NAND flash和NOR flash的區別詳解

我們使用的智能手機除了有一個(gè)可用的空間(如蘋(píng)果8G、16G等)，還有一個(gè)RAM容量，很多人都不是很清楚，為什么需要二個(gè)這樣的芯片做存儲呢，這就是我們下面要講到的。這二種存儲設備我們都統稱(chēng)為“FLASH”，FLASH是一種存儲芯片，全名叫Flash EEPROM Memory，通地過(guò)程序可以修改數據，即平時(shí)所說(shuō)的“閃存”。Flash又分為NAND flash和NOR flash二種。U盤(pán)和MP3里用的就是這種存儲器。

相“flash存儲器”經(jīng)?？梢耘c相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因為大多數情況下閃存只是用來(lái)存儲少量的代碼，這時(shí)NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數據存儲密度的理想解決方案。NOR Flash 的讀取和我們常見(jiàn)的 SDRAM 的讀取是一樣，用戶(hù)可以直接運行裝載在 NOR FLASH 里面的代碼，這樣可以減少 SRAM 的容量從而節約了成本。 NAND Flash 沒(méi)有采取內存的隨機讀取技術(shù)，它的讀取是以一次讀取一塊的形式來(lái)進(jìn)行的， 通常是一次讀取 512 個(gè)字節，采用這種技術(shù)的 Flash 比較廉價(jià)。用戶(hù) 不能直接運行 NAND Flash 上的代碼，因此好多使用 NAND Flash 的開(kāi)發(fā)板除了使用 NAND Flah 以外，還作上了 一塊小的 NOR Flash 來(lái)運行啟動(dòng)代碼。

NOR flash是intel公司1988年開(kāi)發(fā)出了NOR flash技術(shù)。NOR的特點(diǎn)是芯片內執行(XIP, eXecute In Place)，這樣應用程序可以直接在flash 閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫(xiě)入和擦除 速度大大影響了它的性能。

Nand-flash內存是flash內存的一種，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND flash結構。其內部采用非線(xiàn)性宏單元模式，為固態(tài)大容量?jì)却娴膶?shí)現提供了廉價(jià)有效的解決方案。Nand-flash存儲器具有容量較大，改寫(xiě)速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數據的存儲，因而在業(yè)界得到了越來(lái)越廣泛的應用，如嵌入式產(chǎn)品中包括數碼相機、MP3隨身聽(tīng)記憶卡、體積小巧的U盤(pán)等。

NAND flash和NOR flash原理

一、存儲數據的原理

兩種閃存都是用三端器件作為存儲單元，分別為源極、漏極和柵極，與場(chǎng)效應管的工作原理 相同，主要是利用電場(chǎng)的效應來(lái)控制源極與漏極之間的通斷，柵極的 電流消耗極小，不同 的是場(chǎng)效應管為單柵極結構，而 FLASH 為雙柵極結構，在柵極與硅襯底之間增加了一個(gè)浮 置柵極。[attach]158 [/attach]

浮置柵極是由氮化物夾在兩層二氧化硅材料之間構成的，中間的氮化物就是可以存儲電荷的 電荷勢阱。上下兩層氧化物的厚度大于 50 埃，以避免發(fā)生擊穿。

二、浮柵的重放電

向數據單元內寫(xiě)入數據的過(guò)程就是向電荷勢阱注入電荷的過(guò)程，寫(xiě)入數據有兩種技術(shù)，熱電 子注入(hot electron injection)和 F-N 隧道效應(Fowler Nordheim tunneling)，前一種是通過(guò)源 極給浮柵充電，后一種是通過(guò)硅基層給浮柵充電。NOR 型 FLASH 通過(guò)熱電子注入方式給浮 柵充電，而 NAND 則通過(guò) F-N 隧道效應給浮柵充電。

在寫(xiě)入新數據之前，必須先將原來(lái)的數據擦除，這點(diǎn)跟硬盤(pán)不同，也就是將浮柵的電荷放掉， 兩種 FLASH 都是通過(guò) F-N 隧道效應放電。

三、0 和 1

這方面兩種 FLASH 一樣，向浮柵中注入電荷表示寫(xiě)入了'0'，沒(méi)有注入電荷表示'1'，所以對 FLASH 清除數據是寫(xiě) 1 的，這與硬盤(pán)正好相反;

