,也稱半導(dǎo)體存儲器,是以半導(dǎo)體電路作為存儲媒介的記憶設(shè)備,用于保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)。它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色,用于臨時(shí)或永久地存儲數(shù)據(jù)和指令。存儲芯片通常分為兩種主要類型:隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。
最直觀的理解,我們買手機(jī)的時(shí)候都要選擇的“XXGB+XXXGB”中,前面的那個(gè)指的是RAM,后面的那個(gè)指的是ROM。
RAM 全稱為“Random Access Memory”,中文名是“隨機(jī)存取存儲器”,是易失性存儲器,其特點(diǎn)是斷電后會丟失數(shù)據(jù)。舉例來說,當(dāng)我們在使用 Word 或 Excel 時(shí),如果沒有保存文件,突然關(guān)機(jī)或斷電后再重啟,文件中的數(shù)據(jù)就會丟失。這是因?yàn)槲覀冊跊]有點(diǎn)擊保存時(shí),數(shù)據(jù)存儲在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中,只有在點(diǎn)擊保存后,數(shù)據(jù)才會保存到硬盤中。RAM 的每一個(gè)位單元由一個(gè)電容和一個(gè)晶體管組成,電容在斷電的情況下會漏電,因此數(shù)據(jù)會丟失。雖然 RAM 存在斷電丟失數(shù)據(jù)的缺點(diǎn),但由于其讀寫速度較快,被廣泛應(yīng)用于 PC 機(jī)的內(nèi)存、智能手機(jī)和服務(wù)器,一般被用來存儲用戶當(dāng)前正在運(yùn)行的程序。所以我們手機(jī)中后臺運(yùn)行的程序,其實(shí)利用的是RAM的存儲空間。所以RAM越大,可以同時(shí)運(yùn)行的東西也就越多。
ROM全稱為“Read-Only Memory”,中文名是“只讀存儲器”,屬于非易失性存儲器。與RAM不同,存放在ROM當(dāng)中的數(shù)據(jù)可以被永久存儲,即使設(shè)備斷電關(guān)閉,ROM中的內(nèi)容也不會丟失。我們電腦中的硬盤所用的存儲芯片就是一種 ROM。ROM 的存儲原理是通過電子在隧穿效應(yīng)下從隧穿層進(jìn)入浮柵存儲起來,閾值電壓較高,對應(yīng)邏輯為 0;在向柵極施加負(fù)向偏壓時(shí),浮柵中的電子退出隧穿層,閾值電壓較小,對應(yīng)邏輯為 1。即使電流消失,阻擋層與隧穿層也能保證浮柵中的電子不丟失,從而保證數(shù)據(jù)的完整性。相比 RAM,ROM 的優(yōu)點(diǎn)在于斷電不失數(shù)據(jù),且成本較低,但寫入速度較慢。
RAM中的主要產(chǎn)品包括DRAM和SRAM,一個(gè)是“動態(tài)”(Dynamic),一個(gè)是“靜態(tài)”(Static)。所謂的“靜態(tài)”,是指這種存儲器只要保持通電,里面儲存的數(shù)據(jù)就可以恒常保持。相對之下,DRAM里面所儲存的數(shù)據(jù)就需要周期性地更新。然而,當(dāng)電力供應(yīng)停止時(shí),SRAM儲存的數(shù)據(jù)還是會消失(被稱為volatile memory)。SRAM的集成度和功耗都不如DRAM,造價(jià)也比較高,所以SRAM主要用于高速緩存(Cache),主要是CPU和存儲器臨時(shí)交換數(shù)據(jù)的地方。主要的運(yùn)行存儲還是靠DRAM。當(dāng)前很火的HBM,實(shí)際上也是DRAM的衍生產(chǎn)品。
ROM(只讀存儲器)的特點(diǎn)是只能讀出而不能寫入信息,通常在電腦主板的ROM里面固化一個(gè)基本輸入/輸出系統(tǒng),稱為BIOS(基本輸入輸出系統(tǒng))。其主要作用是完成對系統(tǒng)的加電自檢、系統(tǒng)中各功能模塊的初始化、系統(tǒng)的基本輸入/輸出的驅(qū)動程序及引導(dǎo)操作系統(tǒng)。
后來,又出現(xiàn)了可以快擦除的讀寫存儲器,也就是(Flash),關(guān)于閃存是否屬于ROM,一向存在爭議。閃存又分為NOR和,兩者在結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)上有所差別。因?yàn)镹OR讀取快、寫入慢、造價(jià)高,所以一般用來存儲一些需要固定讀取的程序,比如汽車的啟動器;NAND正相反,所以適合作為大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲器。近二十年來,也不斷涌現(xiàn)了一些新型的存儲器,希望能結(jié)合DRAM速度快和NAND不斷電的優(yōu)勢,比如之前美光與英特爾合作的3D-Xpoint、相變存儲器等,但都沒有達(dá)到大規(guī)模量產(chǎn)的要求。所以現(xiàn)在DRAM和NAND依然是存儲芯片中的主流產(chǎn)品,在存儲器市場中占比超過90%,DRAM略微多一點(diǎn)點(diǎn),但在現(xiàn)在的信息社會中,普遍預(yù)測NAND將會超過DRAM。
主流電子產(chǎn)品中,CPU和存儲器可以說是最重要最核心的兩大芯片,一個(gè)負(fù)責(zé)運(yùn)算,一個(gè)負(fù)責(zé)存儲,兩者之間的聯(lián)系也很緊密,會在電子產(chǎn)品運(yùn)行的過程中,大量交換數(shù)據(jù)?,F(xiàn)代計(jì)算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)中,一般有幾種不同的存儲器,這些存儲器越靠近 CPU ,速度越快,容量越小,價(jià)格越貴。主要有以下幾種:
寄存器(Register):寄存器與其說是存儲器,其實(shí)更像是 CPU 本身的一部分,只能存放極其有限的信息,但是速度非??欤虲PU同步。
高速緩存(CPU Cache):使用靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(Static Random-Access Memory,簡稱SRAM)的芯片。
內(nèi)存(DRAM):使用動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(Dynamic Random Access Memory,簡稱DRAM)的芯片,比起 SRAM 來說,它的密度更高,有更大的容量,而且它也比 SRAM 芯片便宜不少。
硬盤:目前主要分為(Solid-state drive,簡稱)和機(jī)械硬盤(Hard Disk Drive,簡稱HDD)。SSD的核心就是DRAM和NAND,HHD則是磁性存儲器,不屬于半導(dǎo)體存儲器了,雖然造價(jià)比SSD低,但已經(jīng)逐漸被市場淘汰。
隨著信息社會的發(fā)展,要通過電子設(shè)備存儲的數(shù)據(jù)越來越多,質(zhì)量越來越高,也會帶動存儲器需求的繼續(xù)上漲。期待國內(nèi)的存儲廠商把握技術(shù)革新和迭代的機(jī)遇,縮小與國際的差距。