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浅析FPGA中的RAM、ROM、CAM、SRAM、DRAM ...

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发表于 2022-9-22 09:19:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
ROM、RAM、CAM之区别

目前大多数FPGA都有内嵌的块RAM(Block RAM),可以将其灵活地配置成单端口RAM(SPRAM,Single Port RAM)、双端口RAM(DPRAM,Double Ports RAM)、伪双端口RAM(Pseudo PRAM)、CAM(Content Addressable Memory)、FIFO等常用存储结构。FPGA中其实并没有专用的ROM硬件资源,实现ROM的思路是对RAM赋予初值,并保持该初值。所谓CAM,即内容地址存储器。CAM这种存储器在其每个存储单元都包含了一个内嵌的比较逻辑,写入CAM的数据会和其内部存储的每一个数据进行比较,并返回与端口数据相同的所有内部数据的地址。概括地讲,RAM是一个根据地址读、写数据的存储单元,而CAM和RAM恰恰相反,它返回的是与端口数据相匹配的内部地址。CAM的应用也比较广泛,比如在路由器中的地址交换表等。
<hr/>ROM、RAM、DRAM、SRAM、FLASH之区别

ROM和RAM指的都是半导体存储器,ROM是Read Only Memory的缩写,RAM是Random Access Memory的缩写。ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据,而RAM通常都是在掉电之后就丢失数据,典型的RAM就是计算机的内存。
RAM有两大类,一种称为静态RAM(Static RAM/SRAM),SRAM速度非常快,是目前读写最快的存储设备了,但是它也非常昂贵,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一级缓冲,二级缓冲。另一种称为动态RAM(Dynamic RAM/DRAM),DRAM保留数据的时间很短,速度也比SRAM慢,不过它还是比任何的ROM都要快,但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多,计算机内存就是DRAM的。
DRAM分为很多种,常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等,这里介绍其中的一种DDR RAM。DDR RAM(Date-Rate RAM)也称作DDR SDRAM,这种改进型的RAM和SDRAM是基本一样的,不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据,这样就使得数据传输速度加倍了。这是目前电脑中用得最多的内存,而且它有着成本优势,事实上击败了Intel的另外一种内存标准-Rambus DRAM。在很多高端的显卡上,也配备了高速DDR RAM来提高带宽,这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。
ROM也有很多种,PROM是可编程的ROM,PROM和EPROM(可擦除可编程ROM)两者区别是,PROM是一次性的,也就是软件灌入后,就无法修改了,这种是早期的产品,现在已经不可能使用了,而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序,是一种通用的存储器。另外一种EEPROM是通过电子擦出,价格很高,写入时间很长,写入很慢。
举个例子,手机软件一般放在EEPROM中,我们打电话,有些最后拨打的号码,暂时是存在SRAM中的,不是马上写入通过记录(通话记录保存在EEPROM中),因为当时有很重要工作(通话)要做,如果写入,漫长的等待是让用户忍无可忍的。
FLASH存储器又称闪存,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)。
目前Flash主要有两种NOR Flash和NADN Flash。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。NAND Flash没有采取内存的随机读取技术,它的读取是以一次读取一快的形式来进行的,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,还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。
一般小容量的用NOR Flash,因为其读取速度快,多用来存储操作系统等重要信息,而大容量的用NAND FLASH,最常见的NAND FLASH应用是嵌入式系统采用的DOC(Disk On Chip)和我们通常用的“闪盘”,可以在线擦除。目前市面上的FLASH 主要来自Intel,AMD,Fujitsu和Toshiba,而生产NAND Flash的主要厂家有Samsung和Toshiba。
SRAM,DRAM,SDRAM区别

