ROM、RAM、Flash的區(qū)別

關(guān)鍵的一些名詞: PROM,EPROM,EEPROM,SPD,SRAM,DRAM,RDRAM,SDRAM,DDRSDRAM,NORFlash,NADNFlash,HDD,SSD,SLC,MLC,TLC,eMMC,USF2.0
一、 ROM(Read Only Memory)? ?? ROM(Read Only Memory),只讀存儲器。用來存儲和保存數(shù)據(jù)。ROM數(shù)據(jù)不能隨意更新，但是在任何時候都可以讀取。即使是斷電，ROM也能夠保留數(shù)據(jù)。?
ROM也有很多種:? PROM是可編程一次性(無法修改)的ROM;? EPROM是紫外線可擦除可編程的ROM；? EEPROM是電可擦除可編程的ROM,按字節(jié)進(jìn)行刪除和重寫, 寫入時間很長，寫入很慢;現(xiàn)在多用作非易失的數(shù)據(jù)存儲器。特點是可以隨機訪問和修改任何一個字節(jié)，可以往每個bit中寫入0或者1。這是最傳統(tǒng)的一種EEPROM，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，可以保存100年，可以擦寫100w次。具有較高的可靠性，但是電路復(fù)雜/成本也高。因此目前的EEPROM都是幾十千字節(jié)到幾百千字節(jié)的，絕少有超過512K的。
二、 RAM(Random Access Memory)? RAM(Random Access Memory), 隨機存取存儲器。是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器，也叫內(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, 當(dāng)電源關(guān)閉時RAM不能保留數(shù)據(jù)。RAM 可以進(jìn)一步分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)內(nèi)存（DRAM）兩大類。?
靜態(tài)RAM（Static RAM/SRAM）:SRAM速度非常快，不需要刷新電路即能保存數(shù)據(jù)，是目前讀寫最快的存儲設(shè)備了，但是集成度較低，非常昂貴，多用于CPU的一級緩存，二級緩存(L1/L2 Cache)。?
動態(tài)RAM（Dynamic RAM/DRAM）：DRAM保留數(shù)據(jù)的時間很短(需要內(nèi)存刷新電路，每隔一段時間，刷新充電一次，否則數(shù)據(jù)會消失)，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。?
DRAM分為很多種，常見的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等，這里介紹其中的一種DDR RAM。?
DDR RAM（Date-Rate RAM）也稱作DDR SDRAM，這種改進(jìn)型的RAM和SDRAM是基本一樣的，不同之處在于它可以在一個時鐘讀寫兩次數(shù)據(jù)，這樣就使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍了。這是目前電腦中用得最多的內(nèi)存，而且它有著成本優(yōu)勢，事實上擊敗了Intel的另外一種內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)－Rambus DRAM。在很多高端的顯卡上，也配備了高速DDR RAM來提高帶寬，這可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。?
內(nèi)存工作原理：內(nèi)存是用來存放當(dāng)前正在使用的（即執(zhí)行中）的數(shù)據(jù)和程序，我們平常所提到的計算機的內(nèi)存指的是動態(tài)內(nèi)存（即DRAM），動態(tài)內(nèi)存中所謂的"動態(tài)"指的是當(dāng)我們將數(shù)據(jù)寫入DRAM后，經(jīng)過一段時間，數(shù)據(jù)會丟失，因此需要一個額外設(shè)電路進(jìn)行內(nèi)存刷新操作。?
