对存储器的一点认识

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上一篇博客记录了对CPU的一点认识，这一篇记录一下存储器的相关知识。

一、存储器的分类

• 存储器是用来存储程序和数据信息的设备。
• 在网上看了很多存储器的分类方式，进行简单分类总结如下：

二、常用存储器介绍

1、内存

内存指的就是主板上的存储部件，是CPU直接与之沟通，并用其存储数据的部件，存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存由两部分组成：

（1）第一部分是RAM(Random-access memory)

RAM随机存取存储器，可读可写，“随机”体现在需要根据地址读写。在上图的分类中，也只有RAM属于易失性存储器，即掉电后会丢失数据。RAM可分为SRAM和DRAM。

• SRAM(静态随机存储器)，静态这一特性是通过晶体管锁存体现的，不需要刷新（锁存器原理）。读写速度快，但是非常贵，存储空间也很小，所以现在基本上只用作CPU与主存之间的高速缓存以及CPU内部的L1／L2或外部的L2高速缓存，也就是经常说的cache。

• DRAM（动态存储器），DRAM是利用MOS管的栅电容上的电荷来存储信息，由于栅极漏电，代表1的电容会放电，代表0的电容会吸收电荷，这样会造成数据丢失，所以需要刷新电路不断进行刷新才能保持0或1。在读写速度上逊于SRAM，但存储空间比SRAM大得多，成本较低。SDRAM（Synchronous Dynamic RAM）表示同步动态随机存储器（注意区别于SRAM），需要时钟信号驱动，可以总结为：SDRAM是需要时钟驱动，需要刷新，并且根据地址进行读写操作的存储器。SDR、DDRX都是SDRAM的发展产物：
  第一代：SDR SDRAM
  第二代：DDR SDRAM（简称DDR）
  第三代：DDR2 SDRAM（简称DDR2）
  第四代：DDR3 SDRAM（简称DDR3）
  第五代：DDR4 SDRAM（简称DDR4）
  第一代SDR SDRAM是只有时钟上升沿进行读写，而后面4代是上升沿和下降沿都进行读写，所以是Double Data Rate,也就是DDR。我们经常说机器内存多大或者内存条多大，其实就是说的DDRX (SDRAM)及其大小，所以口头上常常把DRAM称为主存，有的情况也称为运行内存。手机中的RAM和电脑中的RAM的概念是相同的，RAM即内存越大，能同时在内存中执行的程序就越多，性能一般是越好的

CPU读取速度快，而内存给的速度慢，这样CPU要接一会数据等一会，浪费了CPU处理时间。我们把CPU常读取的内存的数据放到cache中，CPU读取cache很快，这样CPU就免了等待时间，CPU的处理速度就提高了。还有一个问题就是cache怎么知道哪些是CPU的常用数据？其实cache存储的是CPU刚用过或循环使用的一部分数据，就是做一些数据的缓存。所以cache又叫缓存。(这段话中的内存指的是SDRAM)

（2）第二部分是ROM(Read-Only Memory)

前面也提到了除了RAM属于易失性存储器，其他都属于非易失性存储器，ROM是在RAM的缺点下发展而来的，ROM只能读不能写（比如老式计算机BIOS）。后来又发现ROM里的程序有时候需要改一改，于是又发展出可以写入新数据的ROM，如EPROM、EEPROM，尽管写速度很慢，也已经违背了ROM的本意——只能读不能写，但出于历史原因，总体上还是称为ROM。

• MASK ROM是掩膜ROM这种ROM是一旦厂家生产出来，使用者无法再更改里面的数据。
• PROM是一次可编程储器，出厂后用户只能写一次数据，然后再也不能修改了，一般做存储密钥。
• EPROM这种存储器就可以多次擦除然后多次写入了。但是要在特定环境紫外线下擦除，所以这种存储器也不方便写入。
• EEPROM属于电可擦除ROM，现在使用的比较多因为只要有电就可擦除数据，就可以写入数据。
• 有人把FLASH也当作ROM，准确的说应该是NAND FLASH闪存，FLASH和EEPROM相比，FLASH的存储容量大，后面单独把FLSH拉出来遛一遛（因为它帅）。

对于PC而言，ROM是主板上很小的一部分，与BIOS固件相关，用于电脑的启动，执行硬件检测和MBR加载。ROM发展到EEPROM以及FLASH，适应硬件发展的同时也带来了被病毒攻击的可能。
由于ROM这种半导体存储介质，体积够小，提供的容量可以比光盘和软盘的大，速度也更快，所以广泛应用于嵌入式存储，特别是NAND FLASH闪存技术广泛用于手机存储。

书面上计算机内部存储器，其实包含RAM和ROM。手机运存和电脑内存是一个意思，都是指RAM。经常所说的手机内存是指机身储存内存，也就是ROM或者FLASH（对于移动领域更多称ROM），和电脑硬盘相对应（HDD或SSD）。

2、外存

早期，我们的主要存储介质都是磁性存储，也就是磁盘，分为硬盘和软盘，硬盘不太适合做移动存储，因为其磁头容易损坏，不耐摔，而且体积较大，就算是缩小容量仍然很难缩小其体积，软盘虽然用作移动介质还算方便，但软盘容量过于小，不够用，而光盘虽然容量大但不易擦写，同时体积也不够小。
半导体存储介质的出现逐渐取代了磁性介质，机械硬盘是磁性存储介质，而固态硬盘、U盘都是基于NAND FLASH的半导体存储技术。

SSD固态硬盘推动了轻薄笔记本的发展，SSD固态硬盘和机械硬盘两者体积对台式电脑没有多大区别，但是对笔记本来说差别就很大了。读写速度是两者的主要差别，SSD固态硬盘即使是采用的SATA接口,使用的AHCI协议,最高传输速度也达到了600MB/S,更别说采用NVMe协议的,传输速度达到了3200MB/S，传统的机械硬盘,最大连续读写速度大约在200MB/s。SSD固态硬盘寿命不如机械硬盘。

3、闪存

将闪存单独拉出来的原因是它可以替代一部分内存（ROM），也适用于外存，替代磁性存储介质。

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，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）。

闪存最常见的两种是NOR FLSAH和NAND FLASH。

• NOR先于NAND开发出来，其读取速度非常快，但写入速度却不快，因此最常用于代码编写一次并且读取很多数据的地方。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闪存使用复杂的I/O口来串行地存取数据，读和写操作采用512字节的块。NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，占用的空间明显少于NOR闪存，这也使其成本更低，这也导致了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。

给出NOR和NAND的特性对比：

参考：
https://zhidao.baidu.com/question/274246566.html
https://www.cnblogs.com/still-smile/p/12050514.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/88202063
https://blog.csdn.net/xiaofei0859/article/details/49662633
https://my.oschina.net/u/4355462/blog/3377890

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