ROM、RAM、DRAM、SRAM和FLASH的區(qū)別解析 - 全文
一、ROM介紹
ROM 是 ROM image(只讀內(nèi)存鏡像)的簡稱,常用于手機定制系統(tǒng)玩家的圈子中。 一般手機刷機的過程,就是將只讀內(nèi)存鏡像(ROM image)寫入只讀內(nèi)存(ROM)的過程。 常見的 ROM image 有 img、zip 等格式,前者通常用 fastboot 程序通過數(shù)據(jù)線刷入(線刷),后者通常用 recovery 模式從 sd刷入(卡刷),故 img 鏡像也被稱為線刷包,zip 鏡像也被稱為卡刷包。 國內(nèi)的定制系統(tǒng)開發(fā)者,經(jīng)常會陷入自己的產(chǎn)品究竟是應(yīng)該稱為 OS還是 UI的爭論,為了避免此類爭論和表示謙虛,會自稱為 ROM。很多定制系統(tǒng)玩家也會統(tǒng)一將定制系統(tǒng)稱為 ROM。
分類
因為 Android 系統(tǒng)的開放性,所以大多情況下 ROM 都是指代 Android 系統(tǒng)的各種發(fā)行版。
一般分為兩大類,一種是出自手機制造商官方的原版 ROM,特點是穩(wěn)定,功能上隨廠商定制而各有不同;
另一種是開發(fā)愛好者利用官方發(fā)布的源代碼自主編譯的原生ROM,特點是根據(jù)用戶具體需求進行調(diào)整,使ROM更符合不同地區(qū)用戶的使用習慣。
二、RAM介紹
隨機存取存儲器(random access memory,RAM)又稱作“隨機存儲器”,是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器,也叫主存(內(nèi)存)。它可以隨時讀寫,而且速度很快,通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲媒介。
存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入,且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器。這種存儲器在斷電時將丟失其存儲內(nèi)容,故主要用于存儲短時間使用的程序。 按照存儲單元的工作原理,隨機存儲器又分為靜態(tài)隨機存儲器(英文:Static RAM,SRAM)和動態(tài)隨機存儲器(英文Dynamic RAM,DRAM)。
RAM特點:
隨機存取
所謂“隨機存取”,指的是當存儲器中的數(shù)據(jù)被讀取或?qū)懭霑r,所需要的時間與這段信息所在的位置或所寫入的位置無關(guān)。相對的,讀取或?qū)懭腠樞蛟L問(Sequential Access)存儲設(shè)備中的信息時,其所需要的時間與位置就會有關(guān)系。它主要用來存放操作系統(tǒng)、各種應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)等。
易失性
當電源關(guān)閉時RAM不能保留數(shù)據(jù)。如果需要保存數(shù)據(jù),就必須把它們寫入一個長期的存儲設(shè)備中(例如硬盤)。RAM和ROM相比,兩者的最大區(qū)別是RAM在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會自動消失,而ROM不會自動消失,可以長時間斷電保存。
對靜電敏感
正如其他精細的集成電路,隨機存取存儲器對環(huán)境的靜電荷非常敏感。靜電會干擾存儲器內(nèi)電容器的電荷,引致數(shù)據(jù)流失,甚至燒壞電路。故此觸碰隨機存取存儲器前,應(yīng)先用手觸摸金屬接地。
訪問速度
現(xiàn)代的隨機存取存儲器幾乎是所有訪問設(shè)備中寫入和讀取速度最快的,存取延遲和其他涉及機械運作的存儲設(shè)備相比,也顯得微不足道。
需要刷新(再生)
現(xiàn)代的隨機存取存儲器依賴電容器存儲數(shù)據(jù)。電容器充滿電后代表1(二進制),未充電的代表0。由于電容器或多或少有漏電的情形,若不作特別處理,數(shù)據(jù)會漸漸隨時間流失。刷新是指定期讀取電容器的狀態(tài),然后按照原來的狀態(tài)重新為電容器充電,彌補流失了的電荷。需要刷新正好解釋了隨機存取存儲器的易失性。
RAM有兩大類,一種稱為靜態(tài)RAM(Static RAM/SRAM),SRAM速度非常快,是目前讀寫最快的存儲設(shè)備了,但是它也非常昂貴,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一級緩沖,二級緩沖。另一種稱為動態(tài)RAM(Dynamic RAM/DRAM),DRAM保留數(shù)據(jù)的時間很短,速度也比SRAM慢,不過它還是比任何的ROM都要快,但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多,計算機內(nèi)存就是DRAM的。
三、FLASH簡介
Flash是由macromedia公司推出的交互式矢量圖和 Web 動畫的標準,由Adobe公司收購。做Flash動畫的人被稱之為閃客。網(wǎng)頁設(shè)計者使用 Flash 創(chuàng)作出既漂亮又可改變尺寸的導(dǎo)航界面以及其他奇特的效果。Flash的前身是Future Wave公司的Future Splash,是世界上第一個商用的二維矢量動畫軟件,用于設(shè)計和編輯Flash文檔。
