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易失性和非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
2023-04-07 5978次


數(shù)字時(shí)代數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器無(wú)處不在,使用的電子設(shè)備里面都有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,只是類型不一樣而已。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以劃分為很多種,其中有一個(gè)比較經(jīng)典的劃分方式,可以將其分為兩類:易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

 

  一、易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

  1、概述

  其英文為Volatile Memory,特點(diǎn)是當(dāng)電源關(guān)閉后不能保留數(shù)據(jù),而且無(wú)法恢復(fù),正因?yàn)槿绱?,有時(shí)也稱作“可變存儲(chǔ)器”或者直接稱為“隨機(jī)存儲(chǔ)器”(RAM,Random Access Memory),最常見的比如說(shuō)我們平常用的PC或者主機(jī)的系統(tǒng)內(nèi)存,內(nèi)存里的數(shù)據(jù)在掉電后會(huì)釋放掉,會(huì)丟失,但好處是可以快速讀取調(diào)用,起到了在計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)中暫時(shí)存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)和中間結(jié)果的作用。

  2、RAM進(jìn)一步劃分

  (1)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM,Static Random-Access Memory),所謂“靜態(tài)”是指這種存儲(chǔ)器只要保持通電,里面儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就可以恒常保持,即SRAM是不需要刷新電路,就能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。SRAM速度非常快,但價(jià)格相對(duì)比較貴,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一級(jí)緩沖,二級(jí)緩沖。

  (2)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM,Dynamic Random Access Memory)指的是里面所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)需要周期性地更新,每隔一段時(shí)間,要刷新充電一次,否則內(nèi)部的數(shù)據(jù)就會(huì)消失。其速度比SRAM慢,不過(guò)比任何的ROM(下面會(huì)介紹)都要快,但從價(jià)格上來(lái)說(shuō)DRAM相比SRAM要便宜很多,計(jì)算機(jī)內(nèi)存一般就用DRAM的。DRAM也可分為很多種,常見的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM,WRAM等等。

  兩者對(duì)比:

SRAM具有較高的性能,但是SRAM也有它的缺點(diǎn),即它的集成度較低,功耗較DRAM要大,相同容量的DRAM內(nèi)存可以設(shè)計(jì)為較小的體積,但是SRAM卻需要很大的體積,同樣面積的硅片可以做出更大容量的DRAM,因此SRAM比DRAM要貴。具體些,與SRAM相比,DRAM的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,每一個(gè)比特的數(shù)據(jù)都只需一個(gè)電容跟一個(gè)晶體管來(lái)處理,相比之下在SRAM上一個(gè)比特通常需要六個(gè)晶體管。正因?yàn)檫@個(gè)緣故,DRAM擁有非常高的密度,單位體積的容量較高,成本低一些,但DRAM訪問(wèn)速度比SRAM慢。

 

  二、非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

  1、概述

  其英文為non-volatile memory,是指當(dāng)把電流關(guān)掉后,所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)消失的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

  2、進(jìn)一步劃分

  (1)ROM

  叫只讀存儲(chǔ)器(ROM,Read-Only Memory)以非破壞性讀出方式工作,只能讀出無(wú)法寫入信息,信息一旦寫入后就固定下來(lái),即使切斷電源,信息也不會(huì)丟失,所以又稱為固定存儲(chǔ)器。ROM所存數(shù)據(jù)通常是裝入整機(jī)前寫入的,整機(jī)工作過(guò)程中只能讀出,不像隨機(jī)存儲(chǔ)器能快速方便地改寫所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。ROM所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定 ,斷電后所存數(shù)據(jù)也不會(huì)改變,并且結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,使用方便,因而常用于存儲(chǔ)各種固定的程序、數(shù)據(jù),指令等。ROM又可劃分為掩膜型ROM、MASK ROM、PROM、EPROM、EEROM、Flash ROM、EAROM、OTPROM,EEPROM等,這些類型層次關(guān)系暫不介紹。

  (2)Flash

  Flash閃存屬于非易失存儲(chǔ)器,是一種可以對(duì)稱為塊的存儲(chǔ)器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程,并允許在操作中被多次擦寫的存儲(chǔ)器。任何Flash器件的寫入操作只能在空的或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行。Flash又可以分為:

  a、NOR Flash

  b、NAND Flash

  兩者對(duì)比:

  NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡(jiǎn)單的,而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。由于擦除NOR器件主要是以64~128KB的塊進(jìn)行的,執(zhí)行一個(gè)擦除操作的時(shí)間為5s,與此相反,擦除NAND器件主要是以8~32KB的塊進(jìn)行的,執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。執(zhí)行擦除時(shí)塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NAND之間的性能差距,統(tǒng)計(jì)表明,對(duì)于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時(shí)),更多的擦除操作在基于NOR的單元中進(jìn)行。所以總結(jié):

  NOR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(yuǎn)比NOR的5s快;

  大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作;

  NAND的擦除單元更小,相應(yīng)的擦除電路更少。

  此外NAND的實(shí)際應(yīng)用方式要比NOR復(fù)雜的多,NOR可以直接使用,并可在上面直接運(yùn)行代碼,而NAND需要I/O接口,因此使用時(shí)需要驅(qū)動(dòng)程序。不過(guò)當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)對(duì)NAND結(jié)構(gòu)的Flash都有支持,Linux內(nèi)核也提供了對(duì)NAND結(jié)構(gòu)的Flash的支持。

  NOR Flash一般用在代碼存儲(chǔ)的場(chǎng)合,如嵌入式控制器內(nèi)部的程序存儲(chǔ)空間,而NAND Flash一般用于SSD硬盤、U盤,存儲(chǔ)卡等。

  (3)3D XPoint? 存儲(chǔ)器

  它將原本平面化的NAND Flash結(jié)構(gòu)變成了立體結(jié)構(gòu),在立體結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù),容量將不再單純受芯片平面面積大小的影響,同樣的芯片面積上可以容納更大的數(shù)據(jù)吞吐量。同時(shí)與NAND相比3D XPoint擁有更加出色的性能和耐久,價(jià)格方面也處在DRAM和NAND之間。如果說(shuō)每一個(gè)單位的NAND Flash就是一棟平房,那么3D XPoint可以說(shuō)是直接在地基上建造的摩天大樓。3D XPoint?可以說(shuō)是自NAND推出以來(lái)最具突破性的一項(xiàng)存儲(chǔ)技術(shù),也被看作是存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)顛覆者。3D XPoint擁有與NAND類似的容量以及接近DRAM的性能,該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用在游戲、媒體、金融等領(lǐng)域,未來(lái)具有廣闊的應(yīng)用前景。

  (4)機(jī)械硬盤

  機(jī)械硬盤HDD是非易失性存儲(chǔ)器最典型的代表,大家都比較熟悉了。

  (5)光盤和軟盤

  軟盤已經(jīng)消失了,光盤在一定領(lǐng)域還是有一定的需求的,技術(shù)也有一些發(fā)展,比如藍(lán)光光碟等。

 

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