常用存储器介绍

存储器按其存储介质特性主要分为两大类：易失性存储器和非易失性存储器。

易失性存储器：在断电后数据会丢失，如 RAM。

非易失性存储器：即使断电也能保留数据，如 ROM、Flash，以及一些新兴技术。

一、易失性存储器（RAM）

RAM（Random Access Memory）是易失性的半导体存储器，用于存储运行中的程序和数据。

1、动态随机存储器DRAM（Dynamic RAM）

动态随机存储器（DRAM） 是一种易失性存储器，采用电容存储数据（电容带电表示 1，不带电表示 0），需要定期刷新以维持数据完整性。由于其依赖时钟信号进行数据传输，因此通常被称为同步 DRAM（SDRAM），并常采用SDR（Single Data Rate）或DDR（Double Data Rate）模式。

2、静态随机存储器SRAM

SRAM 的存储单元通过锁存器保存数据，不需要刷新。它的访问速度比 DRAM 快，但存储密度较低，成本较高。通常用于 CPU 的高速缓存 或 内部数据存储。

两者对比如下表：

特性 DRAM SRAM

存取速度 较慢 较快

集成度 较高 较低

生产成本 较低 较高

是否需要刷新 是 否

应用 用于CPU内部的高速缓存(Cache) 外部存储

二、非易失性存储器（ROM）

ROM（Read Only Memory）是一种非易失性的半导体存储器，决定了存储的数据不会因为断电而丢失。尽管早期的 ROM 不能写入，但随着技术发展，现在一般包括多种可编程类型，如 EEPROM 和 Flash。

MASK ROM：出厂时通过工艺固化的数据，不可修改。

OTPROM（One-Time Programmable ROM）：一次性可编程，不可更改。

EPROM：需要紫外线擦除后可重新写入。

EEPROM：支持电擦除，可以重复擦写，适用于需要动态更新数据的场景。

特性 MASK ROM OTPRPM EPROM EEPROM

数据可写性 ❌ 不可写 ❌ 不可写 ✅ 可擦写 ✅ 可擦写

读写速度 ✅ 快 ✅ 快 ✅ 慢 ✅ 慢

集成度 ✅ 较低 ✅ 较低 ✅ 较低 ✅ 较低

用途 固件存储（旧设备） 固件存储（一次性） 固件存储（可编程） 固件存储（可更新）

三、非易失性存储器（FLASH）

FLASH 存储器，又称为 Flash ROM，是一种可擦写的非易失性存储器，广泛应用于嵌入式系统、消费电子产品和数据中心。根据其结构和访问方式，FLASH 主要分为 NOR Flash 和 NAND Flash 两种。

特性 NOR FLASH NAND FLASH

同容量存储器成本 较贵 较便宜

集成度 较低 较高

介质类型 随机存储 连续存储

地址线和数据线 独立分开 共用

擦除单元 以“扇区/块”擦除 以“扇区/块”擦除

读写单元 可以基于字节读写 必须以“块”为单位读写

读取速度 较高 较低

写入速度 较低 较高

坏块 较少 较多

是否支持XIP 支持 不支持

四、应用

在嵌入式系统中，通常使用 Flash 存储程序 + RAM 运行程序，ROM 已逐渐被 Flash 替代，但在一些低成本设备中，仍用于固定存储场景（如早期 MCU 的 Boot ROM）。

特性 RAM ROM Flash

读写速度 最快 较慢 读取快、写入慢

掉电数据 丢失 保留 保留

用途 运行程序 固件存储（旧设备） 程序+数据存储

擦写次数 不限 一次/有限 有限（10万次+）

五、新兴存储器技

随着信息技术的快速发展，存储技术也在不断创新与演进。除了传统的 RAM、ROM 和 Flash 存储器，近年来涌现出一系列新兴的非易失性存储器技术，如 MRAM、ReRAM、FRAM 和 3D XPoint 等。这些技术在数据保留能力、读写速度、功耗、耐久性等方面具有显著优势，正在逐步改变存储器的格局，成为未来智能系统、物联网设备、边缘计算和高性能计算领域的重要组成部分。

存储器类型 原理 非易失性 读写速度 耐久性 适用场景

MRAM 基于磁性隧道结（MTJ），磁性材料的电阻状态变化 ✅ 是 高 数十亿次 IoT设备、控制系统、缓存

ReRAM 基于材料的电阻变化（如氧化物的电阻变化） ✅ 是 中 数百万到数亿次 AI芯片、物联网设备

FRAM 基于铁电晶体的极化状态 ✅ 是 非常快 数百万次以上 数据记录、传感器数据存储

3D XPoint 结合了DRAM和Flash的优点，支持逐字节访问 ✅ 是 高 非常高 数据库、大数据存储

FPGA Block RAM 基于SRAM，可掉电保存（支持电池备份） ✅ 可选 高 无限次 FPGA内部数据暂存

FPGA Distributed RAM 基于逻辑单元实现的SRAM ❌ 否 高 无限次 配置寄存器、状态数据

六、其他

1、为什么叫 NOR / NAND？

在 Flash 存储技术中：

NOR Flash 的存储单元结构采用了类似于 NOR 逻辑门 的电路设计，支持随机访问，能够如 RAM 一样寻址单个字节。

NAND Flash 的存储单元结构采用类似于 NAND 逻辑门 的串联设计，访问方式为 块/页，不适合直接执行代码，但适合大数据量存储。

2、什么是DDR模式和SDR模式？

DDR（Double Data Rate） 和 SDR（Single Data Rate） 是两种常用的内存数据传输模式，其主要区别在于对时钟信号的使用：

SDR (Single Data Rate)：数据仅在时钟的上升沿被采样，一个时钟周期传输一次数据；

DDR (Double Data Rate)：数据在时钟的上升沿和下降沿分别被采样，一个时钟周期可以传输两次数据，因此传输速率更高。