目錄
1.儲存器系統層次結構
1.CPU內部寄存器
2.芯片內部的高速緩存（cache）
3.芯片外的高速緩存（SRAM、DRAM、DDRAM）
4.主存儲器（Flash、PROM、EPROM、EEPROM）
5.外部存儲器（磁盤、光盤、CF、SD卡）
6.遠程二級存儲（分佈式文件系統、Web服務器）
共六個層次結構。這些設備從上到下，依次變得更慢、訪問頻率更小、容量更大，每字節的造價也更加便宜。
在這種存儲器分層結構中，上面一層的存儲器做爲下一層存儲器的高速緩存。CPU寄存器就是cache的高速存儲器，寄存器保存來自cache的字；cache又是內存層的高速緩存，從內存層提取數據送給CPU進行處理，並將CPU處理的結果返回內存當中；內存又是主存儲器的高速緩存，它將經常使用到的數據從Flash等主存儲器的提取出來，放到內存中，從而加快了CPU的運行效率。嵌入式的主存儲器的容量是有限的，當遇到大量信息數據時，就需要將其保存到磁盤、光盤或CF、SD卡等外部存儲器中，並在需要調用時從外部存儲器中提取調用數據。在某些帶有分布式文件系統的嵌入式網絡系統中，外部存儲器就作爲其他系統中被存儲數據的高速緩存。
2.RAM的種類
RAM可以被讀和寫，但斷電數據會丟失，它適合在程序運行時保存動態的信息數據。RAM可以分爲SRAM(靜態隨機存儲器)和DRAM(動態隨機存儲器)。這兩類具有不同的特徵：
- SRAM比DRAM運行速度快
- SRAM比DRAM耗電多
- 在一個芯片上可以置放更多的DRAM
- DRAM需要週期性刷新
常見的RAM分類如下：
- SRAM(Static RAM，靜態隨機存儲器)
SRAM是靜態的，因此只要供電它就會保持一個值。SRAM沒有刷新週期，有觸發器構成基本單元，集成度低，每個SRAM存儲單元由6個晶體管組成，因此成本較高。SRAM具有較高的速率，常常同於高速緩衝存儲器。
- DRAM(Dynamic RAM，動態隨機存儲器)
這是一種以電荷形式進行存儲的半導體存儲器。DRAM中的每一個存儲單元由一個晶體管和一個電容組成，數據存儲在電容器中。電容器會由於漏電而導致電荷丟失，因而DRAM器件是不穩定的。爲了將數據保存在存儲器中，DRAM器件必需有規律地定時進行刷新。
- DDRAM(Double Data Rate SDRAM，雙倍速率隨機存儲器)
隨着嵌入式處理器主頻的提高，SDRAM的速度逐漸成了限制系統性能的瓶頸。SDRAM通常只能工作咋133MHz主頻，而現在很多32位處理器的主頻已經達到了200MHz以上。DDRAM就是這種需求下出現的，目前已佔據了內存技術的主流，且價格便宜。
DDRAM依靠一種叫做雙倍預取（2n-prefetch）的技術，即在內存芯片內部的數據寬度是外部接口數據寬度的2倍，使峯值的讀寫速度達到輸入時鐘速率的2倍，並且DDRAM允許在時鐘脈衝上升沿或下降沿傳輸數據，這樣不需要提高時鐘頻率就能加倍提高SDRAM的速度，並具有SDRAM多一倍的傳輸速率和內存帶寬。同時爲了保證在高速運行時的信號完整性，DDRAM技術還採用了差分輸入的方式。總的來說DDRAM採用更低的電壓、差分輸入和雙倍數據速率輸出等技術。
3.ROM的種類
ROM的特點是在燒入數據後，無需外加電源來保存數據。斷電數據不丟失，但速度較慢，因此適合存儲需長期保留的不變數據。常見ROM的分類如下：
- Mask ROM（掩膜ROM）
一次性由廠家寫入數據的ROM，用戶無法修改。
- PROM（Programmable ROM 可編程ROM）
只允許用戶利用專門的設備（編程器）將自己的程序寫入一次，一旦寫入後，其內容將無法改變。所以也叫做一次可編程只讀存儲器（One Time Programming ROM）。
- EPROM(Erasable Programmable ROM 電可擦寫ROM)
不僅可以由用戶利用編程器寫入程序，而且可以對其內容進行多次改寫。出廠時其內容爲全“1”，用戶根據其程序將某些記憶單元改爲“0”；當需要修改時需要將所有內容擦除（恢復爲“1”），以便寫入新的內容。
