《嵌入式 - 嵌入式大杂烩》详解ROM和RAM

Posted 2021-09-29 Bruceoxl

内存是计算系统最重要的元素，因为没有它，计算机就无法执行简单的任务。计算机内存有两种基本类型 - 主内存（RAM 和 ROM）和辅助内存（硬盘驱动器、CD 等）。随机存取存储器 (RAM) 是主要的易失性存储器，只读存储器 (ROM) 是主要的非易失性存储器。

我相信，很多朋友都会把手机的运行内存、数据存储等混为一谈。

在智能手机还没普及时，手机中有个可移动的存储设备，它的名字就是‘TF’卡，当时也叫‘内存卡’。TF卡是用手机存储数据的，并不是手机的运行内存，这也导致了现在很多人都以为手机内存就是手机内部储存空间，特别是很多无良商家以此来混淆视听，更有甚者使用bit代替Byte于是4GB+512MB的存储组合就变成了32Gbit+4Gbit，无良厂商在低端机上宣传成“32G+4G超大内存”。

接下来，我们来详细了解ROM和RAM。

1只读存储器：ROM

ROM：只读存储器(Read Only Memory)，非易失性。它是一种只能读出事先所存的数据的固态半导体存储器。一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变。计算机中的ROM主要是用来存储一些系统信息，或者启动程序BIOS程序，这些都是非常重要的，只可以读一般不能修改，断电也不会消失。

计算机存储器在其上数据已被预先记录。一旦将数据写入ROM 芯片，就无法将其删除，只能读取。与主存储器（RAM）不同，即使计算机关闭，ROM也会保留其内容。ROM被称为非易失性，现在有很多非易失性存储器。由于历史原因，虽然ROM中有的类型可以读也可以写，但是整体上都被称为只读存储器（Read Only Memory）。ROM是以它们能够被重新编程（写）的次数和对它们进行重编程所用的机制来区分的。

当然啦，现在ROM也不仅仅是只读的了，只是时代在发展，ROM还叫ROM罢了。

至于为啥叫ROM，以单片机为例，我们把事先准备好的固件烧录到Flash中，如果不在重新烧写固件，然后就不能修改了。不管用户怎么重新启动，怎么运用，都不会影响到固件。也就是说，固件是不可被写入的 ，因此叫做“只读储存器”。对于手机来讲也是这样子，内部储存中有一部分空间用于存放系统软件，不管你怎么运用也不会把系统软件用坏了。这一部分也可以理解为“只读储存器”。

实际运用的时候会把 内置储存和Flash分成两个部分，一块可以被写入，一块不能被写入 。可以被写入的地方用来储存通讯录、照片、音乐、APP之类的，不可被写入的地方用来存放操作系统的软件。
手机的ROM，从最早的NOR Flash发展到NAND Flash，现在的智能手机几乎全都是eMMC了(和TF卡是一个东西)。单片机的Flash还是维持在小容量的NOR Flash。

为了便于使用和大批量生产，进一步发展出了可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）。EPROM需要用紫外线长时间照射才能擦除，使用很不方便。1980s又出现了电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），它克服了EPROM的不足，但是集成度不高、价格较贵。于是又发展出了一种新型的存储单元结构同EPROM类似的快闪存储器（FLASH MEMORY）。FLASH集成度高、功耗低、体积小，又能在线快速擦除，因而获得了快速发展。

因此，ROM进一步分为4种类型：PROM、EPROM、EEPROM和Flash。

PROM（Programmable ROM）：可编程ROM，只能被编程一次。

EPROM（Erasable Programmable ROM，EPROM）：可擦写可编程ROM，擦写可达1000次。

EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电子可擦除EPROM）：指带电可擦可编程只读存储器。是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。一般用在即插即用。

闪存（flash memmory）：基于EEPROM，也就是我们常说的Flash。它已经成为一种重要的存储技术。固态硬盘（SSD）、U盘等就是一种基于闪存的存储器。它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦出可编程（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，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）。它于EEPROM的最大区别是，FLASH按扇区（block）操作，而EEPROM按照字节操作。FLASH的电路结构较简单，同样容量占芯片面积较小，成本自然比EEPROM低，因此适合用于做程序存储器。

目前Flash主要有两种NOR Flash和NADN Flash。

• NOR Flash：NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样，用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码，这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。

• NADN Falsh：NAND Flash没有采取内存的随机读取技术，它的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，采用这种技术的Flash比较廉价。用户不能直接运行NAND Flash上的代码，因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外，还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。

