2022-01-27 10:02:53|已瀏覽：3022次
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中常見的存儲器及其特點：
第一節(jié) 嵌入式存儲結(jié)構(gòu)層次的劃分
首先看一下嵌入式存儲體系的劃分，此處按照存儲速度進行劃分。
●寄存器
●高速緩存Cache
●RAM（例如SRAM、DRAM、DDRAM）
●主存儲器（例如Flash、PROM、EPROM、EEPROM）
●外部存儲器（例如磁盤、光盤、CF卡、SD卡）
●遠程二級存儲（例如分布式文件系統(tǒng)、Web服務(wù)器）
那么問題來了，為什么會存在嵌入式存儲體系，都用寄存器或者磁盤存數(shù)據(jù)不就好了？
其實計算機采用分級存儲體系的主要目的是解決存儲容量、成本和速度之間的矛盾問題。
速度越快的存儲器，通常價格也越高。所有數(shù)據(jù)都采用寄存器存儲也是可以的，但是做出來的產(chǎn)品價格將會特別昂貴！用磁盤存所有的數(shù)據(jù)也行，但是嵌入式設(shè)備的運行速度將會特別慢！所以兩者在商業(yè)上并不可行。因此我們的寄存器一般用特別小的容量，Cache容量比寄存器大，主存儲器容量又比RAM大，如此遞推，可以獲得最佳的性價比。
第二節(jié) 寄存器
通常是嵌入式開發(fā)中最高速的存儲器，由邊沿觸發(fā)方式的的觸發(fā)器、門電路組成，價格極為昂貴。
主要作用是用來暫時存放數(shù)碼或指令
一個觸發(fā)器可以存儲1位二進制代碼，故存放n位二進制代碼的寄存器，需用n個觸發(fā)器來構(gòu)成。
第三節(jié) 高速緩存Cache
大家在嵌入式開發(fā)中，可能比較少聽說過Cache這個詞，但Cache的作用是至關(guān)重要的。你可以把Cache理解為一個承上啟下的存儲器，它傳遞數(shù)據(jù)給CPU，又向主存獲取數(shù)據(jù)。那么為什么不直接從主存直接獲取內(nèi)容傳給CPU？原因是存儲速度和儲存的局部性原理。為了緩解CPU和主存中速度差異，引入Cache這種比CPU速度慢但是又比主存速度快的中間介質(zhì)會有效解決速度差異帶來的矛盾。再者存儲是有局部性的，在CPU運行時，所訪問的數(shù)據(jù)會趨向于一個較小的局部空間地址內(nèi)（例如循環(huán)操作，循環(huán)體反復(fù)被執(zhí)行）。
所以高速緩存Cache用來存儲當(dāng)前最為活躍的程序和數(shù)據(jù)，直接與CPU交互。
Cache由半導(dǎo)體材料（通常是SRAM）構(gòu)成，其功能對于程序員來說是透明的存在，所以大部分程序員都沒有留意到它。這里值得注意的是Cache的存儲內(nèi)容是當(dāng)前最為活躍的程序和數(shù)據(jù)。
因此Cache有一個命中率的概念，即當(dāng)CPU所訪問的數(shù)據(jù)在Cache中命中時，直接從Cache中讀取數(shù)據(jù)。若CPU訪問的數(shù)據(jù)不在Cache中，則還是需從主存中讀取。
第四節(jié) RAM
RAM是隨機存取存儲器（Random Access Memory）的簡稱，其存儲的內(nèi)容可以隨意取出或者存入，且存取速度與存儲單元的位置無關(guān)，存儲速度快，
通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。
這種存儲器在斷電時將會丟失其存儲內(nèi)容，故用于存儲短時間使用的程序和數(shù)據(jù)。嵌入式開發(fā)常見的RAM有：SRAM、DRAM、DDRAM（雙倍速率隨機存儲器）。
①SRAM是靜態(tài)的，因此只要供電它就會保持一個值，不用對它進行周期性刷新。其由觸發(fā)器構(gòu)成基本單元，每個存儲單元由六個晶體管組成，因此其成本較高，但它具有較高的速率，可以用來做Cache。
②DRAM是動態(tài)的，需要有規(guī)律地定時進行刷新，但是價格比SRAM低。DRAM中的每個存儲單元由一個晶體管和一個電容器組成，因為組成包括電容器，而電容器會漏電，所以才要定期刷新，刷新周期一般為1ms。
