才行，挺麻烦的。

 

7、寻址：

NAND每次读取数据时都是指定块地址、页地址、列地址，列地址就是读的页内起始地址，每次都是先将数据读入页缓冲区内，再 由I/O输入地址 在缓冲区内寻址，其实这里列地址，只是指定起始地址的作用。NAND是 以页 为基本单位 操作的。写入数据也是首先在页面缓冲区内缓冲，数据首先写入这里，再写命令后，再统一写入页内。因此NAND页缓冲区的作用就是，保证芯片的按页的读、写操作，是I/O操作与芯片操作的接口、桥梁，因为数据是从I/O输入的，又是每次一个字节，因此需要缓冲。即使每次改写一个字节，都要重写整个页，因为它只支持页写，而且如果页内有未擦除的部分，则无法编程，在写入前必须保证页是空的。

NOR的 读、写 是字节为基本单位操作的，但擦除 是以扇区操作的。综上所述在芯片操作上，NAND要比NOR快很多，因为NAND是页操作的而NOR是字节操作的。

8、应用：
   NAND 正是基于这种构造：块、页，无法字节寻址，页读写本身就靠的是内部复杂的串、并行转换 ，因此也没有很多地址引脚，所以其地址、数据线共用，所以容量可以做的很大 。
NOR 是和SRAM一样的可随机存储的，也不需要驱动，因此，其地址就有限，所以容量普遍较小，其实是受限于地址线。

  基于以上几点，在工业领域，NOR 用的较多，特别是程序存储，少量数据存储等。

  在消费领域，大量数据存储，NAND较多。

 

 

存储器局限性

 

闪存最关键的限制可能是写/擦除周期数有限。多数商用基于快闪产品都保证能进行高达100万个写周期。这一数字看起来似乎很大，对于NOR闪存，很可能是这样，因为将一个软件或BIOS保存很长时间可能没问题。不过，在典型的经常进行文件写入、检索和重写的NAND应用中，这些周期很快耗完，而大多数用户可能不进行计数。对于频繁更新的关键数据的存储，闪存可能不适合。

为应对这种限制，可采用固件或文件系统驱动器，对存储器写的次数进行逐次计数。这些软件将动态地重新映射这些块，在扇区间分享写操作。换句话说，万一写操作失败，软件通过写验证和重新映射向未使用的扇区授权写操作。

像RAM一样，闪存可以一个字节或一个字一次进行读或编程，但擦除必须是一次进行一个完整的块，将块中的所有位重新置位为1。这意味着需要花更多时间进行编程。例如，如果将一位（0）写入一个块，要对该块重新编程，就必须完全擦除此块，而不是仅仅重写该位。

 

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DRAM利用MOS管的栅电容上的电荷来存储信息，一旦掉电信息会全部的丢失，由于栅极会漏电，所以每隔一定的时间就需要一个刷新机构给这些栅电容补充电荷，并且每读出一次数据之后也需要补充电荷，这个就叫动态刷新，所以称其为动态随机存储器。由于它只使用一个MOS管来存信息，所以集成度可以很高，容量能够做的很大。SDRAM比它多了一个与CPU时钟同步。

 

SRAM利用寄存器来存储信息，所以一旦掉电，资料就会全部丢失，只要供电，它的资料就会一直存在，不需要动态刷新，所以叫静态随机存储器。

 

以上主要用于系统内存储器，容量大，不需要断电后仍保存数据的。

 

Flash ROM是利用浮置栅上的电容存储电荷来保存信息，因为浮置栅不会漏电，所以断电后信息仍然可以保存。也由于其机构简单所以集成度可以做的很高，容量可以很大。Flash rom写入前需要用电进行擦除，而且擦除不同与EEPROM可以以byte(字节)为单位进行，flash rom只能以sector(扇区)为单位进行。不过其写入时可以byte为单位。flash rom主要用于bios，U盘，Mp3等需要大容量且断电不丢数据的设备