终于有人说清楚了什么是DRAM、什么是NANDFlash
终于有⼈说清楚了什么是DRAM、什么是NANDFlash
所有使⽤者对“存储器”这个名词可是⼀点都不陌⽣，因为所有的电⼦产品都必须⽤到存储器，且
通常⽤到不只⼀种存储器。不过对于存储器种类、规格与形式，很多⼈容易搞混。⽐如，最近
价格贵到炸的 NAND Flash，产业新闻⾥常常提到的DRAM，还有SRAM、SDRAM、DDR 3、
DDR 4、NOR Flash … 这些⼜是什么？
先来⼀段百度百科。
存储器是⽤来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保
证正常⼯作。存储器的种类很多，按其⽤途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器⼜称内存
储器（简称内存，港台称之为记忆体）。外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存
器，此类储存器⼀般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。
⽽简单来说，DRAM就是我们⼀般在⽤的内存，⽽NAND Flash 闪存，它在做的事情其实是硬
盘。
（这段是给电脑⼩⽩的科普，⼤家可以酌情跳过）
不熟悉PC知识的朋友常常在选购设备时问，硬盘和内存到底有什么差别？我硬盘容
量明明有 1TB，但PC还是跑得很慢哎？
硬盘和内存的差异，在于把电源关掉后、空间中储存的数据还会不会留着。就算关
掉电源，硬盘的数据也不会消失。
但我们要运算数据时，如果 CPU 要直接从硬盘⾥⾯抓数据，时间会太久。所以”内
存”会作为中间桥梁，先到硬盘⾥⾯复制⼀份进来、再让 CPU 直接到内存中拿数据
做运算。这样会⽐直接去硬盘抓数据，快约数百万倍。
打开任务管理器，就可以看到现在执⾏中程序占掉的内存空间，很多⼈就在骂
Chrome 耗费的运算资源很⾼，内存使⽤率⾼于其他浏览器，多开⼏个分页内存就被
吃完了。
所以简单来说，计算机在运作就像是办公⼀样，喝饮料、看书本、听⾳响… 想⼀次
使⽤越多东西、桌⾯（内存）就要越⼤。但其他⼀时间没有要⽤到的东西，都会放
在抽屉（硬盘）⾥⾯。所以硬盘就算再⼤，你⼀次想执⾏很多任务，还是得要看内
存⼤⼩。
内存的处理速度⽐硬盘更快，但断电之后数据会消失，且价格也⽐硬盘贵。
当然存储器的层次结构⾥⾯还有更多细节。参见后⽂。
简单来说，CPU ⾥⾯也有⼀个储存空间，叫做 Register。要运算时、CPU 会从内存
中把数据载⼊Register、再让Register中存的数字做运算，运算完再将结果存回内存
中。毕竟 CPU 和内存终究还是两⽚不同的芯⽚，没有在同⼀⽚芯⽚⾥直接抓数据
快。
还有⼀个概念是 Cache，这是CPU 和内存之间的中间桥梁。
速度来讲，就是：CPU⾥⾯的Register > Cache > 内存 > 硬盘。越上层（越靠近
CPU），速度就越快、价格越⾼、容量越低。
存储器的分类
电的存储器是指电写电读的存储器，主要分为两⼤类，如图⼀所⽰：
易失性存储器（Volatile Memory，VM）：电源开启时资料存在，电源关闭则资料⽴刻流失（资
料挥发掉），例如：SRAM、DRAM、SDRAM、DDR-SDRAM 等。
⾮易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM）：电源开启时资料存在，电源关闭资料仍然可
以保留，例如：ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash ROM、FRAM、MRAM、
RRAM、PCRAM 等。
▲图⼀：存储器的分类。
存储器的单元
存储器的“单元”（Cell）是指⽤来存取资料的最⼩结构，如果含有⼀个晶体管（Transistor）与⼀个电容（Capacitor）则称为“1T1C”；如果含有⼀个晶体管（Transistor）与⼀个电阻（Resistor）则称为“1T1R”；如果含有⼀个⼆极体（Diode）与⼀个电阻（Resistor）则称