具體的工作過程是這樣的：一個DRAM的存儲單元存儲的是0還是1取決于電容是否有電荷，有電荷代表1，無電荷代表0。但時間一長，代表1的電容會放電，代表0的電容會吸收電荷，這就是數(shù)據(jù)丟失的原因；刷新操作定期對電容進(jìn)行檢查，若電量大于滿電量的1／2，則認(rèn)為其代表1，并把電容充滿電；若電量小于1／2，則認(rèn)為其代表0，并把電容放電，藉此來保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性。
三、 FLASH Memory? (1)FLASH閃存? FLASH閃存，它屬于內(nèi)存器件的一種，是一種不揮發(fā)性（ Non-Volatile ）內(nèi)存，結(jié)合了ROM和RAM的長處，不僅具備電子可擦除可編程（EEPROM）的性能，還不會斷電丟失數(shù)據(jù)同時可以快速讀取數(shù)據(jù)（NVRAM的優(yōu)勢），U盤和MP3里用的就是這種存儲器。在過去的20年里，嵌入式系統(tǒng)一直使用ROM（EPROM）作為它們的存儲設(shè)備，然而近年來Flash全面代替了ROM（EPROM）在嵌入式系統(tǒng)中的地位，用作存儲Bootloader以及操作系統(tǒng)或者程序代碼或者直接當(dāng)硬盤使用（U盤）。FLASH屬于廣義上的ROM，和EEPROM的最大區(qū)別是FLASH按扇區(qū)操作，相對于EEPROM的改進(jìn)就是擦除時不再以字節(jié)為單位，而是以塊為單位，一次簡化了電路，數(shù)據(jù)密度更高，降低了成本。上M的ROM一般都是FLASH。而EEPROM則按字節(jié)操作。目前Flash主要有兩種NOR Flash和NADN Flash。?
NOR 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。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。NOR FLASH數(shù)據(jù)線和地址線分開，可以實現(xiàn)RAM一樣的隨機尋址功能，可以讀取任何一個字節(jié)，但是擦除仍要按塊來擦。?
NADN 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(jìn)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。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。NAND FLASH同樣是按塊擦除，但是數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用，不能利用地址線隨機尋址。讀取只能按頁來讀取。（NAND FLASH按塊來擦除，按頁來讀，NOR FLASH沒有頁）。由于NAND FLASH引腳上復(fù)用，因此讀取速度比NOR FLASH慢一點，但是擦除和寫入速度比NOR FLASH快很多。NAND FLASH內(nèi)部電路更簡單，因此數(shù)據(jù)密度大，體積小，成本也低。因此大容量的flash都是NAND FLASH型的。小容量的2～12M的flash多是NOR FLASH型的。?
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。根據(jù)不同的生產(chǎn)廠商和不同的應(yīng)用，閃存卡大概有U盤、SmartMedia（SM卡）、Compact Flash（CF卡）、MultiMediaCard（MMC卡）、Secure Digital（SD卡）、Memory Stick（記憶棒）、MS卡、TF卡(Micro SD卡)、PCIe閃存卡、XD-Picture Card（XD卡）和微硬盤(MICRODRIVE)這些閃存卡雖然外觀、規(guī)格不同，但是技術(shù)原理都是相同的。?
FLASH工作原理：Flash Memory，屬于非易失性存儲設(shè)備(Non-volatile Memory Device)，F(xiàn)lash的內(nèi)部存儲是MOSFET，里面有個懸浮門(Floating Gate)，是真正存儲數(shù)據(jù)的單元。數(shù)據(jù)在Flash內(nèi)存單元中是以電荷(electrical charge) 形式存儲的。存儲電荷的多少，取決于圖中的外部門（external gate）所被施加的電壓，其控制了是向存儲單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數(shù)據(jù)的表示，以所存儲的電荷的電壓是否超過一個特定的閾值Vth來表示。?
對于數(shù)據(jù)的表示，單個存儲單元中內(nèi)部所存儲電荷的電壓，和某個特定的閾值電壓Vth，相比，如果大于此Vth值，就是表示1，反之，小于Vth，就表示0；對于nand Flash的數(shù)據(jù)的寫入1，就是控制External Gate去充電，使得存儲的電荷夠多，超過閾值Vth，就表示1了。而對于寫入0，就是將其放電，電荷減少到小于Vth，就表示0了。
(2)SSD與HDD? HDD：硬盤驅(qū)動器(Hard Disk Drive)，最基本的電腦存儲器，也就是機械硬盤，靠磁場存儲信息，故也稱為磁盤。在這里不做過多介紹。?
