內存與flash

1.什麼是內存
     什麼是內存呢?在計算機的組成結構中,有一個很重要的部分,就是存儲器。存儲器是用來存儲程序和數據的部件,對於計算機來說,有了存儲器,纔有記憶功能,才能保證正常工作。存儲器的種類很多,按其用途可分爲主存儲器和輔助存儲器,主存儲器又稱內存儲器(簡稱內存),輔助存儲器又稱外存儲器(簡稱外存)。外存通常是磁性介質或光盤,像硬盤,軟盤,磁帶,CD等,能長期保存信息,並且不依賴於電來保存信息,但是由機械部件帶動,速度與CPU相比就顯得慢的多。內存指的就是主板上的存儲部件,是CPU直接與之溝通,並用其存儲數據的部件,存放當前正在使用的(即執行中)的數據和程序,它的物理實質就是一組或多組具備數據輸入輸出和數據存儲功能的集成電路,內存只用於暫時存放程序和數據,一旦關閉電源或發生斷電,其中的程序和數據就會丟失。

2.內存工作原理:
內存是用來存放當前正在使用的(即執行中)的數據和程序,我們平常所提到的計算機的內存指的是動態內存(即DRAM),動態內存中所謂的'動態',指的是當我們將數據寫入DRAM後,經過一段時間,數據會丟失,因此需要一個額外設電路進行內存刷新操作。

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取決於電容是否有電荷,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,這就是數據丟失的原因;刷新操作定期對電容進行檢查,若電量大於滿電量的1/2,則認爲其代表1,並把電容充滿電;若電量小於1/2,則認爲其代表0,並把電容放電,藉此來保持數據的連續性。 

ROM也有很多種,PROM是可編程的ROM,PROM和EPROM(可擦除可編程ROM)兩者區別是,PROM是一次性的,也就是軟件灌入後,就無法修改了,這種是早期的產品,現在已經不可能使用了,而EPROM是通過紫外光的照射擦出原先的程序,是一種通用的存儲器。另外一種EEPROM是通過電子擦出,價格很高,寫入時間很長,寫入很慢。

從一有計算機開始,就有內存。內存發展到今天也經歷了很多次的技術改進,從最早的DRAM一直到FPMDRAM、EDODRAM、SDRAM等,內存的速度一直在提高且容量也在不斷的增加。

3.ROM和RAM指的都是半導體存儲器
1)ROM是Read Only Memory的縮寫
     是一種半導體內存,其特性是一旦儲存資料就無法再將之改變或刪除。通常用在不需經常變更資料的電子或電腦系統中,資料並且不會因爲電源關閉而消失。
     只能讀出事先所存數據的固態半導體存儲器。英文簡稱ROM。ROM所存數據,一般是裝入整機前事先寫好的,整機工作過程中只能讀出,而不像隨機存儲器那樣能快速地、方便地加以改寫。ROM所存數據穩定 ,斷電後所存數據也不會改變;其結構較簡單,讀出較方便,因而常用於存儲各種固定程序和數據。除少數品種的只讀存儲器(如字符發生器)可以通用之外,不同用戶所需只讀存儲器的內容不同。
     爲便於使 用和大批 量 生產 ,進一步發展了可編程只讀存儲器(PROM)、可擦可編程序只讀存儲器(EPROM)和電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)。EPROM需用紫外光長時間照射才能擦除,使用很不方便。20世紀 80 年代製出的 EEPROM ,克服了EPROM的不足,但集成度不高 ,價格較貴。於是又開發出一種新型的存儲單元結構同 EPROM 相似的快閃存儲器 。其集成度高、功耗低 、體積小 ,又能在線快速擦除 ,因而獲得飛速發展,並有可能取代現行的硬盤和軟盤而成爲主要的大容量存儲媒體。大部分只讀存儲器用金屬-氧化物-半導體(MOS)場效應管制成。

2)RAM是Random Access Memory的縮寫。
   又稱爲隨機存取存儲器;存儲單元的內容可按需隨意取出或存入,且存取的速度與存儲單元的位置無關的存儲器。這種存儲器在斷電時將丟失其存儲內容,故主要用於存儲短時間使用的程序。

