Memory 基础知识介紹

• RAM: 隨機存取記憶體(Random Access Memory)
• 屬於volatile memory(揮發性記憶體)，需要保持通電才能儲存資料
• 內部資料可以任意讀寫，用來存放由硬碟載入的程式或資料供CPU處理運算
• EX:main memory
• 分成DRAM、SRAM
• DRAM(Dynamic Random Access Memory)：所儲存的數據需要週期性地更新
• SRAM(Static Random Access Memory)：只要保持通電，裡面儲存的資料就可以恆常保持
• ROM: 唯讀記憶體(Read Only Memory)
• 屬於非揮發性記憶體（non-volatile memory，縮寫NVRAM)，不須保持通電就能儲存資料
• 但資料一但寫入就無法修改，除非透過特殊的方式(例如EPROM用紫外光照射)才能達成
• 適合放重要且不能被刪除的資料
• ROM 嚴格來講是指在製造時就將資料固定了。廣義上是指一般時候只讀，但仍可用某種方式改寫，細分為PROM (Programmable Read-Only Memory，只能寫一次)、EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory，可用紫外線抹除再寫)、EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，電子式抹除再寫)
• EX:BIOS早期放在ROM中，但隨著BIOS大小和複雜程度增加，硬體更新的速度快，以至於BIOS也必須更新以支援新硬體，於是BIOS就改成存在EEPROM或快閃記憶體中讓使用者可以更新

RAM

   Random Access Memory ->RAM

   斷電後 資料消失

ROM

   Read-Only Memory -> ROM

   斷電後 資料不會消失

揮發性（VOLATILE）：停止供應電源，記憶資料便會消失。

> 動態隨機記憶體（Dynamic Random Access Memory, DRAM）

> 靜態隨機記憶體（Static Random Access Memory, SRAM）

非揮發性（NON-VOLATILE）：即使沒有供應電源，也能保存已經寫入的資料。

> 唯讀記憶體（Read Only Memory, ROM）

> 快閃記憶體（Flash）
RAM and ROM 定位

RAM 的種類

 SRAM: 靜態隨機存取記憶體

->單價成本高, 僅限特定小眾市場

 DRAM : 動態隨機存取記憶體

->單位成本低為市場主流

      RAM 在電腦裡又可大致上分為 2 種：SRAM 和 DRAM，兩者的 基礎原理差不多，都是將電荷儲存至內部，藉由改變不同的電荷儲存 0 或是 1。

      SRAM（Static Random Access Memory）靜態隨機存取記憶體和 DRAM（Dynamic Random Access Memory）有著幾點不同， 

 SRAM 的結構較複雜、單位面積的容量較少、存取速度快，DRAM 則是構造簡單、單位面積內的容量較多、存取時間較SRAM慢同時 DRAM 也因為構造較簡單的關係，儲存的電荷會隨著時間漸漸消失，
因此需要有個再充電（Refresh）的動作保持電容儲存的資料.


RAM 的種類(二)




                                                                     
RAM 的種類(三)

 SDRAM----同步動態隨機存取記憶體 (Synchronous Dynamic Random Access Memory, SDRAM)

 DDR 是 Double Data Rate 的縮寫，也就是雙倍資料傳輸率的意思     

 DDR2 顧名思義是第二代的 DDR 記憶體，絕大多數的功能都與 DDR SDRAM 差不多，最明顯的差異在於 DDR2 SDRAM 的預取資料量是 DDR SDRAM 了兩倍 (由 2n 升級為 4n)DDR3 SDRAM 的預取資料量再次翻倍為 8n，因此 DDR3 SDRAM 的 I/O 匯流排時脈又將是 DDR2 SDRAM 的兩倍 
 DDR4 SDRAM 是目前最新的雙倍資料傳輸率同步隨機存取記憶體規格


RAM 的種類(四)

ROM 的種類

EPROM: 可抹除可編程唯讀記憶體（Erasable Programmable Read  Only Memory，EPROM）

 利用高電壓將資料編程寫入，但抹除時需將線路曝光於紫外線下一段時間，資料始可被清空。

 封裝外殼上會留一個石英玻璃所製的透明窗以便進行紫外線曝光。

 寫入程式後通常會用貼紙遮蓋透明窗，以防日久不慎曝光過量影響資料。

EEPROM: 電子抹除式可複寫唯讀記憶體(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory)

 是一種可以通過電子方式多次複寫的半導體存儲設備。相比EPROM，EEPROM不需要用紫外線照射，也不需取下，就可以用特定的電壓，來抹除晶片上的訊息，以便寫入新的資料。

 EEPROM有兩種種類：序列式(serial)、並列式(parallel)，其中並列式通常會以Flash來稱呼。

 除電源線外，串列式通訊口只使用1~4隻接線來傳遞訊號，所需接腳較並列式少

–1線：1-Wire(型號以93為開頭) 、UNI/O(型號以11為開頭)

–2線：I2C(型號以24為開頭)

–3線：Microwire(型號以93為開頭) 、SPI(型號以25為開頭)

 資料更新方式:以位元組為單位

Flash Memory: (快閃記憶體)

