不同類別儲存器基本原理

2022-06-05 18:36:09 字數 1607 閱讀 7883

儲存器是用來儲存程式和各種資料資訊的記憶部件。儲存器可分為主儲存器(簡稱主存或記憶體)和輔助儲存器(簡稱輔存或外存)兩大類。和cpu直接交換資訊的是主存。主存的工作方式是按儲存單元的位址存放或讀取各類資訊,統稱訪問儲存器。計算機的儲存器可分成記憶體儲器和外儲存器。記憶體儲器在程式執行期間被計算機頻繁地使用,並且在乙個指令週期期間是可直接訪問的。外儲存器要求計算機從乙個外貯藏裝置例如磁帶或磁碟中讀取資訊。

儲存器分為易失性儲存器和非易失性儲存器。易失性儲存器分sram和dram;非易失性儲存器以nor-flash和nand-flash為典型代表。

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,由於電容漏電流的原因,dram無法長時間儲存資料,需要「動態」重新整理(重新整理周期在亞ms級別)。

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資訊,不需動態重新整理。

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,可以儲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。

通過nor flash的結構原理圖,可見每個bit line下的基本儲存單元是併聯的,當某個word line被選中後,就可以實現對該word的讀取,也就是可以實現位讀取(即random access),且具有較高的讀取速率。

(1)基本儲存單元的併聯結構決定了金屬導線占用很大的面積,因此nor flash的儲存密度較低,無法適用於需要大容量儲存的應用場合,即適用於code-storage,不適用於data-storage。

(2)基本儲存單元的併聯結構決定了nor flash具有儲存單元可獨立定址且讀取效率高的特性,因此適用於code-storage,且程式可以直接在nor 中執行(即具有ram的特性)。

(3)nor flash寫入採用了熱電子注入方式,效率較低,因此nor寫入速率較低,不適用於頻繁擦除/寫入場合。

通過nand flash的結構原理圖,可見每個bit line下的基本儲存單元是串聯的,nand讀取資料的單位是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的所有基本儲存單元的d和s導通,而我們要讀取的page的基本儲存單元的d和s的導通/關斷狀態則取決於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資料的讀出,可見nand無法實現位讀取(即random access),程式**也就無法在nand上執行。

基本儲存單元的串聯結構減少了金屬導線占用的面積,die的利用率很高,因此nand flash儲存密度高,單bit成本低。適用於需要大容量儲存的應用場合,即適用於data-storage。

從單bit成本來看:nand<nor<dram<sram

從讀取速度來看:nand<nor<dram<sram

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