簡單地說,在計算機中,RAM 、ROM都是數據存儲器。RAM 是隨機存取存儲器,它的特點是易揮發性,即掉電失憶。ROM 通常指固化存儲器(一次寫入,反覆讀取),它的特點與RAM 相反。ROM又分一次性固化、光擦除和電擦除重寫兩種類型。 
     
     ROM在系統停止供電的時候仍然可以保持數據,而RAM通常都是在掉電之後就丟失數據,典型的RAM就是計算機的內存。 

4.RAM分爲兩大類:
1)一種稱爲靜態RAM(Static RAM/SRAM),SRAM速度非常快,是目前讀寫最快的存儲設備了,但是它也非常昂貴,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一級緩衝,二級緩衝。

2)另一種稱爲動態RAM(Dynamic RAM/DRAM),DRAM保留數據的時間很短,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,計算機內存就是DRAM的。 

DRAM分爲很多種,常見的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等,這裏介紹其中的一種DDR RAM。

DDR RAM(Date-Rate RAM)也稱作DDR SDRAM,這種改進型的RAM和SDRAM是基本一樣的,不同之處在於它可以在一個時鐘讀寫兩次數據,這樣就使得數據傳輸速度加倍了。這是目前電腦中用得最多的內存,而且它有着成本優勢,事實上擊敗了Intel的另外一種內存標準-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。 

5.再不明白的請看例子:
舉個例子,手機軟件一般放在EEPROM中,我們打電話,有些最後撥打的號碼,暫時是存在SRAM中的,不是馬上寫入通過記錄(通話記錄保存在EEPROM中),因爲當時有很重要工作(通話)要做,如果寫入,漫長的等待是讓用戶忍無可忍的。
FLASH存儲器又稱閃存,它結合了ROM和RAM的長處,不僅具備電子可擦除可編程(EEPROM)的性能,還不會斷電丟失數據同時可以快速讀取數據(NVRAM的優勢),U盤和MP3裏用的就是這種存儲器。在過去的20年裏,嵌入式系統一直使用ROM(EPROM)作爲它們的存儲設備,然而近年來Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系統中的地位,用作存儲Bootloader以及操作系統或者程序代碼或者直接當硬盤使用(U盤)。 

目前Flash主要有兩種NOR Flash和NADN 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裏面的代碼,這樣可以減少SRAM的容量從而節約了成本。

NAND Flash沒有采取內存的隨機讀取技術,它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的,通常是一次讀取512個字節,採用這種技術的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的開發板除了使用NAND Flah以外,還作上了一塊小的NOR Flash來運行啓動代碼。 

一般小容量的用NOR Flash,因爲其讀取速度快,多用來存儲操作系統等重要信息,而大容量的用NAND FLASH,最常見的NAND FLASH應用是嵌入式系統採用的DOC(Disk On Chip)和我們通常用的'閃盤',可以在線擦除。目前市面上的FLASH 主要來自Intel,AMD,Fujitsu和Toshiba,而生產NAND Flash的主要廠家有Samsung和Toshiba。





追加:計算機硬件組成部分

主要分爲五個部分:

1. 控制器(Control):是整個計算機的中樞神經,其功能是對程序規定的控制信息進行解釋,根據其要求進行控制,調度程序、數據、地址,協調計算機各部分工作及內存與外設的訪問等。

2. 運算器(Datapath):運算器的功能是對數據進行各種算術運算和邏輯運算,即對數據進行加工處理。

3. 存儲器(Memory):存儲器的功能是存儲程序、數據和各種信號、命令等信息,並在需要時提供這些信息。

4. 輸入(Input system):輸入設備是計算機的重要組成部分,輸入設備與輸出設備合稱爲外部設備,簡稱外設,輸入設備的作用是將程序、原始數據、文字、字符、控制命令或現場採集的數據等信息輸入到計算機。常見的輸入設備有鍵盤、鼠標器、光電輸入機、磁帶機、磁盤機、光盤機等。

5. 輸出(Output system):輸出設備與輸入設備同樣是計算機的重要組成部分,它把外算機的中間結果或最後結果、機內的各種數據符號及文字或各種控制信號等信息輸出出來。微機常用的輸出設備有顯示終端CRT、打印機、激光印字機、繪圖儀及磁帶、光盤機等。

 

cpu=控制器+運算器

主板=I/O總線,輸入輸出系統

存儲器=內存+硬盤

I/O設備:鍵盤,鼠標,掃描儀,顯示器等等

 

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