STM32F429入门（十九）：ROM RAM SRAM FLASH

存储器是计算机结构的重要组成部分。存储器是用来存储程序代码和数据的部件，有了存储器计算机才具有记忆功能。

一、存储器的种类

存储器按其存储介质特性主要分为“易失性存储器”和“非易失性存储器”两大类。其中的“易失/非易失”是指存储器断电后，它存储的数据内容是否会丢失的特性。由于一般易失性存储器存取速度快，而非易失性存储器可长期保存数据，它们都在计算机中占据着重要角色。在计算机中易失性存储器最典型的代表是内存，非易失性存储器的代表则是硬盘。

易失性存储器可以理解为是我们电脑的内存条（一般都是DRAM，再嵌入式用的是SRAM），非易失性存储器可以理解为是电脑中的机械硬盘，他们传输的速率是有着很大的区别的。再优秀的CPU也不可能一直在等着机械硬盘的传输完成，所以我们需要内存条相互协调。

二、RAM（Random Access Memory）

随机存储器，所谓―随机存取，指的是当存储器中的消息被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。根据 RAM 的存储机制，又分为动态随机存储器 DRAM(Dynamic RAM)以及静态随机存储器 SRAM(Static RAM)两种。

（1）DRAM的存储单元结构——使用电容的电荷来表示数据

电容本身具有放电特性，所以DRAM有个功能，会定时充电，维持正确数据。动态随机存储器 DRAM 的存储单元以电容的电荷来表示数据，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，因此它需要定期刷新操作，这就是“动态(Dynamic)”一词所形容的特性。

刷新操作会对电容进行检查，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，藉此来保证数据的正确性。

SDRAM(Synchronous DRAM)：根据DRAM的通讯方式，又分为同步和异步两种，这两种方式根据通讯时是否需要使用时钟信号来区分。比如下面的利用时钟同步的通讯时序，它在时钟的上升沿表示有效数据。这种通讯速度更快。

DDR SRAM(Double Data Rate SDRAM)：

这是为了进一步提高SDRAM的通讯速度所设计的。它的存储特性与 SDRAM 没有区别，但 SDRAM 只在上升沿表示有效数据，在 1 个时钟周期内，只能表示 1 个有数据；而 DDR SDRAM 在时钟的上升沿及下降沿各表示一个数据，也就是说在 1 个时钟周期内可以表示 2 数据，在时钟频率同样的情况下，提高了一倍的速度。至于 DDRII 和 DDRIII，们的通讯方式并没有区别，主要是通讯同步时钟的频率提高了。当前个人计算机常用的内存条是 DDRIII SDRAM 存储器，在一个内存条上包含多个 DDRIII SDRAM 芯片。

种类	特点
普通SDRAM	在上升沿时同步数据
DDRII SDRAM	在上升沿及下降沿都同步数据，时钟极限频率800MHz
DDRIII SDRAM	在上升沿及下降沿都同步数据，时钟极限频率1600MHz

（2）SRAM的存储单元结构——以锁存器来存储数据

这种电路结构不需要定时刷新充电，就能保持状态(当然，如果断电了，数据还是会丢失的)，所以这种存储器被称为“静态(Static)”RAM。

SRAM 根据其通讯方式也分为同步(SSRAM)和异步 SRAM，相对来说，异步 SDRAM 用得较多。

综上，我们可以对DRAM和SRAM进行对比：

对比 DRAM 与 SRAM 的结构，可知 DRAM 的结构简单得多，所以生产相同容量的存储器，DRAM 的成本要更低，且集成度更高。而 DRAM 中的电容结构则决定了它的存取速度不如 SRAM。

所以在实际应用场合中，SRAM一般只用于CPU内部的高速缓存（Cache），而外部扩展的内存一般用DRAM。

同步与异步存储器：（根据有无时钟线划分）

同步方式：

异步方式：

三、ROM（Read Only Memory）

种类	特性
MASK ROM	出厂时固化，不可修改
OTPROM	用户可写入一次，之后不可修改
EPROM	可重复擦写，需要使用专用紫外线照射设备擦除
EEPROM	可重复擦写，电擦除，使用方便

四、FLASH

FLASH 存储器又称为闪存，它也是可重复擦写的储器。它的容量一般比 EEPROM 大得多，且在擦除时，一般以多个字节为单位。如有的 FLASH 存储器以 4096 个字节为扇区，最小的擦除单位为一个扇区。根据存储单元电路的不同，FLASH 存储器又分为 NOR FLASH 和 NAND FLASH。FLASH在写入新数据之前，必须先将原来的数据擦除，这一点跟硬盘不相同，它需要将此块的数据全都置1，之后我们再写入数据0。