目前Flash主要有兩種NOR Flash和NADN Flash。
NOR Flash的讀取和我們常見的SDRAM的讀取是一樣,用戶可以直接運行裝載在NOR FLASH里面的代碼,這樣可以減少SRAM的容量從而節(jié)約了成本。
NAND Flash沒有采取內(nèi)存的隨機讀取技術(shù),它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的,通常是一次讀取512個字節(jié),采用這種技術(shù)的Flash比較廉價。用戶不能直接運行NAND Flash上的代碼,因此好多使用NAND Flash的開發(fā)板除了使用NAND Flah以外,還作上了一塊小的NOR Flash來運行啟動代碼。
一般小容量的用NOR Flash,因為其讀取速度快,多用來存儲操作系統(tǒng)等重要信息,而大容量的用NAND FLASH,最常見的NAND FLASH應(yīng)用是嵌入式系統(tǒng)采用的DOC(Disk On Chip)和我們通常用的“閃盤”,可以在線擦除。目前市面上的FLASH 主要來自Intel,AMD,F(xiàn)ujitsu和Toshiba,而生產(chǎn)NAND Flash的主要廠家有Samsung和Toshiba。
四、NAND Flash和NOR Flash的比較
NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù),徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。緊接著,1989年,東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)構(gòu),強調(diào)降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經(jīng)過了十多年之后,仍然有相當多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。
相“flash存儲器”經(jīng)常可以與相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處,因為大多數(shù)情況下閃存只是用來存儲少量的代碼,這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案。
NOR是現(xiàn)在市場上主要的非易失閃存技術(shù)。NOR一般只用來存儲少量的代碼;NOR主要應(yīng)用在代碼存儲介質(zhì)中。NOR的特點是應(yīng)用簡單、無需專門的接口電路、傳輸效率高,它是屬于芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP, eXecute In Place),這樣應(yīng)用程序可以直接在(NOR型)flash閃存內(nèi)運行,不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NOR flash帶有SRAM接口,有足夠的地址引腳來尋址,可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個字節(jié)。NOR flash占據(jù)了容量為1~16MB閃存市場的大部分。
NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。
1、性能比較:
flash閃存是非易失存儲器,可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進行,所以大多數(shù)情況下,在進行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的,而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內(nèi)所有的位都寫為1。
由于擦除NOR器件時是以64~128KB的塊進行的,執(zhí)行一個寫入/擦除操作的時間為5s,與此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的塊進行的,執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。
執(zhí)行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距,統(tǒng)計表明,對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時),更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。這樣,當選擇存儲解決方案時,設(shè)計師必須權(quán)衡以下的各項因素:
● NOR的讀速度比NAND稍快一些。
● NAND的寫入速度比NOR快很多。
● NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。
● 大多數(shù)寫入操作需要先進行擦除操作。
● NAND的擦除單元更小,相應(yīng)的擦除電路更少。
(注:NOR FLASH SECTOR擦除時間視品牌、大小不同而不同,比如,4M FLASH,有的SECTOR擦除時間為60ms,而有的需要最大6s。)