 於1984年發表，Intel之後於1988年發表第一款商業型的NOR Flash晶片

 以價格便宜、位元密度接手EEPROM的市場位置

 主要用於一般性資料儲存，以及在電腦及其他數位產品間交換傳輸資料

 EX:記憶卡、隨身碟的儲存媒介

 快閃記憶體是一種特殊的、以大區塊(blocks)抹寫的EEPROM，寫入大小取決於記憶體控制器本身，介於256KB~20MB不等

 EEPROM只允許單執行緒重寫資料，但快閃記憶體卻可支援多執行緒同時在多個地方寫資料

 目前主機板的BIOS幾乎都是透過Flash memory儲存

                                                                               
Flash的種類

NOR Flash

 （1）Intel於1988年發表

 （2）支援隨機存取，讀資料的方式跟RAM接近，給address，data就能讀出

（3） NOR的特點是原地執行(XIP, eXecute In Place)，這樣應用程序可以直接在flash memory內運行，不必再把資料讀到系統RAM中

 （4）每次寫入/擦除都是以1 block為單位;1 block = 16~128 KBytes

 （5）小容量(1~4MB)時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能

（6） NOR flash佔據了容量為1～16MB閃存市場的大部分，因隨機存取快，應用在手機中

 （7）NOR的擦寫週期壽命是一萬~十萬次

 （8）適合用於儲存不需經常更新的程式，例如BIOS或韌體

NAND Flash

（1）Toshiba於1989年發表

（2）適用於大容量，更低的寫入和擦除時間，高密度(單元尺寸是NOR Flash的一半)，高壽命(10倍左右)，低製造成本

（3）I/O pin只有8個，只允許連續讀取，所以不適合用於電腦主記憶體(不支援隨機存取)

（4） 讀寫操作以1 page為單位，擦除(Erase)以1 block為單位

 （5）1 block = 32 pages;每個block的單位依照廠商製造的不同有區別，介於8~32 KBytes之間

 （6）NAND擦除單元更小，因此擦除速度(4ms)比NOR的(5s)快

 （7）適合於資料儲存，例如:MMC、固態硬碟(SSD)、USB 3.0隨身碟、手機、數位相機

 （8）甚至手機、MP3撥放器用NAND Flash當作存放多媒體檔案的媒介，原因在於成本、空間、還有寫入資料的速度

 （9）NAND閃存中每個區塊的最大擦寫次數是一百萬次

                                                                                                                                                                                                 
                               
Nand Flash的種類

NOR和NAND往常是以Parallel（並列）為主，由於腳位數超多，後來改成以Serial（串列, 或稱SPI bus, 序列周邊介面）為主

全球NOR Flash市場分為

lSerial(序列式) Flash、

lParallel(平行式) Flash

lMCP(多晶片封裝)

Serial Flash(序列式快閃記憶體)是一種小型低功耗的快閃記憶體，採用SPI串列介面進行序列資料存取，應用在嵌入式產品時，在PCB上所需要的導線比Parallel快閃記憶體少，可節省PCB上的空間使體積小，降低應用系統的成本。Serial Flash應用領域廣，用於主機板、顯示卡的BIOS晶片等，應用在各種個人電腦和消費性電子產品，包括PC、NB、LCD TV、機上盒(STB)、數位電視、可攜式產品、網通等領域。

        NAND Flash技術從最早期的SLC(Single-Level Cell)世代，1個記憶體儲存單元(cell)存放1位元(bit)的資料，到MLC(Multi-Level Cell)中，1個記憶體儲存單元存放2位元，2009年開發TLC(Triple-Level Cell)，1個記憶體儲存單元可存放3位元。

• SLC 單階儲存單元（Single-Level Cell,SLC），即單層式儲存，SLC技術特點是在浮置閘極與源極之中的氧化薄膜更薄，在寫入數據時通過對浮置閘極的電荷加電壓，然後透過源極，即可將所儲存的電荷消除，透過這樣的方式，便可儲存1個資料單元，這種技術能提供快速的程序編程與讀取。
• MLC 多階儲存單元（Multi-Level Cell,MLC）即多層式儲存，是英特爾(Intel)在1997年9月最先開發成功，其作用是將兩個單位的資料存入1個Floating Gate(Flash Memory存儲單元中存放電荷的部分)，再利用不同電位(Level)的電荷，透過儲存的電壓控制讀寫。MLC通過使用大量的電壓等級，每個單元儲存兩位數據，數據密度比較大。
• TLC 三階儲存單元（Triple-Level Cell, TLC），即為1個記憶體儲存單元可存放3位元。TLC速度慢，壽命短，但成本低，價格也較便宜。TLC於2009年開發出來，到2010年第1季東芝和新帝開始銷售，到2010年3月三星也開始銷售，製程技術還在持續改進中。TLC成本比較低，但讀寫次數為三者最少，壽命最短。
• QLC 四階儲存單元（Quad-Level Cell, QLC），每個儲存單元有4個bits的格式
• 3D NAND則是在二維平面基礎上，在垂直方向也進行顆粒的排列，即將原本平面的堆疊方式，進行了創新。

        利用新的技術(即3D NAND技術)使得顆粒能夠進行立體式的堆疊，從而解決了由於晶圓物理極限而無法進一步擴大單die可用容量的限制，在同樣體積大小的情況下，極大的提升了快閃記憶體顆粒單die的容量體積。

       SLC寫入次數：100000

       MLC寫入次數：3000 -10000

       TLC寫入次數：500-1000
 
NOR/NAND比較

	讀取速度	寫入速度	擦除速度	容量	成本	市佔率
NOR Flash	快	慢	慢	小	高	減少
NAND Flash	中	快	快	大	低	上升

 

 接口差別
NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內部的每一個字節。
NAND器件使用複雜的I/O口來串行地存取數據，各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。