存储器入门介绍和选型(ROMSRAMDRAMNorN

1、存储器曾泽雄2017.3.13目录1存储器分类2存储器介绍 3FAQ存储器(Memory是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。存储器按存储特性可分为非易失和易失两大类。目前常见的多为半导体存储器。1非易失性存储器非易失存储器是指在系统停止供电的时候仍然可以保持数据。常见非易失存储器是指在系统停止供电的时候仍然以保持数据常的设备如电脑硬盘、TF卡、SD卡、U盘等。2易失性存储器易失存储器是指在系统停止供电的时候数据丢失。常见的设备如电脑内存、高速缓存、显示器显存等。 存储器比较存储器特点SRAM DRAMNorFlashNandFlashEEPROM MRAM存储特性易失易失非易失非易失

2、非易失非易失256Kb16Mb256Kb512Mb1Kb128Kb 容量16Mb4Gb512Mb8Gb1Mb16Mb 接口并行口并行口串/并行口串/并行口串/并行口串/并行口读/写速度最快较快快/慢快慢快软件支持简单复杂简单复杂简单简单擦写寿命无限无限十万次百万次十万次无限同比价格昂贵便宜便宜适中便宜较贵目录1存储器分类2存储器介绍 3FAQ易失性存储器-RAM易失性存储器主要是指随机访问存储器RAM(Randomy。是计算机中用来存放数据、程序及Access Memory。RAM是计算机中用来存放数据、程序及运算结果,直接与CPU进行信息交换的场所。易失性存储器按存储电路的性质,可分为静态随

3、机存取储存器SRAM(Static RAM和动态随机存取储存器DRAM( Dynamic RAM。 1SRAM存储原理SRAM采用双稳态触发器来作存储元件,不存在电容的刷新问题,只要电源正常供电,触发器就能稳定地存储数据,因此称为静态随机存取储存器。其静态随机存取储存器其存储单元的每一位都是由双稳触发器和选通门电路组成的;而整个存储器由组成的而整个存储器由存储单元组成的阵列和控制电路组成。 2SRAM特点连接使用方便(不需要刷新电路、工作稳定、存取速度快(约为动态随机存取储存器DRAM的3 5 倍、使用简单;由于每一位的存储,都用由于每位的存储都用好几个晶体管,因此单片的存储容量不易做得很高,

4、集成度较低,价格较贵;集成度较低价格较贵由于价格相对较高,计算机主存用得很少,主要用作高速缓冲存储器(Cache。3SRAM 推荐型号 IS61Cxx 5V高速异步SRAM,256k-4Mb IS61WVxx &IS61LVxx 高速低功耗异步SRAM,256k-16Mb IS62Cxx 5V低功耗异步SRAM,256k-8MbIS62WVxx 节能低功耗异步SRAM,256k-16Mb IS61LPxx Pipeline 2M-72Mb IS61NLP51236B IS64WVxx &IS65WVxx 汽车级异步SRAM 4Mb、16Mb No-Wait(ZBT18MbIS66WVxx b

5、IS61DDPxx QUAD SRAM 72Mb PSRAM 8M-64Mb SRAM4典型电路示例IS61WV25616异步256K 16 SRAM I/O直 接驱动 EMC外设驱动 1DRAM存储原理 DRAM的每一位存储单元采用一个晶体管和小电容来实现。若写入位为“1”,则电容被充若写入位为则电容被充 电:若写入位为“0”,则电容不被充电。读出时,用晶体管来读与之相连的电容的电荷状 态。若电容被充电,则该位为“1”;若电容没有被充电,则该位为“0”。 由于电容存在漏电阻,因此每个位单元都必须不断地、周期性地对进行充电,以维持原来性地对进行充电以维持原来 的数据不丢失,此行为称之为刷新。2

6、DRAM特点由于每个存储位仅用一个晶体管和小电容,因此集成度比较高。就单个芯片的存储容量而高就单个芯片的存储容量而言,DRAM可以远远超过SRAM;就相同容量的芯片而价格低言,DRAM的价格也大大低于SRAM。这两个优点使DRAM成为计算机内存的主要角色。DRAM的行列地址分时复用控制和需要刷新控制,使得它比制和需要刷新控制使得它比SRAM的接口要复杂一些。另外,DRAM的存取速度一般比要慢SRAM要慢。3DRAM 推荐型号SDR DDRDDR2DDR3DDR4速率:200/166/143/133(Mhz3.3V 2.5V1.8V 1.5V1.35V1.2V 1b 2b 4b 8b 8b 容量