为“1D1R”。
存储器的每个“单元”不⼀定只能储存 1 个位的资料，由于我们对存储器容量的要求越来越⾼，每个“单元”能储存的资料越来越多，依照每个“单元”能储存的资料位数⼜分为：单层单元（Single-Level Cell，SLC）、多层单元（Multi-Level Cell，MLC）、三层单元（Triple-Level
Cell，TLC）、四层单元（Quad-Level Cell，QLC）等。
存储器层次结构（Memory hierarchy）
要了解电⼦产品的各种存储器配置，就必须先介绍“存储器层次结构”（Memory hierarchy）观念。存储器层次结构是指如何将储存容量不同、运算速度不同、单位价格不同的多种存储器妥善分配，才能达到最⼤的经济效益，使产品的运算速度合理、储存容量合理、产品价格合理。
图⼆为存储器阶层⽰意图，由上⽽下依序为暂存器、快取存储器、主存储器、辅助存储器：
暂存器（Register，也译为寄存器）：在处理器内，⽤来设定处理器的功能，主要是“暂时储存”设定值的地⽅。
快取存储器（Cache memory，翻译版本有缓存，快取缓存区，快取存储器；台湾翻译为快取。）：在处理器内，执⾏程序时“暂时储存”程序与资料的地⽅，通常以 SRAM 制作。
主存储器（Main memory）：在处理器外，“暂时储存”程序与资料的地⽅，通常以 DRAM 制作，⽬前已经改良成 SDRAM 或 DDR。
辅助存储器（Assistant memory）：在处理器外，“永久储存”程序与资料的地⽅，包括：快闪存储器、磁盘机、光盘机、磁带机等。
不同种类的存储器分别有不同的储存容量、⼯作速度、单位价格：
储存容量：辅助存储器（GB）> 主存储器（MB）> 快取存储器（KB）> 暂存器（B）。
⼯作速度：辅助存储器（1ms）< 主存储器（10ns）< 快取存储器（1ns）< 暂存器（1ns）。
单位价格：辅助存储器 < 主存储器 < 快取存储器 < 暂存器。
▲图⼆：存储器阶层⽰意图。
存储器的应⽤
所有的电⼦产品都必须⽤到存储器，⽽且通常⽤到不只⼀种存储器，由于存储器的种类繁多，常常让使⽤者混淆，我们简单说明不同存储器之间的差异，图三为⼿机主要芯⽚的系统⽅块图（System block diagram），包括：应⽤处理器（Application processor）、基带处理器（Baseband processor）、运动控制器（Motion Controller）。
应⽤处理器主要是执⾏操作系统（Operating System，OS）与应⽤程序（Application program，App），暂存器与快取存储器⽬前都是内建在处理器内，其中暂存器⽤来设定处理器的功能，⽤来设定暂存器数值的程序，也就是⽤来趋动硬件的软件程序⼜称为“固
件”（Firmware）；快取存储器是在执⾏程序时⽤来“暂时储存”程序与资料的地⽅，由于在处理器内离运算单元⽐较近，可以缩短程序与资料来回的时间，加快程序的执⾏速度因此称
为“Cache”。
由于快取存储器成本较⾼因此容量不⼤，如果执⾏程序时放不下，则可以退⼀步放在主存储器内，可是⽬前主存储器所使⽤的 SDRAM 或 DDR，属于易失性存储器，电源关闭则资料⽴刻流失，因此关机
后资料必须储存在⾮易失性的辅助存储器内，早期辅助存储器使⽤磁盘机、光盘机、磁带机等，由于半导体制程的进步，⽬前⼤多使⽤快闪存储器（Flash ROM），或所谓的固态硬盘（Solid State Disk，SSD），固态硬盘其实也是使快闪存储器制作。
由于快取存储器（SRAM）与主存储器（SDRAM、DDR）是执⾏程序⽤来“暂时储存”程序与资料的地⽅，与处理器内的运算单位直接使⽤汇流排（Bus）连接，⼀般都是⽤“位”（bit）来计算容量；⽽辅助存储器是“永久储存”程序与资料的地⽅，由于⼀个位组（Byte）可以储存⼀个半型字，因此⼀般都是⽤“位组”（Byte）来计算容量。
▲图三：⼿机主要芯⽚的系统⽅块图（System block diagram）。
