存储器分类及其特点

巡山小妖精
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2020年08月04日 07:23
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ROM、RAM、DRAM、SRAM、FLASH的区别?
ROM和RAM指的都是半导体存储器,ROM是Read Only Memory的缩写,RAM是Random Access Memory的缩写。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 RAMSRAM),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 RAMDRAM),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FPRAMFastPage、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,而且它有着成本优势,
事实上击败了Intel的另外一种内存标准-Rambus DRAM。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。

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,不是马上写入通过记
录(通话记录保存在EEPR OM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。
FLASH存储器又称闪存,它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦出可编程(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,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主要有两种NOR Flash和NADN Flash。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快的形式来进行的,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,还作上了一块小的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。
DRAM,动态随机存取存储器,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,静态的随机存取存储 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。


SD RAM,同步的DRAM,即数据的读写需要时钟来同步。DRAM和SDRAM由于实现工艺问题,容量较SR AM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1 50兆的了。那么就是读写周期小于10ns
了。

所谓的PSRAM(Pseudo SRAM;PSRAM),在技术本质上即是用DRAM来乔装SR AM,所以才叫Pseudo(伪),那为何要用乔装
呢?此其实与近年来手持式应用设计的兴起息息相 关。
过去在一般性的嵌入式设计上,其内存部分多是使用SRAM,之后由于计算机等电子数据设备的 成长,使设备内部所用的内
存容量大幅增加,这时就难以使用SRAM来实现大容量的内存系统,而必须 使用DRAM,DRAM每个位的记忆电路是以1个晶体
管与1个电容所构成,相对于SRAM每个位需 要4∼6个晶体管才能构成,DRAM拥有比SRAM高4∼6倍的记忆密度。
虽然DRAM在记忆密 度、电路成本等方面优于SRAM,但DRAM也有不如SRAM的地方,SRAM是以持续供电的方式来记忆数 据,
所以运作上相当耗电,相对的DRAM实行刷新(Refresh)方式来持留住记忆内容,如此虽 比较省电,但记忆数据的存取速度
就不如SRAM。
此外,DRAM因为刷新电路、存取电路 等设计,使的系统接口的线路较SRAM复杂,SRAM没有刷新电路且接口设计单纯、直觉,
如此对电 子工程师而言,除非真有SRAM无法满足的高容量、低用电等设计要求,否则都尽可能实行SRAM,因为SR AM的电
路设计比DRAM简洁、容易。
正因为SRAM与DRAM有诸多特性是完全相左, 以致多年来的应用范畴也各不相同,SRAM多用在少数容量的高速存取应用上,
例如高速处理器的高速 缓存、高速网络设备(如:路由器、交换机)的内存等。而DRAM就用在大量记忆需求的应用上,如
激 光打印机、高清晰数字电视等。
不过,在手持式应用的设计上,就同时需要DRAM与SRAM的特性 ,既需要SRAM的电路简洁特性(因为印刷电路板面积小,
线路数能减少就少),又需要DRAM的低 用电(因使用电池运作)。此外芯片用数也多在1、2个芯片左右,所以也不易同时
使用DRAM芯片与 SRAM芯片,只能择一而用。
既然只能择一而用,真正权衡取舍的结果是使用DRAM,但必须将D RAM的存取接口加以简化,作法是将刷新电路改成自行刷
新(Self-Refresh),然后接口 简化成兼容、近似原有SRAM的接口,如此就成了PSRAM,有时也称PSDRAM。
NAND型 闪存又分为SLC和MLC两种类型。其区别在于每个储存单元储存信息的多寡。不同的结构决定了SLC的读写 性能、
寿命、可靠性较高,而MLC则在容量和成本方面占优势。

PSRAM标准各有技术阵营
PSRAM的概念是改变DRAM原有的存取接口设计,使其接 口兼容于原有SRAM的存取接口,且在存取的时序等其它特性上也相
类似。不过光有概念还是不够,各 业者依然组成了联盟阵营,订立出自己依循的PSRAM规范及标准。


