所有使用者对“存储器”这个名词可是一点都不陌生，因为所有的电子产品都必须用到存储器，且通常用到不只一种存储器。不过对于存储器种类、规格与形式，很多人容易搞混。比如，最近价格贵到炸的 NAND Flash，产业新闻里常常提到的DRAM，还有SRAM、SDRAM、DDR 3、DDR 4、NOR Flash … 这些又是什么？

百度百科这样介绍：

存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存，港台称之为记忆体）。外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。

存储器的单元

存储器的“单元”（Cell）是指用来存取资料的最小结构，如果含有一个晶体管（Transistor）与一个电容（Capacitor）则称为“1T1C”；如果含有一个晶体管（Transistor）与一个电阻（Resistor）则称为“1T1R”；如果含有一个二极体（Diode）与一个电阻（Resistor）则称为“1D1R”。

存储器的每个“单元”不一定只能储存 1 个位的资料，由于我们对存储器容量的要求越来越高，每个“单元”能储存的资料越来越多，依照每个“单元”能储存的资料位数又分为：单层单元（Single-Level Cell，SLC）、多层单元（Multi-Level Cell，MLC）、三层单元（Triple-Level Cell，TLC）、四层单元（Quad-Level Cell，QLC）等。

存储器层次结构（Memory hierarchy）

要了解电子产品的各种存储器配置，就必须先介绍“存储器层次结构”（Memory hierarchy）观念。存储器层次结构是指如何将储存容量不同、运算速度不同、单位价格不同的多种存储器妥善分配，才能达到最大的经济效益，使产品的运算速度合理、储存容量合理、产品价格合理。

图二为存储器阶层示意图，由上而下依序为暂存器、快取存储器、主存储器、辅助存储器：

暂存器（Register，也译为寄存器）：在处理器内，用来设定处理器的功能，主要是“暂时储存”设定值的地方。

快取存储器（Cache memory，翻译版本有缓存，快取缓存区，快取存储器；台湾翻译为快取。）：在处理器内，执行程序时“暂时储存”程序与资料的地方，通常以 SRAM 制作。

主存储器（Main memory）：在处理器外，“暂时储存”程序与资料的地方，通常以 DRAM 制作，目前已经改良成 SDRAM 或 DDR。

辅助存储器（Assistant memory）：在处理器外，“永久储存”程序与资料的地方，包括：快闪存储器、磁盘机、光盘机、磁带机等。

不同种类的存储器分别有不同的储存容量、工作速度、单位价格：

储存容量：辅助存储器（GB）> 主存储器（MB）> 快取存储器（KB）> 暂存器（B）。

工作速度：辅助存储器（1ms）< 主存储器（10ns）< 快取存储器（1ns）< 暂存器（1ns）。

单位价格：辅助存储器 < 主存储器 < 快取存储器 < 暂存器。

▲ 图一：存储器阶层示意图。

上述这些存储器按速度来讲，CPU里面的Register > Cache > 内存 > 硬盘。越上层（越靠近 CPU），速度就越快、价格越高、容量越低。

存储器的分类

按是否易失，可将存储器分为：

易失性存储器（Volatile Memory，VM）：电源开启时资料存在，电源关闭则资料立刻流失（资料挥发掉），例如：SRAM、DRAM、SDRAM、DDR-SDRAM 等。

非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM）：电源开启时资料存在，电源关闭资料仍然可以保留，例如：ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash ROM、FRAM、MRAM、RRAM、PCRAM 等。

▲ 图二：存储器的分类。

RAM

RAM有两大类，一种称为静态RAM（Static RAM/SRAM），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），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、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等，这里介绍其中的一种DDR RAM。

DDR RAM（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。在很多高端的显卡上，也配备了高速DDR RAM来提高带宽，这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。

ROM

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。

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，它用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码，或者直接当硬盘使用（U盘）。Flash ROM是利用浮置栅上的电容存储电荷来保存信息，因为浮置栅不会漏电，所以断电后信息仍然可以保存。也由于其机构简单所以集成度可以做的很高，容量可以很大

NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。

	接口	读写单位	组成结构	擦写单位
NOR FLASH	地址、数据总线分开	字节	字节、扇区	扇区
NAND FLASH	地址、数据总线共用	页	块、页	块

 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，是高数据存储密度的理想解决方案

NOR的特点是应用简单、无需专门的接口电路、传输效率高，它是属于芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在（NOR型）flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NOR flash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。NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分。

NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于nand flash的管理需要特殊的系统接口。

 

 

存储器技术的应用

主流缓存：SRAM

主流内存：DRAM（DDR-SDRAM，SDRAM）

主流硬盘：FLASH

由于快取存储器（SRAM）与主存储器（SDRAM、DDR）是执行程序用来“暂时储存”程序与资料的地方，与处理器内的运算单位直接使用汇流排（Bus）连接，一般都是用“位”（bit）来计算容量；而辅助存储器是“永久储存”程序与资料的地方，由于一个位组（Byte）可以储存一个半型字，因此一般都是用“位组”（Byte）来计算容量。

▲ 图三：手机主要芯片的系统方块图（System block diagram）。

内存

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。

DRAM利用MOS管的栅电容上的电荷来存储信息，一旦掉电信息会全部的丢失，由于栅极会漏电，所以每隔一定的时间就需要一个刷新机构给这些栅电容补充电荷，并且每读出一次数据之后也需要补充电荷，这个就叫动态刷新，所以称其为动态随机存储器。由于它只使用一个MOS管来存信息，所以集成度可以很高，容量能够做的很大。SDRAM比它多了一个与CPU时钟同步。

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。