那些年，我们用过的存储器

什么是存储？

存储是一个很广泛的词，我们只知道它是存储数据的介质，却很难用更好的话概括清楚，我也不行，只能尽量。

这样，先来看几张图。

 

图1是金士顿的64G内存卡，图2 是PC端的内存条，图3 是生活中常用到的U盘。

这些就是存储技术呈现在日程生活中的应用，主要核心是存储芯片，然而这些严格来讲并不是具体的存储，而是存储芯片+外围设备组成的应用成品。

在存储芯片内真正起到存储作用的，是那些SRAM、DRAM、EPROM、EEPROM等记忆体。

存储是一个大家族，一代一代传承至今，存储种类已经复杂繁多，要把它们区分开来，遵循有一个准则：

是否是易失性。

所谓是不是易失性，就是指断电后里面的数据还会不会被保留下来。

这是早期存储领域不断发展，技术突破的一个方向，到了后来，易失性难题被解决了，速率和空间才成了另外的方向。

先配上一张存储的导图：

RAM

• 随机存储记忆体、可变存储器
• 易失性
• 家族成员：SRAM、DRAM、SDRAM、DDR SDRAM

顾名思义，RAM这种存储器的特点就是随机存取，可将数据存放在任何1bit区域中，任何时候都可以读写，但是一旦断电，数据将不会被保留下来。如果你真的需要那份数据，那只能在还没断电之前将数据存储到一个长期的存储器中。

后来RAM又进一步分为SRAM和DRAM

SRAM

• 静态随机存储器、Static RAM
• 易失性

SRAM相比于它的先人RAM，读写速度要快很多，是目前读写数据最快的存储器，原理待会儿会说到。也正因为如此，造就了它相当昂贵的价格，厂家只能在苛刻的地方才会用到，像CPU的一级缓存和二级缓存。

DRAM

• 动态随机存储器、Dynamic RAM
• 易失性
• 家族成员：SDRAM、DDR RAM

DRAM的读写速度，那就跟SRAM远远没法比了，虽然速率不如人，但是DRAM的容量可以做到很大，价格也比SRAM便宜，所以DRAM的用途会比SRAM广上很多。

SRAM和DRAM速率不同的原因：

虽然两者都是用RAM发展来的，但是他们的在RAM框架上对于数据存储的方式却完全不同。

SRAM是静态SRAM，它的静，就体现在是用寄存器来存储信息，只要保持供电电压不断，那么寄存器中的数据就会一直保留下去，就连刷新都不用。

DRAM是动态RAM，它的动，就体现在它会有一个刷新机制，因为它是用MOS管栅电容上的电荷来保存信息，即使在保持不断电情况下，因为栅电容会漏电，所以每个一段时间，就需要刷新机制来给电容补充电荷，并且每读出一段数据后也需要刷新一下。如果有朝一日，DRAM失去了刷新机制，即使供电不断，也没法长时间保留数据。

不过虽然他比SRAM多了个刷新机制，但是代价是值得的，因为是只用1个MOS，所以在一片鬼片上集成度可以很高，导致了他自身的容量也可以很高。

没错，我们打游戏的时候，内存条上的数据是每隔一段时间就会进行刷新的。刷新机制定期对栅电容进行检查，若电量大于满电量的1/2，则认为是高电平，是1，并把电容充满电，若小于满电量的1/2，则认为是低电平，是0，并把电容放电，以此来确保数据的连续性。

厂商们觉得DRAM还可以再开发一下，成为一个新的存储设备SDRAM，改进的地方在于增加了一个COU同步时钟，将通信方式改良成了同步通信，使得速率更快一步，不过只能在上升沿表示一个数据。

只能在上升沿表示一个数据，那是不是······

没错，开发商瞧准了这个点，又改良出了一个新存储设备——DDR SDRAM。

DDR SDRAM

• DDR RAM，Dtae-Date RAM
• 易失性

这一次的改进的就是它一个时钟可以读写两次，上升沿和下降沿都能表示一个数据，这样一来，速率翻倍，再加上它继承来的DRAM的成本优势，让它在开发商和用户眼中具备了极高的地位。

DDR SDRAM经过一代代改良，已经出了一代、二代、三代、四代。现在PC上的内存用的最多的就是DDR SDRAM，我的电脑内存条用的DDR3，手机内存用的是DDR4。

那有没有既要数据保留，同时可以允许断电情况存在的存储器呢？有的。

ROM

• 唯独记忆体、只读存储器
• 非易失性
• 家族成员：MASK ROM、PROM、EPROM、EEPROM

ROM即使断电，里面的数据也不会丢失，而且任何时候都可以读取，没错，是读取，不是读写。这就是ROM的缺点，其内容数据不能随意更改，厂家一旦制作好了并写入数据，用户就再也无法写入了。

