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RAM和ROM还在分不清?一文带你读懂!

 网络搬运工 2024-01-07 发布于上海

ROM, RAM, FLASH闪存, SSD, DDR3/4, eMMC, UFS, SD卡, TF卡, 这些名词不仅仅在手机和电脑等数码产品的参数中经常出现,在高精度定位产品中也有大量使用。

当多个“存储”单元集成在一个设备中时,容易使人混淆其作用和用法。那么究竟该如何区分呢?本文这里做一下简单梳理,以供参考。

首先从内存的概念开始。从功能上分,内存一般有两种:RAM、ROM。上图为存储器的一般分类。

关于RAM

RAM,全称Random Access Memory,意思是随机存取存储器,也就是运行内存,储存的是软件运行时和运行之后的相关数据。RAM越大,手机运行就越快,但是其作为随机存取内存,在关机之后RAM存的数据并不会保存。在电脑中,主要是内存条,也被称为主存,关机断电丢数据。

另外还有一种是CACHE,即高速缓存,是速度特别快的RAM,一般是静态RAM(主内存是动态RAM),比动态RAM速度快得多,是用来弥补主内存速度不够快而设定的。

—— DRAM

DRAM(Dynamic Random Access Memory,动态随机存储器)是最为常见的系统内存。我们使用的电脑和手机的运行内存都是DRAM。

DRAM使用电容存储, 只能将数据保持很短的时间。因此必须隔一段时间刷新(refresh)一次,如果存储单元没有被刷新,存储的信息就会丢失。(数据的存储,请参考数据存储模型。)我们知道,电容中的电荷很容易变化,所以随着时间推移,电容中的电荷数会增加或减少,为了确保数据不会丢失,DRAM每隔一段时间就会给电容刷新(充电或放电)。(动态:定时刷新数据。)

SDRAM:(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存取存储器),为DRAM的一种,同步是指Memory工作需要同步时钟,内部命令的发送与数据的传输都以时钟为基准;动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失;随机是指数据不是线性依次存储,而是由指定地址进行数据读写。

(1)DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM):为双信道同步动态随机存取内存,是新一代的SDRAM技术。DDR内存芯片的数据预取宽度(Prefetch)为2 bit(SDRAM的两倍)。

(2)DDR2 SDRAM(Double Data Rate Two SDRAM):为双信道两次同步动态随机存取内存。DDR2内存Prefetch又再度提升至4 bit(DDR的两倍)。

(3)DDR3 SDRAM(Double Data Rate Three SDRAM):为双信道三次同步动态随机存取内存。DDR3内存Prefetch提升至8 bit,即每次会存取8 bits为一组的数据。运算频率介于 800MHz -1600MHz之间。

(4)DDR4相比DDR3最大的区别有三点:16bit预取机制(DDR3为8bit),同样内核频率下理论速度是DDR3的两倍;更可靠的传输规范,数据可靠性进一步提升;工作电压降为1.2V,更节能。DDR4内存的针脚从DDR3的240个提高到了284个,防呆缺口也与DDR3的位置不同,还有一点改变就是DDR4的金手指是中间高两侧低有轻微的曲线,而之前的内存金手指都是平直的,DDR4既在保持与DIMM插槽有足够的信号接触面积,也能在移除内存的时候比DDR3更加轻松。

(5)DDR5等新一代产品陆续推出。

—— SRAM

SRAM(Static Random Access Memory,静态随机存储器),它是一种具有静止存取功能的内存,其内部机构比DRAM复杂,可以做到不刷新电路就能保存它内部存储的数据。(静态:不需要刷新。)

对比DRAM的优缺点:

优点:速度快,不必配合内存刷新电路,可提高整体的工作效率。

缺点:集成度低,功耗较大,相同的容量体积较大,而且价格较高,少量用于关键性系统以提高效率。

—— PSRAM

随着物联网的发展,高精度定位应用于民用等中低端市场,PSRAM获得了更多的应用,由于PSRAM以其小封装、大容量、低成本,开始显露器独特优势。

PSRAM全称Pseudo static random access memory,指伪静态随机存储器。它的内核是DRAM架构:1T1C一个晶体管一个电容构成存储cell,而传统SRAM需要6T即六个晶体管构成一个存储cell。由此结合,他可以实现类SRAM的接口又可实现较大的存储容量。