静态随机存取存储器（SRAM：Static RAM）
以 6 个晶体管（MOS）来储存 1 个位（1bit）的资料，⽽且使⽤时“不需要”周期性地补充电源来保持记忆的内容，故称为“静态”（Static）。
SRAM 的构造较复杂（6 个晶体管储存 1 个位的资料），不使⽤电容所以存取速度较快，但是成本也较⾼，因此⼀般都制作成对容量要求较低但是对速度要求较⾼的存储器，例如：中央处理器（CPU）内建 256KB、512KB、1MB 的“快取存储器”（Cache memory），⼀般都是使⽤SRAM。
动态随机存取存储器（DRAM：Dynamic RAM）
以⼀个晶体管（MOS）加上⼀个电容（Capacitor）来储存⼀个位（1bit）的资料，⽽且使⽤
时“需要”周期性地补充电源来保持记忆的内容，故称为“动态”（Dynamic）。
DRAM 构造较简单（⼀个晶体管加上⼀个电容），由于电容充电放电需要较长的时间造成存取速度较慢，但是成本也较低，因此⼀般制作成对容量要求较⾼但是对速度要求较低的存储器，例如：个⼈电脑主机板通常使⽤ 1GB 以上的 DDR-SDRAM 就是属于⼀种 DRAM。由于处理器的速度越来越快，传
统 DRAM 的速度已经⽆法满⾜要求，因此⽬前都改良成 SDRAM 或 DDR-SDRAM 等两种型式来使⽤。
同步动态随机存取存储器（SDRAM：Synchronous DRAM）
中央处理器（CPU）与主机板上的主存储器（SDRAM）存取资料时的“⼯作时脉”（Clock）相同，故称为“同步”（Synchronous）。由于 CPU 在存取资料时不需要“等待”（Wait）因此效率较⾼，SDRAM 的存取速度较 DRAM 快，所以早期电脑主机板上都是使⽤ SDRAM 来取代传统DRAM，不过⽬前也只有少数⼯业电脑仍然使⽤ SDRAM。
可以记住⼀个简单的结论：SRAM ⽐较快、 DRAM ⽐较慢；SRAM ⽐较贵、DRAM ⽐较便宜。
这是我们平常在计算机中使⽤的内存，更精确的说法应该叫”内存模块”（Memory Module）。⼀个内存模块实际上就是由⼀块⼩电路板、再加上⼏块的 DRAM 芯⽚构成。图标中的内存模块上⼀共有 8 个 DRAM 芯⽚。让我们把⼀个 DRAM 芯⽚的内部结构剖开看看，会看到⼀个储存数组（Memorry Array）。
CPU 会给这个储存数组”⾏地址”和”列地址”，就可以选出⼀个”储存单元”。常见的储存单元包含了 4 bit 或 8 bit，每⼀个 bit 都会采⽤⼀个电路结构，我们称为 DRAM 的⼀个”基本储存单元”。
这个基本储存单元中包含了⼀个晶体管匹配⼀个电容。然后就可以视电容器是否有充电电荷存在、来判别⽬前的记忆状态。
“写⼊内存”的动作，就是由外部的数据线、对电容进⾏充电或放电，从⽽完成写⼊ 1 或 0 的数字数据。
DRAM 使⽤⼀个晶体管（MOS）与⼀个电容来储存⼀个位的资料（⼀个 0 或⼀个 1），如图四（a）所⽰，当晶体管（MOS）不导通时没有电⼦流过，电容没有电荷，代表这⼀个位的资料是0，如图四（b）所⽰；当晶体管（MOS）导通时（在闸极施加正电压），电⼦会由源极流向汲极，电容有电荷，代表这⼀个位的资料是 1，为了要将这些流过来的电荷“储存起来”，因此必须使⽤⼀个微⼩的电容，如图四（c）所⽰，DRAM 就是因为电容需要时间充电，所以速度⽐
SRAM 还慢。
▲图四：动态随机存取存储器（DRAM）的结构与⼯作原理⽰意图。
rom是什么
由于电容会有漏电的现象，导致电位差不⾜⽽使记忆消失，因此除⾮电容经常周期性地充电，否则⽆法确保数据能长久保存起来。
由于每个 DRAM 基本储存单元的电路结构⾮常的简单，所以功耗低、价格也较低。这样⼀来⽤低成本就能制造出⼤储存容量的 DRAM 芯⽚。缺点就是读写的速度慢（电容要充电放电），影响了 DRAM 的性能。
SRAM 的结构则较为复杂，⼀共有六个晶体管构成。我们能分别⽤ M1、M2、M3 到 M6 进⾏标

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