操作系统中常用存储介质详解
说明:本文介绍了包括ROM、RAM和FLASH的各种变体
ROM和RAM指的都是半导体存储器,ROM是ReadOnly Memory的缩写,RAM是Random Access Memory的缩写。ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据,而RAM通常都是在掉电之后就丢失数据,典型的RAM就是计算机的内存。
1.RAM
RAM有两大类,一种称为静态RAM(Static RAM/SRAM),它是一种具有静止存取功能的内存,不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。 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),动态RAM(Dynamic RAM/DRAM)保留数据的时间很短,需要刷新电路,每隔一段时间,固定要对DRAM刷新充电一次,否则内部的数据即会消失。具体的工作过程是这样的:一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷,有电荷代表1,无电荷代表0。但时间一长,代表1的电容会放电,代表0的电容会吸收电荷,这就是数据丢失的原因;刷新操作定期对电容进行检查,若电量大于满电量的1/2,则认为其代表1,并把电容充满电;若电量小于1/2,则认为其代表0,并把电容放电,藉此来保持数据的连续性。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。
DRAM分为很多种,常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDRRAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等,这里介绍其中的一种DDR RAM。
SDRAM->
SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)同步动态随机存取存储器,同步是指Memory工作需要步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准;动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失;随机是指数据不是线性依次存储,而是由指定地址进行数据读写。
SDRAM从发展到现在已经经历了四代,分别是:
第一代SDR SDRAM(普通的SDRAM)
第二代DDR SDRAM
第三代DDR2 SDRAM
第四代DDR3 SDRAM
DDRRAM(Date-Rate RAM)也称作DDR SDRAM,这种改进型的RAM和SDRAM是基本一样的,不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据,这样就使得数据传输速度加倍了。这是目前电脑中用得最多的内存,而且它有着成本优势,事实上击败了Intel的另外一种内存标准-Rambus DRAM。在很多高端的显卡上,也配备了高速DDRRAM来提高带宽,这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。
内存工作原理:
内存是用来存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存(即DRAM),动态内存中所谓的"动态",指的是当我们将数据写入DRAM后,经过一段时间,数据会丢失,因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。
具体的工作过程是这样的:一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷,有电荷代表1,无电荷代表0。但时间一长,代表1的电容会放电,代表0的电容会吸收电荷,这就是数据丢失的原因;刷新操作定期对电容进行检查,若电量大于满电量的1/2,则认为其代表1,并把电容充满电;若电量小于1/2,则认为其代表0,并把电容放电,藉此来保持数据的连续性。
ROM也有很多种,PROM是可编程的ROM,PROM和EPROM(可擦除可编程ROM)两者区别是,PROM是一次性的,也就是软件灌入后,就无法修改了,这种是早期的产品,现在已经不可能使用了,而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序,是一种通用的存储器。另外一种EEPROM是通过电子擦出,价格很高,写入时间很长,写入很慢。
举个例子,手机软件一般放在EEPROM中,我们打电话,有些最后拨打的号码,暂时是存在SRAM中的,不是马上写入通过记录(通话记录保存在EEPROM中),因为当时有很重要工作(通话)要做,如果写入,漫长的等待是让用户忍无可忍的。
2.FLASH
FLASH存储器又称闪存,它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦除可编程(EEPROM)的性能,还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据(NVRAM的优势),U盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里,嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备,然而近年来Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位,用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用(U盘)。
目前Flash主要有两种NOR Flash(或非门Flash)和NADNFlash(与非门Flash)。
NORFlash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。
NANDFlash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NANDFlash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NANDFLASH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Mxic,而生产NANDFlash的主要厂家有Samsung和Toshiba及Hynix。
3.存储器的选择
RAM主要是做运行时数据存储器, ,一些变量,都是放到RAM里的。SRAM、SDRAM都用于程序工作时保存临时数据和程序,因为在系统掉电后,保存在其中的数据都会丢失。
由于SRAM接口电路简单,在小系统中常用, DRAM的接口相对复杂,需要相应的控制器支持,但由于容量大、价格便宜、访问速度快,所以常用在对内存容量和处理速度要求高的应用场合,在这种场合中,相应的处理器(CPU)都自带有DRAM控制器。
DRAM是动态存储器(Dynamic RAM)的缩写
SDRAM是英文SynchronousDRAM的缩写,译成中文就是同步动态存储器的意思。从技术角度上讲,同步动态存储器(SDRAM)是在现有的标准动态存储器中加入同步控制逻辑(一个状态机),利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。使用SDRAM不但能提高系统表现,还能简化设计、提供高速的数据传输。在功能上,它类似常规的DRAM,且也需时钟进行刷新。可以说,SDRAM是一种改善了结构的增强型DRAM。
FLASH主要是程序存储器一些初始化数据比如液晶要显示的内容界面,都是放到FLASH区里的(也就是以前说的ROM区),FLASH用于系统中保存长期的数据,如:配置信息,程序等。
EEPROM主要是用以在程序运行保存一些需要掉电不丢失的数据,EEPROM可用可不用,主要是存一些运行中的数据,掉电后且不丢失。
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