而之所以叫伪静态是因为它具有类SRAM的接口协议:给出地址、读、写命令,就可以实现存取,不像DRAM需要memory controller来控制内存单元定期数据刷新,因此结口简单,近似原有SRAM的接口。

关于ROM

ROM,全称Read Only Memory,叫做只读内存,也就是存储内存。电脑的BIOS就是固化在主板的BIOS ROM芯片里面的,电脑硬盘的也是ROM,放系统、用户文件等。现在提到手机的存储容量时一般指的是ROM容量,一部分是系统占用的,另一部分是用户可自由支配的存储空间,能存放手机软件、用户文件,如:照片、视频等。

ROM按其内容写入方式,一般分为3种:固定内容ROM;可一次编程PROM;可擦除ROM,又分为EPROM(紫外线擦除电写入)和EEPROM(电擦除电写入)等类型。

——固定内容ROM

是采用掩模工艺制作的,其内容在出厂时已按要求固定,用户无法修改。由于固定ROM所存信息不能修改,断电后信息不消失,所以常用来存储固定的程序和数据。如在计算机中,用来存放监控、管理等专用程序。

——PROM(Programmable ROM)

PROM是可一次编程ROM。这种存储器在出厂时未存入数据信息。单元可视为全“0”或全“1”,用户可按设计要求将所需存入的数码“一次性地写入”,一旦写入后就不能再改变了。PROM在每一个存储单元中都接有快速熔断丝,在用户写入数据前,各存储单元相当于存入“1”。写入数据时,将应该存“0”的单元,通以足够大的电流脉冲将熔丝烧断即可。

——EPROM(ErasablePro-grammable Read-only Memory)

为了克服PROM只能写入一次的缺点,出现了可多次擦除和编程的存储器。EPROM是可擦除可编程的ROM,电写入紫外线擦除的存储器。

EPROM内容的改写不像RAM那么容易,在使用过程中,EPROM的内容是不能擦除重写的,所以仍属于只读存储器。要想改写EPROM中的内容,必须将芯片从电路板上拔下,将存储器上面的一块石英玻璃窗口对准紫外灯光照射数分钟,使存储的数据消失。擦除时间大约为10min~30min,视型号不同而异。为便于擦除操作,在器件外壳上装有透明的石英盖板,便于紫外线通过。在写好数据以后应使用不透明的纸将石英盖板遮蔽,以防止数据丢失。数据的写入可用软件编程,生成电脉冲来实现。

——E2PROM(Electrically Erasable Programmable Read-only Memory)

E2PROM是一种电写入电擦除的只读存储器,擦除时不需要紫外线,只要用加入10ms、20V左右的电脉冲即可完成擦除操作。擦除操作实际上是对E2PROM进行写“1”操作,全部存储单元均写为“1”状态,编程时只要对相关部分写为“0”即可。

自比亚迪推出“刀片电池”之后,凭借着将“自燃从电动车中抹去”这一概念,受到不少新能源车主的追捧。

——Flash Memory快闪存储器(闪存)

一般讲的Flash也是一种ROM,是EEPROM的变种,是新一代的EEPROM,它具有EEPROM擦除的快速性,结构又有所简化,进一步提高了集成度和可靠性,从而降低了成本。目前除了各种快闪存储器的产品面世外,快闪存储器还向其他应用领域拓展,例如已经应用于计算机上的可移动磁盘,以代替软磁盘。

Flash又分NAND Flash和NOR Flash,NOR型存储内容以编码为主,其功能多与运算相关;NAND型主要功能是存储资料,如数码相机中所用的记忆卡。

  • Nor Flash:主要用来存储代码,重要数据,甚至执行片上程序

  • 优点:具有很好的读写性能和随机访问性能,因此它先得到广泛的应用;

    缺点:单片容量较小且写入速度较慢,决定了其应用范围较窄。

  • NAND Flash:主要用在大容量存储场合

  • 优点:优秀的读写性能、较大的存储容量和性价比,因此在大容量存储领域得到了广泛的应用;

