Word常用存儲(chǔ)器介紹常用存儲(chǔ)器介紹

21.1.存儲(chǔ)器種類(lèi)

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)（程序代碼）和數(shù)據(jù)的部件，有了存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)才具有記憶功能。基本的存儲(chǔ)器種類(lèi)見(jiàn)圖21_1。

圖21?1基本存儲(chǔ)器種類(lèi)

存儲(chǔ)器按其存儲(chǔ)介質(zhì)特性主要分為“易失性存儲(chǔ)器”和“非易失性存儲(chǔ)器”兩大類(lèi)。其中的“易失/非易失”是指存儲(chǔ)器斷電后，它存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容是否會(huì)丟失的特性。由于一般易失性存儲(chǔ)器存取速度快，而非易失性存儲(chǔ)器可長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，它們都在計(jì)算機(jī)中占據(jù)著重要角色。在計(jì)算機(jī)中易失性存儲(chǔ)器最典型的代表是內(nèi)存，非易失性存儲(chǔ)器的代表則是硬盤(pán)。

21.2.（RAM）存儲(chǔ)器

RAM是“RandomAccessMemory”的縮寫(xiě)，被譯為隨機(jī)存儲(chǔ)器。所謂“隨機(jī)存取”，指的是當(dāng)存儲(chǔ)器中的消息被讀取或?qū)懭霑r(shí)，所需要的時(shí)間與這段信息所在的位置無(wú)關(guān)。這個(gè)詞的由來(lái)是因?yàn)樵缙谟?jì)算機(jī)曾使用磁鼓作為存儲(chǔ)器，磁鼓是順序讀寫(xiě)設(shè)備，而RAM可隨機(jī)讀取其內(nèi)部任意地址的數(shù)據(jù)，時(shí)間都是相同的，因此得名。實(shí)際上現(xiàn)在RAM已經(jīng)專(zhuān)門(mén)用于指代作為計(jì)算機(jī)內(nèi)存的易失性（半導(dǎo)體）存儲(chǔ)器。

根據(jù)RAM的存儲(chǔ)機(jī)制，又分為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）(DynamicRAM)以及靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM(StaticRAM)兩種。

21.2.1.DRAM

動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM的存儲(chǔ)單元以（電容）的電荷來(lái)表示數(shù)據(jù)，有電荷代表1，無(wú)電荷代表0，見(jiàn)圖21_2。但時(shí)間一長(zhǎng)，代表1的電容會(huì)放電，代表0的電容會(huì)吸收電荷，因此它需要定期刷新操作，這就是“動(dòng)態(tài)(Dynamic)”一詞所形容的特性。刷新操作會(huì)對(duì)電容進(jìn)行檢查，若電量大于滿(mǎn)電量的1/2，則認(rèn)為其代表1，并把電容充滿(mǎn)電；若電量小于1/2，則認(rèn)為其代表0，并把電容放電，藉此來(lái)保證數(shù)據(jù)的正確性。

圖21?2DRAM存儲(chǔ)單元

21.2.1.1.SDRAM

根據(jù)DRAM的通訊方式，又分為同步和異步兩種，這兩種方式根據(jù)通訊時(shí)是否需要使用（時(shí)鐘）（信號(hào)）來(lái)區(qū)分。圖21_3是一種利用時(shí)鐘進(jìn)行同步的通訊時(shí)序，它在時(shí)鐘的上升沿表示有效數(shù)據(jù)。

圖21?3同步通訊時(shí)序圖

由于使用時(shí)鐘同步的通訊速度更快，所以同步DRAM使用更為廣泛，這種DRAM被稱(chēng)為SDRAM(SynchronousDRAM)。

21.2.1.2.DDRSDRAM

為了進(jìn)一步提高SDRAM的通訊速度，人們?cè)O(shè)計(jì)了DDRSDRAM存儲(chǔ)器(DoubleDataRa（te）SDRAM)。它的存儲(chǔ)特性與SDRAM沒(méi)有區(qū)別，但SDRAM只在上升沿表示有效數(shù)據(jù)，在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，只能表示1個(gè)有數(shù)據(jù)；而DDRSDRAM在時(shí)鐘的上升沿及下降沿各表示一個(gè)數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以表示2位數(shù)據(jù)，在時(shí)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(méi)有區(qū)別，主要是通訊同步時(shí)鐘的頻率提高了。

