DRAM/NAND都是啥？科普內(nèi)存和硬盤的區(qū)別

　　手機/電腦的內(nèi)存和存儲

　　現(xiàn)如今隨著手機的不斷推廣和普及，已掩蓋電腦時代的輝煌，很多新生代的用戶都問到手機的存儲就陷入了茫然，于是我們經(jīng)常會遇到“Q：你的手機內(nèi)存多大？A：128GB”這樣的笑話，實際上我們也相信提問者就是想知道手機存儲容量的大小，而回答者也已經(jīng)按照約定俗成的方式回答了問題。

　　于計算機組成原理來分析：手機和電腦并沒有本質(zhì)的區(qū)別，主體結(jié)構(gòu)依然為輸入設(shè)備、存儲器、運算器、控制器和輸出設(shè)備，至于外圍的存儲設(shè)備實際只是一個輔助，所以稱之為輔助存儲器，只是因為人們對于結(jié)果的更多需求，所以它又成為人們似乎“看得著、摸得見”的最重要組成部分--存儲。

　　計算機的組成原理里面這樣介紹計算機的存儲器：存儲器是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，對于計算機來說，有了存儲器，才有記憶功能，才能保證正常工作。存儲器的種類很多，按其用途可分為主存儲器和輔助存儲器，主存儲器又稱內(nèi)存儲器，而諸如硬盤、SSD等都為輔助存儲器。

　　套用網(wǎng)絡(luò)上這樣一個關(guān)于內(nèi)存和存儲的定義，大家可能再也不會弄混淆了：你口里吃花生就CPU在處理數(shù)據(jù)，硬盤容量大小就是你的口袋大?。芊哦嗌倩ㄉ?，內(nèi)存大小就是你的手的大?。ㄒ淮文茏ザ嗌俪鰜恚?/p>

　　現(xiàn)如今，無論是手機還是電腦內(nèi)存都使用了DRAM存儲技術(shù)。DRAM（Dynamic Random Access Memory），即動態(tài)隨機存取存儲器，最為常見的系統(tǒng)內(nèi)存。DRAM只能將數(shù)據(jù)保持很短的時間。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，DRAM使用電容存儲，所以必須隔一段時間刷新（refresh）一次，如果存儲單元沒有被刷新，存儲的信息就會丟失。

　　至于存儲方面，現(xiàn)如今主要包含兩大類技術(shù)：HDD（Hard Disc Drive）和NAND Flash，關(guān)于HDD在這里就不做過多介紹。NAND Flash全名為Flash Memory，屬于非易失性存儲設(shè)備（Non-volatile Memory Device），F(xiàn)lash的內(nèi)部存儲是MOSFET，里面有個懸浮門（Floating Gate），是真正存儲數(shù)據(jù)的單元。數(shù)據(jù)在Flash內(nèi)存單元中是以電荷（electrical charge） 形式存儲的。存儲電荷的多少，取決于圖中的外部門（external gate）所被施加的電壓，其控制了是向存儲單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數(shù)據(jù)的表示，以所存儲的電荷的電壓是否超過一個特定的閾值Vth來表示。

　　對于數(shù)據(jù)的表示，單個存儲單元中內(nèi)部所存儲電荷的電壓，和某個特定的閾值電壓Vth，相比，如果大于此Vth值，就是表示1，反之，小于Vth，就表示0；對于nand Flash的數(shù)據(jù)的寫入1，就是控制External Gate去充電，使得存儲的電荷夠多，超過閾值Vth，就表示1了。而對于寫入0，就是將其放電，電荷減少到小于Vth，就表示0了。

　　DRAM和NAND的單位

　　從上面的存儲原理可以看出，DRAM和NAND的存儲單位實際為b，那么為什么存儲產(chǎn)品的容量一般都用B來標(biāo)注呢？而存儲產(chǎn)品的顆粒容量又以b來標(biāo)注呢？

　　以DRAM內(nèi)存顆粒為例，其存儲組織結(jié)構(gòu)為深度（Depth）加上位寬（Width），下面我們以美光官方的一份內(nèi)存顆粒文檔為大家解析，例如編號為MT40A1G16HBA-083E的內(nèi)存顆粒，其深度（Depth）和位寬（Width）分別為1Gb和16，容量顯然為16Gb，關(guān)于內(nèi)存顆粒的容量我們這樣解釋下大家可能會更好理解一些。

　　我們把MT40A1G16HBA-083E比作一個國家，這個國家有16個城市，每個城市有1024x1024x1024（1G=1024M，1M=1024K，1K=1024）個家庭，那么這個國家總共就會有16x1024x1024x1024個家庭，又假如每個城市都設(shè)置一個城門，每次只能放行一個家庭，那么這個國家每次都多只能放行16個家庭。

　　而現(xiàn)在無論是桌面PC還是手機基本已經(jīng)進入了64bit時代，處理器每次吞吐數(shù)據(jù)的單位為64，也就是說處理器一次需要抽調(diào)64個家庭，那么怎么辦呢？于是我們就將多個國家聯(lián)合起來，對于一個擁有16個城市的國家而言，那么只需要4個國家就可以滿足處理器的需求。不過如果對于一些小國只有4個或者8個城市的，那么一次就需要16個國家聯(lián)合起來或者8個國家聯(lián)合起來才能夠滿足需求。

