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常用存儲器介紹

目錄

​​一、存儲器種類​​

​​二、易失性存儲器  ---  RAM 存儲器​​

​​1、易失性存儲器  ---  RAM 存儲器  ---  動态随機存儲器 DRAM​​

​​(1)動态随機存儲器 SDRAM​​

​​(2)動态随機存儲器 DDR SDRAM​​

​​2、易失性存儲器  ---  RAM 存儲器  ---  靜态随機存儲器 SRAM​​

​​3、DRAM 與 SRAM 的應用場合​​

​​三、非易失性存儲器  ---  ROM 存儲器​​

​​1、非易失性存儲器  ---  ROM 存儲器  ---  ROM 存儲器​​

​​(1)MASK ROM​​

​​(2)OTPROM​​

​​(3)EPROM​​

​​(4)EEPROM​​​   ​​梳理STM32F429之存儲器部分---NO.1 硬體IIC與EEPROM​​

​​2、FLASH 存儲器​​​      ​​梳理STM32F429之存儲器部分---NO.3 硬體SPI與FLASH​​

一、存儲器種類

       存儲器是計算機結構的重要組成部分。存儲器是用來存儲程式代碼和資料的部件,有了存儲器計算機才具有記憶功能。

       存儲器按其存儲媒體特性主要分為“ 易失性存儲器”和“非易失性存儲器”兩大類。其中的“易失/非易失”是指存儲器斷電後,它存儲的資料内容是否會丢失的特性。由于一般易失性存儲器存取速度快,而非易失性存儲器可長期儲存資料,它們都在計算機中占據着重要角色。在計算機中易失性存儲器最典型的代表是記憶體,非易失性存儲器的代表則是硬碟。

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二、易失性存儲器  ---  RAM 存儲器

       RAM 是“ Random Access Memory”的縮寫,被譯為随機存儲器。所謂“随機存取”,指的是當存儲器中的消息被讀取或寫入時,所需要的時間與這段資訊所在的位置無關。實際上現在 RAM 已經專門用于指代作為計算機記憶體的易失性半導體存儲器。

       根據 RAM 的存儲機制,又分為動态随機存儲器 DRAM(Dynamic RAM)以及靜态随機存儲器 SRAM(Static RAM)兩種。

1、易失性存儲器  ---  RAM 存儲器  ---  動态随機存儲器 DRAM

       動态随機存儲器 DRAM 的存儲單元以電容的電荷來表示資料,有電荷代表 1,無電荷代表 0,見下圖。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,是以它需要定期重新整理操作,這就是“動态(Dynamic)”一詞所形容的特性。

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(1)動态随機存儲器 SDRAM

       根據 DRAM 的通訊方式,又分為同步和異步兩種,下圖是一種利用時鐘進行同步的通訊時序,它在時鐘的上升沿表示有效資料。由于使用時鐘同步的通訊速度更快,是以同步 DRAM 使用更為廣泛,這種 DRAM 被稱為 SDRAM(Synchronous DRAM)。

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(2)動态随機存儲器 DDR SDRAM

       為了進一步提高 SDRAM 的通訊速度,人們設計了 DDR SDRAM 存儲器(Double DataRate SDRAM)。它的存儲特性與 SDRAM 沒有差別,但 SDRAM 隻在上升沿表示有效資料,在 1 個時鐘周期内,隻能表示 1 個有資料;而 DDR SDRAM 在時鐘的上升沿及下降沿各表示一個資料,也就是說在 1 個時鐘周期内可以表示 2 資料,在時鐘頻率同樣的情況下,提高了一倍的速度。至于 DDRII 和 DDRIII,它們的通訊方式并沒有差別,主要是通訊同步時鐘的頻率提高了。

       目前個人計算機常用的記憶體條是 DDRIII SDRAM 存儲器,在一個記憶體條上包含多個DDRIII SDRAM 晶片。

2、易失性存儲器  ---  RAM 存儲器  ---  靜态随機存儲器 SRAM

       靜态随機存儲器 SRAM 的存儲單元以鎖存器來存儲資料,見下圖。這種電路結構不需要定時重新整理充電,就能保持狀态(當然,如果斷電了,資料還是會丢失的),是以這種存儲器被稱為“靜态(Static)” RAM。

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       SRAM 根據其通訊方式也分為同步(SSRAM)和異步 SRAM, 相對來說,異步SDRAM 用得較多。

3、DRAM 與 SRAM 的應用場合

       對比 DRAM 與 SRAM 的結構,可知 DRAM 的結構簡單得多,是以生産相同容量的存儲器, DRAM 的成本要更低,且內建度更高。而 DRAM 中的電容結構則決定了它的存取速度不如 SRAM,特性對比見下表。

