【storage】

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文章目录

1、RAM and ROM
2、DRAM and SRAM
2、Flash Memory（闪存）
4、DDR and SPI NOR Flash
5、eMMC
6、SPI NOR vs SPI NAND vs eMMC vs SD
附录——prototype and demo board
附录——U盘、SD卡、TF卡、SSD
参考

1、RAM and ROM

RAM（Random Access Memory，随机存取存储器） 和 ROM（Read-Only Memory，只读存储器） 是计算机存储系统中的两种重要存储器

区别

1. 数据可读写性

RAM：是一种可读可写的存储器，用户可以随时对它进行数据的写入和读取操作。就像一个可以随时存放和取出物品的开放式储物柜，你可以根据需要把不同的东西放进去，也能随时拿出来。例如，在运行一个文档编辑软件时，你输入的文字内容会被临时存储在 RAM 中，你可以随时对文档进行修改（写入操作），也可以随时查看文档内容（读取操作）。
ROM：在正常工作状态下，只能进行数据的读取操作，而不能随意写入数据。它更像是一个只供查阅的档案柜，里面的资料是固定的，不能随意更改。不过，某些特殊类型的 ROM（如 EPROM、EEPROM 等）可以通过特定的方式（如紫外线照射、电信号等）进行数据的擦除和重新写入，但操作相对复杂，不像 RAM 那样可以随时自由读写。

2. 数据存储的持久性

RAM：具有易失性，即当计算机断电后，RAM 中存储的数据会立即丢失。这是因为 RAM 依靠电容存储电荷来表示数据，断电后电容放电，数据也就随之消失。例如，你正在编辑一个文档，突然停电了，如果没有及时保存，再次开机后文档编辑软件中未保存的内容就会丢失，因为这些内容当时是存储在 RAM 中的。
ROM：具有非易失性，数据一旦写入 ROM，即使计算机断电，数据也不会丢失。它就像一本印在纸上的书，只要书不被损坏，上面的内容就会一直存在。例如，计算机的 BIOS（基本输入输出系统）程序就存储在 ROM 中，每次开机时，计算机都会从 ROM 中读取 BIOS 程序来初始化硬件设备，无论计算机是否断电，BIOS 程序都始终存在于 ROM 中。

3. 存储速度

RAM：读写速度非常快，能够满足计算机在运行程序时对数据的快速访问需求。它是计算机中与 CPU 直接进行数据交换的存储器，CPU 可以直接从 RAM 中读取指令和数据，也可以将处理结果写入 RAM。例如，在运行大型游戏时，游戏中的场景、角色动作等数据需要频繁地从 RAM 中读取和写入，以保证游戏的流畅运行。
ROM：读取速度相对较慢，虽然也能满足计算机启动时对 BIOS 程序等少量数据的读取需求，但与 RAM 相比，其速度差距较大。因为 ROM 的结构和制造工艺与 RAM 不同，它更注重数据的稳定性和持久性，而不是读写速度。

4. 用途

RAM：主要用于临时存储计算机正在运行的程序和数据，是计算机进行多任务处理和高效运行的关键部件。它的容量大小直接影响计算机的运行速度和多任务处理能力。例如，一台 RAM 容量较大的计算机可以同时运行多个大型软件，而不会出现明显的卡顿现象。
ROM：主要用于存储计算机的基本输入输出系统（BIOS）、固件程序等重要且相对固定的数据。这些数据是计算机启动和正常运行的基础，不需要频繁修改。例如，BIOS 程序包含了计算机硬件的初始化信息、自检程序等，计算机在开机时会首先从 ROM 中读取 BIOS 程序，对硬件设备进行初始化和自检，确保计算机能够正常启动。

5. 成本

RAM：由于需要具备高速读写的能力，其制造工艺相对复杂，成本较高。一般来说，相同容量的 RAM 比 ROM 的价格要贵。
ROM：制造工艺相对简单，成本较低。它主要用于存储固定数据，对读写速度的要求不高，因此可以采用较为经济的制造方式。

联系

1. 共同构成计算机存储系统

RAM 和 ROM 都是计算机存储系统的重要组成部分，它们相互配合，共同为计算机的正常运行提供支持。ROM 存储了计算机启动和基本运行所需的关键程序和数据，而 RAM 则为计算机在运行过程中的数据处理和程序执行提供了快速、临时的存储空间。

2. 数据交互

在某些情况下，ROM 中的数据可能会被复制到 RAM 中进行处理。例如，计算机启动时，BIOS 程序会从 ROM 中读取到 RAM 中，然后 CPU 从 RAM 中执行 BIOS 程序，完成硬件的初始化和自检。这样做的目的是利用 RAM 的高速读写能力，提高程序的执行效率。

