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存储器的分类

储器一般可以分为内部存储器（内存，RAM）、外部存储器（外存，ROM）、缓冲存储器（缓存，Cache）及闪存（Flash）极大类别。

内存 RAM​

内存 RAM（random access memory）是随机存取存储器，存储单元的内容可以按照需要随机取出或者存入（不需要线性依次存储），存取数据比较快，掉电会丢失数据，容量相对小。一般 CPU（MCU）运行时会把程序从 ROM 拷贝到 RAM 里面执行，所以一般 RAM 是作为和 CPU（MCU） 直接交换数据的内部存储器，也叫主存或者内存。

内存有以下的类别：

  • SRAM：静态随机存取存储器（Static RAM），具有静态存取功能。不需要刷新电路就能保存它内部存储的数据，特点是高性能、低集成度（占地面积大）、功耗大、速度可以非常快，但价格高、容量小。一般在 MCU 或者 SOC 会内置一小块 SRAM，用于高速缓存（Cache）。缓存是数据交换的缓冲区。当某一设备需要读取数据时，会首先从缓存中查找，如果找到了则直接运行，找不到才去内存中找。因为缓存的读写速度比内存快得多，故缓存的意义就是帮助系统更快地运行。
    • PSRAM：伪静态存储器，内部自带刷新机制。
    • SSRAM：同步静态随机存取存储器（Synchronous SRAM），有时钟线，读写以时钟信号为基准。
  • DRAM：动态随机存取存储器（Dynamic RAM），每隔一段时间固定对 DRAM 刷新充电一次，否则内部数据会消失。现在电脑用的 DDR 内存条都属于 DRAM。
    • DARAM：双口 RAM，一个时钟周期可访问两次。
    • SDRAM：同步动态随机存取存储器（Synchronous DRAM），数据的收发以时钟信号为基准。
      • SDR SDRAM：单倍速率（Single-Data-Rate）SDRAM，采用单端（Single-Ended）时钟信号，在时钟上升沿采样。
      • DDR SDRAM：双倍速率（Double-Data-Rate）SDRAM，在时钟上升下降沿采样，工作频率比 SDR 翻倍，采用差分的时钟信号以加强抗干扰。工作电压 2.5V/2.6V。
      • DDR2 SDRAM：内存时钟 200~533MHz，工作电压 1.8V。
      • DDR3 SDRAM：8bit 预取机制，内存时钟 400~1066MHz，工作电压 1.5V/1.35。
      • DDR4 SDRAM：16bit 预取机制，工作电压 1.2V。
      • DDR5 SDRAM：工作电压 1.1V。
      • GDDR SDRAM：图形 DDR，目前有 GDDR2~6。
      • LPDDR SDRAM：低功率 DDR，时钟 166MHz，LPDDR2 其工作电压 1.2V，时钟 100~533MHz。

DDR 三个版本的参数比较：

条目DDR3DDR2DDR
工作频率400/533/667/800 MHz200/266/333/400 MHz100/133/166/200 MHz
数据传输速率800/1066/1333/1600 MT/s400/533/667/800 MT/s200/266/333/400 MT/s
预取位宽8-bit4-bit2-bit
输入时钟类型差分时钟差分时钟差分时钟
突发长度8，44，82，4，8
DQS差分数据选通差分数据选通单端数据选通
电源电压1.5V1.8V2.5V
数据电平标准SSTL_15SSTL_18SSTL_2
CL5，6，7，8，9 时钟3，4，5 时钟2，2.5，3 时钟
ODT支持支持不支持

外存 ROM​

外存 ROM（Read Only Memory）也称为辅助存储器，不能与 CPU 之间直接进行信息交换。它的储存速度相对慢得多、但容量相对大，在简单的系统上常与内存配合使用，作为储存程序与其他文件的空间。

ROM 最开始是一次性的，只能写入一次，后续只能读取操作，数据掉电不会消失，如 CD-ROM、DVD-ROM，后面出现的 PROM、EPROM、EEPROM 可有条件地写入。

外存有以下的类别（按时间推进）：

  • PROM：可编程 ROM，内部是行列式熔断丝，可以自己写入一次，写错了，只能再换一片。
  • EPROM：紫外线可擦除，写入时需要用编程器产生高压脉冲信号。
  • OTP-ROM：一次可编程 ROM，写入原理与 EPROM 相同。
  • EEPROM：电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable），在 EPROM 的基础上进一步发展形成，可电擦除，可以按照字节操作，但是集成度不高、价格比较贵。

闪存 Flash​

闪存 Flash 是一种长寿命的非易失性（掉电保存）的存储器，算是广义的 EEPROM，因为它也是可电擦除的 ROM，它与 EEPROM 最大的区别就是，只能按照扇区（block）操作读写，但其成本比 EEPROM 低。FALSH 分为 NOR FLASH 和 NAND FLASH。

闪存有以下的类别（按时间推进）：

  • NOR Flash：数据线和地址线分开，可以实现像 RAM 的随机寻址 / 读取功能，也就是说程序可以在 NOR Flash 上直接运行，不需要拷贝到 RAM 中。但容量小，分为 Parallel/Serial NOR Flash。
  • Nand Flash：数据线和地址线复用，不能利用地址线随机寻址，不能直接运行程序，容量大，有 SLC、MLC、TLC、QLC
  • MMC：MMC 接口、NAND Flash、主控制器
  • eMMC Flash：嵌入式存储解决方案，带有 MMC 接口（并行数据总线）、NAND Flash、主控制器
  • UFS：串行数据总线、Nand Flash、主控制器

其他知识​

  • eMMC 的最新 5.1 标准理论最高值最高可以达到 400MB/s，UFS 的最大优势就是双通道双向读写，UFS3.0 接口带宽最高 23.2Gbps，也就是 2.9GB/s。
  • eMMC 的电路接口与 SD 卡是一样的，SD 卡只是焊接在 PCB 上，然后做上金手指和外壳。eMMC 支持 8 位和 4 位数据总线，SD 卡标准是 4 位数据总线。
  • eMMC 有两条总线，分别传输指令数据输入和输出，而且因为是并行总线还要有额外的 data strobe。而 UFS 则是有两条差分的数据 lane，指令和数据都是以 packet 的形式发送的。
  • SSD = 主控 + DRAM 缓存 + Nand Flash
  • eMMC = 主控 + Nand Flash + 标准封装接口

参考与致谢​

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