举例来说,由美 国柏士(Cypress)、南韩EMLSI、日本Renesas(瑞萨)、台湾Etron(钰创)、南韩H ynix(海力士)、
美国美光(Micron)、台湾京典硅旺(Enable)、德国Infine on(英飞凌)、南韩Silicon 7、以及台湾华邦电子(Winbond)
等所组成的Cell ularRAM联盟,共同制订CellularRAM的标准,目前已有1.0版、1.5版标准的规范。 < br>CellularRAM并非是唯一的PSRAM标准联盟,恩益禧(NEC)、日本富士通(Fujit su)、日本东芝(Toshiba)等3家日系
半导体业者也合组了CosmoRAM联盟,Cosm oRAM的全称为「Common Specifications for Mobile RAM」,新版标准为Rev 4
版。
营销称呼混淆技术分别
PSRAM除了有联 盟阵营的标准差异外,另一个让现有电子工程师经常困扰的是PSRAM的名称,例如MoSys公司的独家硅智 财
技术:1T-SRAM就常被人以为是PSRAM,但其实两者有所不同,然确实PSRAM有时也被 称为1T SRAM。
或者南韩的Silicon 7公司将PSRAM称为CCSRAM(CompactCell SRAM)来推行,或如南韩三星将PSRA M称为UtRAM等等,
此外PSRAM也容易与Mobile-RAM、Mobile SRAM、Mobile SDRAM等相近称呼相混淆。另外CellularRAM阵营的业者有时也直接以CellularRAM来称呼PSRAM。
留心PSRAM业务的转移、改变
附 带一提的,由于PSRAM的技术与价格竞争激烈,有些业者已纷纷退出这块市场,例如日本瑞萨(Renesa s)就已经退出,
并退出CellularRAM联盟,美国柏士半导体赛普拉斯半导体(Cypres s)也将PSRAM部门转售给台湾晶豪科技(Elite
Semiconductor Memory Technology;ESMT),同时也与Renesas一样退出CellularRAM 联盟,但接手的ESMT并没有新增成
为该联盟的新会员。
另外德国忆恒英飞凌(Infin eon)将内存部门分立成奇梦达(Qimonda)后,也承接了原有在CellularRAM联盟中的会员 身
份,此外南韩海力士(Hynix)似乎也停止PSRAM的后续发展。此外日本东芝(Toshib a)委由台湾华邦电子(Winbond)代
产PSRAM,以及欧洲意法半导体(STMicroel ectronics;ST)也将PSRAM委交台湾茂德(ProMOS)代产,未来欧、美、日、
韩 的PSRAM业务都可能转至台湾,一方面过去台湾专长于SRAM,但PSRAM的出现将挤压原有SRAM的 市场,为了保有原有的
市场必然要跨入PSRAM。这些产业消长变迁信息,也是电子采购与工程设计人 员所必须注意的。
美国柏士/赛普拉斯(Cypress)-CYK512K16SCCA



◆先进的低功耗MoBL(More Battery Life)架构。
◆高速运作性:55nS、70nS(奈秒)。◆宽裕的运作电压范畴:2.7∼3.3V。
◆运作中的耗用电流(典型值):2mA(工作频率为1MHz时)。◆运作中的耗用电流(典型值):11mA (工作频率为最高频
率时)。
◆待备(Stand- by)时低功耗。◆芯片未被选择到时自动进入低功耗(Power- Down)状态。◆适合手机之类的手持式应用。
德国奇梦达(Qimonda)-HYE18P128160AF-12.5


◆1.8V的核心电压与IO电压。◆合乎CellularRAM 1.0、1.5规范的标准。
◆针对无线应用而设计。◆可用「异步分页模式」或「同步爆发」模式运作。
◆异步工作时的存取间隔为70nS85nS。◆同步爆发(Sync burst)模式运作时可达66MHz80MHz104MHz。
◆免刷新(Refresh)的运作。◆直接在芯片上设置温度传感器。
美国美光(Micron)-MT45W8MW16BGX



◆合乎CellularRAM 1.5规范的标准◆支持异步、分页、以及爆发等模式的运作
◆随机存取时间:70nS◆合乎欧洲RoHS规范与大陆RoHS规范
◆核心电压工作范畴:1.7V∼1.95V◆IO电压工作范畴:1.7V∼3.3V
◆适 合的应用:医疗、商业与产业、车用、安全、行动、扫描仪◆适合的应用:导航定位、测试与量测、消费性手持式 装置、
电信
台湾钰创(Etron)-EM567168BC


◆记忆组织:2M x16。
◆快速的周期时间:55nS、70nS。
◆待备(Stand-by)状态下的用电:100uA。◆深度低功耗(Deep Power- Down)下的用电:10uA(数据不可存取)。


