嵌入式之存储基本知识

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嵌入式之存储基本知识


嵌入式之存储基本知识

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  • 一、RAM与ROM
  • 二、DRAM和SRAM
  • 三、SDRAM(DRAM的一种)
  • 四、DDR


一、RAM与ROM

RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器)是两种不同类型的计算机存储器,它们在构造、功能、数据持久性和用途上有显著区别:

RAM(随机存取存储器)
RAM是一种易失性存储器,意味着当电源关闭时,存储在其中的数据会丢失,RAM提供非常快的读写速度,这对于运行程序和处理数据至关重要,因为它允许CPU迅速获取和修改数据。
RAM被分为两大类:
DRAM(Dynamic Random Access Memory,动态随机存取存储器):这是基于电容存储电荷原理的存储器,需要定期刷新来保持数据。SDRAM是DRAM的一种,引入了同步时钟信号来协调内存控制器和内存模块之间的数据传输,提高了数据传输速率和效率。
SRAM(Static Random Access Memory,静态随机存取存储器):与DRAM不同,SRAM使用晶体管来维持数据状态,不需要刷新即可保持数据。这使得SRAM更快,但同时也更昂贵且在相同空间下能提供的容量较小。

ROM(只读存储器)
ROM是固态存储器,其特点是即使在没有电力供应的情况下也能保持存储的数据。
传统上,ROM的内容在制造时就被固定下来,用户无法修改。然而,现代的ROM变体(如PROM、EPROM、EEPROM和Flash ROM)允许一定程度的编程和重新编程。

可以大致理解RAM为内存,ROM为硬盘


二、DRAM和SRAM

DRAM(Dynamic Random Access Memory,动态随机存取存储器)
SRAM(Static Random Access Memory,静态随机存取存储器)

DRAM的特点包括:
存储机制:DRAM利用一个电容和一个晶体管来存储每位数据。电容上的电荷水平表示1或0,但电容会逐渐放电,因此需要定期刷新来维持数据的完整性。
密度与成本:由于每个存储单元的结构较为简单,DRAM可以在给定面积上集成更多的存储位,因此提供了更高的存储密度和更低的成本,适用于需要大量内存的场景,如计算机的主内存。
速度:相比SRAM,DRAM的访问速度较慢,因为它需要进行刷新操作,并且数据读取前可能需要预充电等步骤。
功耗:虽然DRAM需要刷新操作,但其整体功耗通常低于SRAM,特别是在大规模应用时。

SRAM的特点包括:
存储机制:SRAM使用多个晶体管(通常是六个)构成一个触发器来存储每个比特,无需刷新即可保持数据状态,因为这种结构能维持两种稳定的状态,分别对应二进制的0和1。
速度:由于不需要刷新过程,SRAM提供更快的读写速度,延迟时间短,适用于高速缓存和需要即时数据访问的场合。
密度与成本:SRAM的每个存储单元占用的硬件资源更多,导致相同容量下体积更大、成本更高。
功耗:SRAM的功耗相对较高,因为它需要持续为更多的晶体管供电来维持数据状态。

应用场景:
DRAM:广泛应用于个人电脑、服务器、移动设备和游戏机的主内存(如由SDRAM发展而来的DDR4, DDR5)。
SRAM:常见于CPU缓存(L1、L2、L3缓存)、高性能路由器、网络设备以及需要高速数据处理的专用集成电路中。


三、SDRAM(DRAM的一种)

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存取存储器)

SDRAM是DRAM的一种,引入了同步时钟信号来协调内存控制器和内存模块之间的数据传输,提高了数据传输速率和效率。

SDRAM成为后来个人计算机和其他电子设备主内存的标准,随着技术演进,发展出了DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)、DDR2、DDR3、DDR4及DDR5等,每一代都带来了更高的数据传输速率和改进的性能。


四、DDR

DDR,全称为Double Data Rate SDRAM(双倍数据率同步动态随机存取存储器),是一种内存技术,相较于其前辈SDRAM(单数据率同步动态随机存取存储器),DDR内存能够在每个时钟周期的上升沿和下降沿各传输一次数据,从而实现了数据传输速率的翻倍,这也是其名称中“双倍数据率”的由来。

DDR内存的关键特点包括:
高速传输:通过在时钟信号的上升沿和下降沿同时传输数据,DDR内存能在不增加时钟频率的情况下,使数据传输速度达到SDRAM的两倍。
物理差异:DDR内存DIMM(双列直插内存模块)与SDRAM DIMM在物理上有所不同,DDR内存应用184针脚,而SDRAM为168针脚,因此DDR内存不向后兼容SDRAM插槽。
能耗与散热:尽管传输速率提高,DDR内存设计时也注重了能效,力求在提高性能的同时控制能耗和发热。
发展迭代:DDR技术自推出后经历了多次迭代,包括DDR2、DDR3、DDR4乃至最新的DDR5,每一代都在传输速率、容量、能效等方面有所提升。

DDR内存技术的引入,极大地推动了计算机系统性能的提升,尤其是在多任务处理、图形处理、高速数据传输等方面,成为了现代计算机系统不可或缺的组成部分。


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