EPROM又分爲兩種，UVEPROM(紫外線擦除)和EEPROM(電擦除)。UVEPROM需要用紫外線燈製作的擦抹器照射存儲器芯片上的透明窗口，使芯片原來的內容被擦除。用紫外線進行擦除只能對整個芯片擦除，而不能對芯片中個別需要改的存儲單元單獨擦除。
EPROM雖然即可讀又可“寫”，但它不能取代RAM。因爲EPROM的編程次數是有限的；而且它寫入的時間較長，即使對於EEPROM，擦除一個字節需要約10ms，寫入一個字節大約需要10us，比SRAM或DRAM的時間長100~1000倍。
- EEPROM(E2PROM)電可擦除可編程ROM
EEPROM不但可以利用電壓的高低來寫入數據，還可以利用電壓的高低清除EEROM所存儲的數據。EEPROM在數據清除時還可以針對個別的存儲單元進行清除操作，比起EPROM需要整個清除數據方便許多。EEPROM的數據存儲保持能力可以長達10年，而數據清除再被規劃的次數可以達到一萬次以上，因此EEPROM的使用比EPROM更爲普遍，而且更受歡迎。
- Flash ROM(閃速存儲器)
Flash ROM 具有結構簡單、控制靈活、編程可靠、加可電擦寫快捷的優點，而且集成度可以都做得很高，它綜合了前面的所有優點：不會斷電丟失數據，快速讀取，可電擦寫可編程，因此在手機，PC，PPC等電器中成功地獲得了廣泛的應用。
4.Flash Memory的種類
Flash memory是嵌入式系統中重要的組成部分，它在嵌入式系統中的功能可以和硬盤在PC中的功能相比。它們都是用來存儲程序和數據的，而且可以在掉電的情況下繼續保存數據使其不會丟失。
Flash memory（閃速存儲器）作爲一種安全、快速的存儲體，具有體積小，容量大，成本低，掉電數據不丟失等一系列優點，已成爲嵌入式系統中數據和程序最主要的載體。根據結構的不同可以將其分爲NOR Flash和NAND Flash兩種。Flash Memory具有的特點如下：
- 區塊結構
Flash Memory在物理結構上分成若干個區塊，區塊之間相互獨立。比如NOR Flash把整個存儲區分成若干個扇區（Sector），而NAND Flash把整個存儲區分成若干個塊（Block）。
- 先擦後寫
由於Flash Memory的寫操作只能將數據位1寫成0，不能從0寫成1，所以在對存儲器進行寫之前必須先執行擦除操作，將預寫入的數據位初始化爲1，擦操作的最小單位是一個區塊，而不是單個字節。
- 操作指令
除了NOR Flash的讀，Flash Memory的其他操作不能像RAM那樣，直接對目標地址進行總線操作。比如執行一次寫操作，它必須輸入一串特殊的指令(NOR Flash)，或者完成一段時序（NAND Flash）才能將數據寫入到Flash Memory中。
- 位反轉
由於Flash Memory固有的電器特性，在讀寫數據過程中，偶然會產生一位或幾位數據錯誤。這就是位反轉。位反轉無法避免，只能通過其他手段對結果進行事後處理。
- 壞塊
由於Flash Memory在使用過程中，可能導致某些區塊的損壞。區塊一旦損壞，將無法進行修復。如果對已損壞的區塊進行操作，可能帶來不可預測的錯誤。尤其是NAND Flash在出廠時就可能存在這樣的壞塊（已經被標識出）。
- NOR Flash
NOR Flash的特點是應用程序可以直接在閃存中運行，不需要再把代碼讀到系統RAM中運行。NOR Flash的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益，但很低的擦除和寫入速度大大影響了它的性能。
- NAND Flash
NAND Flash的結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，並且寫入和擦除的速度也很快，這也是爲何很多U盤採用NAND Flash作爲存儲介質的原因。應用NAND Flash的困難在於閃存和需要特殊的系統接口。