　　現(xiàn)在再來說說為什么DRAM或者NAND存儲顆粒不適用B而是用b來標(biāo)注呢？實際上稍微了解計算機原理的用戶應(yīng)該知道，現(xiàn)存的計算機體系結(jié)構(gòu)B（Byte）表示一個字節(jié)，而b（bit）表示1個位。對于單純1個bit的0或者1來說計算機的識別就是“是”或者“非”，無數(shù)個0或者1組織起來計算機并不會知道這代表著什么？而數(shù)據(jù)應(yīng)該怎么和計算機的0或者1對應(yīng)起來呢？于是就有了ACSII編碼，每一個字母或者符號都對應(yīng)一個ACSII編碼，這樣現(xiàn)實世界的語言就和計算機就完全對接上了。

　　ACSII編碼規(guī)定每一個符號占用的大小為8bit，簡稱一個字節(jié)（Byte），于存儲而言1個字節(jié)才算基本的單位，所以文件的存儲就以Byte為最小單位。不過無論是DRAM還是NAND由于對接的計算機甚至是非計算機設(shè)備，其產(chǎn)品的存儲單位屬性并不一定是Byte，所以依然為bit標(biāo)注。

　　另外在數(shù)據(jù)流，例如網(wǎng)絡(luò)帶寬、USB帶寬、PCI-E帶寬，我們又會發(fā)現(xiàn)以b為單位，這是因為對于數(shù)據(jù)傳輸而言，都是以通道流形式，就像上面的例子一樣一次只能放行一個家庭。而在數(shù)據(jù)傳輸過程中為了確保數(shù)據(jù)的安全還會加入一些校驗數(shù)據(jù)在其中例如USB 3.0就采用了8b/10b的編碼方式（每傳輸8bit數(shù)據(jù)就需要加入2bit校驗數(shù)據(jù)），這個時候如果再使用Byte作為單位顯然亂了章法，不合時宜。

　　SLC、MLC、TLC NAND的區(qū)別

　　對于基于NAND存儲技術(shù)的設(shè)備而言，無論是U盤還是SSD，甚至是SD卡，都會涉及到一個問題成本，于是產(chǎn)品設(shè)計從SLC轉(zhuǎn)變到MLC，再到TLC，甚至QLC也將在后續(xù)問世，那么SLC、MLC、TLC究竟對用戶有什么影響呢？

　　SLC--SLC英文全稱（Single Level Cell——SLC）即單層式儲存

　　SLC技術(shù)特點是在浮置閘極與源極之中的氧化薄膜更薄，在寫入數(shù)據(jù)時通過對浮置閘極的電荷加電壓，然后透過源極，即可將所儲存的電荷消除，通過這樣的方式，便可儲存1個信息單元，這種技術(shù)能提供快速的程序編程與讀取，不過此技術(shù)受限于Silicon efficiency的問題，必須要由較先進的流程強化技術(shù)（Process enhancements），才能向上提升SLC制程技術(shù)。

　　MLC--MLC英文全稱（Multi Level Cell——MLC）即多層式儲存

　　英特爾（Intel）在1997年9月最先開發(fā)成功MLC，其作用是將兩個單位的信息存入一個Floating

　　Gate（閃存存儲單元中存放電荷的部分），然后利用不同電位（Level）的電荷，通過內(nèi)存儲存的電壓控制精準(zhǔn)讀寫。MLC通過使用大量的電壓等級，每 個單元儲存兩位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度比較大。SLC架構(gòu)是0和1兩個值，而MLC架構(gòu)可以一次儲存4個以上的值，因此，MLC架構(gòu)可以有比較好的儲存密度。

　　TLC--TLC英文全稱（Trinary-Level Cell）即三層式儲存

　　TLC即3bit per cell，每個單元可以存放比MLC多1/2的數(shù)據(jù)，共八個充電值，所需訪問時間更長，因此傳輸速度更慢。TLC優(yōu)勢價格便宜，每百萬字節(jié)生產(chǎn)成本是最低的，但是壽命短，只有約1000次擦寫壽命。

　　正如上面的介紹，從SLC到MLC再到TLC，cell對于電壓的精確控制更高，這直接導(dǎo)致TLC的壽命下降到只有1000次PE，而對應(yīng)的SLC和MLC分別為10000+和3000，相對來說TLC的耐久度顯著下降。TLC的另外一個劣勢就是數(shù)據(jù)的讀寫效率，在SLC時代，1個cell一次只需要讀取/寫入1個bit，到MLC時代每次需要讀取/寫入2bit，而到TLC時代則上升到3bit，很顯然其性能受到電壓控制的程序復(fù)雜度會變慢，當(dāng)然由于工藝和主控的不斷升級，目前TLC已經(jīng)可以追平MLC產(chǎn)品。不過TLC耐久的硬傷短時間內(nèi)并無法得到有效解決，當(dāng)然TLC的耐久可以通過存儲設(shè)備的容量加大而均衡磨損，變相演唱了產(chǎn)品的使用壽命。