3. 技术发展相互影响

随着计算机技术的不断发展，RAM 和 ROM 的技术也在不断进步。例如，为了提高计算机的性能，RAM 的容量不断增大，读写速度不断提高；而 ROM 也在不断改进，出现了可擦除可编程的 ROM（EPROM、EEPROM）和闪存（Flash Memory）等新型 ROM，它们既具有 ROM 的非易失性，又在一定程度上具备了 RAM 的可读写性，为计算机系统的发展提供了更多的选择。

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来自：RAM和ROM的区别（转）

2、DRAM and SRAM

SRAM（Static Random-Access Memory）和 DRAM（Dynamic Random-Access Memory）

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（1）区别

存储原理与结构

SRAM：基于双稳态触发器存储数据，每个存储单元通常由4-6个晶体管组成，无需刷新电路即可保持数据。
DRAM：依赖电容存储电荷，每个存储单元仅需1个晶体管和1个电容，但电容会漏电，需定期刷新以维持数据。

性能与速度

SRAM：读写速度极快（纳秒级延迟），适合高速缓存（如CPU缓存）。
DRAM：速度较慢（需刷新操作），但通过技术升级（如DDR系列）显著提升性能，仍低于SRAM。

功耗与集成度

SRAM：功耗较高（晶体管持续导通），集成度低（相同面积下容量小）。
DRAM：功耗较低（刷新功耗为主），集成度高（单位面积存储容量大）。

成本与容量

SRAM：制造成本高，容量有限，通常用于小规模高速存储。
DRAM：成本低，容量大，适合大规模主存应用。

易失性

两者均为易失性存储器，断电后数据丢失。

（2）联系

同属RAM（随机存取存储器）

均为易失性存储，断电后数据无法保留。

互补应用场景

SRAM：用于CPU缓存（L1/L2/L3）、嵌入式系统等对速度敏感的场景。
DRAM：用于计算机主存、GPU显存等需要大容量存储的场景。

技术演进

两者均随技术发展不断升级，如 SRAM 从异步到同步（SSRAM），DRAM 从SDRAM 到 DDR 系列。

系统协同

在计算机存储层次中，SRAM（高速缓存）与DRAM（主存）共同构成多级存储体系，平衡速度与容量需求。

2、Flash Memory（闪存）

Flash 闪存技术的起源可追溯至1967年，贝尔实验室的江大原（Dawon Kahng）和施敏博士（Simon Sze）发明了浮栅MOSFET，为闪存、EEPROM 和 EPROM 奠定了基础。此后，Flash技术经历了多个重要发展阶段：

初期探索（1967-1980年）：

1970年，英特尔工程师 Dov Frohman 发明了 EPROM，通过紫外线光照射擦除数据。
1979年，Eli Harari发明了 EEPROM，并提出了用浮栅技术取代磁盘的愿景。

概念提出与商用化起步（1980-2000年）：

1984年，东芝的舛冈富士雄博士提出闪存概念，并于1987年发明 NAND 闪存。
1988年，英特尔推出首款商用 NOR Flash 芯片，SanDisk（当时为Sundisk）成立并推出首款商用闪存芯片。
1991年，SanDisk推出首款基于闪存的 20MB ATA SSD。
1994年，SanDisk推出首款用于 SSD 应用的 Compact Flash 卡，标志着闪存进入消费市场。

高速发展期（2000-2020年）：

2004年，NAND 闪存成本首次低于 DRAM，推动其在计算领域的广泛应用。
2006年，闪存市场收入突破 200 亿美元。
2012年，三星推出第一代 3D NAND 闪存，开启3D存储时代。
2015年，长江存储的前身武汉新芯与Spansion合作开发 NAND 闪存。
2020年，长江存储发布全球首款128层 QLC 3D NAND 存储芯片，3D NAND 技术普及至100多层。

关键创新与市场扩展（2020年至今）：

2021年，英特尔和美光分别推出高性能的 Optane 和 3D XPoint 产品。
2022年，长江存储发布新型 3D NAND 闪存结构 Xtacking，推动技术创新。
2023年，SK海力士发布321层 4D NAND Flash闪存样品。
2024年，三星宣布第9代 V-NAND 1Tb TLC 产品量产，堆叠层数达到290层。

4、DDR and SPI NOR Flash

严格的说 DDR 应该叫 DDR SDRAM，人们习惯称为 DDR，其中，SDRAM 是 Synchronous Dynamic Random Access Memory 的缩写，即同步动态随机存取存储器。而DDR SDRAM是 Double Data Rate SDRAM的缩写，是双倍速率同步动态随机存储器的意思。

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SPI NOR Flash

Serial Peripheral Interface，串行外设接口

NOR Flash的每个记忆单元互相独立，都有一段直连到地，组成一个类似 NOR闸（或称“或非门”）的电路。对于 NOR Flash，只要 word line 0 到 word line 5 中任何一个为高电平（高点平为逻辑1），对应输出的 bit line 就是低电平，这种逻辑对应 NOR（Not OR），所以这种flash被叫做 NOR Flash。

