不同類別存儲器基本原理

来源:https://www.cnblogs.com/wridy/archive/2020/06/19/13163193.html
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存儲器是用來存儲程式和各種數據信息的記憶部件。存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或記憶體)和輔助存儲器(簡稱輔存或外存)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單元的地址存放或讀取各類信息,統稱訪問存儲器。電腦的存儲器可分成記憶體儲器和外存儲器。記憶體儲器在程式執行期間被電腦頻繁地使用 ...


存儲器是用來存儲程式和各種數據信息的記憶部件。存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或記憶體)和輔助存儲器(簡稱輔存或外存)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單元的地址存放或讀取各類信息,統稱訪問存儲器。電腦的存儲器可分成記憶體儲器和外存儲器。記憶體儲器在程式執行期間被電腦頻繁地使用,並且在一個指令周期期間是可直接訪問的。外存儲器要求電腦從一個外貯藏裝置例如磁帶或磁碟中讀取信息。

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

DRAM

DRAM cell結構由1個MOS和1個電容組成,由電容是否帶電荷來區分0和1。不過,由於電容漏電流的原因,DRAM無法長時間保存數據,需要“動態”刷新(刷新周期在亞ms級別)。
 

 

 

SRAM

SRAM cell有多種不同結構,下圖為6個MOS組成的SRAM cell。M1/M2、M3/M4分別為2個反相器,在供電情形下可以鎖住0/1信息,不需動態刷新。
 

 

 

Flash

不管是Nor-flash還是Nand Flash,單位cell的結構都類似如下,為雙gate的MOS結構。中間一層floating gate無漏電存在,可以保存住電荷而實現非易失。
 

 

 
Floating gate上電荷轉移需要外加電壓實現。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移到floating gate上。
 

 

 

NOR FLASH的結構和特性

通過NOR FLASH的結構原理圖,可見每個Bit Line下的基本存儲單元是並聯的,當某個Word Line被選中後,就可以實現對該Word的讀取,也就是可以實現位讀取(即Random Access),且具有較高的讀取速率。
 

 

 
 

 

 
(1)基本存儲單元的並聯結構決定了金屬導線占用很大的面積,因此NOR FLASH的存儲密度較低,無法適用於需要大容量存儲的應用場合,即適用於code-storage,不適用於data-storage。
(2)基本存儲單元的並聯結構決定了NOR FLASH具有存儲單元可獨立定址且讀取效率高的特性,因此適用於code-storage,且程式可以直接在NOR 中運行(即具有RAM的特性)。
(3)NOR FLASH寫入採用了熱電子註入方式,效率較低,因此NOR寫入速率較低,不適用於頻繁擦除/寫入場合。

NAND FLASH的結構和特性

通過NAND FLASH的結構原理圖,可見每個Bit Line下的基本存儲單元是串聯的,NAND讀取數據的單位是Page,當需要讀取某個Page時,FLASH 控制器就不在這個Page的Word Line施加電壓,而對其他所有Page的Word Line施加電壓(電壓值不能改變Floating Gate中電荷數量),讓這些Page的所有基本存儲單元的D和S導通,而我們要讀取的Page的基本存儲單元的D和S的導通/關斷狀態則取決於Floating Gate是否有電荷,有電荷時,Bit Line讀出‘0’,無電荷Bit Line讀出‘1’,實現了Page數據的讀出,可見NAND無法實現位讀取(即Random Access),程式代碼也就無法在NAND上運行。
 

 

 
 

 

 
基本存儲單元的串聯結構減少了金屬導線占用的面積,Die的利用率很高,因此NAND FLASH存儲密度高,單bit成本低。適用於需要大容量存儲的應用場合,即適用於data-storage。

不同類別存儲器在PC系統中的位置

 

 

從單bit成本來看:NAND<NOR<DRAM<SRAM 從讀取速度來看:NAND<NOR<DRAM<SRAM
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