非易失存储器(Non-Volatile Memory,NVM)是一种能够在断电后保持存储数据的计算机存储器。
1 硅片存储介质
硅片存储介质是指采用半导体器件(如NAND Flash等)作为存储介质的存储设备。
半导体芯片内存储单元中的数据由电子器件来存储和读取。
1.1 ROM
ROM(Read-Only Memory,只读存储器):ROM是最简单的硅片存储器,通常在制造时被编程,用于存储固定的程序或数据。
ROM内部的存储单元通常由晶体管和二极管构成,通过将晶体管的通道切断或保持通畅的方式来存储数据。
1.2 EPROM
EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory,可擦写可编程只读存储器):是可擦写的可编程只读存储器,允许用户将数据写入其中,并且在需要修改数据时可以将其擦除并重新编程。
EPROM内部的存储单元由晶体管和可控氧化物场效应晶体管(MOSFET)构成。
EPROM需要通过特殊的EPROM编程器进行编程,使用紫外线擦除器进行擦除。
1.3 EEPROM
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,电可擦写可编程只读存储器):是电可擦除可编程只读存储器,与EPROM相似,但允许单独擦除和编程每个存储单元。
EEPROM内部的存储单元由晶体管和电介质电容构成。EEPROM的擦除和编程可以通过电场实现,因此不需要特殊的擦除器或编程器。
1.4 Flash Memory
Flash Memory(闪存):与EEPROM类似,但是以块为单位进行擦写,具有更高的存储密度和更长的使用寿命。可以用于存储操作系统、固件等需要长时间保存的数据。
块的大小可以根据具体的存储器制造商和型号而有所不同,但通常是几个K字节或数十个K字节。
闪存擦除的最小单位称为“块(block)”,存储单元称为“页(page)”,块由多个页组成。
1.4.1 NAND Flash
NAND Flash是一种非常常见的闪存存储器,主要用于存储大量的数据,如音频、视频、图像等。它是一种基于块存储的存储器,通过内部的位线(wordline)和位于单元交叉点的选择性加电和阻断来实现读写操作。
NAND Flash将数据存储在一个个块中,块中包含多个页,页中包含多个扇区,数据读取时需要先进行块级别的寻址。
1.4.1.1 eMMC
eMMC(embedded MultiMediaCard)是一种嵌入式多媒体卡,也是一种集成存储器和控制器的封装,通常被用于嵌入式系统和移动设备中。
eMMC主要由MMC(MultiMediaCard)控制器和NAND Flash芯片组成,MMC控制器负责控制芯片的读写,数据传输等操作。
eMMC将数据分成多个块(block)进行存储,并采用块级别的寻址方式进行读写。
1.4.1.2 闪存卡
闪存卡是一种便携式存储设备,通常用于相机、手机、平板电脑等设备的存储。常见的闪存卡包括SD卡、MicroSD卡(原名TF卡,Trans-flashCard)、CF卡等。
闪存卡通过闪存控制器将数据写入或读取NAND闪存芯片。NAND闪存芯片中存储单元被组织成一个或多个存储块,每个块通常包含多个页。闪存控制器负责管理闪存块的擦写和读取,以及维护闪存中的文件系统。
1.4.1.3 USB闪存驱动器
USB闪存驱动器是一种便携式存储设备,通常用于传输和存储文件。USB闪存驱动器通常具有小巧轻便、容量大、读写速度快等特点。
USB闪存驱动器是一种可插拔式的闪存存储器,它采用NAND闪存芯片作为存储介质,并通过USB接口与计算机进行通信。
USB闪存驱动器的原理是将数据写入或读取NAND闪存芯片,并通过USB接口将数据传输到计算机。USB闪存驱动器中的闪存控制器负责管理闪存块的擦写和读取,并将存储的数据转换为计算机可以识别的文件系统格式。
1.4.1.4 固态硬盘
固态硬盘(Solid State Drive,SSD)是一种使用闪存芯片作为存储介质的硬盘,它采用NAND闪存芯片作为存储介质,并通过SATA或PCIe接口与计算机进行通信。
固态硬盘的原理是将数据写入或读取NAND闪存芯片,并通过SATA或PCIe接口将数据传输到计算机。
固态硬盘中的控制器负责管理闪存块的擦写和读取,并将存储的数据转换为计算机可以识别的文件系统格式。
此外,固态硬盘还包括高速缓存、DRAM等组件,以提供更快的数据访问速度和更好的性能。
1.4.4 NOR Flash
NOR Flash是一种快速、随机读写的闪存存储器,主要用于存储程序代码、固件等需要快速读取的数据。
NOR Flash采用类似于传统ROM的寻址方式,可以随机读写单独的存储单元,因此读取速度比NAND Flash快。NOR Flash的原理是将数据存储在一个个存储单元中,每个存储单元都有独立的地址,数据读取时可以直接进行单元级别的寻址。
1.4.4.1 QSPI Flash
QSPI Flash(Quad SPI Flash)是一种串行外部闪存,采用了NOR闪存作为其存储介质。具体来说,QSPI Flash内部包含了一个控制器和一个或多个NOR闪存芯片,控制器通过SPI接口与主机之间进行通信。
QSPI Flash将数据按页(page)进行存储,每页包含多个扇区(sector),数据读取时通过SPI总线进行传输。
1.4.4.2 其他NOR Flash存储器
其他使用Nor Flash存储器技术的存储器包括Parallel NOR Flash、SPI NOR Flash和XIP Flash等。
2 磁盘存储介质
磁盘存储介质是指采用磁性材料作为存储介质的存储设备,如硬盘、软盘等。
将磁性材料分成若干个小的磁区域,通过磁头在磁盘表面的扫描和改变磁区域的磁化方向,实现对数据的读取和写入。
2.1 软盘
软盘(Floppy Disk)是一种磁盘存储介质,通常使用塑料外壳保护,内部有一个由磁性物质制成的薄片,分成多个磁道和扇区。
软盘的容量一般较小,常见的有1.44MB、720KB等。
软盘的读写速度较慢,一般只能达到几十KB/s的速度。
2.2 机械硬盘
机械硬盘(Hard Disk Drive,HDD)是一种磁盘存储介质,通常由多个金属碟片组成,每个碟片都有两个磁头来读写数据,碟片上有多个磁道和扇区,数据存储在扇区内。
机械硬盘的容量通常较大,常见的容量有1TB、2TB、4TB等。
机械硬盘的读写速度通常比软盘快得多,一般能够达到几百MB/s的速度。
3 光学存储介质
光学存储介质(Optical Storage)是指采用激光技术进行数据存储和读取的存储设备,如光盘、DVD、蓝光光盘等。
将信息转换为微小的凹坑和平台等结构,激光读写头在光盘表面扫描时,通过反射和衍射信号的强度变化来读取数据。
- CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory):只读光盘,容量通常为700MB。
- CD-R(Compact Disc Recordable):一次性写入型光盘,用户只能写入数据一次,容量通常为700MB。
- CD-RW(Compact Disc ReWritable):可重写光盘,用户可以多次写入和擦除数据,容量通常为700MB。
- DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read-Only Memory):只读光盘,容量通常为4.7GB或8.5GB。
- DVD-R(Digital Versatile Disc Recordable):一次性写入型光盘,容量通常为4.7GB或8.5GB。
- DVD-RW(Digital Versatile Disc ReWritable):可重写光盘,用户可以多次写入和擦除数据,容量通常为4.7GB或8.5GB。
- Blu-ray Disc(BD):高清晰度光盘,容量通常为25GB或50GB,用于存储高清电影和游戏等数据。