不同類別存儲(chǔ)器基本原理

來源：宇芯有限公司 日期：2020-06-18 10:57:24

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存儲(chǔ)器是用來存儲(chǔ)程序和各種數(shù)據(jù)信息的記憶部件。存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱主存或內(nèi)存)和輔助存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱輔存或外存)兩大類。和CPU直接交換信息的是主存。主存的工作方式是按存儲(chǔ)單元的地址存放或讀取各類信息，統(tǒng)稱訪問存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器可分成內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。內(nèi)存儲(chǔ)器在程序執(zhí)行期間被計(jì)算機(jī)頻繁地使用，并且在一個(gè)指令周期期間是可直接訪問的。外存儲(chǔ)器要求計(jì)算機(jī)從一個(gè)外貯藏裝置例如磁帶或磁盤中讀取信息。

存儲(chǔ)器分為易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器。易失性存儲(chǔ)器分SRAM和DRAM；非易失性存儲(chǔ)器以Nor-flash和Nand-flash為典型代表。

DRAM

DRAM cell結(jié)構(gòu)由1個(gè)MOS和1個(gè)電容組成，由電容是否帶電荷來區(qū)分0和1。不過，由于電容漏電流的原因，DRAM無法長(zhǎng)時(shí)間保存數(shù)據(jù)，需要“動(dòng)態(tài)”刷新（刷新周期在亞ms級(jí)別）。
 

 

 

SRAM

SRAM cell有多種不同結(jié)構(gòu)，下圖為6個(gè)MOS組成的SRAM cell。M1/M2、M3/M4分別為2個(gè)反相器，在供電情形下可以鎖住0/1信息，不需動(dòng)態(tài)刷新。
 

 

 

Flash

不管是Nor-flash還是Nand Flash，單位cell的結(jié)構(gòu)都類似如下，為雙gate的MOS結(jié)構(gòu)。中間一層floating gate無漏電存在，可以保存住電荷而實(shí)現(xiàn)非易失。
 

 

 
Floating gate上電荷轉(zhuǎn)移需要外加電壓實(shí)現(xiàn)。在Control gate和溝道之間施加的反向電壓可以去除電荷，也即擦除erase操作。在Control gate和溝道或source 之間施加正向電壓可以將電荷轉(zhuǎn)移到floating gate上。
 

 

 

NOR FLASH的結(jié)構(gòu)和特性

通過NOR FLASH的結(jié)構(gòu)原理圖，可見每個(gè)Bit Line下的基本存儲(chǔ)單元是并聯(lián)的，當(dāng)某個(gè)Word Line被選中后，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該Word的讀取，也就是可以實(shí)現(xiàn)位讀?。碦andom Access），且具有較高的讀取速率。
 

 

 
 

 

 
（1）基本存儲(chǔ)單元的并聯(lián)結(jié)構(gòu)決定了金屬導(dǎo)線占用很大的面積，因此NOR　FLASH的存儲(chǔ)密度較低，無法適用于需要大容量存儲(chǔ)的應(yīng)用場(chǎng)合，即適用于code-storage，不適用于data-storage。
（2）基本存儲(chǔ)單元的并聯(lián)結(jié)構(gòu)決定了NOR FLASH具有存儲(chǔ)單元可獨(dú)立尋址且讀取效率高的特性，因此適用于code-storage，且程序可以直接在NOR 中運(yùn)行（即具有RAM的特性）。
（3）NOR FLASH寫入采用了熱電子注入方式，效率較低，因此NOR寫入速率較低，不適用于頻繁擦除/寫入場(chǎng)合。

NAND FLASH的結(jié)構(gòu)和特性

通過NAND FLASH的結(jié)構(gòu)原理圖，可見每個(gè)Bit Line下的基本存儲(chǔ)單元是串聯(lián)的，NAND讀取數(shù)據(jù)的單位是Page，當(dāng)需要讀取某個(gè)Page時(shí)，F(xiàn)LASH 控制器就不在這個(gè)Page的Word Line施加電壓，而對(duì)其他所有Page的Word Line施加電壓（電壓值不能改變Floating Gate中電荷數(shù)量），讓這些Page的所有基本存儲(chǔ)單元的D和S導(dǎo)通，而我們要讀取的Page的基本存儲(chǔ)單元的D和S的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)則取決于Floating Gate是否有電荷，有電荷時(shí)，Bit Line讀出‘0’，無電荷Bit Line讀出‘1’，實(shí)現(xiàn)了Page數(shù)據(jù)的讀出，可見NAND無法實(shí)現(xiàn)位讀取（即Random Access），程序代碼也就無法在NAND上運(yùn)行。
 

 

 
 

 

 
基本存儲(chǔ)單元的串聯(lián)結(jié)構(gòu)減少了金屬導(dǎo)線占用的面積，Die的利用率很高，因此NAND FLASH存儲(chǔ)密度高，單bit成本低。適用于需要大容量存儲(chǔ)的應(yīng)用場(chǎng)合，即適用于data-storage。

不同類別存儲(chǔ)器在PC系統(tǒng)中的位置

 

 

從單bit成本來看：NAND<NOR<DRAM<SRAM
 

從讀取速度來看：NAND<NOR<DRAM<SRAM

關(guān)鍵詞：SRAM   

相關(guān)文章：串口SRAM和并口SRAM的區(qū)別

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