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存储器种类详细介绍
1. 存储器宏观分类
2. 易失性存储器
通常易失性存储器就认为是随机存取存储器（Random Access Memory, RAM）。之所以叫随机存取存储器，就是因为它可以随机任意读取存储空间中任意一个地址的数据，而不需要像以前的磁鼓一样必须旋转，按顺序读取数据（如磁带）。
RAM又可以分为动态随机存储器（Dynamic RAM, DRAM）和静态随机存储器（Static RAM, SRAM）。
2.1 SRAM
SRAM之所以叫静态，是因为它是通过一组锁存器来存放数据位的（一位SRAM存储单元共包含6个MOS管），而锁存器中不含有电感电容，其存储的值是可以在不掉电的情况下一直稳定保持的而不需要不断刷新来保持数据。
由于1位的SRAM存储单元包含的元件数目多，所以SRAM不易于集成，且生产成本高。而由于SRAM中不需要给电容充放电，所以速度相对较快。另外，通常SRAM中使用的是异步通讯。
2.2 DRAM
DRAM之所以叫动态存储器，就是它需要不断刷新电容。DRAM的存储方式是根据一个电容中存储的电平高低来存储0和1的（1位DRAM存储单元包含1个MOS管和1个电容），而实际上电容也会自动地慢慢放电，所以需要不断刷新给放电的电容充电，以使存储高电平的电容继续保持高电平。
由于1位的DRAM存储单元包含的元件数目少，所以DRAM易于集成，生产成本低。但由于DRAM存储数据需要给电容充放电，所以速度相对较慢。另外，通常DRAM中使用的是同步通讯，所以通常DRAM还称为同步DRAM（Synchronous DRAM, SDRAM）。对于SDRAM，基于不同的式中同步数据的准则，还有以下几种分类
| 种类 | 特点 |
|---|---|
| 普通SDRAM | 只在时钟上升沿时数据有效 |
| DDRII SDRAM | 在时钟上升沿和下降沿时都数据有效，最高时钟极限频率800MHz |
| DDRIII SDRAM | 在时钟上升沿和下降沿时数据都有效，最高时钟极限频率1600MHz |
显然，上升沿和下降沿均可同步数据的情况下，可以比只在一种边沿同步的情况在相同时钟频率下将数据同步速度提升一倍，是一种高效的同步通讯的方法。另外，现在的内存条大多是DDRIII SDRAM了。
2.3 DRAM vs SRAM
| 指标 | DRAM | SRAM |
|---|---|---|
| 是否需要刷新 （本质区别） |
是 | 否 |
| 存取速度 | 较慢 | 较快 |
| 集成度 | 较高 | 较低 |
| 生产成本 | 较低 | 较高 |
| 通讯方式 | 同步 | 异步 |
3. 非易失性存储器
在非易失性存储器中，使用了半导体电路的存储器主要分为只读存储器（Read-Only Memory, ROM）和闪存（Flash memory）。Flash通常应用于U盘、固态硬盘（Solid State Disk, SSD）等。对于非半导体的非易失性存储器，则还包括：光盘、机械硬盘（Hard Disk Drive, HDD）以及软盘等。其中光盘是通过高精度激光头照射分辨光盘上不同位置的不同形状的凹槽实现读操作，也可以使用高功率激光烧蚀记录层实现写操作；机械硬盘是一种采用磁介质的数据存储设备，使用步进电机控制磁头对高速旋转的磁盘片上的小颗粒进行磁化来实现对数据的读写操作的；而软盘现在已经基本没有了。
（题外话，如果想要知道自己的电脑的硬盘类型（是HDD还是SSD），这条博客讲了多种方法，并介绍了SSD和HDD各自的优点。而其实查看最方便的，就是直接在资源管理器中选择一个磁盘，右键选择属性，查看硬件，就可以看到硬盘名称。但是需要纠正其中的判断说法，就是并不一定没有SSD字样的就一定不是固态硬盘，如下图中的这个硬盘就是一种紧凑型NVMe固态硬盘。）
3.1 ROM
ROM包括有：掩模式只读存储器（Mask ROM, MROM）、一次性可编程只读存储器（One-Time Programmable ROM, OTPROM）、可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable ROM, EPROM）、电可擦可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable ROM, EEPROM 或E2PROM），其各自特点如下：
| 种类 | 特点 |
|---|---|
| Mask ROM | 出厂后不可修改 |
| OTPROM | 出厂时未写入数据，用户只可写入一次，而之后不可修改 |
| EPROM | 可重复擦除修改，但需要专用紫外线照射擦除 |
| EEPROM | 可重复擦除修改，电可擦除，方便 |
3.2 Flash
Flash分为NOR Flash和NAND Flash。NOR Flash用于存储程序，其结构比较复杂，不易集成，成本高；NAND Flash用于存储数据，其结构比较简单，易于集成，成本低。另外，Flash的内容修改，是需要先擦除原有的数据，就是将所有位都写为1，再对应需要修改到的目标值，将相应需要修改为0的位置0。而Flash的擦除方式都是以整块整块的数据区域进行擦除的。而在写入时，NAND Flash也是必须以整块整块数据的方式写，而NOR Flash却可以一个字节一个字节写入。二者对比如下：
| 指标 | NOR Flash | NAND Flash |
|---|---|---|
| 同容量成本 | 高 | 低 |
| 集成度 | 低 | 高 |
| 介质类型 | 随机存储 | 连续存储 |
| 地址线和数据线 | 独立分开 | 共用 |
| 擦除单元 | 以“扇区/块”擦除 | 以“扇区/块”擦除 |
| 读写单元 | 可基于字节读写 | 必须以“块”为单位读写 |
| 读取速度 | 较快 | 较慢 |
| 擦除速度 | 较慢 | 较块 |
| 可擦除单元大小 | 大 | 小 |
| 写入速度 | 较慢 | 较块 |
| 坏块 | 较少 | 较多 |
| 是否支持芯片内执行 | 是 | 否 |
其中，NAND Flash生产出来后，可能产生坏掉的块会相对NOR Flash更加频繁，所以通常如果在写入NAND Flash时，会尽可能使每一次写入的单元不一样，以减少每一个单元的重复擦除次数，以减少坏块，而NOR Flash就不需要这样的要求。芯片内执行（eXecute In Place, XIP）可以理解为可以以指定内存地址进行数据读写，而NAND Flash则是需要按顺序读写。另外，Flash比机械硬盘的速度快。
4. 总结框图
5. 参考资料
- 杨颂华, 冯毛官, 孙万蓉等. 数字电子技术基础[M]. 第二版. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2009: 7-9.
- 野火的STM32教程（《【中级篇】23-常用存储器》那一章）
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