7、:建议16M-256M速率:200/166/133(Mhz容量:建议256M-512M速率(速率:800/667/533/400(Mhz容量:建议512M-2G速率:2133/1866/1600/1333(Mhz容量:建议1G-4G 容量:建议1G 4G速率:2400/2100/1866/1600(Mhz容量:建议4G以上DRAM4典型电路示例IS42S16100F同步1M 16 SDRAM EMC外 设驱动 由于DRAM需要定时刷新,对时序要求较高,因此MCU需带EMC外设才能驱动。小结SRAM与DRAM的区别SRAM DRAMvs1.速度快2.不需要刷新可保持数据31.速度较慢2.需要刷新

8、来保持数据33.无需MCU带特殊接口4.容量小,256Kb-16Mb5.集成度低,单位容量价3.需要MCU带外部存储控制器4.容量大,16Mb-4Gb5集成度高单位容量价格高6.静态功耗低,运行功耗大5.集成度高,单位容量价格低6.运行功耗低非易失性存储器-ROM非易失性存储器主要是用来存放固定数据、固件程序等一般不需要经常改动的数据。早先ROM OTP EPROM Flash MRAMEEPROM 目前市场生产时写入用户使用时只主流产品ROM能一次编程多次编程,紫外线可擦除多次编程,电可擦除多次编程,电可快速擦除无限编程,电快速擦除可快速擦除1EEPROM的存储原理EEPROM (Elect

9、rically ErasableProgrammable Read-OnlyMemory,即电可擦可编程只读存即电可擦可编程只读存储器。EEPROM 可以在线擦除和重新编程,一般用在即插即用。EEPROM的擦除不需要借助于其它设备,它是通过高于普通电压的作用来擦除和重编程;且可以Byte为最小修改单位,不必将资料全部洗最小修改单位不必将资料全部洗掉才能写入。但由于EEPROM的存储容量一般不大,因此主要应用在小存储数据的场合,比如电脑的小存储数据的场合比如电脑的BIOS ROM芯片和配置信息存储等。2EEPROM特点EEPROM解决了传统ROM/OTP只能出厂前或一次性固化程序而不利于调试的问

10、题;也突破了不利于调试的问题也突破了EPROM必须脱机用紫外线来擦除的繁琐和不稳定等问题。接采来数EEPROM直接采用电来重写数据,并可按字节进行擦除和再编程,从而克服了一般ROM的缺点和不足。但由于EEPROM的存储量一般不大,因此只适用于一些小容量存储的场合。3EEPROM 选型接口:存储容量:1Kb 1Mb 速率IIC;SPI;Microwire 电压范围1Kb-1Mb 速率:IIC:400KHz,1MHz SPI:10MHz,20MHz Microwire:1MHz,2MHz 电压范围:常用(FM1.7-5.5V;1.7-3.6V Min:1.6,1.7,1.8,2.5,2.7,3V

11、Max:2.5,3.6,5.5,6V EEPROM 工作温度:封装:作温度-20C+60C(FM-40C+85C(ON-40C+125C (ON -55C+125C FM 封装SOP8,TSSOP8MSOP8,SOT23WLCSP等(4EEPROM 应用场合 DVD主板 录像机IP 电话5典型电路示例串行EEPROM IIC总总 线驱动 SPI总线驱动 5典型电路示例并行EEPROM I/O直 接驱动 EMC外设驱动 非易失性存储器-FlashFlash(快闪或闪存由Intel公司于1988年首先推出的,是种可用电快速擦除和编程的非易失性存储器,其快速是相是一种可用电快速擦除和编程的非易失性存

12、储器,其快速是相对于EEPROM而言的。Flash从芯片工艺上分为Nor Flash和Nand Flash两大类。1Nor FlashNor Flash 的特点是芯片内执行(XIP ,eXecute In Place,应用程序可以直接在Flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。NorFlash的传输效率很高,在14MB的小容量时具有很高的成本效益。的传输效率很高在的小容量时具有很高的成本效益2Nand FlashNand Flash的结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,;并且写入和擦除的速度很快;然而其管理和控制比较复杂。非易失性存储器-Nor FlashNor Flash

13、根据数据传输的位数可以分为并行和串行,并行每次传输多个位的数据;而串行每行Nor Flash每次传输多个bit位的数据;而串行Nor Flash每次传输一个bit位的数据。并行Nor Flash比串行Nor Flash具有更快的传输速度。1串行Nor Flash主要接口有SPI、Dual SPI、Quad SPI模式。2并行Nor Flash主要接口有8位、16位、8位/16位可选的数据传输方式。非易失性存储器Nor Flash 特点N Fl h是非易失存储般用于程序代码存储特点Nor Flash是非易失存储,一般用于程序代码存储主推容量256Kb-512Mb MCU 串行带SPI 口、IO

