存儲器主要可分類為：

• 只讀儲存器（ROM）

• 閃存（Flash）

• 隨機存取存儲器（RAM）

• 光/磁介質儲存器

一、ROM（只讀存儲器）

• 不可編程ROM

• 可編程ROM：PROM

• 可擦除可編程ROM：EPROM

• 電可擦除可編程ROM：E2PROM（E2PROM完全可以用軟件來擦寫，已經非常方便了）

二、Flash（閃存）

• 用于存儲設備固件（軟件）和配置信息的芯片

• 特性：

• 長期保存數據，掉電不丟失數據，讀寫速度一般

• 容量：1MB-4GB都有

• 貼片式：TSOP、BGA封裝

• 兩種主要的Flash閃存技術：

• Nor（或非） Flash

• Nand（與非） Flash

• 歷史發展：Intel于1988年首先開發出Nor Flash技術，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發表了 Nand Flash結構，每位的成本被大大降低

Nor Flash

• NOR Flash和CPU的接口屬于典型的類SRAM接口（如下圖所示），不需要增加額外的控制電路

• NOR Flash的特點是可芯片內執行（eXecute In Place，XIP），程序可以直接在NOR內運行

• CFI接口：公共閃存接口（Common Flash Interface，CFI）是一個從NOR Flash器件中讀取數據的公開、標準接 口。它可以使系統軟件查詢已安裝的Flash器件的各種參數，包括器件陣列結構參數、電氣和時間參數以 及器件支持的功能等。如果芯片不支持CFI，就需使用JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council， 電子電器設備聯合會）了。JEDEC規范的NOR則無法直接通過命令來讀出容量等信息，需要讀出制造商 ID和設備ID，以確定Flash的大小

• SPI接口：目前NOR Flash可以使用SPI接口進行訪問以節省引腳。相對于傳統的并行NOR Flash 而言，SPI NOR Flash只需要6個引腳就能夠實現單I/O、雙I/O和4個I/O口的接口通信，有的SPI NOR Flash 還支持DDR模式，能進一步提高訪問速度到80MB/s

• 特點：

• 易讀難寫

• 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

• 容量一般較小，為1~16MB

• 雖然難寫，但是仍然可以通過特殊工具進行寫入

• 可以直接運行代碼，所以被用來存儲BootLoader、BIOS

Nand Flash 

• NAND Flash和CPU的接口必須由相應的控制電路進行轉換，當然也可以通過地址線或GPIO產生NAND Flash接口的信號

• NAND Flash以塊方式進行訪問，不支持芯片內執行

• 與NOR Flash的類SRAM接口不同，一個NAND Flash的接口主要包含如下信號：

• I/O總線：地址、指令和數據通過這組總線傳輸，一般為8位或16位。

• 芯片啟動（Chip Enable，CE#）：如果沒有檢測到CE信號，NAND器件就保持待機模式，不對任何控制信號做出響應

• 寫使能（Write Enable，WE#）：WE#負責將數據、地址或指令寫入NAND之中。

• 讀使能（Read Enable，RE#）：RE#允許數據輸出。

• 指令鎖存使能（Command Latch Enable，CLE）：當CLE為高電平時，在WE#信號的上升沿，指令將 被鎖存到NAND指令寄存器中

• 地址鎖存使能（Address Latch Enable，ALE）：當ALE為高電平時，在WE#信號的上升沿，地址將被 鎖存到NAND地址寄存器中

• 就緒/忙（Ready/Busy，R/B#）：如果NAND器件忙，R/B#信號將變為低電平。該信號是漏極開路， 需要采用上拉電阻

• 特點：

• 可讀可寫

• 使用復雜的IO口來串行地存取數據，各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。Nand讀和寫操作采用512字節的塊，這一點有點像硬盤管理此類操作，很自然地，基于Nand的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設備。大部分CPU不可直接尋址，需要驅動程序，常用于存儲數據

• 單純的用來存儲數據，固態硬盤、U盤都是這種。一般存放文件系統、內核

• 不能用來執行代碼，因為沒有棧堆等信息，所以只能用來存放數據

位反轉

• 由于Flash固有的電器特性，在讀寫數據過程中，偶然會產生1位或幾位數據錯誤，即位反轉，NAND Flash發生位反轉的概率要遠大于NOR Flash。位反轉無法避免，因此，使用NAND Flash的同時，應采用錯誤探測/錯誤更正（EDC/ECC）算法

塊擦除

• Flash的編程原理都是只能將1寫為0，而不能將0寫為1。因此在Flash編程之前，必須將對應的塊擦除，而擦除的過程就是把所有位都寫為1的過程，塊內的所有字節變為0xFF

