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關于存儲器的發(fā)展歷史,還有性能分析

發(fā)布時間:2019-05-22

RAM(Random Access Memory)的全名為隨機存取記憶體,它相當于PC機上的移動存儲,用來存儲和保存數(shù)據(jù)的。它在任何時候都可以讀寫,RAM通常是作為操作系統(tǒng)或其他正在運行程序的臨時存儲介質(可稱作系統(tǒng)內存)。

不過,當電源關閉時RAM不能保留數(shù)據(jù),如果需要保存數(shù)據(jù),就必須把它們寫入到一個長期的存儲器中(例如硬盤)。正因為如此,有時也將RAM稱作“可變存儲器”。RAM內存可以進一步分為靜態(tài)RAM(SRAM)和動態(tài)內存(DRAM)兩大類。DRAM由于具有較低的單位容量價格,所以被大量的采用作為系統(tǒng)的主記憶。

ROM(Read Only Memory)的全名為唯讀記憶體,它相當于PC機上的硬盤,用來存儲和保存數(shù)據(jù)。ROM數(shù)據(jù)不能隨意更新,但是在任何時候都可以讀取。即使是斷電,ROM也能夠保留數(shù)據(jù)。但是資料一但寫入后只能用特殊方法或根本無法更改,因此ROM常在嵌入式系統(tǒng)中擔任存放作業(yè)系統(tǒng)的用途,F(xiàn)在市面上主流的PDA的ROM大小是64MB以及128MB。

    RAM和ROM相比,兩者的最大區(qū)別是RAM在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會自動消失,而ROM就不會。由于ROM不易更改的特性讓更新資料變得相當麻煩,因此就有了Flash Memory的發(fā)展 ,F(xiàn)lash Memory具有ROM不需電力維持資料的好處,又可以在需要的時候任意更改資料 ,不過單價也比普通的ROM要高。

RAM的分類

       RAM有兩大類,一種稱為靜態(tài)RAM(Static RAM/SRAM),SRAM速度非常快,是目前讀寫最快的存儲設備了,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的一級緩沖,二級緩沖。另一種稱為動態(tài)RAM(Dynamic RAM/DRAM),DRAM保留數(shù)據(jù)的時間很短,速度也比SRAM慢,不過它還是比任何的ROM都要快,但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多,計算機內存就是DRAM的。

SRAM 

       利用寄存器來存儲信息,所以一旦掉電,資料就會全部丟失,只要供電,它的資料就會一直存在,不需要動態(tài)刷新,所以叫靜態(tài)隨機存儲器。

  SRAM速度非?欤悄壳白x寫最快的存儲設備了,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的一級緩沖,二級緩沖。動態(tài)RAM(Dynamic RAM/DRAM)保留數(shù)據(jù)的時間很短,速度也比SRAM慢,不過它還是比任何的ROM都要快,但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多,計算機內存就是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。

       

DRAM

  利用MOS管的柵電容上的電荷來存儲信息,一旦掉電信息會全部的丟失,由于柵極會漏電,所以每隔一定的時間就需要一個刷新機構給這些柵電容補充電荷,并且每讀出一次數(shù)據(jù)之后也需要補充電荷,這個就叫動態(tài)刷新,所以稱其為動態(tài)隨機存儲器。由于它只使用一個MOS管來存信息,所以集成度可以很高,容量能夠做的很大。

    SDRAM比它多了一個與CPU時鐘同步

       DDR RAM(Date-Rate RAM)也稱作DDR SDRAM,這種改進型的RAM和SDRAM是基本一樣的,不同之處在于它可以在一個時鐘讀寫兩次數(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存,而且它有著成本優(yōu)勢,事實上擊敗了Intel的另外一種內存標準-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。
        內存工作原理:內存是用來存放當前正在使用的(即執(zhí)行中)的數(shù)據(jù)和程序,我們平常所提到的計算機的內存指的是動態(tài)內存(即DRAM),動態(tài)內存中所謂的"動態(tài)",指的是當我們將數(shù)據(jù)寫入DRAM后,經過一段時間,數(shù)據(jù)會丟失,因此需要一個額外設電路進行內存刷新操作。
         具體的工作過程是這樣的:一個DRAM的存儲單元存儲的是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。但時間一長,代表1的電容會放電,代表0的電容會吸收電荷,這就是數(shù)據(jù)丟失的原因;刷新操作定期對電容進行檢查,若電量大于滿電量的1/2,則認為其代表1,并把電容充滿電;若電量小于1/2,則認為其代表0,并把電容放電,藉此來保持數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

