ROM、RAM、DRAM、SRAM和FLASH的区别解析

网络整理 12-02 0评

  一、ROM介绍

  ROM 是 ROM image(只读内存镜像)的简称,常用于手机定制系统玩家的圈子中。 一般手机刷机的过程,就是将只读内存镜像(ROM image)写入只读内存(ROM)的过程。 常见的 ROM image 有 img、zip 等格式,前者通常用 fastboot 程序通过数据线刷入(线刷),后者通常用 recovery 模式从 sd刷入(卡刷),故 img 镜像也被称为线刷包,zip 镜像也被称为卡刷包。 国内的定制系统开发者,经常会陷入自己的产品究竟是应该称为 OS还是 UI的争论,为了避免此类争论和表示谦虚,会自称为 ROM。很多定制系统玩家也会统一将定制系统称为 ROM。

  分类

  因为 Android 系统的开放性,所以大多情况下 ROM 都是指代 Android 系统的各种发行版。

  一般分为两大类,一种是出自手机制造商官方的原版 ROM,特点是稳定,功能上随厂商定制而各有不同;

  另一种是开发爱好者利用官方发布的源代码自主编译的原生ROM,特点是根据用户具体需求进行调整,使ROM更符合不同地区用户的使用习惯。

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  二、RAM介绍

  随机存取存储器(random access memory,RAM)又称作“随机存储器”,是与CPU直接交换数据的内部存储器,也叫主存(内存)。它可以随时读写,而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。

  存储单元的内容可按需随意取出或存入,且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容,故主要用于存储短时间使用的程序。 按照存储单元的工作原理,随机存储器又分为静态随机存储器(英文:Static RAM,SRAM)和动态随机存储器(英文Dynamic RAM,DRAM)。

  RAM特点:

  随机存取

  所谓“随机存取”,指的是当存储器中的数据被读取或写入时,所需要的时间与这段信息所在的位置或所写入的位置无关。相对的,读取或写入顺序访问(Sequential Access)存储设备中的信息时,其所需要的时间与位置就会有关系。它主要用来存放操作系统、各种应用程序、数据等。

  易失性

  当电源关闭时RAM不能保留数据。如果需要保存数据,就必须把它们写入一个长期的存储设备中(例如硬盘)。RAM和ROM相比,两者的最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失,而ROM不会自动消失,可以长时间断电保存。

  对静电敏感

  正如其他精细的集成电路,随机存取存储器对环境的静电荷非常敏感。静电会干扰存储器内电容器的电荷,引致数据流失,甚至烧坏电路。故此触碰随机存取存储器前,应先用手触摸金属接地。

  访问速度

  现代的随机存取存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的,存取延迟和其他涉及机械运作的存储设备相比,也显得微不足道。

  需要刷新(再生)

  现代的随机存取存储器依赖电容器存储数据。电容器充满电后代表1(二进制),未充电的代表0。由于电容器或多或少有漏电的情形,若不作特别处理,数据会渐渐随时间流失。刷新是指定期读取电容器的状态,然后按照原来的状态重新为电容器充电,弥补流失了的电荷。需要刷新正好解释了随机存取存储器的易失性。

  RAM有两大类,一种称为静态RAM(Static RAM/SRAM),SRAM速度非常快,是目前读写最快的存储设备了,但是它也非常昂贵,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一级缓冲,二级缓冲。另一种称为动态RAM(Dynamic RAM/DRAM),DRAM保留数据的时间很短,速度也比SRAM慢,不过它还是比任何的ROM都要快,但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多,计算机内存就是DRAM的。

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  三、FLASH简介

  Flash是由macromedia公司推出的交互式矢量图和 Web 动画的标准,由Adobe公司收购。做Flash动画的人被称之为闪客。网页设计者使用 Flash 创作出既漂亮又可改变尺寸的导航界面以及其他奇特的效果。Flash的前身是Future Wave公司的Future Splash,是世界上第一个商用的二维矢量动画软件,用于设计和编辑Flash文档。

  目前Flash主要有两种NOR Flash和NADN Flash。

  NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样,用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码,这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。

  NAND Flash没有采取内存的随机读取技术,它的读取是以一次读取一块的形式来进行的,通常是一次读取512个字节,采用这种技术的Flash比较廉价。用户不能直接运行NAND Flash上的代码,因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外,还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。

  一般小容量的用NOR Flash,因为其读取速度快,多用来存储操作系统等重要信息,而大容量的用NAND FLASH,最常见的NAND FLASH应用是嵌入式系统采用的DOC(Disk On Chip)和我们通常用的“闪盘”,可以在线擦除。目前市面上的FLASH 主要来自Intel,AMD,Fujitsu和Toshiba,而生产NAND Flash的主要厂家有Samsung和Toshiba。

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  四、NAND Flash和NOR Flash的比较

  NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术,彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了NAND flash结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后,仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。

  相“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处,因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码,这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。

  NOR是现在市场上主要的非易失闪存技术。NOR一般只用来存储少量的代码;NOR主要应用在代码存储介质中。NOR的特点是应用简单、无需专门的接口电路、传输效率高,它是属于芯片内执行(XIP, eXecute In Place),这样应用程序可以直接在(NOR型)flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NOR flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。NOR flash占据了容量为1~16MB闪存市场的大部分。

  NAND结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。

  1、性能比较:

  flash闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为1。

  由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。

  执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样,当选择存储解决方案时,设计师必须权衡以下的各项因素:

  ● NOR的读速度比NAND稍快一些。

  ● NAND的写入速度比NOR快很多。

  ● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。

  ● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。

  ● NAND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。

  (注:NOR FLASH SECTOR擦除时间视品牌、大小不同而不同,比如,4M FLASH,有的SECTOR擦除时间为60ms,而有的需要最大6s。)

