易失性和非易失性存儲器的介紹

20世紀90年代以來，數字技術取代了模擬技術。2007年，99.9%的電信號是以數字方式進行傳輸的。截至2000年代初，大部分信息也以數字方式進行存儲，佔2007年全部存儲信息的94%。

全球信息流量的不可逆轉和超快增長，加上對日益強大的計算機的強烈需求，要求電子元器件和存儲器極端小型化。摩爾定律的適用性即將結束，必須找到新的解決方案來解決與信息存儲有關的問題。（註：摩爾定律是在計算繁榮時期(1965年)制定的，它規定植入在「晶元」上的晶體管數量大約每兩年增加一倍，這意味著印刷線路的寬度每一代晶體管減少0.7倍。）

許多機構已經開始考慮這一問題了，多年來已經發展了一個非常廣闊的前景，以期以能夠提高電子電路元件集成密度的材料為基礎，以新系統取代主要以硅為基礎的現有元件(晶體管和存儲器)，以提高能源效率，同時提高運行可靠性。

計算機和信息存儲目前取決於兩種存儲器的使用：易失性和非易失性（如圖1）。

圖1易失性和非易失性存儲器主要類型的分類

易失性存儲器（Volatile memory）主要包括兩種：

1.DRAM：Dynamic Random Access Memory，即動態隨機存取存儲器；

2.SRAM：Static Random-Access Memory，即靜態隨機存取存儲器。

用於運行計算機的易失性存儲器的執行時間非常短，但不幸的是，隨著時間的推移，數據的保留需要周期性刷新(DRAM)或恆定電源(SRAM)，這兩者在能量消耗方面都是昂貴的。

非易失性存儲器（Non Volatile memory），主要由硬碟驅動器(HDD：Hard Disk Drive)和Flash存儲器(NOR和NAND)組成，它們具有便於信息存儲要求的保留時間。在休息時，他們不需要電源，但讀寫和擦除的時間太長，無法進行邏輯操作。所以它們主要用於存儲，並被歸類為只讀存儲器(ROM)。磁性存儲器(MRAM)也是非易失性且執行非常快的，可以在隨機訪問中定址。

在易失性存儲器中，DRAM和SRAM是用於運行邏輯操作的主要存儲器。DRAM的保留時間很短（ms級或更低），因此需要定期刷新。SRAM在連接到電源時保存信息，但在電源關閉時丟失此信息。由於其寫、讀和擦除任務執行地非常快（幾納秒），所以主要用於計算機作為高速緩存存儲器。緩存存儲器是臨時保存從主存儲器中提取的數據。它是一種用於運行重複操作的數據和指令「備用」，具有快速訪問的優點，其效果是縮短某些計算操作的執行時間。

非易失性存儲器具有很高的保持時間，通常被視為不參與邏輯功能的計算機外圍部件。它們用於讀取存檔的信息，因此被稱為ROM（Read Only Memory）。

在ROM中有以下幾個分類：

1.OTPROM：One Time Progarmming ROM，即一次可編程只讀存儲器；

2.WORM：Write One Time Read Many，即一次編程可以讀取多次；

3.EPROM：Erasable Programmable Read-Only Memory，即具有可擦除功能，擦除後即可進行再編程。

EPROM類型的第一代存儲器，被稱為UV-EPROM，出現於20世紀70年代，可以通過將整個存儲器長期暴露在紫外線照射下而被擦除。在20世紀80年代，第二代存儲器出現了，可以用電信號方式寫和擦除，被稱為EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory），即電可擦除可編程只讀存儲器，除了可擦除和可編程以外，也可以無限期地保存信息，因此為UV-EPROM提供了有利的替代。

快閃記憶體（Flash memory）屬於EEPROM的改進產品，最初由東芝在20世紀80年代生產，幾年後由英特爾(1988年)生產。快閃記憶體晶元實際上是EEPROM基本單元的一個集合，根據它們的連接模式（並聯或串聯），形成了NOR Flash和NAND Flash存儲器。在過去的幾年裡，Flash存儲器已經成為相當大的工業發展的對象，被認為是未來的存儲器，能夠與磁性硬碟競爭。

NAND和NOR的共同特徵是被困在「懸浮」電極上的電荷在局部出現或消失，被指定為存儲「節點」，並對應於涉及「電荷存儲節點」的過程。

信息的磁存儲無疑是最古老的程序。磁性硬碟（HDD）的存儲依賴於一個過程，它的存儲效果是由對磁性微域的識別實現的，可以可逆地創建和刪除。它們構成特殊的非易失性存儲器，其優點是允許周期性的和幾乎不確定的寫入和擦除數據，並且只要磁碟是可旋轉的，就能夠保存它。但是如果發生機械事故——將讀寫頭撞到旋轉磁碟上，就會導致數據的丟失。不幸的是，就像任何災難一樣，這種情況會在沒有任何預警的情況下偶然發生。與按順序訪問數據的HDD相反，MRAM磁性存儲器以隨機訪問方式操作，不再需要任何機械部件，但是需要更大的空間，由於磁場所需的引線數很多，而且能耗較高，所以它們僅限於在特定的應用程序中使用。

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