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地址存放或讀取各類資訊,統稱訪問儲存器。記憶體儲器在程式執行期間被計算機頻繁地使用,並且在一個指令週期期間是可直接訪問的。儲存器還可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
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(重新整理週期在亞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資訊,不需動態重新整理。
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。
NOR FLASH的結構和特性
透過NOR FLASH的結構原理圖,可見每個Bit Line下的基本儲存單元是並聯的,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)基本儲存單元的並聯結構決定了金屬導線佔用很大的面積,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)基本儲存單元的並聯結構決定了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。
NAND FLASH的結構和特性
透過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),程式程式碼也就無法在NAND上執行。
基本儲存單元的串聯結構減少了金屬導線佔用的面積,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。
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地址存放或讀取各類資訊,統稱訪問儲存器。記憶體儲器在程式執行期間被計算機頻繁地使用,並且在一個指令週期期間是可直接訪問的。儲存器還可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
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(重新整理週期在亞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資訊,不需動態重新整理。
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。
NOR FLASH的結構和特性
透過NOR FLASH的結構原理圖,可見每個Bit Line下的基本儲存單元是並聯的,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)基本儲存單元的並聯結構決定了金屬導線佔用很大的面積,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)基本儲存單元的並聯結構決定了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。
NAND FLASH的結構和特性
透過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),程式程式碼也就無法在NAND上執行。
基本儲存單元的串聯結構減少了金屬導線佔用的面積,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。