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       是以在實際應用場合中, SRAM 一般隻用于 CPU 内部的高速緩存(Cache),而外部擴充的記憶體一般使用 DRAM。

三、非易失性存儲器  ---  ROM 存儲器

       非易失性存儲器種類非常多,半導體類的有 ROM 和 FLASH,而其它的則包括CD光牒、軟碟及機械硬碟。

1、非易失性存儲器  ---  ROM 存儲器  ---  ROM 存儲器

        ROM 是“ Read Only Memory”的縮寫,意為隻能讀的存儲器。由于技術的發展,後來設計出了可以友善寫入資料的 ROM,而這個“Read Only Memory”的名稱被沿用下來了,現在一般用于指代非易失性半導體存儲器,包括後面介紹的 FLASH 存儲器,有些人也把它歸到 ROM 類裡邊。

(1)MASK ROM

       MASK(掩膜) ROM 就是正宗的“Read Only Memory”,存儲在它内部的資料是在出廠時使用特殊工藝固化的,生産後就不可修改,其主要優勢是大批量生産時成本低。目前在生産量大,資料不需要修改的場合,還有應用。

(2)OTPROM

       OTPROM(One Time Programable ROM)是一次可程式設計存儲器。這種存儲器出廠時内部并沒有資料,使用者可以使用專用的程式設計器将自己的資料寫入,但隻能寫入一次,被寫入過後,它的内容也不可再修改。在 NXP 公司生産的控制器晶片中常使用 OTPROM 來存儲密鑰; STM32F429 系列的晶片内部也包含有一部分的 OTPROM 空間。

(3)EPROM

       EPROM(Erasable Programmable ROM)是可重複擦寫的存儲器,它解決了 PROM 晶片隻能寫入一次的問題。這種存儲器使用紫外線照射晶片内部擦除資料,擦除和寫入都要專用的裝置。現在這種存儲器基本淘汰,被 EEPROM 取代。

(4)EEPROM

       EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)是電可擦除存儲器。 EEPROM 可以重複擦寫,它的擦除和寫入都是直接使用電路控制,不需要再使用外部裝置來擦寫。而且可以按位元組為機關修改資料,無需整個晶片擦除。現在主要使用的 ROM 晶片都是EEPROM。

2、FLASH 存儲器

       FLASH 存儲器又稱為閃存,它也是可重複擦寫的儲器,部分書籍會把 FLASH 存儲器稱為 FLASH ROM,但它的容量一般比 EEPROM 大得多,且在擦除時,一般以多個位元組為機關。如有的 FLASH 存儲器以 4096 個位元組為扇區,最小的擦除機關為一個扇區。根據存儲單元電路的不同, FLASH 存儲器又分為 NOR FLASH 和 NAND FLASH,見下表。

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       NOR 與 NAND 的共性是在資料寫入前都需要有擦除操作,而擦除操作一般是以“扇區/塊”為機關的。而 NOR 與 NAND 特性的差别,主要是由于其内部“位址/資料線”是否分開導緻的。

       由于 NOR 的位址線和資料線分開,它可以按“位元組”讀寫資料,符合 CPU 的指令譯碼執行要求,是以假如 NOR 上存儲了代碼指令, CPU 給 NOR 一個位址, NOR 就能向CPU 傳回一個資料讓 CPU 執行,中間不需要額外的處理操作。而由于 NAND 的資料和位址線共用,隻能按“塊”來讀寫資料,假如 NAND 上存儲了代碼指令, CPU 給 NAND 位址後,它無法直接傳回該位址的資料,是以不符合指令譯碼要求。 下表中的最後一項“是否支援 XIP”描述的就是這種立即執行的特性(eXecute InPlace)。

       若代碼存儲在 NAND 上,可以把它先加載到 RAM 存儲器上,再由 CPU 執行。是以在功能上可以認為 NOR 是一種斷電後資料不丢失的 RAM,但它的擦除機關與 RAM 有差別,且讀寫速度比 RAM 要慢得多。

       另外, FLASH 的擦除次數都是有限的(現在普遍是 10 萬次左右),當它的使用接近壽命的時候,可能會出現寫操作失敗。由于 NAND 通常是整塊擦寫,塊内有一位失效整個塊就會失效,這被稱為壞塊,而且由于擦寫過程複雜,從整體來說 NOR 塊塊更少,壽命更長。由于可能存在壞塊,是以 FLASH 存儲器需要“探測/錯誤更正(EDC/ECC)”算法來確定資料的正确性。

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