當(dāng)前個(gè)人計(jì)算機(jī)常用的內(nèi)存條是DDRIIISDRAM存儲(chǔ)器，在一個(gè)內(nèi)存條上包含多個(gè)DDRIIISDRAM（芯片）。

21.2.2.SRAM

靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM的存儲(chǔ)單元以鎖存器來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖21_4。這種電路結(jié)構(gòu)不需要定時(shí)刷新充電，就能保持狀態(tài)(當(dāng)然，如果斷電了，數(shù)據(jù)還是會(huì)丟失的)，所以這種存儲(chǔ)器被稱(chēng)為“靜態(tài)(Static)”RAM。

圖21?4SRAM存儲(chǔ)單元

同樣地，SRAM根據(jù)其通訊方式也分為同步(SSRAM)和異步SRAM，相對(duì)來(lái)說(shuō)，異步SRAM用得比較廣泛。

21.2.3.DRAM與SRAM的應(yīng)用場(chǎng)合

對(duì)比DRAM與SRAM的結(jié)構(gòu)，可知DRAM的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得多，所以生產(chǎn)相同容量的存儲(chǔ)器，DRAM的成本要更低，且集成度更高。而DRAM中的電容結(jié)構(gòu)則決定了它的存取速度不如SRAM，特性對(duì)比見(jiàn)表21?1。

表21?1DRAM與SRAM對(duì)比

特性DRAMSRAM存取速度較慢較快集成度較高較低生產(chǎn)成本較低較高是否需要刷新是否

所以在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中，SRAM一般只用于（CPU）內(nèi)部的高速緩存(Cache)，而外部擴(kuò)展的內(nèi)存一般使用DRAM。

21.3.非易失性存儲(chǔ)器

非易失性存儲(chǔ)器種類(lèi)非常多，半導(dǎo)體類(lèi)的有（ROM）和FLASH，而其它的則包括光盤(pán)、軟盤(pán)及（機(jī)械）硬盤(pán)。

21.3.1.ROM存儲(chǔ)器

ROM是“Re（ad）OnlyMemory”的縮寫(xiě)，意為只能讀的存儲(chǔ)器。由于技術(shù)的發(fā)展，后來(lái)設(shè)計(jì)出了可以方便寫(xiě)入數(shù)據(jù)的ROM，而這個(gè)“ReadOnlyMemory”的名稱(chēng)被沿用下來(lái)了，現(xiàn)在一般用于指代非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，包括后面介紹的FLASH存儲(chǔ)器，有些人也把它歸到ROM類(lèi)里邊。

21.3.1.1.MASKROM

MASK(掩膜)ROM就是正宗的“ReadOnlyMemory”，存儲(chǔ)在它內(nèi)部的數(shù)據(jù)是在出廠(chǎng)時(shí)使用特殊工藝固化的，生產(chǎn)后就不可修改，其主要優(yōu)勢(shì)是大批量生產(chǎn)時(shí)成本低。當(dāng)前在生產(chǎn)量大，數(shù)據(jù)不需要修改的場(chǎng)合，還有應(yīng)用。

21.3.1.2.（OTPROM）

OTPROM(One（Ti）meProgramableROM)是一次可（編程）存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器出廠(chǎng)時(shí)內(nèi)部并沒(méi)有（資料），用戶(hù)可以使用專(zhuān)用的編程器將自己的資料寫(xiě)入，但只能寫(xiě)入一次，被寫(xiě)入過(guò)后，它的內(nèi)容也不可再修改。在（NXP）公司生產(chǎn)的控制器芯片中常使用OTPROM來(lái)存儲(chǔ)密鑰。

21.3.1.3.EPROM

EPROM(ErasableProgrammableROM)是可重復(fù)擦寫(xiě)的存儲(chǔ)器，它解決了PROM芯片只能寫(xiě)入一次的問(wèn)題。這種存儲(chǔ)器使用紫外線(xiàn)照射芯片內(nèi)部擦除數(shù)據(jù)，擦除和寫(xiě)入都要專(zhuān)用的設(shè)備。現(xiàn)在這種存儲(chǔ)器基本淘汰，被EEPROM取代。

