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nand保存数据原理电脑手机都用它：一文读懂DRAM，SRAM和Flash原理

发布时间 : 2024-10-06

作者 : 小编

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电脑手机都用它：一文读懂DRAM、SRAM和Flash原理

DRAM、SRAM和Flash都属于存储器，DRAM通常被称为内存，也有些朋友会把手机中的Flash闪存误会成内存。SRAM的存在感相对较弱，但他却是CPU性能发挥的关键。DRAM、SRAM和Flash有何区别，它们是怎样工作的？

DRAM：动态随机存取存储器

DRAM的全称是Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器。"随机存取"意味着CPU可以存取其中的的任意位置，而不像硬盘那样每次存取要以扇区为单位进行。

而"动态"是因为DRAM的工作采用电容原理，为了防止漏电引发数据错误，需要定时重复刷新。当电源中断后DRAM中的数据就会全部丢失，所以它属于"易失型"存储器。

SRAM：静态随机存取存储器

SRAM的存在感比较弱，因为多数时候它并不是像DRAM那样以内存条的形式直接展现在大家面前。CPU中集成的高速缓存就属于SRAM（Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器）。在一些无DRAM缓存设计的固态硬盘（如东芝TR200）中，主控内会集成小容量的SRAM缓存。

SRAM存储单元是由6个晶体管制成的简单锁存器，无需刷新和回写就能保留数据，速度比DRAM更快。但由于集成度低，SRAM容量比DRAM小，成本比DRAM高，所以在大多数地方只能以较小的容量作为高速缓存使用。断电后SRAM中的数据也会丢失，同样属于"易失性"存储器。

Flash：闪存存储器

铠侠（原东芝存储）在上世纪80年代发明NAND型闪存。闪存可以在断电后持续保存数据，但是它无法随机存取，最小读写单元是Page页（早期为4KB，当前多为16KB），最小擦除单位是Block块（当前为16MB左右）。

闪存使用特殊的"浮栅层"（Floating Gate）来存储数据，氧化物层（Oxide Layer）的存在可防止浮栅层中电子流失，这是它能够在断电后继续保存数据的原因。

Flash闪存的1个存储单元存储多位数据，这是DRAM和SRAM都做不到的。根据浮栅层中电子的多少，每个存储单元可以表达1比特（SLC）、2比特（MLC）、3比特（TLC）或4比特（QLC）数据。

闪存的写入和擦除基于量子隧道效应，每个单元可以存储的数据越多，对跃迁到浮栅层的电子数量控制越严苛，写入速度也越慢，所以TLC的闪存性能优于QLC。

当前的3D闪存在结构上跟传统闪存又有所不同。3D闪存的单元排列从水平变更为立体的同时，闪存单元的结构也变为类似于圆柱形，Floating Gate浮栅也被Charge Trap电荷捕获结构代替。

新一代固态硬盘上已经用上96层堆叠技术的3D闪存，而下一代100+层堆叠的闪存也已完成研发并将很快进入量产阶段，在容量、性能和成本上取得新的进步。

总结：DRAM是内存（动态刷新，断电丢数据），SRAM是高速缓存（无需刷新，断电丢数据），Flash（无需刷新，断电不丢数据）通常作为硬盘。从容量上看SRAM<DRAM<Flash，从性能上看则正好反过来。DRAM和SRAM断电后数据会丢失，写入Flash闪存的数据则可以在断电后持续保留。

一幅漫画带你了解什么是NAND闪存，为什么物联网需要它

无处不在的物联网设备将产生庞大的数据，但问题在于是否保留所有数据，如果保留，数据将存储在哪里？相比云计算存储在过去几年中成为目标，如今正在有越来越多的观点认为应该转向布局本地存储和边缘存储，因为不是所有数据需要上云，并且时延要求较高的场景，比如自动驾驶，相比将所有数据一股脑上传到云端，更安全、有效、低成本的方式是将其在边缘实现计算及存储。

尤其考虑到物联网边缘设备自身拥有的诸多特性，比如所处位置偏远不易管理、所处环境较为严苛、产生海量数据对存储容量提出要求、时延较低对读写速度提出要求、强调数据安全、并且对低功耗的性能要求也高等特点，这一系列原因尤其导致数据存储这项工作，在物联网时代面临新的挑战。

但挑战背后即是机遇。

今年，新基建成为热词之一，民间资本为此表现出前所未有的积极性（阿里云3年2000亿投资），国家发改委亦于近期首次明确了新基建的范围，指出重点聚焦信息基础设施建设，包括建设以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。

而信息基础设施建设的最终远景，或者说想要实现的主要目标，一定是让闲置的数据被利用起来，因此考虑如何保存并使用它们将会至关重要。