2、接口差別:
NOR flash帶有SRAM接口,有足夠的地址引腳來尋址,可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個字節(jié)。
NAND器件使用復(fù)雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù),各個產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。
NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的塊,這一點有點像硬盤管理此類操作,很自然地,基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。
3、容量和成本:
NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半,由于生產(chǎn)過程更為簡單,NAND結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量,也就相應(yīng)地降低了價格。
NOR flash占據(jù)了容量為1~16MB閃存市場的大部分,而NAND flash只是用在8~128MB的產(chǎn)品當中,這也說明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲介質(zhì)中,NAND適合于數(shù)據(jù)存儲,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大。
4、可靠性和耐用性:
采用flahs介質(zhì)時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對于需要擴展MTBF的系統(tǒng)來說,F(xiàn)lash是非常合適的存儲方案。可以從壽命(耐用性)、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。
A) 壽命(耐用性)
在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次,而NOR的擦寫次數(shù)是十萬次。NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)勢,典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍,每個NAND存儲器塊在給定的時間內(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。
B) 位交換
所有flash器件都受位交換現(xiàn)象的困擾。在某些情況下(很少見,NAND發(fā)生的次數(shù)要比NOR多),一個比特(bit)位會發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報告反轉(zhuǎn)了。
一位的變化可能不很明顯,但是如果發(fā)生在一個關(guān)鍵文件上,這個小小的故障可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機。如果只是報告有問題,多讀幾次就可能解決了。
當然,如果這個位真的改變了,就必須采用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)算法。位反轉(zhuǎn)的問題更多見于NAND閃存,NAND的供應(yīng)商建議使用NAND閃存的時候,同時使用EDC/ECC算法。
這個問題對于用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當然,如果用本地存儲設(shè)備來存儲操作系統(tǒng)、配置文件或其他敏感信息時,必須使用EDC/ECC系統(tǒng)以確保可靠性。
C) 壞塊處理
NAND器件中的壞塊是隨機分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力,但發(fā)現(xiàn)成品率太低,代價太高,根本不劃算。
NAND器件需要對介質(zhì)進行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊,并將壞塊標記為不可用。在已制成的器件中,如果通過可靠的方法不能進行這項處理,將導(dǎo)致高故障率。
5、易于使用:
可以非常直接地使用基于NOR的閃存,可以像其他存儲器那樣連接,并可以在上面直接運行代碼。
由于需要I/O接口,NAND要復(fù)雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。
在使用NAND器件時,必須先寫入驅(qū)動程序,才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當?shù)募记桑驗樵O(shè)計師絕不能向壞塊寫入,這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬映射。
6、軟件支持:
當討論軟件支持的時候,應(yīng)該區(qū)別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件,包括性能優(yōu)化。