SSD：固態(tài)硬盤（Solid State Drives），簡稱固盤。由控制單元和存儲單元（FLASH芯片、DRAM芯片）組成。固態(tài)硬盤的存儲介質(zhì)分為兩種，一種是采用閃存（FLASH芯片）作為存儲介質(zhì)，另外一種是采用DRAM作為存儲介質(zhì)。
基于DRAM類：采用DRAM作為存儲介質(zhì)，應(yīng)用范圍較窄。它仿效傳統(tǒng)硬盤的設(shè)計，可被絕大部分操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)工具進(jìn)行卷設(shè)置和管理，并提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI和FC接口用于連接主機或者服務(wù)器。應(yīng)用方式可分為SSD硬盤和SSD硬盤陣列兩種。它是一種高性能的存儲器，而且使用壽命很長，美中不足的是需要獨立電源來保護(hù)數(shù)據(jù)安全。DRAM固態(tài)硬盤屬于比較非主流的設(shè)備。?
基于閃存類：基于閃存的固態(tài)硬盤采用FLASH芯片作為存儲介質(zhì)，這也是通常所說的SSD。它的外觀可以被制成筆記本硬盤、微硬盤、存儲卡、U盤等樣式。 固態(tài)硬盤SSD內(nèi)主體其實就是一塊PCB板，而這塊PCB板上最基本的配件就是控制芯片，緩存芯片（部分低端硬盤無緩存芯片）和用于存儲數(shù)據(jù)的閃存芯片。?
緩存芯片：主控芯片旁邊是緩存芯片，固態(tài)硬盤和傳統(tǒng)硬盤一樣需要高速的緩存芯片輔助主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這里需要注意的是，有一些廉價固態(tài)硬盤方案為了節(jié)省成本，省去了這塊緩存芯片，這樣對于使用時的性能會有一定的影響。?
閃存芯片：除了主控芯片和緩存芯片以外，PCB板上其余的大部分位置都是NAND Flash閃存芯片了。NAND Flash閃存芯片又分為SLC（單層單元）MLC（多層單元）以及TLC（三層單元)NAND閃存。
SLC、MLC、TLC NAND的區(qū)別? 對于基于NAND存儲技術(shù)的設(shè)備而言，無論是U盤還是SSD，甚至是SD卡，都會涉及到一個問題成本，于是產(chǎn)品設(shè)計從SLC轉(zhuǎn)變到MLC，再到TLC，甚至QLC也將在后續(xù)問世，那么SLC、MLC、TLC究竟對用戶有什么影響呢？?
SLC--SLC英文全稱(Single Level Cell——SLC)即單層式儲存?
SLC技術(shù)特點是在浮置閘極與源極之中的氧化薄膜更薄，在寫入數(shù)據(jù)時通過對浮置閘極的電荷加電壓，然后透過源極，即可將所儲存的電荷消除，通過這樣的方式，便可儲存1個信息單元，這種技術(shù)能提供快速的程序編程與讀取，不過此技術(shù)受限于Silicon efficiency的問題，必須要由較先進(jìn)的流程強化技術(shù)(Process enhancements)，才能向上提升SLC制程技術(shù)。?
MLC--MLC英文全稱（Multi Level Cell——MLC)即多層式儲存? 英特爾（Intel）在1997年9月最先開發(fā)成功MLC，其作用是將兩個單位的信息存入一個Floating Gate（閃存存儲單元中存放電荷的部分），然后利用不同電位（Level）的電荷，通過內(nèi)存儲存的電壓控制精準(zhǔn)讀寫。MLC通過使用大量的電壓等級，每 個單元儲存兩位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度比較大。SLC架構(gòu)是0和1兩個值，而MLC架構(gòu)可以一次儲存4個以上的值，因此，MLC架構(gòu)可以有比較好的儲存密度。?
TLC--TLC英文全稱（Trinary-Level Cell）即三層式儲存?
TLC即3bit per cell，每個單元可以存放比MLC多1/2的數(shù)據(jù)，共八個充電值，所需訪問時間更長，因此傳輸速度更慢。TLC優(yōu)勢價格便宜，每百萬字節(jié)生產(chǎn)成本是最低的，但是壽命短，只有約1000次擦寫壽命。? ?
正如上面的介紹，從SLC到MLC再到TLC，cell對于電壓的精確控制更高，這直接導(dǎo)致TLC的壽命下降到只有1000次PE，而對應(yīng)的SLC和MLC分別為10000和3000，相對來說TLC的耐久度顯著下降。?