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DDR（双倍数据速率同步动态随机存储器）和 SPI NOR Flash（串行外设接口NOR闪存）在存储技术领域各有特点，二者的联系与区别主要体现在以下方面：

（1）联系

同属存储技术范畴：DDR 和 SPI NOR Flash都是电子系统中用于数据存储的组件，只是存储类型、特性和应用场景有所不同，但都在数据存储和处理中发挥着重要作用。

（2）区别

存储类型

DDR：属于易失性存储器，断电后数据会丢失。它是一种动态随机存取存储器（DRAM），通过电容存储电荷来保存数据，需要定期刷新以维持数据。
SPI NOR Flash：属于非易失性存储器，断电后数据依然能够保留。它采用 NOR 型闪存结构，具有可编程可擦除的特性。

数据访问方式

DDR：以随机访问的方式读写数据，支持字节级的读写操作，能快速访问任意地址的数据，读写速度相对较快，适合需要频繁读写数据的场景。
SPI NOR Flash：支持随机访问，可直接执行代码（XIP，Execute In Place），应用程序不必把代码读到系统RAM中，而是可以直接在Flash闪存内运行，读取速度较快，但写入和擦除速度相对较慢。

接口类型

DDR：通常采用并行接口，数据总线宽度较大，如常见的64位、128位等，能够同时传输多个数据位，以满足高速数据传输的需求。
SPI NOR Flash：采用串行外设接口（SPI），通过四根信号线（时钟线SCK、主机输出从机输入线MOSI、主机输入从机输出线MISO、片选线CS）与主机进行通信，接口简单，引脚数量少。

容量和成本

DDR：容量一般较大，常见的有GB级别，能满足系统对大容量内存的需求，但成本相对较高，尤其是在高容量、高性能的情况下。
SPI NOR Flash：容量相对较小，通常在MB级别到GB级别之间，成本较低，适合对存储容量要求不高但需要非易失性存储的场景。

应用场景

DDR：主要用于计算机的主内存，为CPU提供高速的数据缓存和运行空间，确保系统能够快速响应和运行各种应用程序。
SPI NOR Flash：常用于嵌入式系统中，存储系统的引导代码（Bootloader）、固件、配置参数等关键数据，也可用于存储一些需要长期保存且读取频繁的小容量数据。

5、eMMC

eMMC 的英文全称为 Embedded Multi Media Card（嵌入式多媒体卡）。它是由 MMC 协会订立的一种内嵌式存储器标准规格，主要针对手机、平板电脑等产品设计，将存储芯片、控制器和接口集成于一体，形成紧凑高效的存储系统。

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eMMC（嵌入式多媒体卡）作为移动设备的主流存储方案，其性能表现受接口标准、硬件设计和使用场景的制约。

一、核心性能参数

接口标准与带宽

eMMC采用并行接口，最高支持8位数据总线，理论带宽上限受限于总线宽度和时钟频率。
主流eMMC 5.1标准下，最大传输速率为400MB/s，实际测试中连续读写速度多在100-300MB/s区间波动，随机读写性能更弱。
相比UFS 3.1的2.9GB/s带宽和全双工通信，eMMC在数据吞吐量上存在显著差距。

延迟与响应速度

半双工通信模式导致eMMC无法同时读写，在高负载场景下（如多任务并行、4K视频录制）延迟明显。
随机读写IOPS（每秒输入输出操作次数）通常低于100，而UFS可突破10万IOPS，直接影响应用启动速度和系统流畅度。

功耗与能效

1.8V/3.3V双电压供电设计，功耗低于传统硬盘但高于UFS。
深度睡眠模式下功耗可降至微瓦级，适合对续航敏感的入门设备，但在高负载场景下能效比仍落后于UFS。

二、技术瓶颈与局限性

物理架构限制

并行接口易受信号干扰，高频传输时稳定性下降，需通过复杂的PCB布线优化补偿。
封装尺寸固定，难以进一步缩小以适应超薄设备需求。

性能扩展性差

接口标准升级缓慢，eMMC 5.1后无重大突破，而UFS已迭代至4.0版本，带宽翻倍。
硬件设计固化，无法通过软件优化弥补物理层缺陷。

使用寿命与可靠性

采用TLC/QLC闪存颗粒的eMMC，写入寿命通常为500-1000次P/E循环，低于UFS的MLC/SLC方案。
缺乏高级纠错算法（如LDPC），在复杂环境下数据错误率更高。