在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟件支持,在NAND器件上進行同樣操作時,通常需要驅(qū)動程序,也就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)動程序(MTD),NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。
使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些,許多廠商都提供用于NOR器件的更高級軟件,這其中包括M-System的TrueFFS驅(qū)動,該驅(qū)動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。
驅(qū)動還用于對DiskOnChip產(chǎn)品進行仿真和NAND閃存的管理,包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。
NOR FLASH的主要供應(yīng)商是INTEL ,MICRO等廠商,曾經(jīng)是FLASH的主流產(chǎn)品,但現(xiàn)在被NAND FLASH擠的比較難受。它的優(yōu)點是可以直接從FLASH中運行程序,但是工藝復(fù)雜,價格比較貴。
NAND FLASH的主要供應(yīng)商是SAMSUNG和東芝,在U盤、各種存儲卡、MP3播放器里面的都是這種FLASH,由于工藝上的不同,它比NOR FLASH擁有更大存儲容量,而且便宜。但也有缺點,就是無法尋址直接運行程序,只能存儲數(shù)據(jù)。另外NAND FLASH 非常容易出現(xiàn)壞區(qū),所以需要有校驗的算法。
在掌上電腦里要使用NAND FLASH 存儲數(shù)據(jù)和程序,但是必須有NOR FLASH來啟動。除了SAMSUNG處理器,其他用在掌上電腦的主流處理器還不支持直接由NAND FLASH 啟動程序。因此,必須先用一片小的NOR FLASH 啟動機器,在把OS等軟件從NAND FLASH 載入SDRAM中運行才行,挺麻煩的。
DRAM 利用MOS管的柵電容上的電荷來存儲信息,一旦掉電信息會全部的丟失,由于柵極會漏電,所以每隔一定的時間就需要一個刷新機構(gòu)給這些柵電容補充電荷,并且每讀出一次數(shù)據(jù)之后也需要補充電荷,這個就叫動態(tài)刷新,所以稱其為動態(tài)隨機存儲器。由于它只使用一個MOS管來存信息,所以集成度可以很高,容量能夠做的很大。SDRAM比它多了一個與CPU時鐘同步。
SRAM 利用寄存器來存儲信息,所以一旦掉電,資料就會全部丟失,只要供電,它的資料就會一直存在,不需要動態(tài)刷新,所以叫靜態(tài)隨機存儲器。
以上主要用于系統(tǒng)內(nèi)存儲器,容量大,不需要斷電后仍保存數(shù)據(jù)的。
Flash ROM 是利用浮置柵上的電容存儲電荷來保存信息,因為浮置柵不會漏電,所以斷電后信息仍然可以保存。也由于其機構(gòu)簡單所以集成度可以做的很高,容量可以很大。Flash rom寫入前需要用電進行擦除,而且擦除不同與EEPROM可以以byte(字節(jié))為單位進行,flash rom只能以sector(扇區(qū))為單位進行。不過其寫入時可以byte為單位。flash rom主要用于bios,U盤,Mp3等需要大容量且斷電不丟數(shù)據(jù)的設(shè)備。
PSRAM,假靜態(tài)隨機存儲器。
背景:
PSRAM具有一個單晶體管的DRAM儲存格,與傳統(tǒng)具有六個晶體管的SRAM儲存格或是四個晶體管與two-load resistor SRAM 儲存格大不相同,但它具有類似SRAM的穩(wěn)定接口,內(nèi)部的DRAM架構(gòu)給予PSRAM一些比low-power 6T SRAM優(yōu)異的長處,例如體積更為輕巧,售價更具競爭力。目前在整體SRAM市場中,有90%的制造商都在生產(chǎn)PSRAM組件。在過去兩年,市場上重要的SRAM/PSRAM供貨商有Samsung、Cypress、Renesas、Micron與Toshiba等。
基本原理:
PSRAM就是偽SRAM,內(nèi)部的內(nèi)存顆粒跟SDRAM的顆粒相似,但外部的接口跟SRAM相似,不需要SDRAM那樣復(fù)雜的控制器和刷新機制,PSRAM的接口跟SRAM的接口是一樣的。
PSRAM容量有8Mbit,16Mbit,32Mbit等等,容量沒有SDRAM那樣密度高,但肯定是比SRAM的容量要高很多的,速度支持突發(fā)模式,并不是很慢,Hynix,Coremagic, WINBOND .MICRON. CY 等廠家都有供應(yīng),價格只比相同容量的SDRAM稍貴一點點,比SRAM便宜很多。
PSRAM主要應(yīng)用于手機,電子詞典,掌上電腦,PDA,PMP.MP3/4,GPS接收器等消費電子產(chǎn)品與SRAM(采用6T的技術(shù))相比,PSRAM采用的是1T+1C的技術(shù),所以在體積上更小,同時,PSRAM的I/O接口與SRAM相同。在容量上,目前有4MB,8MB,16MB,32MB,64MB和128MB。比較于SDRAM,PSRAM的功耗要低很多。所以對于要求有一定緩存容量的很多便攜式產(chǎn)品是一個理想的選擇。
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( 發(fā)表人:姚遠香 )