• Nor Flash與Nand Flash的區別：

• Nor Flash：以64~128KB的塊為例，執行一個寫入/擦除操作的時間為5s。每個塊的最大擦寫次數是十萬次

• Nand Flash：以8~32KB的塊為例，執行一個寫入/擦除操作最多只需要4ms。每個塊的最大擦寫次數是一百萬次

• 另外，Flash還存在一個負載均衡的問題，不能老是在同一塊位置進行擦除和寫的動作，這樣容易導致壞塊

Nor Flash與Nand Flash的其他區別

• ①NAND Flash較NOR Flash容量大，價格低

• ②NAND Flash的擦除、編程速度遠超過NOR Flash

• ③Nand的擦除單元更小，相應的此處電路更少

三、RAM（隨機存取存儲器）

• 概念：內存，一般在電路板上有多個引腳的芯片，就是內存芯片

• 這里說的內存一般都是運行內存，對應計算機的內存條。通常人們說的存儲內存對應計算機中的硬盤（外存）

• 分類：

• DRAM以電荷形式進行存儲，數據存儲在電容器中。由于電容器會因漏電而出現電荷丟失，所以DRAM器件需要定期刷新

• DRAM存儲單元由1個晶體管和1個電容器組成

• 通常所說的SDRAM、DDR SDRAM皆屬于DRAM的范疇，它們采用與CPU外存控制器同步的時鐘工作（注意，不是與CPU的工作頻率一致）。與SDRAM相比，DDR SDRAM同時利用了時鐘脈沖的上升沿 和下降沿傳輸數據，因此在時鐘頻率不變的情況下，數據傳輸頻率加倍。此外，還存在使用 RSL（Rambus Signaling Level，Rambus發信電平）技術的RDRAM（Rambus DRAM）和Direct RDRAM

• SRAM是靜態的， 只要供電它就會保持一個值，SRAM沒有刷新周期

• 每個SRAM存儲單元由6個晶體管組成

• ①靜態RAM（SRAM）

• ②動態RAM（DRAM）

• 特性：

• 臨時存儲數據，掉電會丟失數據，讀寫速度快

• 容量：1MB-4GB都有

• 貼片式：TSOP、BGA封裝

DPRAM：雙端口RAM

• DPRAM的特點是可以通過兩個端口同時訪問，具有兩套完全獨立的數據總線、地址總線和讀寫控制 線，通常用于兩個處理器之間交互數據，如下圖所示：

• 當一端被寫入數據后，另一端可以通過輪詢或中斷獲知，并讀取其寫入的數據。由于雙CPU同時訪問DPRAM時的仲裁邏輯電路集成在DPRAM內部，所以 需要硬件工程師設計的電路原理比較簡單

• DPRAM的優點是通信速度快、實時性強、接口簡單，而且兩邊處理器都可主動進行數據傳輸

• 除了雙端口RAM以外，目前IDT等芯片廠商還推出了多端口RAM，可以供3個以上的處理器互通數據

CAM：內容尋址RAM

• CAM是以內容進行尋址的存儲器，是一種特殊的存儲陣列RAM，它的主要工作機制就是同時將一個 輸入數據項與存儲在CAM中的所有數據項自動進行比較，判別該輸入數據項與CAM中存儲的數據項是否 相匹配，并輸出該數據項對應的匹配信息

• 如下圖所示，在CAM中，輸入的是所要查詢的數據，輸出的是數據地址和匹配標志。若匹配（即搜 尋到數據），則輸出數據地址。CAM用于數據檢索的優勢是軟件無法比擬的，它可以極大地提高系統性 能

FIFO存儲器：先進先出隊列

• FIFO存儲器的特點是先進先出，進出有序，FIFO多用于數據緩沖。FIFO和DPRAM類似，具有兩個訪 問端口，但是FIFO兩邊的端口并不對等，某一時刻只能設置為一邊作為輸入，一邊作為輸出。

• 如果FIFO的區域共有n個字節，我們只能通過循環n次讀取同一個地址才能將該片區域讀出，不能指 定偏移地址。對于有n個數據的FIFO，當循環讀取m次之后，下一次讀時會自動讀取到第m 1個數據，這 是由FIFO本身的特性決定的

四、光/磁介質儲存器

• IDE（Integrated Drive Electronics）接口可連接硬盤控制器或光驅，IDE接口的信號與SRAM類似。人 們通常也把IDE接口稱為ATA（Advanced Technology Attachment）接口，不過，從技術角度而言，這并不準 確。其實，ATA接口發展至今，已經經歷了ATA-1（IDE）、ATA-2（Enhanced IDE/Fast ATA，EIDE）、 ATA-3（FastATA-2）、Ultra ATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66、Ultra ATA/100及Serial ATA（SATA）的發 展過程

• 很多SoC集成了一個eFuse電編程熔絲作為OTP（One-Time Programmable，一次性可編程）存儲器。 eFuse可以通過計算機對芯片內部的參數和功能進行配置，這一般是在芯片出廠的時候已經設置好了