ROM的分類         

         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,這種是早期的產品,現(xiàn)在已經不可能使用了,而EPROM是通過紫外光的照射擦出原先的程序,是一種通用的存儲器。

         另外一種EEPROM是通過電子擦出,價格很高,寫入時間很長,寫入很慢。
        舉個例子,手機軟件一般放在EEPROM中,我們打電話,有些最后撥打的號碼,暫時是存在SRAM中的,不是馬上寫入通過記錄(通話記錄保存在EEPROM中),因為當時有很重要工作(通話)要做,如果寫入,漫長的等待是讓用戶忍無可忍的。

關于FLASH

        FLASH存儲器又稱閃存,它結合了ROM和RAM的長處,不僅具備電子可擦除可編程(EEPROM)的性能,還不會斷電丟失數(shù)據(jù)同時可以快速讀取數(shù)據(jù)(NVRAM的優(yōu)勢),U盤和MP3里用的就是這種存儲器。在過去的20年里,嵌入式系統(tǒng)一直使用ROM(EPROM)作為它們的存儲設備,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Bootloader以及操作系統(tǒng)或者程序代碼或者直接當硬盤使用(U盤)。
        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沒有采取內存的隨機讀取技術,它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的,通常是一次讀取512個字節(jié),采用這種技術的Flash比較廉價。用戶不能直接運行NAND Flash上的代碼,因此好多使用NAND Flash的開發(fā)板除了使用NAND Flash以外,還作上了一塊小的NOR Flash來運行啟動代碼。
        一般小容量的用NOR Flash,因為其讀取速度快,多用來存儲操作系統(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。

       在嵌入式開發(fā)中,如uboot的移植,kernel的移植都需要對Flash 有基本的了解。下面細說一下標題中的中Flash中的關系

一,F(xiàn)lash的內存存儲結構
     flash按照內部存儲結構不同,分為兩種:nor flashnand flash。

    NorFLASH使用方便,易于連接,可以在芯片上直接運行代碼,穩(wěn)定性出色,傳輸速率高,在小容量時有很高的性價比,這使其很適合應于嵌入式系統(tǒng)中作為 FLASH ROM。
    相對于NorFLASH,NandFLASH強調更高的性能,更低的成本,更小的體積,更長的使用壽命。這使NandFLASH很擅于存儲純資料或數(shù)據(jù)等,在嵌入式系統(tǒng)中用來支持文件系統(tǒng)。

     1,Nand Flash
     在工藝制程方面分NAND flash有兩種類型:MLCSLC。MLC和SLC屬于兩種不同類型的NAND FLASH存儲器。
     SLC全稱是Single-Level Cell,即單層單元閃存,而MLC全稱則是Multi-Level Cell,即為多層單元閃存。
     它們之間的區(qū)別,在于SLC每一個單元,只能存儲一位數(shù)據(jù),MLC每一個單元可以存儲兩位數(shù)據(jù),MLC的數(shù)據(jù)密度要比SLC 大一倍。在頁面容量方面分NAND也有兩種類型:大頁面NAND flash(如:HY27UF082G2B)和小頁面NAND flash(如:K9F1G08U0A)。
    這兩種類型在頁面容量,命令序列、地址序列、頁內訪問、壞塊標識方面都有很大的不同,并遵循不同的約定所以在移植驅動時要特別注意。

    2,Nor Flash
    在通信方式上Nor Flash 分為兩種類型:CFI Flash和 SPI Flash
    
        a,CFI Flash
        英文全稱是common flash interface,也就是公共閃存接口,是由存儲芯片工業(yè)界定義的一種獲取閃存芯片物理參數(shù)和結構參數(shù)的操作規(guī)程和標準。CFI有許多關于閃存芯片的規(guī)定,有利于嵌入式對FLASH的編程,F(xiàn)在的很多NOR FLASH 都支持CFI,但并不是所有的都支持。  

        CFI接口,相對于串口的SPI來說,也被稱為parallel接口,并行接口;另外,CFI接口是JEDEC定義的,所以,有的又成CFI接口為JEDEC接口。所以,可以簡單理解為:對于Nor Flash來說,CFI接口=JEDEC接口=Parallel接口 = 并行接口


        b,SPI Flash
        serial peripheral interface串行外圍設備接口,是一種常見的時鐘同步串行通信接口。

        c,CFI Flash 和 SPI Flash 比較
        SPI flash和 CFI Flash 的介質都是Norflash ,但是SPI 是通過串行接口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)操作,而 CFI Flash 則以并行接口進行數(shù)據(jù)操作,SPI容量都不是很大,市場上 CFI Flash 做大可以做到128Mbit,而且讀寫速度慢,但是價格便宜,操作簡單。而parallel接口速度快,容量上市場上已經有1Gbit的容量,價格昂貴