说的就是MASK ROM。

MASK ROM

里面的数据是厂家出产写好了，用户要想改，没有办法。

不过后来技术成熟了，ROM可以写数据了，不过只能是一次性或者得需要特殊方法。

最先出来的就是PROM。

PROM

这就是可编程ROM了，不过只能是一次性编程，用户只能写一次，一旦写入数据，恕不更改。

不过想想也还是很不方便的，试想一下要是用户一时手抖或者在测试中想更改什么参数，这一片就算是废掉了，得拿块新的。

后来随着技术成熟，出现了EPROM。

EPROM

EPROM可以多次擦除写入数据了，这可真是为开发者们带来了福音，不过很快就发现也挺难的，因为它只能在紫外线环境下才能擦除数据，这种特殊环境擦除再来的是实实在在的不方便，要在紫外线下照大半个小时才能擦除，一天下来也折腾不了几次，况且，普通开发者上哪弄来紫外线环境。

EEPROM。

• 电可擦除可编程只读存储器

这个像神一样的存储器，不知拯救了多少开发者出苦海，这是现在最普遍的ROM，电可擦除，只要供电，就能随意进行擦写操作。

不仅继承了随机访问的优点，断电后数据可保留百年，擦除次数可达百万。在可靠性高的同时，代价也非常明显，由于其电路复杂和成本较高，导致EEPROM无法做到大容量商用级别，目前都是几十K到几百K，超过512K的很少，之前公司做项目就用过EEPROM，见过最高的只到1024K。

但是这并不妨碍存储器成为热门存储器，衍生出了各式各样的EEPROM种类，甚至开发者们已经将EEPROM认为是ROM这类存储器的统称。

看的出来，即使像EEPROM这样方便的存储器，也存在着它的限制，市场有大容量需求，为了解决需求，开发商们就制作出了Flash。

Flash

• 快闪、快闪存储器
• 非易失性
• 家族成员：NOR Flash、NAND Flash

严格上讲，Flash也是EEPROM的一种，所以继承了EEPRM的优良品质：断电保留、电擦除、百万次擦除。

Flash的改进之处在于不再像ROM那些用字节作为寻址单位，而是用“块”。

而以“块”作为寻址单位的优势在于：一是简化了电路，二是数据密度降低，从而导致了成本也降低了。以至于flash可以涉及EEPROM承担不了的大容量存储区域。

Flash在制作商也有两个种类，先来看看第一个NOR Flash。

NOR Flash

NOR 提供了完整的和分开的寻址和数据总线，所以能做到读写方式跟RAM一样，都是随机存取，访问Flash上的任何一片区域。

但是擦除仍要以“块”为单位，所以在NOR在擦除上是需要花费点时间，试想一下，你想写2K的数据，但是就要事先进行4K的擦除量，这样的操作也是有点冗余。还在如今的芯片频率都可以跑到很高，所以擦除也就是几ms的事情。

在应用上就很好理解了，NOR可以做到像ROM一样字节寻址，所以用户可以直接将NOR Flash中的程序读取出来直接运行，很多单片机上都会有一块NOR Flash来存放启动代码。

接下来是NAND Flash。

NAND Flash

NAND中数据线与地址线进行了复用，所以不能做到随机存取的能力，读和写只能老老实实一块一块形式来。

很容易就可以明白，没有随机存取的外部地址总线的连续存储，这种数据存储结构既决定了这种NAND用户不能直接运行NAND中的程序，同时读取速度慢、电路简单、数据密度大，体积小。

一切就导致了最真实的反馈——价格廉价。

而且，地址线和数据线复用，这种硬性条件导致它的读取速度很NOR比起来就慢了；但是在擦除和写入速度却变快了，因为是以“块”为单位进行写入，而且循环抹写次数是NOR的数倍甚至十倍。

更最重要的一点是，NAND可以标记坏块，就连制作商也没法保证每一块Flash做出来都是完好的，NAND就可以将那一块坏了跳过去，而NOR，随便一块坏了，整片Flash就废了。

NAND强调的是更高的性能，更低的成本，更小的体积，更长的使用寿命，适合用于存储大容量数据，像是一开始的图1储存卡、图3的U盘，甚至是固态硬盘这类大容量，采用的都是NAND，当然可会应用在嵌入式系统中用于存放文件系统和内核。

看，用NOR来存放起始程序（引导代码），用NAND来存放文件系统和内核文件。

一切都被市场安排得明明白白。

NADN Flash也有自己的衍生产品——EMMC。

EMMC

准确来说，这并不是一种新的存储器，在结构上就是NAND+主控IC。

这样的明显优势就是封装成了一个集成控制器，提供了一套标准接口来管理闪存，主要是针对手机或者平板等产品的内嵌式存储器标准格式，这样就使得开发商们可以专注于开发产品的其他部分。