【x86】DRAM、SRAM、DDR、FLASH、双通道的概念科普

内存的DRAM、SRAM

在学习数电的时候就学习过，RAM分为两大类，有DRAM（Dynamic RAM）、SRAM（Static RAM），在装机器的时候也经常会听到DDR3 DDR4 DDR5等概念，下面详细介绍。

首先DRAM和SRAM这两大类，从原理上说：DRAM是将每bit数据保存在一个个的

电容+晶体管

内，而SRAM是将数据保存在一个个

触发器

中，由于电容储存的电荷会随时间减少，因此，DRAM需要周期性刷新否则数据将会丢失，SRAM则没有这种困扰。

但从工艺上来说，DRAM的电容会比SRAM触发器更简单，成本因此就更低，也更容易制作得更大容量，集成度更高。DRAM使用成本换取了访问速度和集成度。

SRAM通常用在CPU Cache的小容量但高速的场景中。DRAM需要

刷新 + 预充 + 激活等一系列步骤

才能访问使用，因此速度相对慢很多。

总结就是：

SRAM 快但贵，小容量 → 用于 CPU cache。
DDR 是 DRAM 快速变种，便宜大容量 → 用于主内存。

DDR

平时装机佬们说的DDR4 DDR5这些，是指

DDR（Double Data Rate

DRAM

：“双倍数据速率”，所以是一种高速DRAM。

从原理上，它每个时钟周期传输

两次数据

（上升沿+下降沿），带宽比传统 SDRAM 更高。

其实，我们市面上现如今能买到的一般都是更好的

DDR SDRAM

，多了个S，代表着

Synchronous

DRAM，意思是和系统时钟同步。这个具体不用管，反正DDR就是双倍速率，就是快 φ(゜▽゜*)♪

FLASH

FLASH，又叫闪存，是一种断电不丢失数据（非易失性存储器，

NVM

，Non-Volatile Memory）存储器，是一种外存。其由浮栅晶体管构成，用于长期存储数据或文件（例如U盘），写入速度比较慢但是读取速度很快。

常见的FLASH有两种：

NAND FLASH: 用于 SSD、U盘、TF 卡、eMMC（手机）
NOR FLASH: 可随机读写，常用于固件（BIOS/UEFI ROM）存储 SPI NOR（BIOS 芯片）

没错，FLASH如今一般走SPI总线协议。

有关SPI FLASH，具体可以看这个：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/631629580

Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术，彻底改变了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器）和EEPROM（电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND Flash 结构，强调降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP ，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR 的传输效率很高，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。NAND的结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理需要特殊的系统接口。通常读取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的写入速度比NOR快很多，在设计中应该考虑这些情况。
——《ARM嵌入式Linux系统开发从入门到精通》李亚峰欧文盛等编著清华大学出版社 P52

Flash闪存是NVM，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。

由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。

其他有关NOR和NAND的区别，具体可以看这个：
https://www.cnblogs.com/eleclsc/p/11393461.html

顺便一提，手机中一般使用的eMMC也是使用FLASH做的：

eMMC = NAND Flash + 控制器（Controller）

它是把 Flash 芯片和控制器封装在一个 BGA 封装中，

通过标准化接口（JESD84）提供存储功能

，不需要额外的 Flash 控制器芯片。

SSD硬盘也是NAND FLASH制作而成的。NAND Flash 的成本更低，容量更高。

但是NOR FLASH也不是一无是处，虽然很难做大容量，但是其可以直接从FLASH中执行代码，类似于ROM，并且支持随机读取，因此在BIOS固件的场景或者MCU/嵌入式设备启动代码、Bootloader（例如，STM32 芯片的内置 Flash等）存储等有重要作用。

注意：
刚刚说

Flash 是一种 NVM（非易失性存储器），它

❌
不是 RAM（随机存取存储器）
❌
不是传统意义上的 ROM（只读存储器）
✅ 更准确地说，它是
一种可擦写的 ROM
（即
EEPROM
的变种）

NVMe和PCIe

刚刚也说到了FLASH是一种NVM，顺带再提一嘴NVMe，NVMe是一种协议，全称：

Non-Volatile Memory Express

。NVMe 专为 Flash 打造。

NVMe是专为基于 Flash 的固态硬盘（SSD）设计的一种访问协议，工作在 PCIe 总线上。

如果说PCIe是高速公路，那么NVMe就是高速物流协议（专为 Flash 设计）。

NVMe 是协议层，是数据访问的协议；PCIe 是物理层，是硬件接口（物理的数据传输通道），也就是 NVMe 协议运行在 PCIe 总线上。

如果你买了一个 NVMe SSD：它里面的颗粒是 NAND Flash，控制器支持 NVMe 协议，使用 PCIe 通道与 CPU 通信

双通道

装机时，经常也可以听到需要将内存条组成双通道的说法，这样性能更好，但是这具体是什么意思？

双通道（Dual Channel）是一种内存

带宽增强

的技术，这个技术是主板或内存控制器的一种工作方式，而非内存条本身的特性。

如果使用两根规格同样的内存条，主板可以将他们组成双通道模式。采用这个模式下的主板，可以

同时读写两条内存

，也就说性能可以翻倍。

两根内存条带宽就是两个总线，相当于高速路由单车道变成双车道，所以数据传输效率更高。

有双通道了，有三通道、四通道....这些说法吗？
答：对也不对，可以看下表：

模式	通道数	理论带宽提升倍数	常见平台
单通道	1	1x	所有系统最低配置
双通道	2	2x	主流桌面平台、笔记本平台
三通道	3	3x	已过时（曾用于 Intel X58 平台）
四通道	4	4x	高端桌面（HEDT）、服务器平台
六/八通道	6 / 8	6x / 8x	专业工作站、服务器（如 Xeon）