DRAM、SRAM、NAND Flash、NOR Flash、EEPROM、MRAM存储器你分得清吗？

电子设计联盟 · 发表于 2024-12-13 08:20:00

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易失性存储器（Volatile Memory） 和 非易失性存储器（Non-Volatile Memory） 是两大类存储器，它们的主要区别在于断电后数据的保存能力。

易失性存储器（如DRAM和SRAM）虽然速度快，但断电后数据丢失，适用于临时数据存储场景，例如计算机的主内存和缓存。

非易失性存储器（如NAND Flash、NOR Flash、EEPROM、MRAM）则能在断电后保存数据，适用于长时间存储的重要数据，如固态硬盘、嵌入式系统和BIOS。

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易失性存储器（Volatile Memory）
易失性存储器在电源切断后将丢失其存储的数据。

它通常用作计算机和电子设备中的临时存储器，广泛应用于需要频繁读取和写入的场景，如计算机主存储器。

特点：

速度快：易失性存储器能够提供高速的数据读写性能，非常适合需要快速响应的应用，如操作系统的运行和应用程序的加载。

需要不断供电：为了保持数据的完整性，这种存储器必须持续供电，一旦电源切断，数据将全部丢失。

适合临时数据存储：由于其高速度和低延迟，常用于缓存和系统的临时存储，尤其是在数据需要频繁更新时。
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1.1、DRAM（动态随机存取存储器）
普通PC中的4GB、8GB或16GB DDR4内存条就是DRAM，操作系统和运行中的程序数据通常存放在DRAM中。

工作原理：数据通过电容的充电状态存储在存储单元中。电容会逐渐漏电，因此需要周期性刷新以防止数据丢失，这就是“动态”存储器的由来。

优点：高存储密度和相对低廉的成本，适合大容量存储需求。

缺点：由于需要不断刷新数据，因此功耗较高。

应用场景：作为电脑主内存，用于存储操作系统、应用程序和正在处理的数据。

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1.2、SRAM（静态随机存取存储器）
现代处理器的L1缓存通常是几百KB至几MB的SRAM，这部分存储器用于极其快速的数据访问。

工作原理：通过触发器（flip-flop）存储数据，数据在断电时会丢失，但在供电时不会像DRAM那样需要刷新，因此称为“静态”存储器。

优点：读写速度极快，功耗相对较低。

缺点：成本较高，存储密度低，因此通常用于小容量的高性能缓存。

应用场景：广泛应用于CPU的一级和二级缓存（L1、L2）中，或用于FPGA、嵌入式系统的高速缓存。

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非易失性存储器（Non-Volatile Memory）
非易失性存储器在电源切断后仍能保留数据。它常用于需要长期存储数据的场景，如固态硬盘、存储卡、嵌入式系统等。
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特点：

数据持久性：非易失性存储器在断电后数据不会丢失，非常适合用来存储重要数据或系统信息。

较慢的速度：相较于易失性存储器，非易失性存储器的读写速度通常较慢，不过在某些应用中这并不是问题，因为数据不需要频繁更新。

广泛应用于长时间存储：例如存储操作系统、固件、应用程序以及用户数据。
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2.1、NAND Flash
目前市面上主流的固态硬盘（如500GB、1TB的SSD）大多采用NAND Flash技术，作为计算机的永久存储设备。

工作原理：数据通过存储在浮栅晶体管中的电荷来记录。它的结构设计允许高密度存储，因此特别适合大容量存储需求。

优点：写入和擦除速度较快，适合大容量存储，成本较低。

缺点：读取速度较慢，不支持位级随机访问，必须按块擦除。

应用场景：广泛应用于固态硬盘（SSD）、USB闪存盘、存储卡等。
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2.2、NOR Flash
智能手机的引导加载程序（bootloader）通常存储在NOR Flash中，确保设备能够正确启动。

工作原理：每个存储单元由一个独立的晶体管控制，支持字节级随机访问，因此具有较快的读取速度。

优点：读取速度快，适合存储代码和固件等数据。

缺点：写入速度较慢，存储密度低，成本较高。

应用场景：广泛用于嵌入式系统、手机BIOS和固件的存储。
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2.3、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）
微控制器（MCU）中的配置数据或传感器的校准数据经常存储在EEPROM中，确保在设备重启或断电后仍可访问这些信息。

工作原理：通过电荷注入技术存储数据，并且可以逐字节擦除和重写，适合需要经常更新的小数据块存储。