之前对存储器做过简单的汇总，参考这篇文章：

计算机/微机存储技术_路溪非溪的博客-CSDN博客

这次，我们从数字集成电路的角度再次补充学习一下存储器的知识。

定义和分类

从这里面我们能知道一些关键词。

存储介质主要是半导体器件和磁性材料。

磁性材料因为有NS极性，可以表示两种状态，因此可以用来存储二进制数，比如早期的磁盘；

半导体器件通常分为双稳态电路或者CMOS晶体管，双稳态电路能保存0和1两种状态，CMOS晶体管有通和断两种状态，因此都可以用来表示和存储二进制数据或者程序。

存储元指的是存储的二进制位数，存储单元指的是一次最小可以读取的数据块。

比如8位二进制数，我们最少一次可以读写一个字节。

分类如下：

易失性，顾名思义就是说容易丢失；非易失性，就是说不容易丢失；

我们重点看下主流的半导体存储器：

ROM

ROM和RAM是很早期的概念了，沿用至今，存储器也一直在更新换代，现在的ROM也已经能读写了，但是因为历史原因，这个概念一直在使用，我们要知道的是，到了这个时代，不要以为ROM就真的只能读不能写。

Flash，闪存，就强调一个快。

RAM

双极型就是指以三极管为主要存储单元。

现在MOS型是主流。

计算机中主要的几种存储器类型

比如L1 L2常指一级缓存、二级缓存。

主存指的是内存；

像硬盘、Flash这些都属于外存。

顺序存储

顺序存储器SAM并不是说是一种RAM或者一种ROM，更多的是指一种存储方式，一种存储原理，在有些地方比如单片机里的有些寄存器就用到了这样的存储结构。

在存取信息时，只能按存储单元的位置，顺序地一个接一个地进行存取的存储器。最典型的是磁带存储器。

了解即可，现在很少听到这种说法了。

这里有个FIFO和FILO的概念可以了解下。

描述了存和取的两种方式。

另外，这个移位寄存器的原理也可以学习下。

比如：

1位

多位

可实现并行输入和并行输出。

这里更多的是了解一种存储方式，而不是某种存储介质。

ROM

注意，不能写入数据是针对早期的ROM来说的。

ROM的工作原理基本如下所示：

我们指定一串地址码，对应的存储器里有地址译码器；

控制逻辑控制数据的读和写。

等等。

比如早期由二极管组成的ROM

现在基本都是使用MOS了

核心原理无非就是晶体管的导通和关断，以此来识别是1还是0

根据地址选中“字线”，然后从“位线”上将数据读出去，就和行列阵差不多。

PROM

PROM是早期的一种只读存储器，而且，只能写入一次。

PROM内部是通过熔丝来记录二进制状态的，编程时需要加约20V的高电压。

当熔丝保持连接的时候，读出来的就是高电平，也就是1，当熔丝熔断，读出来的就是0

新的PROM全是1，我们编程时将需要变成0的地方给熔断。

由此可见，这种就是一次性的。

这是三四十年前的产品了，当时编程还需要专门的高压编程器。

了解即可。

EPROM

PROM只能读，不能写，是一次性的存储产品。

随着技术的发展，出现了可改写的只读存储器EPROM。

EPROM可以擦除原来的信息，然后再写入新的信息。

不过，那时候的擦除比较麻烦，需要用紫外灯照射大概几十分钟，才能将里面的数据给擦除。编程的时候也是使用的高压编程器。

中间的透明区域就是照紫光灯的地方。

现在已经被淘汰了。

它存储的时候是通过层叠栅MOS管的浮栅来实现的，如下所示：

这里提一下，我们常说的几纳米工艺，这里的几纳米几纳米就是指的MOS管中间的沟道距离。

写入的时候是通过给MOS管栅极和漏极加高电压，然后将沟道的电子给引入浮栅之中，从而形成封锁，因为周围是二氧化硅绝缘层，断电之后电子就可以保存在浮栅之中很长时间。

擦除的时候，是通过照射紫外灯，浮栅中的电子在强光的照射下获得能量，然后逃逸出去回到原来的位置。

新的EPROM默认读出来都是1，此时浮栅中还没有电子，处于1状态。

当写入0之后，浮栅中就有电子了，读出来也就是0了。

写入数据的过程，实际就是注入电子的过程。

因此，EPROM有个特点，就是编程（加高压）时只能把1写成0，不能把0写成1，只有用紫外线照射时才能将0写成1，也就是释放电子。注意区分编程（写）、读和擦除。只有先擦除才能编程，因为不擦除就没法把0写成1，也就没法写入想要写入的数据。

