ROM和RAM

内存是计算系统最重要的元素，计算机或嵌入式设备就无法执行任务。由于存储器的种类繁多，所以本文将从存储器与 CPU 的接口、程序运行的角度，系统而详细介绍各种存储器的分类与用途，以便于区分各种存储器。
计算机内存有两种基本类型 -主内存（RAM 和 ROM）和辅助内存（硬盘、驱动器、U盘等）。随机存取存储器 (RAM)是主要的易失性存储器，只读存储器 (ROM)是主要的非易失性存储器。下图是按照存储器掉电是否数据是否丢失区分。

ROM：只读存储器(Read Only Memory)的简称，非易失性。它是一种只能读出事先所存的数据的固态半导体存储器。部分拥有 CPU 的总线接口，可以执行代码（需要配合RAM，因为程序的执行过程肯定有写操作的）。这是很早期的定义了，现今 ROM 的概念已经非常广了，通常掉电后数据不会消失的半导体存储器都泛称为 ROM ，现在ROM也不仅仅是只读的了，只是时代在发展，ROM还叫ROM。比如手机参数里所说的 ROM 通常就是指 NAND FLASH 类存储器，但这些 ROM 基本上都是不支持执行代码的。

实际运用的时候会把内置储存和Flash分成两个部分，一块可以被写入，一块不能被写入。可以被写入的地方用来储存通讯录、照片、音乐、APP之类的，不可被写入的地方用来存放操作系统的软件。手机的ROM，从最早的NOR Flash发展到NAND Flash，现在的智能手机几乎全都是eMMC了(和TF卡是一个东西)。单片机的Flash还是维持在小容量的NOR Flash。

为了便于使用和大批量生产，进一步发展出了可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）。EPROM需要用紫外线长时间照射才能擦除，使用很不方便。1980s又出现了电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），它克服了EPROM的不足，但是集成度不高、价格较贵。于是又发展出了一种新型的存储单元结构同EPROM类似的快闪存储器（FLASH MEMORY）。FLASH集成度高、功耗低、体积小，又能在线快速擦除，因而获得了快速发展。

因此，ROM进一步分为4种类型：PROM、EPROM、EEPROM、Flash。

• PROM（Programmable ROM）：可编程ROM，只能被编程一次。
• EPROM（Erasable Programmable ROM，EPROM）：可擦写可编程ROM，擦写可达1000次。
• EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电子可擦除EPROM）：指带电可擦可编程只读存储器。是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。一般用在即插即用。
• 闪存（flash memmory）：基于EEPROM，也就是我们常说的Flash。它已经成为一种重要的存储技术。固态硬盘（SSD）、U盘等就是一种基于闪存的存储器。它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦出可编程（EEPROM）的性能，还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据（NVRAM的优势），U盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里，嵌入式系统一直使用ROM（EPROM）作为它们的存储设备，然而近年来 Flash全面代替了ROM（EPROM）在嵌入式系统中的地位，用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用（U盘）。它于EEPROM的最大区别是，FLASH按扇区（block）操作，而EEPROM按照字节操作。FLASH的电路结构较简单，同样容量占芯片面积较小，成本自然比EEPROM低，因此适合用于做程序存储器。
  

由于今天已经存在多种EEPROM的变种，变成了一类存储器的统称：

• 狭义的EEPROM：这种rom的特点是可以随机访问和修改任何一个字节，可以往每个bit中写入0或者1。这是最传统的一种EEPROM，掉电后数据不丢失，可以保存100年，可以擦写100w次。具有较高的可靠性，但是电路复杂/成本也高。因此目前的EEPROM都是几十千字节到几百千字节的，绝少有超过512K的。
• 广义的EEPROM：因为Flash也是电擦除的ROM，Flash属于广义的EEPROM，但是为了区别于一般的按字节为单位的擦写的EEPROM，我们都叫它Flash。
  

Flash做的改进就是擦除时不再以字节为单位，而是以块为单位，一次简化了电路，数据密度更高，降低了成本。上M的rom一般都是Flash。Flash分为Nor Flash和Nand flash。

• 速度上：读取方式Nor Flash数据线和地址线分开，可以实现RAM一样的随机寻址功能，可以读取任何一个字节。但是擦除仍要按块来擦。Nand Flash同样是按块擦除，但是数据线和地址线复用，不能利用地址线随机寻址。读取只能按页来读取。（Nand Flash按块来擦除，按页来读，Nor Flash没有页）
• 速度上：由于Nand Flash引脚上复用，因此读取速度比Nor Flash慢一点，但是擦除和写入速度比Nor Flash快很多，NOR Flash大约需要5s，而NAND FLASH通常不超过4ms。
• 容量上：Nand Flash内部电路更简单，因此数据密度大，体积小，成本也低。因此大容量的Flash都是Nand型的。小容量的2～12M的Flash多是nor型的。
• 寿命上：Nand Flash的擦除次数是Nor Flash的数倍。而且Nand flash可以标记坏块，从而使软件跳过坏块。Nor flash 一旦损坏便无法再用。因为Nor flash可以进行字节寻址，所以程序可以在Nor flash中运行。嵌入式系统多用一个小容量的Nor Flash存储引导代码，用一个大容量的Nand Flash存放文件系统和内核。
  

目前Flash主要有两种NOR Flash和NADN Flash。

NOR Flash：目前市面上一种主流的非易失性闪存技术之一，支持掉电保存数据，其读取速度快，多用来存储操作系统等重要信息。相对于 NAND Flash，NOR Flash有类似于RAM的接口，可以通过 CPU 总线随机访问，所以可以作为传统的 ROM 直接运行程序。NOR Flash的成本较高，在容量小的时候收益才较大。NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样，用户可以直接运行装载在NOR Flash里面的代码，这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。

NADN Falsh：是目前市面上另一种主流的非易失性闪存技术之一，支持掉电保存数据，具有容量较大，改写速度快的优点。但不能通过 CPU 总线随机访问，依赖 NAND Flash控制器访问的设备，是不能直接执行程序。通常作为广义上的 ROM 来使用，它的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，采用这种技术的Flash比较廉价。用户不能直接运行NAND Flash上的代码，因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外，还需要一块小NOR Flash来运行启动代码。