③SDRAM（SynchronousDRAM，同步動態(tài)隨機存儲器），即數(shù)據(jù)的讀寫需要時鐘來同步。其存儲單元不是按線性排列的，是分頁的。DRAM和SDRAM由于實現(xiàn)工藝問題，容量較SRAM大。但是讀寫速度都不如SRAM。
④DDRAM（displaydataRAM）是顯示數(shù)據(jù)隨機存儲器的簡稱，為了解決SDRAM中讀寫速度慢的一種RAM。其基于SDRAM技術(shù)，引入一種叫做雙倍預(yù)取的技術(shù)（即在內(nèi)存芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)寬度是外部接口數(shù)據(jù)寬度的兩倍），使峰值的讀寫速度達到輸入時鐘速率的兩倍。
第五節(jié) 主存儲器
主存儲器常見的有ROM和Flash兩種，一般被用來保存較大容量的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在的人習(xí)慣把Flash也叫做ROM。其實ROM指的是只讀存儲器（Read Only Memory，一般是指MaskROM）和Flash（閃速存儲器）有一定區(qū)別。但是Flash又是從ROM和RAM的發(fā)展而來，F(xiàn)lash不僅具備電子可擦除可編程（EEPROM）的性能，還可以快速讀取數(shù)據(jù)（RAM的優(yōu)勢），就常被電商劃分為ROM了。
主存儲器的種類：
① MaskROM（掩模ROM）：一次性由廠家寫入數(shù)據(jù)的ROM，用戶無法修改。
② PROM（可編程ROM）：由用戶來編程一次性寫入數(shù)據(jù)，只能寫入數(shù)據(jù)一次。
③ EPROM（電可擦寫ROM）：可以重復(fù)擦除與寫入，但是要通過紫外光才能擦除。
④ EEPROM（電可擦除可編程ROM，也就是E2PROM）：解決了EPROM的擦除問題，可以通過加電擦除原數(shù)據(jù)，擦除更加方便。
⑤ Flash Memory（閃速存儲器）：綜合了EEPROM的優(yōu)點，而且極大提高了讀寫速度。常見的有NOR Flash、NAND Flash。NOR Flash允許程序直接在上面運行，但是價格比較貴。NAND Flash解決了NOR Flash成本較貴的問題，但是NAND Flash的困難在于需要特殊的系統(tǒng)接口。
⑥ EMMC (Embedded Multi Media Card）：將NAND Flash芯片和控制芯片設(shè)計成1顆MCP芯片，客戶只需要采購EMMC芯片，放進設(shè)備中，不需處理其它繁復(fù)的NAND Flash兼容性和管理問題，最大優(yōu)點是縮短新產(chǎn)品的上市周期和研發(fā)成本，加速產(chǎn)品的推陳出新速度。
第六節(jié) 外部存儲器
常見的外部存儲器分為磁盤存儲器、光盤存儲器、CF卡、SD卡。一般被用來保存大容量的數(shù)據(jù)，其特點如下：
① 磁盤儲存器：分為硬盤和軟盤，容量大、使用壽命長但價格昂貴，主要在個人PC中應(yīng)用多，較少出現(xiàn)在嵌入式領(lǐng)域中。
② 光盤存儲器：用光學(xué)方式讀取/寫入信息的圓盤，一般用于多媒體數(shù)字信息的載體，較少出現(xiàn)在嵌入式領(lǐng)域中。
③ CF卡：最早推出的存儲卡，體積比磁盤儲存器和光盤存儲器小，抗磁性好、儲存性能穩(wěn)定。
④ SD卡：可以看做CF卡的升級版，體積比CF卡小，安全性也更高。支持SD模式和SPI模式，外圍只需簡單電路就可以用于嵌入式開發(fā)。嵌入式領(lǐng)域最常見的外部存儲器。
第七節(jié) 存儲管理和頁面置換算法
通過前面幾節(jié)的學(xué)習(xí)，我們對嵌入式存儲體系有了一定的了解，那么在這個體系下，會出現(xiàn)一個問題—當(dāng)進程運行所需的內(nèi)存大于系統(tǒng)內(nèi)存時，就無法將整個進程一起調(diào)入系統(tǒng)內(nèi)存，因此無法運行。為了解決上面這個矛盾，我們采用頁式存儲或者段式存儲將進程空間劃分。
此時總的進程空間就會變成多個小段的進程空間，然后通過頁面置換算法進行淘汰，使分出的小段進程空間有序調(diào)入內(nèi)存中運行。
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