SRAM、DRAM、ROM、FLASH、EMMC解析

原创已于 2025-10-26 22:52:07 修改 · 595 阅读

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#系统架构 #硬件架构 #缓存

于 2025-08-22 13:48:27 首次发布

我们知道计算机五大组成部分：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。可见存储器是计算机核心组件之一，而不同类型的存储器有着不同的特性和用途。本文目的在于帮助初学者快速理清它们的关系和区别，先对各种存储器有基本的认识。

我们可以按照存储器数据掉电是否丢失，把存储器分为两类：

失去供电之后，数据消失的是易失性存储器，下次上电，没有任何数据。

失去供电之后，数据仍保留的是非易失性存储器，下次上电，是之前写入的数据。

易失性存储器：断电后数据丢失

这类存储器就像我们工作时的临时记事本。一旦断电，里面的内容就会消失，主要用于设备运行时的临时数据处理。

RAM是其中的代表，它又可分为 SRAM 和 DRAM。

SRAM：全名为Static Random Access Memory。速度快，但容量小、成本高。常见用途是作为处理器缓存Cache，能让 CPU 快速获取频繁使用的数据。因为其速度快，需要和 CPU 高效协同工作，所以与 CPU 的连接方式通常是通过内部总线直接连接。

DRAM：全名为Dynamic Random-Access Memory。成本低于SRAM、容量大，像我们常说的 DDR4、DDR5 就属于 DRAM。常见用途是作为系统的主要内存，也叫运行内存，用于临时存储运行中的程序和数据。与 CPU 的连接多通过 DDR 总线，这种总线专门为 DRAM 设计，能满足其数据传输需求。

非易失性存储器：断电数据不丢失

这类存储器如同长期档案柜，能长久保存数据，即使断电也不会丢失，多用于存储系统程序、配置信息等。主要有以下四种：ROM、Flash、eMMC、EEPROM

ROM

全名是Read-Only Memory。传统的 ROM 在出厂时就写入数据，正常使用中只能读取，不能修改。常见用途是存储固定不变的程序，比如早期电脑的 BIOS、嵌入式设备的BootROM等。CPU 通过地址总线指定要读取的存储单元，再通过数据总线获取其中的数据,但随着技术发展，它的部分用途已被NOR Flash替代。

Flash

作为 ROM 的升级版，Flash 支持电擦除和重写，灵活性更高。

NAND Flash：容量大、成本低，写 / 擦除速度快。常见用途是存储大量数据，如手机存储、SSD固态硬盘、U 盘等。与 CPU 的连接方式多样，在嵌入式系统中常通过专用的 NAND 控制器与 CPU 连接，也有的通过 SPI 总线等。

NOR Flash：支持随机读取，可直接运行程序。常见用途是存储 Bootloader、小型固件等，因为 CPU 可以直接从 NOR Flash 中读取指令并执行。与 CPU 的连接多通过并行总线或 SPI 总线，并行总线能提供较快的读取速度，适合需要快速启动的场景。但 NOR Flash 容量较小、成本较高。

eMMC

eMMC（embedded MultiMediaCard）是一种将 NAND Flash 芯片和主控控制器封装在一起的标准化存储解决方案。你可以把它看作是一个即插即用的固态硬盘SSD，它内部集成了复杂的管理电路，负责处理 NAND Flash 的坏块管理、磨损均衡、纠错等复杂任务。

特性与优势：eMMC 最大的优势在于其高集成度和易用性。开发者无需深入了解底层 NAND Flash 的复杂特性，只需通过标准化的接口与 eMMC 通信，主控芯片会自动处理所有底层操作。它结合了 NAND Flash 的大容量、低成本优点，同时提供了比裸片 NAND Flash 更稳定、更可靠的性能。不过，其速度通常低于高速的 UFS 或 NVMe SSD。

常见用途：eMMC 广泛应用于对成本、功耗和集成度有要求，但又需要较大存储容量的嵌入式设备中。例如，中低端智能手机、平板电脑、智能电视、车载信息娱乐系统、物联网网关等，其操作系统和用户数据通常就存储在 eMMC 中。

与 CPU 的连接方式：CPU 通过专用的 eMMC 控制器和标准的 eMMC 总线与 eMMC 芯片连接。这种接口设计简化了硬件设计，缩短了产品开发周期。

为什么需要 eMMC？ 回到文章的核心问题，eMMC 的存在完美体现了“用不同器件的优势，适配不同场景的需求”这一原则。虽然 NAND Flash 本身成本低、容量大，但直接使用裸片 NAND Flash 需要 CPU 或外部控制器来处理其复杂的管理任务，这增加了软件复杂性和开发难度。eMMC 通过集成主控，将大容量存储这一复杂需求傻瓜化，让系统设计者能更专注于上层应用开发，是在成本、容量、易用性和性能之间取得平衡的优秀产物。

EEPROM

全名是Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。EEPROM 容量通常较小，可字节级擦写，寿命长。常见用途是存储少量关键数据，如设备序列号、传感器校准值、用户个性化设置等。与 CPU 的连接方式多为 I2C 总线或 SPI 总线，这两种总线结构简单，适合传输少量数据，能满足 EEPROM 的数据交互需求。它的擦写无需像 Flash 那样以块为单位，操作更灵活。

为什么计算机系统不能只靠一种存储器？

看完前面的存储器分类，你可能会问：既然都是存数据，为啥不干脆用一种？

答案很简单 ——没有任何一种存储器能同时满足 “速度快、容量大、成本低、断电存数据” 这四大核心需求，就像没人能同时兼顾 “跑得比博尔特快、力气比举重冠军大、还能像马拉松选手一样持久”。嵌入式系统的存储器选择，本质是 “用不同器件的优势，适配不同场景的需求”，具体矛盾体现在三个维度：

首先性能与易失性之间的矛盾。比如我们需要 “速度快” 的存储器让 CPU 实时处理数据 ——SRAM能做到纳秒级响应，但一断电数据就丢；如果强行用非易失性的 Flash 替代 RAM，哪怕是最快的 NVMe Flash，速度也比 DDR 内存慢 100 倍以上，会让 CPU 陷入 “等数据” 的卡顿，像用 U 盘当电脑内存一样离谱。反过来，若只用 RAM 当唯一存储，设备一断电，系统程序、用户数据全没了，每次开机都得重新装系统，显然不现实。

其次平衡容量与成本。大容量存储需要控制成本 ——NAND Flash、eMMC 能做到 “每 GB 成本几毛钱”，适合存系统镜像、用户文件；但如果把所有存储都换成 RAM，哪怕是成本较低的 DDR，16GB DDR5 的价格也能买 1TB eMMC，对嵌入式这样成本敏感的设备来说完全不可承受。同理，EEPROM 能字节级擦写、寿命长，但 1MB 容量的价格比 1GB SPI Flash 还高，若用它存固件，成本会飙升到无法量产。

最后是场景的适配。不同数据需要不同的 “存储特性”：CPU 运行时的临时数据，需要 “随用随取、速度快”，RAM 是唯一选择；设备启动的引导程序，需要 “断电能存、能直接读程序”，NOR Flash/SPI Flash 最适配；少量关键参数，需要 “能改、寿命长、占用空间小”，EEPROM 比 Flash 更合适；海量用户数据，需要 “容量大、写速度快、成本低”，NAND Flash 或 eMMC 才划算。