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  • Flash存储器

    2020-08-01 18:39:06
    它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦出可编程(EEPROM)的性能,还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据 (NVRAM的优势),U盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里,嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)...

    FLASH是一种存储芯片,全名叫Flash EEPROM Memory,通地过程序可以修改数据,即平时所说的“闪存”。它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦出可编程(EEPROM)的性能,还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据 (NVRAM的优势),U盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里,嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备,然而近年来 Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位,用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用(U盘)。

    目前Flash主要有两种NOR Flash和NADN Flash。

    NOR Flash

    NOR flash是intel公司1988年开发出了NOR flash技术。NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place),这样应用程序可以直接在flash 闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高,在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除 速度大大影响了它的性能。

    • 大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码,这时NOR Flash更适合一些。
    • NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样,用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码,这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。
    • 一般小容量存储用NOR Flash,因为其读取速度快,多用来存储操作系统等重要信息
    • 在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

    NADN Flash

    Nand-flash内存是flash内存的一种,1989年,东芝公司发表了NAND flash结构。其内部采用非线性宏单元模式,为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。

    • Nand-flash存储器具有容量较大改写速度快等优点,适用于大量数据的存储,因而在业界得到了越来越广泛的应用,如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等
    • NAND Flash没有采取内存的随机读取技术,它的读取是以一次读取一快的形式来进行的,通常是一次读取512个字节,采用这种技术的Flash比较廉价。用户 不能直接运行NAND Flash上的代码,因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外,还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。
    • 大容量的存储适用NAND FLASH,最常见的NAND FLASH应用是嵌入式系统采用的DOC(Disk On Chip)和我们通常用的“闪盘”,可以在线擦除。

    差异和对比

    1. NOR的读速度比NAND稍快一些。
    2. NAND的写入速度比NOR快很多。
    3. NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。
    4. 大多数写入操作需要先进行擦除操作,NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。
    5. NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。
    6. NOR flash占据了容量为1~16MB闪存市场的大部分,而NAND flash只是用在8~128MB的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于数据存储,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。
    7. 在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势,典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。
    8. NOR flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据。
    9. 基于NOR的闪存可以非常直接地使用,可以像其他存储器那样连接,并可以在上面直接运行代码。但由于需要I/O接口,NAND要复杂很多,在使用NAND器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。
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  • 为保证芯片长期可靠的工作,这些企业需要在产品出厂前对FLASH存储器进行高速和细致地测试,因此,高效FLASH存储器测试算法的研究就显得十分必要。  不论哪种类型存储器的测试,都不是一个十分简单的问题,不能只将...
  • Flash存储器还具有体积小、功耗低、抗振性强等优点,是嵌入式系统的首选存储设备。  世面上常用的Flash存储设备有两种:NOR Flash和NAND Flash。根据存储容量,NOR一般为1~16 MB,而NAND为8~512 MB,现在的大...
  • 作为一类非易失性存储器 ,Flash存储器具有自己独特的优点:不需要特殊的外部高电压即可进行电可擦除和重复编程,成本低及密度大,因而广泛用于嵌入式系统中。 与RAM不同的是,Flash存储器除了具有一些典型的存储器故障...

    Flash存储器是一种基于浮栅技术的非挥发性半导体存储器,一般有NOR、NAND、 DINOR和AND 等几种类型。作为一类非易失性存储器 ,Flash存储器具有自己独特的优点:不需要特殊的外部高电压即可进行电可擦除和重复编程,成本低及密度大,因而广泛用于嵌入式系统中。

    与RAM不同的是,Flash存储器除了具有一些典型的存储器故障类型外,还会出现一些其它的故障类型,例如 NOR类型的Flash还会出现以下主要故障类型:

    (1) 栅极编程干扰 (GPD)和栅极擦除干扰(GED),对一个存储单元的编程操作引起同一字线上的另外单元发生错误的编程或擦除操作。

    (2)漏极编程干扰和漏极擦除干扰:对一个存储单元的编程操作引起同一位线上的另外单元发生错误的编程或擦除操作。

    (3)读干扰:对一个存储单元的读操作引起对该单元的错误编程。

    (4) 过度擦除(OE):对存储单元的过度擦除将会导致对该存储单元的下一次编程不起作用,从而无法得到正确的操作结果。

    上面几种类型的干扰故障一般发生在Flash 存储器同一行或者同一列的单元之间,利用内存Flash故障的理论模型6,可以选择应用适合Flash存储器测试的March算法,并且可以对这些算法进行对比与评估7,例如一种Match A算法可表示为:
    在这里插入图片描述
    这种March A 测试算法能够覆盖SAF (Stuck-At Faults),DPD,DED,RD,OE和几乎所有的 GPD,GED 故障。其算法复杂度可以表示为11xP+4xR ,其中P和R分别表示一次编程和读取操作,N表示存储器的存储容量(字数)。