三、典型应用场景与适配性

中低端移动设备

百元机、功能机、儿童手表等对成本敏感的产品，eMMC可提供“够用”的存储性能。
典型案例：Redmi数字系列、诺基亚功能机。

嵌入式与工控领域

车载导航、智能家居、医疗设备等对稳定性要求高但对带宽需求低的场景。
优势：兼容性强、开发成本低、生命周期长。

性能敏感场景的局限性

高端手机、平板电脑、游戏主机等需高速读写和低延迟的设备，eMMC无法满足需求。
典型问题：应用启动卡顿、4K视频录制掉帧、多任务切换延迟。

四、与竞品对比结论

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五、总结与建议

eMMC 的价值：作为低成本存储方案，其稳定性在入门级市场仍具竞争力，适合对性能要求不高的场景。
未来趋势：随着 UFS 价格下探和 eMMC 技术停滞，中端设备将加速向 UFS 迁移，eMMC 或逐步退居超低端市场。
选购建议：若预算有限且对性能无苛求（如仅用于通话、基础社交），可选 eMMC设备；若追求流畅体验（如游戏、多任务），建议优先选择 UFS 存储方案。

6、SPI NOR vs SPI NAND vs eMMC vs SD

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SPI NOR、SPI NAND、eMMC 和 SD 卡是常见的嵌入式存储技术

区别

（1）接口

SPI NOR：使用 SPI（串行外围接口）作为通信接口，这是一种基于串行通信的简单、低功耗接口协议。
SPI NAND：同样使用 SPI 接口，通过少数引脚实现数据传输，通常只有 6 到 8 个引脚，适合空间受限的应用。
eMMC：使用 MMC（多媒体卡）接口标准，该标准支持并行和串行通信，通常有 8 个数据线，加上命令和时钟线。
SD 卡：有三种主流接口类型，即 SDSC（标准 SD）、SDHC（SD 高容量）、SDXC（SD 扩展容量），速度从 12.5MB/s 到 624MB/s 不等。SD NAND 可使用 SD 卡接口，且支持 SPI 模式和 SD 模式。

（2）性能

SPI NOR：具有较快的访问速度和较低的延迟，支持全双工、单工以及半双工传输方式，读写速度快、可靠性高。
SPI NAND：访问速度相对较慢，具有较高的延迟，读写速度通常在 20MB/s 到 40MB/s 之间。
eMMC：性能较高，支持高速数据传输，并采用了流水线式的数据传输方式，读取速度高达 400MB/s（HS400 模式），写入速度也较高，支持多种优化算法和写入加速技术，I/O 操作支持并行 I/O 操作，提升数据传输效率。
SD 卡：速度因类型而异，从 12.5MB/s 到 624MB/s 不等。SD NAND 在 SD 模式下的读写速度通常在 50MB/s 到 100MB/s 之间，性能优于 SPI 模式。

（3）容量

SPI NOR：提供较低的存储容量，通常在几 KB 到几百兆字节（MB）之间。
SPI NAND：通常提供从几百 MB 到几 GB 的存储容量。
eMMC：提供中等容量的存储，一般从几 GB 到几百 GB，有多种容量选择。
SD 卡：存储容量方面的灵活性较高，可以根据 SD 卡的版本和规格提供不同的存储容量，从几百 MB 到数十 TB 不等。SD NAND 的容量覆盖范围比 SPI NAND 更广，从几 GB 到几十 GB 不等。

（4）成本

SPI NOR：制造成本较低，适用于对成本敏感的应用。
SPI NAND：通常是三者中成本最低的，由于存储密度较大且制造成本相对较低，适用于对成本要求很高的应用，但可能在速度和寿命上有一些妥协。
eMMC：由于其高集成度和大容量，制造和集成 eMMC 的成本相对较高，适合需要高性能和大容量的应用。
SD 卡：相对较为便宜，并且兼容性更好。

（5）应用场景

SPI NOR：适用于嵌入式系统、实时系统、传感器数据存储等，常用于存储 Bootloader、操作系统内核等程序。
SPI NAND：适用于空间受限和成本敏感的应用，如工业控制、物联网设备、嵌入式系统和单片机存储扩展等。
eMMC：常见于移动设备，如智能手机、平板电脑等，也适用于对存储容量要求较高的嵌入式系统。
SD 卡：主要用于消费类电子设备，例如数码相机、智能手机和平板电脑等，也适用于需要高性能和大容量存储的应用，如消费电子设备、便携式媒体播放器等。

联系

存储介质基础：它们都是基于闪存技术的存储设备，用于存储数据。
嵌入式应用：在嵌入式系统中都有广泛的应用，为设备提供数据存储功能。
可配合使用：在一些复杂的嵌入式系统中，可能会根据不同的需求和场景，将它们配合使用。例如在一些需要快速启动和运行速度较快的系统中，可以使用 SPI NOR 来存储 Bootloader 和操作系统内核等程序，而在一些需要大容量存储和高可靠性的系统中，可以使用 SPI NAND 或 eMMC 来存储大量的用户数据和应用软件。