  2、接口差别:

  NOR flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。

  NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。

  NAND读和写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。

  3、容量和成本:

  NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。

  NOR flash占据了容量为1~16MB闪存市场的大部分,而NAND flash只是用在8~128MB的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于数据存储,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。

  4、可靠性和耐用性:

  采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说,Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。

  A) 寿命(耐用性)

  在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势,典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。

  B) 位交换

  所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见,NAND发生的次数要比NOR多),一个比特(bit)位会发生反转或被报告反转了。

  一位的变化可能不很明显,但是如果发生在一个关键文件上,这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题,多读几次就可能解决了。

  当然,如果这个位真的改变了,就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存,NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候,同时使用EDC/ECC算法。

  这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然,如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时,必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。

  C) 坏块处理

  NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力,但发现成品率太低,代价太高,根本不划算。

  NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中,如果通过可靠的方法不能进行这项处理,将导致高故障率。

  5、易于使用:

  可以非常直接地使用基于NOR的闪存,可以像其他存储器那样连接,并可以在上面直接运行代码。

  由于需要I/O接口,NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。

  在使用NAND器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。

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  6、软件支持:

  当讨论软件支持的时候,应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件,包括性能优化。

  在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行同样操作时,通常需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD),NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。

  使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些,许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件,这其中包括M-System的TrueFFS驱动,该驱动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。

  驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理,包括纠错、坏块处理和损耗平衡。

  NOR FLASH的主要供应商是INTEL ,MICRO等厂商,曾经是FLASH的主流产品,但现在被NAND FLASH挤的比较难受。它的优点是可以直接从FLASH中运行程序,但是工艺复杂,价格比较贵。

  NAND FLASH的主要供应商是SAMSUNG和东芝,在U盘、各种存储卡、MP3播放器里面的都是这种FLASH,由于工艺上的不同,它比NOR FLASH拥有更大存储容量,而且便宜。但也有缺点,就是无法寻址直接运行程序,只能存储数据。另外NAND FLASH 非常容易出现坏区,所以需要有校验的算法。

  在掌上电脑里要使用NAND FLASH 存储数据和程序,但是必须有NOR FLASH来启动。除了SAMSUNG处理器,其他用在掌上电脑的主流处理器还不支持直接由NAND FLASH 启动程序。因此,必须先用一片小的NOR FLASH 启动机器,在把OS等软件从NAND FLASH 载入SDRAM中运行才行,挺麻烦的。

  DRAM 利用MOS管的栅电容上的电荷来存储信息,一旦掉电信息会全部的丢失,由于栅极会漏电,所以每隔一定的时间就需要一个刷新机构给这些栅电容补充电荷,并且每读出一次数据之后也需要补充电荷,这个就叫动态刷新,所以称其为动态随机存储器。由于它只使用一个MOS管来存信息,所以集成度可以很高,容量能够做的很大。SDRAM比它多了一个与CPU时钟同步。

  SRAM 利用寄存器来存储信息,所以一旦掉电,资料就会全部丢失,只要供电,它的资料就会一直存在,不需要动态刷新,所以叫静态随机存储器。

  以上主要用于系统内存储器,容量大,不需要断电后仍保存数据的。

  Flash ROM 是利用浮置栅上的电容存储电荷来保存信息,因为浮置栅不会漏电,所以断电后信息仍然可以保存。也由于其机构简单所以集成度可以做的很高,容量可以很大。Flash rom写入前需要用电进行擦除,而且擦除不同与EEPROM可以以byte(字节)为单位进行,flash rom只能以sector(扇区)为单位进行。不过其写入时可以byte为单位。flash rom主要用于bios,U盘,Mp3等需要大容量且断电不丢数据的设备。

  PSRAM,假静态随机存储器。

  背景:

  PSRAM具有一个单晶体管的DRAM储存格,与传统具有六个晶体管的SRAM储存格或是四个晶体管与two-load resistor SRAM 储存格大不相同,但它具有类似SRAM的稳定接口,内部的DRAM架构给予PSRAM一些比low-power 6T SRAM优异的长处,例如体积更为轻巧,售价更具竞争力。目前在整体SRAM市场中,有90%的制造商都在生产PSRAM组件。在过去两年,市场上重要的SRAM/PSRAM供货商有Samsung、Cypress、Renesas、Micron与Toshiba等。

  基本原理:

  PSRAM就是伪SRAM,内部的内存颗粒跟SDRAM的颗粒相似,但外部的接口跟SRAM相似,不需要SDRAM那样复杂的控制器和刷新机制,PSRAM的接口跟SRAM的接口是一样的。

  PSRAM容量有8Mbit,16Mbit,32Mbit等等,容量没有SDRAM那样密度高,但肯定是比SRAM的容量要高很多的,速度支持突发模式,并不是很慢,Hynix,Coremagic, WINBOND .MICRON. CY 等厂家都有供应,价格只比相同容量的SDRAM稍贵一点点,比SRAM便宜很多。

  PSRAM主要应用于手机,电子词典,掌上电脑,PDA,PMP.MP3/4,GPS接收器等消费电子产品与SRAM(采用6T的技术)相比,PSRAM采用的是1T+1C的技术,所以在体积上更小,同时,PSRAM的I/O接口与SRAM相同。在容量上,目前有4MB,8MB,16MB,32MB,64MB和128MB。比较于SDRAM,PSRAM的功耗要低很多。所以对于要求有一定缓存容量的很多便携式产品是一个理想的选择。

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