21.3.1.4.EEPROM

EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableROM)是電可擦除存儲(chǔ)器。EEPROM可以重復(fù)擦寫(xiě)，它的擦除和寫(xiě)入都是直接使用電路控制，不需要再使用外部設(shè)備來(lái)擦寫(xiě)。而且可以按字節(jié)為單位修改數(shù)據(jù)，無(wú)需整個(gè)芯片擦除。現(xiàn)在主要使用的ROM芯片都是EEPROM。

21.3.2.FLASH存儲(chǔ)器

FLASH存儲(chǔ)器又稱(chēng)為閃存，它也是可重復(fù)擦寫(xiě)的儲(chǔ)器，部分書(shū)籍會(huì)把FLASH存儲(chǔ)器稱(chēng)為FLASHROM，但它的容量一般比EEPROM大得多，且在擦除時(shí)，一般以多個(gè)字節(jié)為單位。如有的FLASH存儲(chǔ)器以4096個(gè)字節(jié)為扇區(qū)，最小的擦除單位為一個(gè)扇區(qū)。根據(jù)存儲(chǔ)單元電路的不同，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器又分為NORFLASH和NANDFLASH，見(jiàn)表21?2。

表21?2NORFLASH與NANDFLASH特性對(duì)比

特性NORFLASHNANDFLASH同容量存儲(chǔ)器成本較貴較便宜集成度較低較高介質(zhì)類(lèi)型隨機(jī)存儲(chǔ)連續(xù)存儲(chǔ)地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)獨(dú)立分開(kāi)共用擦除單元以“扇區(qū)/塊”擦除以“扇區(qū)/塊”擦除讀寫(xiě)單元可以基于字節(jié)讀寫(xiě)必須以“塊”為單位讀寫(xiě)讀取速度較高較低寫(xiě)入速度較低較高壞塊較少較多是否支持XIP支持不支持

NOR與NAND的共性是在數(shù)據(jù)寫(xiě)入前都需要有擦除操作，而擦除操作一般是以“扇區(qū)/塊”為單位的。而NOR與NAND特性的差別，主要是由于其內(nèi)部“地址/數(shù)據(jù)線(xiàn)”是否分開(kāi)導(dǎo)致的。

由于NOR的地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)分開(kāi)，它可以按“字節(jié)”讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，符合CPU的指令譯碼執(zhí)行要求，所以假如NOR上存儲(chǔ)了代碼指令，CPU給NOR一個(gè)地址，NOR就能向CPU返回一個(gè)數(shù)據(jù)讓CPU執(zhí)行，中間不需要額外的處理操作。

而由于NAND的數(shù)據(jù)和地址線(xiàn)共用，只能按“塊”來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，假如NAND上存儲(chǔ)了代碼指令，CPU給NAND地址后，它無(wú)法直接返回該地址的數(shù)據(jù)，所以不符合指令譯碼要求。表21?2中的最后一項(xiàng)“是否支持XIP”描述的就是這種立即執(zhí)行的特性(eXecuteInPlace)。

若代碼存儲(chǔ)在NAND上，可以把它先加載到RAM存儲(chǔ)器上，再由CPU執(zhí)行。所以在功能上可以認(rèn)為NOR是一種斷電后數(shù)據(jù)不丟失的RAM，但它的擦除單位與RAM有區(qū)別，且讀寫(xiě)速度比RAM要慢得多。

另外，F(xiàn)LASH的擦除次數(shù)都是有限的(現(xiàn)在普遍是10萬(wàn)次左右)，當(dāng)它的使用接近壽命的時(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)寫(xiě)操作失敗。由于NAND通常是整塊擦寫(xiě)，塊內(nèi)有一位失效整個(gè)塊就會(huì)失效，這被稱(chēng)為壞塊，而且由于擦寫(xiě)過(guò)程復(fù)雜，從整體來(lái)說(shuō)NOR壽命較長(zhǎng)。由于可能存在壞塊，所以FLASH存儲(chǔ)器需要“探測(cè)/錯(cuò)誤更正(EDC/ECC)”（算法）來(lái)確保數(shù)據(jù)