TLC的另外一個劣勢就是數(shù)據(jù)的讀寫效率，在SLC時代，1個cell一次只需要讀取/寫入1個bit，到MLC時代每次需要讀取/寫入2bit，而到TLC時代則上升到3bit，很顯然其性能受到電壓控制的程序復(fù)雜度會變慢，當(dāng)然由于工藝和主控的不斷升級，目前TLC已經(jīng)可以追平MLC產(chǎn)品。?
不過TLC耐久的硬傷短時間內(nèi)并無法得到有效解決，當(dāng)然TLC的耐久可以通過存儲設(shè)備的容量加大而均衡磨損，變相延長了產(chǎn)品的使用壽命。
(3)eMMC與USF2.0? 在手機興起的這幾年中，手機的閃存規(guī)格有了很大的提高，eMMC規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)逐漸從eMMC 4.3時代發(fā)展到現(xiàn)在的eMMC 5.0存儲產(chǎn)品，手機的閃存性能有了十分大的提高。不過，現(xiàn)在一種新的閃傳規(guī)格已經(jīng)出現(xiàn)，它就是UFS 2.0閃傳標(biāo)準(zhǔn)，有著比eMMC 5.0更快的讀取性能。?
eMMC閃傳規(guī)格:eMMC的全稱為“embedded Multi Media Card”，是由MMC協(xié)會所訂立的、主要是針對手機或平板電腦等產(chǎn)品的內(nèi)嵌式存儲器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。eMMC的一個明顯優(yōu)勢是在封裝中集成了一個控制器，它提供標(biāo)準(zhǔn)接口并管理閃存，eMMC利用的是它將主控制器、閃存顆粒整合到了一個小的BGA封裝內(nèi)。?
eMMC=NAND Flash+控制器+標(biāo)準(zhǔn)封裝接口?
現(xiàn)在，eMMC 4.5已經(jīng)問世，eMMC 4.4的讀取速度大約為104MB/s、eMMC 4.5則為200MB/s，性能在當(dāng)時也是十分優(yōu)秀的；而在2013年7月29日三星開始量產(chǎn)行業(yè)首款eMMC 5.0存儲產(chǎn)品，其讀取速度為400MB/s，但是因為使用的是8位并行界面，因此性能潛力已經(jīng)基本到達(dá)瓶頸，以最新的eMMC 5.1規(guī)范來說，其理論帶寬為600MB/s左右，性能的大提升基本是不可能的了。?
UFS 2.0：UFS 2.0的閃存規(guī)格則采用了新的標(biāo)準(zhǔn)，它使用的是串行界面，很像PATA、SATA的轉(zhuǎn)換。并且它支持全雙工運行，可同時讀寫操作，還支持指令隊列。相比之下，eMMC是半雙工，讀寫必須分開執(zhí)行，指令也是打包的，在速度上就已經(jīng)是略遜一籌了。而且UFS芯片不僅傳輸速度快，功耗也要比eMMC 5.0低一半，可以說是旗艦手機閃存的理想搭配。? ?
其實，JEDEC在2013年9月就已經(jīng)發(fā)布了UFS 2.0的新一代閃存存儲標(biāo)準(zhǔn)，UFS 2.0閃存讀寫速度可以高達(dá)每秒1400MB，這相當(dāng)于在兩秒鐘內(nèi)讀寫兩個CD光盤的數(shù)據(jù)，不僅比eMMC有更巨大的優(yōu)勢，而且它甚至能夠讓電腦上使用的閃存存儲介質(zhì)固態(tài)硬盤也相形見絀。?
除了在速度性能方面有著巨大優(yōu)勢之外，在功耗方面UFS 2.0也有更好表現(xiàn)。事實上，如果從功耗方面來比較，即使是新一代的UFS 2.0標(biāo)準(zhǔn)也是能夠與eMMC持平。不過eMMC和UFS 2.0在操作過程中消耗的功率約為1mW（毫瓦），而待機狀態(tài)下功耗將低于0.5mW。當(dāng)UFS 2.0滿載時，所消耗的功率實際上比eMMC還要多，但它可以更快地完成操作而更早地切換到待機狀態(tài)，因此在功耗方面的表現(xiàn)UFS 2.0與eMMC不相上下。?