NOR FLASH与NAND FLASH的对比：

我们平时讲的手机内存，256GB等概念，都在说的是NAND FLASH。

NOR 与 NAND 的共性是在数据写入前都需要有擦除操作，而擦除操作一般是以“扇区/块”为单位的。而 NOR 与 NAND 特性的差别，主要是由于其内部“地址/数据线”是否分开导致的。

为了区分上面的两大FLASH，我们首先来了解一下什么是XIP：

XIP就是WINCE XIP KERNEL（立即执行特性），是CE核心部分，XIP是为eXecute In Place的缩写，在微软的CE定义中，这块区域存放的是以非压缩格式存放，不需加载，由Bootloader直接调用执行。

在嵌入式中，我们可以说是芯片内执行，指应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。也就是nor flash不需要初始化，就可以直接在flash里面执行代码。这里面所说的并不是在存储器内执行，而是指CPU的取值模块可以直接nor flash中把指令取出来，供后面的译码和执行模块使用。

NAND FLASH器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。它的时序比较复杂，所以一般CPU最好集成NAND控制器。另外由于NAND FLASH没有挂接在地址总线上，如果想以它作为系统地启动盘，就需要CPU具有特殊的功能。

所以我们再来继续分析以上两种flash：

由于 NOR 的地址线和数据线分开，它可以按“字节”读写数据，符合 CPU 的指令译码执行要求，所以假如 NOR 上存储了代码指令，CPU 给 NOR 一个地址，NOR 就能向 CPU 返回一个数据让 CPU 执行，中间不需要额外的处理操作。而由于 NAND 的数据和地址线共用，只能按“块”来读写数据，假如 NAND 上存储了代码指令，CPU 给 NAND 地址后，它无法直接返回该地址的数据，所以不符合指令译码要求。

若代码存储在 NAND 上，可以把它先加载到 RAM 存储器上，再由 CPU 执行。所以在功能上可以认为 NOR 是一种断电后数据不丢失的 RAM，但它的擦除单位与 RAM 有区别，且读写速度比 RAM 要慢得多。

FLASH 的擦除次数都是有限的(现在普遍是 10 万次左右)，当它的使用接近寿命的时候，可能会出现写操作失败。由于 NAND 通常是整块擦写，块内有一位失效整个块就会失效，这被称为坏块，而且由于擦写过程复杂，从整体来说 NOR 块块更少，寿命更长。由于可能存在坏块，所以 FLASH 存储器需要“探测/错误更正(EDC/ECC)”算法来确保数据的正确性。

由于两种 FLASH 存储器特性的差异，NOR FLASH 一般应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 一般应用在大数据量存储的场合，包括 SD 卡、U 盘以及固态硬盘等，都是 NAND FLASH 类型的。

最后总结：

NOR FLASH:

能像RAM一样寻址：带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。
用户可以直接运行装在在NOR FLASH里面的代码：NOR Flash有自己的数据和地址总线，因此可采用类似RAM的随机访问。各单元之间是并联的，对存储单元进行统一编址（有独立地址线），所以可以随机访问任意一个字。

应用程序可以直接在NOR Flash内运行（应用程序的Code和RO段可以直接在NOR Flash上运行，只需要把RW段和ZI段拷贝到RAM中运行即可），不必再把代码读到系统RAM中去。

但NOR Flash不能像RAM以字节改写数据，只能按页依次写数据，故NOR Flash不能代替RAM。原文链接：详述NOR Flash和NAND Flash区别_御风而行的蚂蚁的博客-CSDN博客

有更快的读取速度，处理小数据量的io操作速度更快。
擦除即可整页擦除，也可以整块擦除。擦写次数是10万次，不适合频繁擦写：Flash檫写的次数都是有限的，Flash写入和擦除数据时会导致介质的氧化降解。不能对Flash的某个特定的区域反复进行擦写操作。
随机存储介质，适合做程序存储并XIP。
在1-4MB的小容量时具有很高的成本效益
可靠性相对性更高
存储密度较低

NAND FLASH：

有更快的写入和擦除速度：页是读写数据的最小单元（512B），块是擦除数据的最小单元（8kb）
NAND的擦鞋次数是100w次：通常NAND Flash的可擦写次数高于NOR Flash，但是由于NAND Flash通常是整块檫写，块内的页面中如果有一位失效整个快就会失效，而且由于擦写过程复杂，失败的概率相对较高，所以从整体上来说NOR Flash的寿命较长。
连续存储介质，适合做数据存储
容量较大，成本较低
可靠性相对较低
坏块随机分配，需要进行坏块管理：在NAND Flash中，由于坏块是随机分布的，因此需要进行扫描并将坏块打上标记。坏块的存在使得向NAND Flash写入信息需要相当的技巧，因为绝不能向坏块写入，这意味着在NAND Flash上自始自终都必须进行虚拟映射。
存储密度较高
使用NAND FLASH时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。

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