计算机存储体系

写在前面

在没有接触过嵌入式之前，对于计算机存储的认知仅限于知道硬盘和内存，然后硬盘掉电可以保存数据，内存掉电丢失数据。后来逐渐听到更多的专业名词，什么ROM，RAM，SRAM，DRAM，FLASH,，NandFlash，NorFlash等等了。以前将自己的定位总是局限在协议工程师，对于和硬件和驱动相关的东西有些抵触，随着工作的深入，也时常会用到一些I2C,gpio之类的东东。本着沉下来，归零，再出发的心态，这篇文章用来梳理一下自己对于计算机存储体系的认知。

总体架构

下面这张图大家应该都很熟悉了

生活中的大部分物品，基本都满足“好的不一定是最贵的，但是最贵的一定是好的”，在计算机存储体系中，基本满足了上面这句话。塔尖上的那一小撮是最贵的，最快的，存储空间最小的。在实际生产中需要做到价格与性能（或者说实际需求）的平衡。下面从上到下梳理一下吧。

寄存器

恩，之前软考《网络工程师》的时候接触过一点点.哦，文章有点跑题了，但是还是想记录一下。CPU执行指令分为：取指令，分析指令，执行指令三部曲，这里面会用到一系列的寄存器，有分别属于控制器和运算器，列举几个常见的。

控制器
    程序计数器PC：存放下一条指令的地址
    指令寄存器IR:存放正在运行的指令

指令包括操作码和地址码（操作数所在的地址）

运算器：
    累加寄存器AC
    数据缓冲寄存器
    状态条件寄存器

具体见下图：

寄存器是CPU的内部组成单元，是CPU运算是取指令和数据最快的地方。当然不仅仅是CPU了，比如交换芯片及很多其它的ASIC都是用寄存器来实现某些功能的，你会发现芯片SDK提供的API最底层就是读写某些寄存器来实现具体功能。

cache与主存

cache与主存都是RAM（Random-Access Memory, 随机访问存储器），cache使用的是静态SRAM，主存使用的是DRAM。这两种器件掉电数据都会丢失。

SRAM只要存储器保持通电，里面存储的数据就可以保持不变。
DRAM需要周期性的充电刷新，主存也就是我们PC中的内存条了。

ROM与flash

以前一直纳闷为啥只读存储还能改里面的数据。
ROM一般用来存放bootloader(一般叫做固件，firmware)，这里面的内容在程序运行期间是无法更改的，掉电数据依然存在。
早期ROM在工厂里用特殊方法烧录进去，一旦烧录进去，用户只能验证写入的资料是否正确，不能再做任何修改。
后来人们发明了PROM（Programmable ROM， 可编程ROM），工厂制作的PROM内部没有数据，用户可以使用专用的编程期间烧写资料进去，但只能写一次，一旦写入也无法修改。
再后来发明了EPROM（Erasable Programmable ROM, 可擦写可编程ROM），芯片可以重复擦除和写入，但是需要使用紫外线照射芯片，比较麻烦。
再后来发明了EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程ROM）,用专门的烧录器和烧录软件就可以直接烧录了，很方便。现在用的ROM大部分是这种。

至于flash，咱们常见的u盘，固态硬盘灯都是基于flash中的NandFlash。flash分为NorFlash和NandFlash两种类型。
Nor的读取速度比Nand快一些，Nand的写入速度比Nor快很多，Nand的成本低，哈，这是很重要的。
Nand的读写操作是以块为单位的，Nor是以字节为单位。
NorFlash一般用来替代ROM用来存放BootLoader，容量较小，支持芯片内执行（XIP, eXecute In Place），Nand就是用来做大容量数据存储的啦！

顺带提一下eMMC，这玩意没见过。eMMC相当于NandFlash+主控IC ，对外的接口协议与SD、TF卡一样，主要是针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。eMMC的一个明显优势是在封装中集成了一个控制器。eMMC由一个嵌入式存储解决方案组成，带有MMC（多媒体卡）接口、快闪存储器设备（Nand Flash）及主控制器，所有都在一个小型的BGA 封装。

结束语

其实就是RAM的分类，ROM的分类，以及Flash的分类有点迷！搞清楚特性，对应上用途！

参考资料：
计算机存储器结构体系详解
NorFlash、NandFlash、eMMC闪存的比较与区别
NAND flash和NOR flash的区别详解