    缺点:不具备随机访问性能。

    NOR FLASH 和 NAND FLASH 的比较如表 1 所示。

    表1:NOR FLASH 和 NAND FLASH 的比较
    特点NOR FLASHNAND FLASH
    传输速率很高较低
    写入和擦除速度较低较高
    读速度较高较低
    写入/擦除操作速度以64~128KB 的块进行,时间为 5s8~32KB 的块,只需要 4ms
    外部接口带有SRAM 接口,有足够的地址引脚,可以对内部每个字节进行寻址操作。使用复杂的I/O 引脚来串行的存取数据
    价格较高较低
    单片容量1~16MB8~128MB
    用途代码存储数据存储,如CF 卡、MMC 卡等
    写操作以字节或字为单位以页面为基础单位

    SSD(Solid State Drives)是固态硬盘,是由闪存作为存储介质的硬盘方案。现在大部分的SSD都是用来存储不易丢失的资料,所以SSD存储单元会选择NAND Flash芯片。SSD里面会用到很多闪存的,要根据其自身容量来定,比如一块64G的固盘,可以选择16 张 4G的flash,也可以选择4张16G的flash,具体如何选择要根据线路设计及成本考量。嵌入式产品中包括数码相机,移动设备的内存卡、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等也是用的NAND Flash芯片。

    SSD固态硬盘,为了达到高并行高性能的要求,有多个NADN Flash 芯片,这样就可以在每个芯片上进行相互独立的读写操作,以并行性来提高硬盘吞吐量,还可以增加冗余备份。

    ——几种“内存卡”

  • SD卡:Secure Digital Memory Card/SD card

  • SD卡是一种基于半导体快闪存储器的新一代高速存储设备。SD存储卡的技术是从MMC卡( MultiMedia Card格式上发展而来,在兼容SD存储卡基础上发展了SDIO( SD Input/ Output)卡,此兼容性包括机械,电子,电力,信号和软件,通常将SD、SDIO卡俗称SD存储卡。采用的也是NAND Flash芯片作为存储核心。用在数码产品存储照片、音乐、视频等等。

  • TF卡:Trans-flash Card

  • 原本这种记忆卡称为T-Flash,后改称为Trans Flash;而重新命名为Micro SD的原因是因为被SD协会 (SDA) 采立,Micro SD卡是其最新的名字。采用的也是NAND Flash芯片作为存储核心。以前手机扩展内存用的那种黑黑的小内存卡。

  • MMC卡:MultiMediaCard              

  • 即多媒体卡,也是一种非易失性存储器件,体积小巧,容量大,耗电量低,传输速度快。MMC共有7个pin,分为两种模式,分别为MMC模式和SPI模式。MMC卡时钟频率是20MHz,比SD卡少两个PIN,只有一位数据带宽,所以最大传输速率为2.5MHz。MMC也是一种接口协定(一种卡式),能符合这接口的内存器都可称作mmc储存体(mmc卡)。同为闪存卡。

  • eMMC:不是卡,而是芯片

  • 手机等小型化产品为了节省空间和功耗,ROM一般采用eMMC 和 UFS,他们也是采用NADN Flash 芯片,与其他功能封装在一起形成的,但远远没有SSD那么土豪,有那么多个,eMMC 和 UFS一般只有一片或很少Flash,小巧使其面向的是移动端、嵌入式设备。

    总结

    RAM和ROM是两个大概念,我们在看产品参数时经常碰到这两个参数。

    一般手机的ROM类型之前多用的eMMC,现在主要是UFS,仍习惯直接叫ROM。在嵌入产品中,例如高精度定位产品中ROM一般都是FLASH,RAM则是指的运行内存。

    在具体应用中,由于FLASH读写速度快,擦写方便,一般用来存储用户程序和需要永久保存的数据,RAM则运行过程中的临时数据。例如司南导航自研高精度定位Quantum III SoC芯片(K8系列产品)选择将编译过的固件程序就烧写到FLASH里,程序的具体执行及临时数据则放在SRAM中。

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