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不同類別存儲器基本原理

來源：日期：2020-06-18 10:57:24

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存儲器是用來存儲程序和各種數據信息的記憶部件。存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或內存)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。計算機的存儲器可分成內存儲器和外存儲器。內存儲器在程序執行期間被計算機頻繁地使用，并且在一個指令周期期間是可直接訪問的。外存儲器要求計算機從一個外貯藏裝置例如磁帶或磁盤中讀取信息。

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，由于電容漏電流的原因，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并聯的，當某個Word Line被選中后，就可以實現對該Word的讀取，也就是可以實現位讀?。碦andom Access），且具有較高的讀取速率。

（1）基本存儲單元的并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，無法適用于需要大容量存儲的應用場合，即適用于code-storage，不適用于data-storage。
（2）基本存儲單元的并聯結構決定了NOR FLASH具有存儲單元可獨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/關斷狀態則取決于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?。碦andom Access），程序代碼也就無法在NAND上運行。