一般小容量的存储用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，最常见的NAND FLASH应用是嵌入式系统采用的DOC（Disk On Chip）和我们通常用的“闪盘”，可以在线擦除。目前市面上的FLASH 主要来自Intel，AMD，Fujitsu和Toshiba，而生产NAND Flash的主要厂家有Samsung和Toshiba。

2随机访问存储器：RAM

RAM：随机访问存储器(Random Access Memory)，易失性。它是与CPU直接交换数据的内部存储器，它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介，凡是整个程序运行过程中，所用到的需要被改写的量（包括全局变量、局部变量、堆栈段等），都存储在RAM中。

当电源关闭时RAM不能保留数据。如果需要保存数据，就必须把它们写入一个长期的存储设备中（例如硬盘）。

RAM的随机储存器的“随机”是什么意思呢？现在的ROM，也能够“随机储存”，但是计算机刚发明的时候，是用纸带、磁带来当作ROM运用的，纸带和磁带绕成一卷，只能顺序读写，不是随机读写，不能想读哪里读哪里。因此才有了RAM的“随机储存”一说。

随机访问存储器分为两类：静态的和动态的。静态的RAM（SRAM）比动态RAM（DRAM）更快，但也贵很多。SRAM用来作为高速缓存存储器，既可以在CPU芯片上，也可以在片下。DRAM用来作为图形系统的帧缓冲区。

SRAM：SRAM存储器单元具有双稳态特性，只要有电，它就会永远的保持它的值（有点类似ROM易失性）。即使有干扰来扰乱电压，当干扰消除时，电路就会恢复到稳定值。它是为了增加内存的存取效能、提高CPU处理数据的效率而产生的。由于RAM的速度赶不上CPU的速度，为了解决这一冲突，利用Cache作为介质，先将有关程序的内容放入Cache中，CPU可以直接从Cache中读取数据，从而达到提高CPU的工作速度的目的。处理器的内部都包括高速缓冲存储器，一些主板也带有高速缓冲存储器。

SDRAM：即Synchronous DRAM（同步动态随机存储器），曾经是PC电脑上最为广泛应用的一种内存类型，即便在今天SDRAM仍旧还在市场占有一席之地。既然是“同步动态随机存储器”，那就代表着它的工作速度是与系统总线速度同步的。SDRAM内存又分为PC66、PC100、PC133等不同规格，而规格后面的数字就代表着该内存最大所能正常工作系统总线速度，比如PC100，那就说明此内存可以在系统总线为100MHz的电脑中同步工作。与系统总线速度同步，也就是与系统时钟同步，这样就避免了不必要的等待周期，减少数据存储时间。同步还使存储控制器知道在哪一个时钟脉冲期由数据请求使用，因此数据可在脉冲上升期便开始传输。SDRAM采用3.3伏工作电压，168Pin的DIMM接口，带宽为64位。SDRAM不仅应用在内存上，在显存上也较为常见。

DDR SDRAM：双倍数据速率同步 DRAM（Double Data-Rate Synchronous DRAM）。也就是我们常说的DDR内存。DDR内存是在SDRAM内存基础上发展而来的，仍然沿用SDRAM生产体系，因此对于内存厂商而言，只需对制造普通SDRAM的设备稍加改进，即可实现DDR内存的生产，可有效的降低成本。SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，因此称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率。与SDRAM相比：DDR运用了更先进的同步电路，使指定地址、数据的输送和输出主要步骤既独立执行，又保持与CPU完全同步；DDR使用了DLL(Delay Locked Loop，延时锁定回路提供一个数据滤波信号)技术，当数据有效时，存储控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据，每16次输出一次，并重新同步来自不同存储器模块的数据。DDL本质上不需要提高时钟频率就能加倍提高SDRAM的速度，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据，因而其速度是标准SDRAM的两倍。

从外形体积上DDR与SDRAM相比差别并不大，他们具有同样的尺寸和同样的针脚距离。但DDR为184针脚，比SDRAM多出了16个针脚，主要包含了新的控制、时钟、电源和接地等信号。DDR内存采用的是支持2.5V电压的SSTL2标准，而不是SDRAM使用的3.3V电压的LVTTL标准。

RAM 断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。现在手机中的RAM一般是由LPDDR担当，尤其是速度快功耗低的LPDDR4X在市面上的旗舰手机中占比较大。

RAM和ROM相比，两者的最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失，而ROM不会自动消失，可以长时间断电保存。在应用中，常规上ROM是用来存储固化程序的，RAM是用来存放数据的。由于FLASH ROM比普通的ROM读写速度快，擦写方便，一般用来存储用户程序和需要永久保存的数据。

最后还是来总结下吧。

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