接口差別

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部的每一個字節(jié)。
NAND器件使用復雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù),各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。
NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的塊,這一點有點像硬盤管理此類操作,很自然地,基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設備。

軟件支持

當討論軟件支持的時候,應該區(qū)別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件,包括性能優(yōu)化。
在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟件支持,在NAND器件上進行同樣操作時,通常需要驅動程序,也就是內存技術驅動程序(MTD),NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD(Memory Technology Devices)。
使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些,許多廠商都提供用于NOR器件的更高級軟件,這其中包括M-System的TrueFFS驅動,該驅動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。
驅動還用于對DiskOnChip產品進行仿真和NAND閃存的管理,包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。

 

NorFlash、NandFlash、eMMC比較區(qū)別

快閃存儲器(英語:Flash Memory),是一種電子式可清除程序化只讀存儲器的形式,允許在操作中被多次擦或寫的存儲器。這種科技主要用于一般性數(shù)據(jù)存儲,以及在電腦與其他數(shù)字產品間交換傳輸數(shù)據(jù),如儲存卡與U盤。閃存是非易失性的存儲器,所以單就保存數(shù)據(jù)而言, 它是不需要消耗電力的。

與硬盤相比,閃存也有更佳的動態(tài)抗震性。這些特性正是閃存被移動設備廣泛采用的原因。閃存還有一項特性:當它被制成儲存卡時非?煽,即使浸在水中也足以抵抗高壓與極端的溫度。閃存的寫入速度往往明顯慢于讀取速度。

NorFlash

NorFlash

NOR Flash需要很長的時間進行抹寫,但是它提供完整的尋址與數(shù)據(jù)總線,并允許隨機存取存儲器上的任何區(qū)域,這使的它非常適合取代老式的ROM芯片。當時ROM芯片主要用來存儲幾乎不需更新的代碼,例如電腦的BIOS或機上盒(Set-top Box)的固件。NOR Flash可以忍受一萬到一百萬次抹寫循環(huán),它同時也是早期的可移除式快閃存儲媒體的基礎。CompactFlash本來便是以NOR Flash為基礎的,雖然它之后跳槽到成本較低的 NAND Flash。

NandFlash

Nandflash

NAND Flash式東芝在1989年的國際固態(tài)電路研討會(ISSCC)上發(fā)表的, 要在NandFlash上面讀寫數(shù)據(jù),要外部加主控和電路設計。。NAND Flash具有較快的抹寫時間, 而且每個存儲單元的面積也較小,這讓NAND Flash相較于NOR Flash具有較高的存儲密度與較低的每比特成本。同時它的可抹除次數(shù)也高出NOR Flash十倍。然而NAND Flash 的I/O接口并沒有隨機存取外部地址總線,它必須以區(qū)塊性的方式進行讀取,NAND Flash典型的區(qū)塊大小是數(shù)百至數(shù)千比特。

因為多數(shù)微處理器與微控制器要求字節(jié)等級的隨機存取,所以NAND Flash不適合取代那些用以裝載程序的ROM。從這樣的角度看來,NAND Flash比較像光盤、硬盤這類的次級存儲設備。NAND Flash非常適合用于儲存卡之類的大量存儲設備。第一款創(chuàng)建在NAND Flash基礎上的可移除式存儲媒體是SmartMedia,此后許多存儲媒體也跟著采用NAND Flash,包括MultiMediaCard、Secure Digital、Memory Stick與xD卡。

eMMC

emmc存儲器

eMMC (Embedded Multi Media Card) 為MMC協(xié)會所訂立的,eMMC 相當于 NandFlash+主控IC ,對外的接口協(xié)議與SD、TF卡一樣,主要是針對手機或平板電腦等產品的內嵌式存儲器標準規(guī)格。eMMC的一個明顯優(yōu)勢是在封裝中集成了一個控制器,它提供標準接口并管理閃存,使得手機廠商就能專注于產品開發(fā)的其它部分,并縮短向市場推出產品的時間。這些特點對于希望通過縮小光刻尺寸和降低成本的NAND供應商來說,同樣的重要。

eMMC由一個嵌入式存儲解決方案組成,帶有MMC(多媒體卡)接口、快閃存儲器設備(Nand Flash)及主控制器,所有都在一個小型的BGA 封裝。接口速度高達每秒52MBytes,eMMC具有快速、可升級的性能。同時其接口電壓可以是 1.8v 或者是 3.3v。

聯(lián)系方式0755-82591179

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