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  • FLASH存储器的理解

    万次阅读 2017-12-24 18:51:46
    一、Flash 存储器介绍 FLASH 存储器又称闪存,它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦除可编程(EEPROM)的性能,还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据(NVRAM 的优势),U盘和MP3里用的就是这种存储器。...

    一、Flash 存储器介绍

        FLASH 存储器又称闪存,它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦除可编程(EEPROM)的性能,还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据(NVRAM 的优势),U盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里,嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备,然而近年来Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位,用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用(U盘)。

        Flash 存储器根据其内部架构和实现技术可以分为AND , NAND , NO R , NiNOR 几种,目前占据主流市场的有 NO R FlashNAND Flash两大类。NOR Flash Intel 公司于1988 年最初推出为了提高容量价格比, 东芝公司于 1989 年推出NANDFlash

      两种 Flash 技术各有优、缺点以及各自适用的场合 。NOR Flash NAN D Flash都将存储单元组织为块阵列 块是擦除操作的最小单位,擦除操作将块内所有的位置为“1。页是读、写操作的基本单位。在对页进行写操作(也叫编程操作)之前需要判断该页内所有的位是否为“1如果全部为1,则可以进行写操作;否则,需要先对整块进行擦除操作

        NAND Flash 的页大小通常为512B , 2 KB , 4 KB ,NOR Flash能够以字节为单位进行数据访问。NANDFlash 的一个块通常 包括 32 , 64 128 个页NAND Flash,每个页包含数据区和带外区两部分数据区存储用户数据, 带外区存储 ECC(erro rcorrecting codes),地址映射信息等用于Flash 存储管理的信息, 对应的大小通常为512 B 32 B , 2 KB 64 B , 4 KB 128 B 1给出典型 NA ND Flash的块和页的结构

    NOR Flash 以并行的方式连接存储单元,具有分离的控制线、地址线和数据线 ,具有较快的读速度,能够提供片上执行的功能但写操作和擦除操作的时间较长,且容量低、价格高因此 NO R Flash多被用于手机、BIOS芯片以及嵌入式系统中进行代码存储

        NAND Flash 以串行的方式连接存储单元,复用端口分时传输控制 、地址和数据信号 ,并由一个复杂的I O 控制器为主机提供接口由于对一个存储单元的访问需要多次地址信号的传输,且每次访问512 B , 2 KB4 KB的数据,NAND Flash的读取速度较慢 但写操作和擦除操作相比 NOR Flash较快 ,且容量大 、价格较低因此 NAND Flash多被用于数码相机 、MP3播放器、优盘,笔记本电脑中进行数据存储

    二、Flash 存储器与RAM 、磁盘的比较

        Flash 存储器在价格、访问延迟、传输带宽、密度和能耗等方面弥补了RAM 和磁盘之间的差异与其他存储介质相比 , Flash存储器具有如下优点:

    1与低读、写延迟和包含机械部件的磁盘相比, Flash存储器的读 、写延迟较低 ;

    2统一的读性能 ,寻道和旋转延迟的消除使得随机读性能与顺序读性能几乎一致;

    3、低能耗 ,能量消耗显著低于RAM 和磁盘存储器;

    4、高可靠性,MTBF(mean time between failures)比磁盘高一个数量级;

    5、能适应恶劣环境 ,包括高温、剧烈震动等

    三、Flash 存储器在存储体系结构中的地位探讨

     Flash 存储技术的迅速发展为研究人员提出了新的挑战:如何设计新的存储体系结构以充分利用RA M , Flash存储器以及磁盘的特性。

    关于 Flash 存储器在新的存储体系结构中的地位, 目前可以分为3类:

