DRAM、SRAM、NAND Flash、NOR Flash、EEPROM、MRAM存储器你分得清吗？

DRAM、SRAM、NAND Flash、NOR Flash、EEPROM、MRAM存储器，这些是计算机和电子设备中最核心的几种存储器技术。

首先，我们可以从两个最根本的特性来对它们进行初步区分：

1. ​​易失性 (Volatile)​​：断电后数据是否丢失。

2. ​​读写特性​​：是像内存一样可以​​按字节随机读写​​，还是像硬盘一样需要​​按“块”擦除和编程​​。

基于以上两点，我们可以把它们分为三大类：

存储器类型	易失性？	读写特性	主要用途	性能（相对）	容量（相对）	成本（相对）
​​SRAM​​	​​易失​​	随机读写（字节）	CPU高速缓存 (L1, L2, L3 Cache)	​​极快​​	很小	​​极高​​
​​DRAM​​	​​易失​​	随机读写（字节）	​​主内存（内存条）​​、显卡显存	快	大	低
​​NOR Flash​​	非易失	​​随机读取​​	存储启动代码（BIOS/UEFI）、嵌入式系统	读快，写慢	小至中	高
​​EEPROM​​	非易失	随机读写（字节）	存储少量配置数据（如IC序列号）	读快，写很慢	极小	中
​​NAND Flash​​	非易失	​​顺序块存取​​	​​SSD硬盘​​、U盘、手机存储、SD卡	读快，写中	​​极大​​	​​极低​​
​​MRAM​​	非易失	随机读写（字节）	（新兴技术）有望替代多种内存	快，接近SRAM	中	目前较高

 详细解释

第一类：易失性存储器 (Volatile Memory) - 用作“内存”

这类内存需要持续通电才能保持数据，速度快，用于和CPU直接交换数据。

1. ​​SRAM (Static Random-Access Memory) - 静态随机存取存储器​​

   • ​​特点​​：“静态”意味着只要通电，数据就会一直保持，不需要刷新。它使用​​6个晶体管​​来存储1个比特的数据，结构复杂。

   • ​​优点​​：​​速度极快​​，是目前读写最快的内存。

   • ​​缺点​​：结构复杂导致​​成本高、功耗大、容量做不大​​、占用芯片面积大。

   • ​​应用​​：对速度有极致要求的地方，主要是CPU内部的高速缓存 (​​L1, L2, L3 Cache​​)。你买CPU时看到的“16MB三级缓存”，这指的就是SRAM。

2. ​​DRAM (Dynamic Random-Access Memory) - 动态随机存取存储器​​

   • ​​特点​​：“动态”意味着即使通电，数据也会慢慢丢失，需要定时“刷新”电路来给电容充电，才能保持数据。它使用​​1个晶体管+1个电容​​来存储1个比特，结构简单。

   • ​​优点​​：结构简单，因此在​​容量和成本​​上具有巨大优势（比SRAM便宜得多，容量大得多）。

   • ​​缺点​​：速度比SRAM慢，且需要刷新电路。

   • ​​应用​​：​​主内存（即电脑里的内存条）​​。我们常说的DDR4、DDR5就是DRAM的一种。

​​SRAM vs DRAM 简单比喻​​：

• SRAM就像你书桌上的一字典（​​高速缓存​​），拿取极快，但书桌面积有限，放不了太多。

• DRAM就像你身后的整个书柜（​​主内存​​），容量很大，取书比从书桌拿慢一点，但比去图书馆快得多。

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第二类：非易失性存储器 (Non-Volatile Memory) - 用作“存储”

这类存储器断电后数据不会丢失，用于长期保存数据。它们通常以“块”为单位进行写入和擦除操作。

1. ​​NAND Flash​​

   • ​​特点​​：目前​​大容量存储的绝对主力​​。数据必须以“页”为单位写入，以“块”为单位擦除。​​不支持​​像内存一样直接通过地址线随机读写。

   • ​​优点​​：​​容量可以做得非常大​​（TB级别），​​成本极低​​。

   • ​​缺点​​：写入寿命有限（有擦写次数限制），读写速度不对称，写入前需先擦除。

   • ​​应用​​：​​SSD固态硬盘、U盘、手机eMMC/UFS存储、SD卡、TF卡​​。几乎所有需要大容量存储的地方都是它的天下。

2. ​​NOR Flash​​

   • ​​特点​​：和NAND同属Flash家族，但结构不同。它​​支持芯片内执行​​，即CPU可以直接从NOR Flash上取指令执行，无需先复制到内存中。

   • ​​优点​​：​​具有独立地址线和数据线，可以实现随机读取​​（尤其是读取很快）。

   • ​​缺点​​：容量密度低，成本高，写入速度慢。

   • ​​应用​​：主要用来存储​​启动代码（如主板BIOS、路由器固件）​​、操作系统的引导程序等需要直接读取执行的小容量关键代码。

3. ​​EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) - 电可擦可编程只读存储器​​

   • ​​特点​​：可以​​按字节​​进行擦除和重写，非常灵活。

   • ​​优点​​：读写单位小，使用方便。

   • ​​缺点​​：容量很小，写入速度非常慢。

   • ​​应用​​：存储需要频繁修改但数据量很小的配置信息，例如设备的序列号、加密密钥、用户的个性化设置等。很多微控制器内部都集成了小容量的EEPROM。

​​NAND vs NOR vs EEPROM 简单比喻​​：

• ​​NOR Flash​​像一本​​字典​​，你可以直接​​随机​​翻到任何一页（地址）查阅（读取）内容，但往里面写字（写入）很麻烦。

• ​​NAND Flash​​像一个​​巨大的仓库​​，货物必须以“托盘”（块）为单位存取，存取效率高、仓库大，但你不能直接跑去拿托盘上的一件小东西，必须把整个托盘搬出来。这是为​​大容量仓储​​设计的。

• ​​EEPROM​​像一个​​小记事本​​，你可以在任意一行​​擦掉重写几个字​​，非常灵活，但本子很薄，写起来也慢。

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第三类：新兴存储器

1. ​​MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory) - 磁阻随机存取存储器​​

   • ​​特点​​：利用电子自旋的磁性来存储数据，是一种非常有潜力的​​通用内存​​技术。

   • ​​优点​​：​​非易失、读写速度极快（接近SRAM）、功耗极低、无限次擦写​​。它结合了SRAM的速度、DRAM的容量和Flash的非易失性。

   • ​​缺点​​：目前​​成本较高​​，容量密度还在发展中，是未来技术。

   • ​​应用​​：目前在一些工业、汽车、物联网等特殊领域开始应用。未来有望替代DRAM做非易失主内存，甚至替代SRAM做缓存，实现“内存硬盘统一”。

总结

• ​​要速度极致​​：用 ​​SRAM​​（做Cache）。

• ​​要便宜大碗的内存​​：用 ​​DRAM​​（做内存条）。

• ​​要便宜大碗的存储​​：用 ​​NAND Flash​​（做SSD、U盘）。

• ​​要存代码并直接运行​​：用 ​​NOR Flash​​（存BIOS）。

• ​​要存一点小配置且经常改​​：用 ​​EEPROM​​。

• ​​未来可能全都要​​：看 ​​MRAM​​。