對于浮柵中有電荷的單元來(lái)說(shuō)，由于浮柵的感應作用，在源極和漏極之間將形成帶正電的空 間電荷區，這時(shí)無(wú)論控制極上有沒(méi)有施加偏置電壓，晶體管都將處于 導通狀態(tài)。而對于浮 柵中沒(méi)有電荷的晶體管來(lái)說(shuō)只有當控制極上施加有適當的偏置電壓，在硅基層上感應出電 荷，源極和漏極才能導通，也就是說(shuō)在沒(méi)有給控制極施 加偏置電壓時(shí)，晶體管是截止的。 如果晶體管的源極接地而漏極接位線(xiàn)，在無(wú)偏置電壓的情況下，檢測晶體管的導通狀態(tài)就可 以獲得存儲單元中的數據，如果位線(xiàn)上的電平為低，說(shuō)明晶體管處于 導通狀態(tài)，讀取的數 據為 0，如果位線(xiàn)上為高電平，則說(shuō)明晶體管處于截止狀態(tài)，讀取的數據為 1。由于控制柵 極在讀取數據的過(guò)程中施加的電壓較小或根本不施加 電壓，不足以改變浮置柵極中原有的 電荷量，所以讀取操作不會(huì )改變 FLASH 中原有的數據。

四、連接和編址方式

兩種 FLASH 具有相同的存儲單元，工作原理也一樣，為了縮短存取時(shí)間并不是對每個(gè)單元 進(jìn)行單獨的存取操作，而是對一定數量的存取單元進(jìn)行集體操作， NAND 型 FLASH 各存 儲單元之間是串聯(lián)的，而 NOR 型 FLASH 各單元之間是并聯(lián)的;為了對全部的存儲單元有 效管理，必須對存儲單元進(jìn)行統一編址。

NAND 的全部存儲單元分為若干個(gè)塊，每個(gè)塊又分為若干個(gè)頁(yè)，每個(gè)頁(yè)是 512byte，就是 512 個(gè) 8 位數，就是說(shuō)每個(gè)頁(yè)有 512 條位線(xiàn)，每條位線(xiàn)下 有 8 個(gè)存儲單元;那么每頁(yè)存儲的數 據正好跟硬盤(pán)的一個(gè)扇區存儲的數據相同，這是設計時(shí)為了方便與磁盤(pán)進(jìn)行數據交換而特意 安排的，那么塊就類(lèi)似硬盤(pán)的簇;容 量不同，塊的數量不同，組成塊的頁(yè)的數量也不同。 在讀取數據時(shí)，當字線(xiàn)和位線(xiàn)鎖定某個(gè)晶體管時(shí)，該晶體管的控制極不加偏置電壓，其它的 7 個(gè)都加上偏置電壓 而導通，如果這個(gè)晶體管的浮柵中有電荷就會(huì )導通使位線(xiàn)為低電平， 讀出的數就是 0，反之就是 1。

NOR 的每個(gè)存儲單元以并聯(lián)的方式連接到位線(xiàn)，方便對每一位進(jìn)行隨機存取;具有專(zhuān)用的 地址線(xiàn)，可以實(shí)現一次性的直接尋址;縮短了 FLASH 對處理器指令的執行時(shí)間。 五、性能

NAND flash和NOR flash的區別

一、NAND flash和NOR flash的性能比較

flash閃存是非易失存儲器，可以對稱(chēng)為塊的存儲器單元塊進(jìn)行擦寫(xiě)和再編程。任何flash器件的寫(xiě)入操作只能在空或已擦除的單元內進(jìn)行，所以大多數情況下，在進(jìn)行寫(xiě)入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執行擦除操作是十分簡(jiǎn)單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫(xiě)為0。由于擦除 NOR器件時(shí)是以64～128KB的塊進(jìn)行的，執行一個(gè)寫(xiě)入/擦除操作的時(shí)間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進(jìn)行的，執行相同的操作最多只需要4ms。執行擦除時(shí)塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距，統計表明，對于給定的一套寫(xiě)入操作(尤其是更新小文件時(shí))，更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當選擇存儲解決方案時(shí)，設計師必須權衡以下的各項因素。