    代替或部分代替内存;作为磁盘存储系统的读cache或预写日志;作为持久性存储系统。在代替部分内存方面 , Wu 等人研究了一种主要由 Flash 存储器组成的非易失性内存存储系统;Kgil 和M udge 等人提出使用Flash 存储器代替部分内存,实现只需要少量的RAM , 在可接受的性能损失条件下系统整体能耗的显著降低;Flash存储器在价格、访问延迟 、传输带宽、密度和能耗等方面弥补了 RAM和磁盘之间的差异,使得Flash 存储器特别适合于作为介于RAM 和磁盘之间的一级,即读 cache或预写日志 。Dushyanth等人为使用Flash 存储器作为读cache 和预写日志分别作了性能和成本权衡的定量分析。在作为持久性存储系统方面 , 有两种趋势 :用Flash存储器完全代替磁盘;使用Flash 存储器和磁盘的混合存储结构。在笔记本电脑领域 ,用 FlashSSD 完全代替磁盘已经成为现实 ,并且该趋势很可能将延伸到桌面计算机领域。此外,三星公司和微软公司联合推出的混合式硬盘Window s ReadyBoo st ,内置Flash 芯片,能大幅提高硬盘的性能,提供更快的启动和恢复速度 ,降低能耗,为笔记本电脑提供更长的电池续航时间。


    致谢

    1、 NAND flash和NOR flash的区别详解SSD和HDD的区别是什么?固态硬盘和机械硬盘区别对比介绍
    2、[1]郑文静,李明强,舒继武.Flash 存储技术 [J]. 计算机研究与发展,2010,47(4):716-726.
    3、[2] 张惠臻 ,周 炎 ,王 成. 基于NandFlash的嵌入式大规模数据存储机制 [J]. 华中科技大学学报,2017,45(1):46-51.
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  • Flash存储器又称为闪存,是一种非易失性的ROM存储器,在EEPROM的基础上发展而来,但不同于EEPROM只能全盘擦写,闪存可以对某个特定的区块进行擦写,这源于它和内存一样拥有独立地址线。闪存的读写速度快,但远不及...

    Flash存储器又称为闪存,是一种非易失性的ROM存储器,在EEPROM的基础上发展而来,但不同于EEPROM只能全盘擦写,闪存可以对某个特定的区块进行擦写,这源于它和内存一样拥有独立地址线。闪存的读写速度快,但远不及RAM存储器;但它断电后不会像内存一样丢失数据,因此适合做外存储设备。用途:U盘、固态硬盘BIOS芯片等。

    DDR是一种技术,中文为双倍速率,并不属于一种存储器。DDR通常指DDR SDRAM存储器,全称为Double Date Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory,双倍速率同步动态随机存储器。顾名思义,它有三个重要特性:Double Date Rate、Synchronous和Dynamic。首先是Dynamic(动态),表明存储元为电容,通过电容的电荷性判断数据0和1。而由于电容有漏电流,必须随时对电容进行充电,以防数据丢失,这个过程就叫动态刷新;其次是Synchronous(同步),表明读写过程由时钟信号控制,只能发生在时钟信号的上沿或下沿,是同步进行的,而不可以在随意时刻进行;最后是Double Date Rate(DDR),这是DDR内存最重要的特性,即相比SDRAM内存,DDR内存在时钟的上沿和下沿均可以完成一次数据发射,因此一个周期内可以传输两次数据,所以称为双倍速率。因此等效频率是SDRAM的两倍。用途:内存条和显存颗粒,如DDR、DDR2、DDR3、GDDR5

    RAM是Random Access Memory的缩写,中文为随机存储器。这个定义非常广,凡是可以进行随机读写的存储器,都可以称为RAM,和ROM(只读存储器)相对。用途:内存、显存、单片机、高速缓存等等

    SRAM是Static Random Access Memory的缩写,静态存储器,和动态存储器DRAM相对。由于SRAM工作原理是依靠晶体管组合来锁住电平,并不需要进行刷新,只要不断电,数据就不会丢失,因此称为静态RAM。相比动态RAM,优点:1.不需要刷新操作,省去刷新电路,布线简单;2.速度远高于DRAM。缺点:1.容量远小于DRAM;2.由于晶体管规模远大于DRAM,成本远高于DRAM。用途:寄存器、高速缓存、早期内存

    DRAM是Dynamic Random Access Memory的缩写,动态存储器。和上面的定义一样,由电容存储数据,需要实时刷新,因此叫动态RAM。和SDRAM的区别在于DRAM可以不需要时钟信号控制发射,但通常我们不严格区分它们,把SDRAM和DRAM都叫做DRAM。DDR SDRAM也属于一种DRAM。用途:内存、显存

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空空如也

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