数字时代数据存储器无处不在,使用的电子设备里面都有数据存储器,只是类型不一样而已。数据存储器按照不同的分类标准可以划分为很多种,其中有一个比较经典的划分方式,可以将其分为两类:易失性数据存储器和非易失性数据存储器。
一、易失性数据存储器
1、概述
其英文为Volatile Memory,特点是当电源关闭后不能保留数据,而且无法恢复,正因为如此,有时也称作“可变存储器”或者直接称为“随机存储器”(RAM,Random Access Memory),最常见的比如说我们平常用的PC或者主机的系统内存,内存里的数据在掉电后会释放掉,会丢失,但好处是可以快速读取调用,起到了在计算机和数字系统中暂时存储程序、数据和中间结果的作用。
2、RAM进一步划分
(1)静态随机存储器(SRAM,Static Random-Access Memory),所谓“静态”是指这种存储器只要保持通电,里面储存的数据就可以恒常保持,即SRAM是不需要刷新电路,就能保存它内部存储的数据。SRAM速度非常快,但价格相对比较贵,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。
(2)动态随机存储器(DRAM,Dynamic Random Access Memory)指的是里面所储存的数据需要周期性地更新,每隔一段时间,要刷新充电一次,否则内部的数据就会消失。其速度比SRAM慢,不过比任何的ROM(下面会介绍)都要快,但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多,计算机内存一般就用DRAM的。DRAM也可分为很多种,常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM,WRAM等等。
两者对比:
SRAM具有较高的性能,但是SRAM也有它的缺点,即它的集成度较低,功耗较DRAM要大,相同容量的DRAM内存可以设计为较小的体积,但是SRAM却需要很大的体积,同样面积的硅片可以做出更大容量的DRAM,因此SRAM比DRAM要贵。具体些,与SRAM相比,DRAM的结构简单,每一个比特的数据都只需一个电容跟一个晶体管来处理,相比之下在SRAM上一个比特通常需要六个晶体管。正因为这个缘故,DRAM拥有非常高的密度,单位体积的容量较高,成本低一些,但DRAM访问速度比SRAM慢。
二、非易失性数据存储器
1、概述
其英文为non-volatile memory,是指当把电流关掉后,所存储的数据不会消失的数据存储器。
2、进一步划分
(1)ROM
叫只读存储器(ROM,Read-Only Memory)以非破坏性读出方式工作,只能读出无法写入信息,信息一旦写入后就固定下来,即使切断电源,信息也不会丢失,所以又称为固定存储器。ROM所存数据通常是装入整机前写入的,整机工作过程中只能读出,不像随机存储器能快速方便地改写所存储的数据内容。ROM所存储的数据稳定 ,断电后所存数据也不会改变,并且结构较简单,使用方便,因而常用于存储各种固定的程序、数据,指令等。ROM又可划分为掩膜型ROM、MASK ROM、PROM、EPROM、EEROM、Flash ROM、EAROM、OTPROM,EEPROM等,这些类型层次关系暂不介绍。
(2)Flash
Flash闪存属于非易失存储器,是一种可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程,并允许在操作中被多次擦写的存储器。任何Flash器件的写入操作只能在空的或已擦除的单元内进行。Flash又可以分为:
a、NOR Flash
b、NAND Flash
两者对比:
NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。由于擦除NOR器件主要是以64~128KB的块进行的,执行一个擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件主要是以8~32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NAND之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作在基于NOR的单元中进行。所以总结:
NOR读速度比NAND稍快一些;
NAND的写入速度比NOR快很多;
NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快;
大多数写入操作需要先进行擦除操作;
NAND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。
此外NAND的实际应用方式要比NOR复杂的多,NOR可以直接使用,并可在上面直接运行代码,而NAND需要I/O接口,因此使用时需要驱动程序。不过当今流行的操作系统对NAND结构的Flash都有支持,Linux内核也提供了对NAND结构的Flash的支持。
NOR Flash一般用在代码存储的场合,如嵌入式控制器内部的程序存储空间,而NAND Flash一般用于SSD硬盘、U盘,存储卡等。
(3)3D XPoint™ 存储器
它将原本平面化的NAND Flash结构变成了立体结构,在立体结构中存储数据,容量将不再单纯受芯片平面面积大小的影响,同样的芯片面积上可以容纳更大的数据吞吐量。同时与NAND相比3D XPoint拥有更加出色的性能和耐久,价格方面也处在DRAM和NAND之间。如果说每一个单位的NAND Flash就是一栋平房,那么3D XPoint可以说是直接在地基上建造的摩天大楼。3D XPoint™可以说是自NAND推出以来最具突破性的一项存储技术,也被看作是存储产业的一个颠覆者。3D XPoint拥有与NAND类似的容量以及接近DRAM的性能,该技术可以广泛应用在游戏、媒体、金融等领域,未来具有广阔的应用前景。
(4)机械硬盘
机械硬盘HDD是非易失性存储器最典型的代表,大家都比较熟悉了。
(5)光盘和软盘
软盘已经消失了,光盘在一定领域还是有一定的需求的,技术也有一些发展,比如蓝光光碟等。