14、口比较少、成本低、体积小、速度不高,应用十分广泛。MCU 需带外部总线,速度快,内部无FLASH 等在等高端台并行用在AMR9、ARM11、A7、A8、A9等高端平台上 3典型电路示例MX25L6445E 64Mbit SPI Flash SPI总线驱动 3典型电路示例MX29F400CTB 4Mbit Nor Flash I/O直 接驱动 EMC外设驱动 容量大写速度快等优点适用于大数据的存储特点容量大,写速度快等优点适用于大数据的存储主推容量512Mb-8Gb MUC 并行带外部存储控制器、数据量大、速度快用在AMR9、ARM11、A7、A8、A9等高端MCU 上;跑WinCE/Linux

15、/Android 等操作系统MCU 带SPI 口、IO 口比较少、成本低、体积小串行目前只有GD (北京兆易在生产相关的产品但我们不推该产品线的存储 1典型电路示例MX35LF1GE4AB 1Gbit Flash SPI总线驱动 1典型电路示例MX30LF1Gxx 1Gbit NAND Flash I/O直接驱动 小结Nor Flash 与Nand Flash 的区别NORNANDvs 1.读速度快,写速度慢2.擦除速度慢擦除数 1.读速度慢,写速度快2.擦除速度快(1000:1擦除数3.擦除次数约10万次4.容量小256Kb-512Mb5.单位容量价格高,适用 3.擦除次数约100万次4.容

16、量大512Mb-8Gb 5.单位容量价格低,适用于小容量程序存储6.不易产生坏块于大容量数据存储6.较易产生坏块,需ECC 校验非易失性存储器Flash的应用 硬盘内存卡/U盘 处理器人机界面MRAM(Magnetic Random Access Memory是一种非易失性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(非易失性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(SRAM的高速读取写入能力;以及动态随机存储器(DRAM的高集成度,而且基本上可以无限次地重复写入。 1MRAM特性MRAM读/写周期时间:35ns;真正无限次擦除使用;业内最长的寿命和数据保存时间超过20年的非易失特性;单芯片最高容量为

17、16Mb;快速、简单接口16位或8位并行SRAM、40MHz高速串行SPI接口;具有成本效益简单到只有一个晶体管、一个磁性穿隧结(1T-1MTJ位单元;远比其它内存优异最佳等级的软错误率远比其它内存优异;可取代多种存储器集Flash、SRAM、EEPROM、DRAM的功能于一身;具备商业级、工业级、扩展级和汽车级的可选温度范围;具备商业级工业级扩展级和汽车级的可选温度范围;符合RoHS规范:无电池、无铅;小封装:TSOP、VGA、DFN。自由层隧道结固定层小电阻大电阻非易失性存储器MRAM3MRAM 的优势MRAM 优势一:其采用的磁性极化的方优势二: 两个状态间的磁性极化式与传统的电荷存储方

18、式不同,有效避免了电荷漏电的问题从而保切换不会涉及到实际的电子或原子移动,因此不会有耗损机制的存在荷漏电的问题,从而保证数据能够在宽广的温度范围内被长期保存。不会有耗损机制的存在。 MRAM铁磁存储器FRAM铁电存储器属性MRAM FRAM读无破坏性有破坏性可扩展性是的受到结构限制读写耐力无限次1014印记/保留无随着温度和操作电压的减小而增加铅无设备中的有效物质读时间读写时间35ns55ns 周期35ns140ns-350ns高温下数据保存20年(在125时85以上时迅速降低温度特性-40到125-20到85 6个晶体管构成SRAM、6个晶体管构成1个晶体管、一个MTJ EEPROM SRA

19、M内部结构MRAM内部结构属性并行MRAM SRAM时序与SRAM兼容与SRAM兼容读写周期35ns8-45ns一直不挥发是的仅在掉电时非易失性耐力无限制无限制结构复杂性1T-1MTJ6T数据保存20年掉电不保存写操作影响数据保存否掉电不保存需要外部元件否部分需要大存储电容可扩展性是受高压晶体管的限制1典型电路示例MR25H40 4Mbit MRAM SPI总线驱动 1典型电路示例MR2A16A 256K16 MRAM I/O直 接驱动 EMC外设驱动 非易失性存储器MRAM的应用 非易失性存储器MRAM 选型型号容量数据结构总线速度工作电压工作温度封装27V36V C V 48-BGA 16位并行总线接口MRAM