- NOR Flash和NAND Flash各自的典型特徵和不同點
1.性能差異
NOR Flash的讀速度比NAND Flash稍快一些
NAND Flash的寫入速度比NOR Flash快很多
NAND Flash的擦除速度遠比NOR Flash的快很多。大多數寫入操作需要先進行擦除操作。
NAND Flash的隨機讀取能力差，適合大量數據的連續獲取。
2.接口差異
NOR Flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內部的每一個字節。NAND Flash地址、數據和命令共用8位總線，每一次讀寫都要使用複雜的I/O接口串行地存取數據，8個引腳用來傳送控制、地址和資料信息。
NAND Flash讀和寫操作採用521B的塊，有點像硬盤的管理操作。因此，基於NAND的閃存可以取代硬盤或其他塊設備。
3.容量和成本
NAND Flash的單元尺寸幾乎是NOR Flash的一半，由於生產過程更爲簡單，NAND Flash結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格。
NOR Flash容量一般較小，通常在1MB~8MB之間。而NAND Flash只是用在8MB以上的產品中，這也說明NOR Flash主要應用在代碼存儲介質中，NAND Flash適合用於資料存儲。
4.可靠性和耐用性
壽命（耐用性）：在NAND Flash中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR Flash的擦寫次數是十萬次
位交換：所有Flash Memory器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下（很少見，NAND Flash發生的次數要比NOR Flash多），一個比特位會發生反轉或被報告反轉了。
壞塊處理：NAND Flash中的壞塊是隨機分佈的。以前曾有過消除壞塊的努力，但發現成品率太低，代價太高，根本不划算。NAND Flash需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，並對壞塊進行標記不可用。在已製成的器件中，如果通過可靠的方法不能進行這項處理，將導致高故障率。
5.易用性
可以非常直接地使用基於NOR Flash，可以像其他內存那樣連接，並可以在上面直接運行代碼。
由於需要I/O接口，NAND Flash要複雜得多。各種NAND Flash的存取方法因廠家而異。在使用NAND Flash時，必須先寫入驅動程序，才能繼續執行其他操作。向NAND Flash寫入數據需要相當的技巧，因爲設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味着NAND Flash上自始至終都必須進行虛擬映像。
6.軟件支持
當討論技術支持的時候，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用於磁盤仿真和Flash Memory管理算法的軟件，包括性能優化。
在NOR Flash上運行代碼不需要任何的技術支持。而在NAND Flash上進行同樣的操作時，通常需要驅動程序，也就是內存技術驅動程序（MTD），NAND Flash和NOR Flash在進行寫入和擦除時都需要MTD。
7.市場定位
根據前面多介紹的NAND Flash和NOR Flash的特點，兩者各自擁有相應的不同應用。一般來說，NOR Flash用於對數據可靠性要求較高的代碼存儲、通訊產品、網絡處理等領域。而NAND Flash則用於對容量要求較高的MP3、存儲卡、U盤等領域。正是如此，NOR Flash也被稱爲代碼閃存（Code Flash），而NAND Flash也被稱爲數據閃存（Data Flash）。
摘自《嵌入式系統設計師教程》一書。
《讀書之法，在循序而漸進，熟讀而精思。——朱熹》