ARM雜記--內存

在我們使用電腦的時候,常常會聽到內存、硬盤這些單詞。在大學學習單片機的時候經常也聽到什麼flash、EEPRom等名詞。他們都有什麼區別?都有什麼作用呢?
本文將對常見的存儲器進行分類和特性進行介紹,並結合特性分析使用場景。

內存

存儲器層次結構

不同種類的存儲器儲存容量、工作速度、單位價格都有很大的差異。如何將儲存容量不同、運算速度不同、單位價格不同的多種存儲器妥善分配,才能達到最大的經濟效益,使產品的運算速度合理、儲存容量合理、產品價格合理。就必須先有“存儲器層次結構”觀念。

寄存器

站在軟件工程師的角度,所談論的寄存器多爲CPU寄存器。在CPU內,用來設定處理器的功能,主要是“暫時儲存”設定值的地方。
站在硬件工程師的角度,所談論的寄存器多爲外設寄存器。在外設中,用來設定外設功能,主要是控制外設電路完成特定的功能。

快取緩存器

在處理器內,執行程序(加重點,執行程序)時“暫時儲存”程序與資料的地方,通常以 SRAM 製作。

主存儲器

在處理器外,“暫時儲存”程序與資料的地方,通常以 DRAM 製作,目前已經改良成 SDRAM 或 DDR。也就是我們常見的電腦內存條了。

輔助存儲器

在處理器外,“永久儲存”程序與資料的地方,包括:快閃存儲器、磁盤機、光盤機、磁帶機等。這個不用多言,就是我們所說的硬盤。

對比

存在這麼多存儲器的主要原因在於,不同種類的存儲器儲存容量、工作速度、單位價格都有很大的差異。
通常來說,越接近CPU的存儲器,越需要高速,當然價格就會越高。爲降低成本,只能使存儲容量下降。
言簡意賅就是越接近CPU,速度越快,越貴,存儲容量就越小。
儲存容量:輔助存儲器(GB)> 主存儲器(MB)> 快取緩存器(KB)> 寄存器(B)。
工作速度:輔助存儲器(1ms)< 主存儲器(10ns)< 快取緩存器(1ns)< 寄存器(1ns)。
單位價格:輔助存儲器 < 主存儲器 < 快取緩存器 < 寄存器。

存儲器特性

只讀性與易失性

聯想電腦的內存條和硬盤特性。我們發信息,存儲器除了存儲容量,速度,價格這種大的差異,還有掉電後刪除數據與保留數據的特性,還有隻讀和可讀可寫等特性。
其實只讀屬性和易失性屬性有很大的關聯。首先,只讀的,必定是非易失的(因爲正常操作下,只能寫入一次啊)。但是,可讀可寫的可以是易失也可以是非易失。
  易失性內存(英語:volatile memory,縮寫爲VM)是指當電流關掉後,所存儲的數據會消失的電腦存儲器。
  非易失性內存(英語:non-volatile memory,縮寫爲NVM)是指當電流關掉後,所存儲的數據不會消失的電腦存儲器。
如同內存條和硬盤的使用。
  易失性內存使用的場景通常是作爲操作系統或其他正在運行程序的臨時存儲介質。快取緩存器、主存儲器多爲易失性內存。
  非易失性內存使用的場景通常是用以存儲不需經常變更的程序或數據。輔助存儲器多爲易失性內存。

設計理念

所有的電子產品都必須用到存儲器,由於存儲器的種類繁多,特性各不相同,我們通常使用多種存儲器互相搭配,從而達到最大的經濟效益。
SRAM 的構造較複雜,不使用電容所以存取速度較快,但是成本也較高,因此一般都製作成對容量要求較低但是對速度要求較高的存儲器,例如:中央處理器(CPU)內建 256KB、512KB、1MB 的“快取存儲器”(Cache memory),一般都是使用 SRAM。
DRAM 構造較簡單,由於電容充電放電需要較長的時間造成存取速度較慢,但是成本也較低,因此一般製作成對容量要求較高但是對速度要求較低的存儲器,例如:個人電腦主機板通常使用 1GB 以上的 DDR-SDRAM 就是屬於一種 DRAM。由於處理器的速度越來越快,傳統 DRAM 的速度已經無法滿足要求,因此目前都改良成 SDRAM 或 DDR-SDRAM 等兩種型式來使用。
NOR Flash目前用來儲存操作系統的程序代碼或重要數據。
NAND Flash 寫入的速度快、價格較低,故目前以 NAND Flash 最爲普遍。現在的 USB 硬盤和手機儲存空間,就是用 NAND Flash 爲主流技術。另外,固態硬盤(Solid State Drive, SSD)也是以 NAND 型 Flash 爲基礎所建構的儲存裝置。
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