◆数据存取宽度的控制:LB#( DQ0∼7)、UB#(DQ8∼15)。◆相容于低功耗的SRAM(Low Power SRAM)。 < br>◆单一的供电电压:3.0V正负0.3V。◆封装型态:48个接脚,FBGA封装,6x8mm尺寸。
南韩EMLSI-EM7164SU16


◆记忆组织:1M x16。
◆工作电压范畴:2.7V∼3.3V。◆分立的IO供电(VccQ)与核心供电(Vcc)。◆三态 输出(高、低、浮接)。
◆透过#UB接脚、#LB接脚可控制字节(Byte)的读写。◆运用#Z Z接脚可支持直接深度低功耗(Direct Power Down)控制。
◆自动化的TCSR可 节省用电。◆芯片封装方式:48个接脚,FPBGA封装,6.0x7.0尺寸。
南韩海力士(Hynix)-HY64UD16322M


◆记忆组织:2M x16。
◆CMOS制程技术。◆逻辑准位兼容于TTL,并具备三态(Tri-State)输出。
◆深度低功耗(Deep Power- Down)模式。◆标准的接脚组态配置:48个接脚,FBGA封装。
◆透过LB、UB接脚可行使数据屏蔽(Data Mask)功效。◆工作电压范畴:2.7V∼3. 3V。◆工作温度范畴:摄氏-25∼85
或-40∼85度。
南韩Silicon 7-SV6P3215UFB



◆标准的异步SRAM接口。◆已历验证的Silicon CompactCell SRAM可用于高密度、低功耗与成本取向的应用。
◆记忆组织:2M x16。◆工作电压范畴:2.7V∼3.3V。
◆封装方式:48个接脚,FPGA封装。◆逻辑准位兼容于TTL,并具备三态(Tri- State)输出。
◆适合的应用:手机、PDA、以及其它用电池运用的消费性产品。◆运作上可选 择正常(Normal)模式或双CS(Dual CS)
模式。
南韩三星半导体(Samsung)-K1S56161CM


◆使用CMOS制程技术。◆记忆组织:16M x16。
◆内部的TCSR。◆工作电压范畴:2.7V∼3.1V。◆存取间隔速度:70nS。
◆ 工作温度范畴:摄氏-40∼85度。◆100%回溯兼容于SRAM接口。◆支持分页(Page)模式。 < /p>


针对手机高容量存储的需求,Spansion公司推出了ORNAND架构,采用Mir rorBit技术,具有每单位双比特4比特的特点,
一方面加大了存储容量,同时又具有很快的读取速 度,还无需纠错,既具有了NAND的大容量,又具有了NOR的读取速度快
的特点。目前,ORNAN D架构容量可以达到1Gb,采用90nm工艺后,容量将达到2Gb。2007年,随着采用65nm Qua dBit技术,
容量可以达到8Gb。除了在3G手机市场里面,ORNAND还可以应用在嵌入式市场 中的需要的存储卡应用,比如电子辞典、电
子图书、MP3播放器、具有安全功能的USB、汽车导航等 等应用。
iSuppli公司拆解的手机中还有一款是高端手机,这款手机采用了256M NOR闪存、128M pSRAM和1G的OneNAND闪存。另外,
其中的一款中端手机还带有外 接存储插槽。这些手机的存储方案均采用了多芯片封装。
三星电子此前开发的OneNAND目前已经 得到广泛应用。它在一块芯片上整合了NAND存储内核和NOR控制接口,并直接加入
高性能SRAM 内存作为芯片的读写缓存。这种结构使整个芯片的性能指标接近NOR闪存,同时容量和成本指标与NAND闪存 接
近。
目前面世的闪存主要分为NOR型和NAND型两大类。NOR闪存有独立的地址线和 数据线,速度较快,但是价格高,容量较小。
NAND型闪存成本较低,容量大,但是速度较慢。


三星电子日前开发出了一款新型整合芯片,取名“OneDRAM”。它采 用双接口结构,整合了通常被简称为RAM或系统内存的
静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRA M)。该芯片频率为133MHz,总容量为512Mbits。 据外电报道,手机一类的嵌入式设备通常都包含了一个通用的处理器和一个用来处理特定任务的应用处理器,OneDRAM可以做为一个共享存储 放置在它们中间,供
它们同时使用。据三星称,OneDRAM分配给两者的空间可以动态调整。 三 星声称,它的这种设计结构将可以使耗电量减
少30%,模块所占空间减少50%,手机和游戏机的运行 速度可因此提高5倍。 三星预计该产品2007年下半年即可引入
到手机产品上。

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