SRAM是Static Random Access Memory的缩写,中文含义为静态随机访问存储器,它是一种类型的半导体存储器。“静态”是指只要不掉电,存储在SRAM中的数据就不会丢失。这一点与动态RAM(DRAM)不同,DRAM需要进行周期性的刷新操作。然后,我们不应将SRAM与只读存储器(ROM)和Flash Memory相混淆,因为SRAM是一种易失性存储器,它只有在电源保持连续供应的情况下才能够保持数据。“随机访问”是指存储器的内容可以以任何顺序访问,而不管前一次访问的是哪一个位置。
SRAM中的每一位均存储在四个晶体管当中,这四个晶体管组成了两个交叉耦合反向器。这个存储单元具有两个稳定状态,通常表示为0和1。另外还需要两个访问晶体管用于控制读或写操作过程中存储单元的访问。因此,一个存储位通常需要六个MOSFET。对称的电路结构使得SRAM的访问速度要快于DRAM。SRAM比DRAM访问速度快的另外一个原因是SRAM可以一次接收所有的地址位,而DRAM则使用行地址和列地址复用的结构。
SRAM不应该与SDRAM相混淆,SDRAM代表的是同步DRAM(Synchronous DRAM),这与SRAM是完全不同的。SRAM也不应该与PSRAM相混淆,PSRAM是一种伪装成SRAM的DRAM。
从晶体管的类型分,SRAM可以分为双极性与CMOS两种。从功能上分,SRAM可以分为异步SRAM和同步SRAM(SSRAM)。异步SRAM的访问独立于时钟,数据输入和输出都由地址的变化控制。同步SRAM的所有访问都在时钟的上升/下降沿启动。地址、数据输入和其它控制信号均于时钟信号相关。
SRAM中的每一位均存储在四个晶体管当中,这四个晶体管组成了两个交叉耦合反向器。这个存储单元具有两个稳定状态,通常表示为0和1。另外还需要两个访问晶体管用于控制读或写操作过程中存储单元的访问。因此,一个存储位通常需要六个MOSFET。对称的电路结构使得SRAM的访问速度要快于DRAM。SRAM比DRAM访问速度快的另外一个原因是SRAM可以一次接收所有的地址位,而DRAM则使用行地址和列地址复用的结构。
从名字上看,SRAM与DRAM的区别只在于一个是静态一个是动态。SRAM不需要刷新电路就能够保存数据,所以具有静止存取数据的作用。而DRAM则需要不停地刷新电路,否则内部的数据将会消失。
SRAM存储一位需要花6个晶体管



SRAM(6个管子)

而DRAM只需要花一个电容和一个晶体管。



DRAM(一个管子+一个电容)

cache追求的是速度所以选择SRAM,而内存则追求容量所以选择能够在相同空间中存放更多内容并且造价相对低廉的DRAM。在我们的PC待机时消耗的电量有很大一部分都来自于对内存的刷新。
为什么DRAM需要不断的刷新
DRAM的数据实际上是存在电容里的。而电容放久了,内部的电荷就会越来越少,对外就形成不了电位的变化。而且当对DRAM进行读操作的时候需要将电容与外界形成回路,通过检查是否有电荷流进或流出来判断该bit是1还是0。所以无论怎样,在读操作中都破坏了原来的数据。所以在读操作结束后需要将数据写回DRAM中。在整个读或者写操作的周期中,计算机都会进行DRAM的刷新,通常是刷新的周期是4ms-64ms。

寻址方式寻址方式
SRAM和DRAM的寻址方式也有所不同。虽然通常我们都认为内存像一个长长的数组呈一维排列,但实际上内存是以一个二维数组的形式排列的,每个单元都有其行地址和列地址,当然cache也一样。而这两者的不同在于:

对于容量较小的SRAM,可以将行地址和列地址一次性传入到SRAM中,而如果对DRAM也这样做的话,则需要很多很多根地址线(容量越大,地址越长,地址位数越多)。所以分别传送行地址和列地址到DRAM中。先选中一整行,然后将整行数据存到一个锁存器中,等待列地址的传送然后选中所需要的数据。这也是SRAM比DRAM快的原因之一。
综上原因SRAM的读写速度要快于DRAM。
SRAM与DRAM的区别一览:

  • SRAM 比 DRAM 快。
  • SRAM比SRAM面积更大,所以要做到相同存储容量的话,也就显得SRAM比DRAM贵很多了。
  • SRAM很贵,而 DRAM 很便宜。
  • 高速缓冲存储器(cache)是SRAM的一种应用。DRAM用于主存储器(内存)。
  • 由于使用了大量的晶体管,SRAM的结构很复杂。相反,DRAM易于设计和实现。
  • DRAM 的功耗比 SRAM 高。
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发表于 2025-2-20 06:52:01 | 显示全部楼层
纯粹路过,没任何兴趣,仅仅是看在老用户份上回复一下
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