在傳輸速度方面，UFS 2.0可以說遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過eMMC的。即使與當(dāng)前最新的eMMC 5.0標(biāo)準(zhǔn)相比，UFS 2.0的速度也高出3倍。UFS 2.0可以在UFS主機與閃存之間以全雙工模式進(jìn)行交換，讀寫可以同時執(zhí)行。另外，UFS 2.0附加的控制通道可以有效地確保數(shù)據(jù)的安全傳輸，不必再因為讀寫操作而做不必要的等待，這是UFS 2.0獲得更高速度的關(guān)鍵。據(jù)了解，UFS 2.0有兩個版本，均有兩個傳輸信道。HS-G2的理論帶寬就有5.8Gbps，也就是超過了740MB/s，HS-G3更是翻番到11.6Gbps，接近了1.5GB/s，速度方面UFS 2.0完勝。
總結(jié)： 雖然eMMC在傳輸速度和性能方面不及現(xiàn)在最新的UFS 2.0，但在日后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，還是會繼續(xù)占領(lǐng)移動產(chǎn)品閃存芯片的主流。因為eMMC有著更成熟的工藝，能夠大規(guī)模生產(chǎn)，成本更低更適合大眾化的移動產(chǎn)品閃存芯片需求；而UFS 2.0雖然很好，但是生產(chǎn)成本較高，在現(xiàn)在剛開始投入市場的初期，只能夠被放在高端產(chǎn)品上使用。但以現(xiàn)在的趨勢來看，UFS 2.0將會逐漸成為移動產(chǎn)品市場的主流相信是不成問題，畢竟科技是需要進(jìn)步的。
四、 補充說明??
什么是SDRAM?? SDRAM（Synchronous DRAM）:　同步動態(tài)隨機存儲器。目前的168線64bit帶寬內(nèi)存基本上都采用SDRAM芯片，工作電壓3.3V電壓，存取速度高達(dá)7.5ns，而EDO內(nèi)存最快為15ns。并將RAM與CPU以相同時鐘頻率控制，使RAM與CPU外頻同步，取消等待時間。所以其傳輸速率比EDO DRAM更快。??
什么是DDR SDRAM?? DDR（Double Data Rate）SDRAM。其核心建立在SDRAM的基礎(chǔ)上，但在速度上有了提高。SDRAM僅在時鐘信號的上升沿讀取數(shù)據(jù)，而DDR在時鐘信號的上升沿和下降沿都讀取數(shù)據(jù)，因此，它的速度是標(biāo)準(zhǔn)SDRAM的2倍。? ?
什么是RDRAM?? RDRAM（Rambus DRAM）：總線式動態(tài)隨機存儲器，是由RAMBUS公司與INTEL公司合作提出的一項專利技術(shù)，它的數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)800MHZ，而它的總線寬度卻僅為16bit，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)在的SDRAM的64bit。??
什么是SPD?? SPD(Serial Presence Detect): SPD是一顆8針的EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM 電可擦寫可編程只讀存儲器）, 容量為256字節(jié)，里面主要保存了該內(nèi)存的相關(guān)資料，如容量、芯片廠商、內(nèi)存模組廠商、工作速度等。SPD的內(nèi)容一般由內(nèi)存模組制造商寫入。支持SPD的主板在啟動時自動檢測SPD中的資料，并以此設(shè)定內(nèi)存的工作參數(shù)。??
現(xiàn)在的單片機,RAM主要是做運行時數(shù)據(jù)存儲器,FLASH主要是程序存儲器,EEPROM主要是用以在程序運行保存一些需要掉電不丟失的數(shù)據(jù). 另外，一些變量，都是放到RAM里的，一些初始化數(shù)據(jù)比如液晶要顯示的內(nèi)容界面，都是放到FLASH區(qū)里的（也就是以前說的ROM區(qū)），EEPROM可用可不用，主要是存一些運行中的數(shù)據(jù)，掉電后且不丟失。