EEPROM

到了EEPROM，又有了很大的改进。

擦除时只需要常规电压即可，约12V，编程时也是差不多的电压。

小插曲：我发现高低电平，最终都是通过各种控制方式接入地或者电源。

擦除过程，释放电子，恢复成1，如下：

编程过程，锁住电子，存入0，如下：

同样的，编程之前要擦除，和EPROM不同的是，EPROM只能整片整片地用紫外光擦除，EEPROM可以一位一位地用电擦除。

EEPROM现在用的还是蛮多的。

注意，有时候用单片机操作某个EEPROM时，只接入了3.3V或者5V电压，但是EEPROM明明是要用12V电压才能工作呀？这是因为EEPROM芯片内部集成了升压模块。

Flash

现在的嵌入式主流存储器，SD卡、U盘等都属于这种类型。

ROM一般都要先擦后写，只要写了，就随时能读。

擦和写才是存储的关键。

就是因为只能把1编程成0，而不能把0编程成1，所以必须要先擦除才能写。

每次擦除以块为单位。不过这几个缺点我们平时使用时看不到，因为有内部的控制器帮我们处理掉了，比如读写干扰就通过校验给规避掉了。所以为什么新买的SD卡或者TF卡一般都要先格式化一次呢，那就是整片擦除。

Flash一般只用常规电压来驱动即可，比如3.3V、5V等。

擦写的核心原理也是电子的存储和释放。

NOR FLASH，内部是或非门的结构not or

这里说的数据线和地址线指的是内部的结构组成，不是外部引脚的接线。

NAND FLASH，内部是与非门的结构，not and

仅供参考，具体以芯片手册为准。

RAM

一般分为SRAM和DRAM

SRAM

静态存储器SRAM内部由双稳态电路（锁存器）构成。

SRAM的最大特点就是“快”，缓存就是用SRAM来做的，CPU内部寄存器也是用SRAM来做的，总而言之，就是一个字：快、快、快、……

当然，电池没电了，数据还是会丢失。只是一种弥补，并非解决。

其实掉电丢失，很多时候就需要这样的特性，内存就是这样的，就相当于整个应用是个局部变量，每次开机后都会重新跑一遍程序，程序还是原来的状态，如果是保存起来的，反而麻烦，还得恢复到新的状态。只保留一些必要的信息，其他信息每次开机都是稳定的流程。

因为使用了锁存器，所以不需要擦除就能写，但换来的就是掉电之后锁存器的状态就丢失了，也就是SRAM的数据就丢失了。因为锁存器需要电平才能正常工作。

常规结构简略图如下：

仅供参考，具体以芯片手册为准。

用的器件较多，所以SRAM的成本还是蛮高的，可以看到实现1位数据的存储需要6个MOS管。

DRAM

动态存储器DRAM相比SRAM速度没那么快，但是成本比SRAM要低。

为什么DRAM速度没那么快呢？因为DRAM需要定时刷新。

MOS管的分布电容，里面的电荷存储时间是有限的，所以为了避免电荷释放掉，就需要定时刷新。如果不刷新，电容电量就没了，数据状态也就改变了。

现在电脑的内存DDR就是使用DRAM来做的。

SRAM实现一位数据的保存需要6个管子，而DRAM只需要1个，多的也只需要3个。

图中的电容Cs就是用来存储0和1的。

电容有电就是1，电容没电了就是0。

一般20ms左右就需要刷新一次。

3管的示例：

这里的电容C就是MOS管分布电容。

了解即可。

更多详细内容查阅相关资料。

大容量DRAM中单管的用的比较多。

可以看到上面有个专门的刷新电路。