NAND flash和NOR flash的區(qū)別詳解

我們使用的智能手機除了有一個可用的空間(如蘋果8G、16G等)，還有一個RAM容量，很多人都不是很清楚，為什么需要二個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(tǒng)稱為“FLASH”，F(xiàn)LASH是一種存儲芯片，全名叫Flash EEPROM Memory，通地過程序可以修改數(shù)據(jù)，即平時所說的“閃存”。Flash又分為NAND flash和NOR flash二種。U盤和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閃存技術相對于NOR技術的優(yōu)越之處，因為大多數(shù)情況下閃存只是用來存儲少量的代碼，這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案。NOR Flash 的讀取和我們常見的 SDRAM 的讀取是一樣，用戶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(jié)約了成本。 NAND Flash 沒有采取內存的隨機讀取技術，它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的， 通常是一次讀取 512 個字節(jié)，采用這種技術的 Flash 比較廉價。用戶 不能直接運行 NAND Flash 上的代碼，因此好多使用 NAND Flash 的開發(fā)板除了使用 NAND Flah 以外，還作上了 一塊小的 NOR Flash 來運行啟動代碼。

NOR flash是intel公司1988年開發(fā)出了NOR flash技術。NOR的特點是芯片內執(zhí)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(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除 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。其內部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量內存的實現(xiàn)提供了廉價有效的解決方案。Nand-flash存儲器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲，因而在業(yè)界得到了越來越廣泛的應用，如嵌入式產(chǎn)品中包括數(shù)碼相機、MP3隨身聽記憶卡、體積小巧的U盤等。

NAND flash和NOR flash原理

一、存儲數(shù)據(jù)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，與場效應管的工作原理 相同，主要是利用電場的效應來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(shù)據(jù)單元內寫入數(shù)據(jù)的過程就是向電荷勢阱注入電荷的過程，寫入數(shù)據(jù)有兩種技術，熱電 子注入(hot electron injection)和 F-N 隧道效應(Fowler Nordheim tunneling)，前一種是通過源 極給浮柵充電，后一種是通過硅基層給浮柵充電。NOR 型 FLASH 通過熱電子注入方式給浮 柵充電，而 NAND 則通過 F-N 隧道效應給浮柵充電。

在寫入新數(shù)據(jù)之前，必須先將原來的數(shù)據(jù)擦除，這點跟硬盤不同，也就是將浮柵的電荷放掉， 兩種 FLASH 都是通過 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入了'0'，沒有注入電荷表示'1'，所以對 FLASH 清除數(shù)據(jù)是寫 1 的，這與硬盤正好相反;

對于浮柵中有電荷的單元來說，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(qū)，這時無論控制極上有沒有施加偏置電壓，晶體管都將處于 導通狀態(tài)。而對于浮 柵中沒有電荷的晶體管來說只有當控制極上施加有適當?shù)钠秒妷海诠杌鶎由细袘鲭?荷，源極和漏極才能導通，也就是說在沒有給控制極施 加偏置電壓時，晶體管是截止的。 如果晶體管的源極接地而漏極接位線，在無偏置電壓的情況下，檢測晶體管的導通狀態(tài)就可 以獲得存儲單元中的數(shù)據(jù)，如果位線上的電平為低，說明晶體管處于 導通狀態(tài)，讀取的數(shù) 據(jù)為 0，如果位線上為高電平，則說明晶體管處于截止狀態(tài)，讀取的數(shù)據(jù)為 1。由于控制柵 極在讀取數(shù)據(jù)的過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，所以讀取操作不會改變 FLASH 中原有的數(shù)據(jù)。

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，為了縮短存取時間并不是對每個單元 進行單獨的存取操作，而是對一定數(shù)量的存取單元進行集體操作， 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，必須對存儲單元進行統(tǒng)一編址。

NAND 的全部存儲單元分為若干個塊，每個塊又分為若干個頁，每個頁是 512byte，就是 512 個 8 位數(shù)，就是說每個頁有 512 條位線，每條位線下 有 8 個存儲單元;那么每頁存儲的數(shù) 據(jù)正好跟硬盤的一個扇區(qū)存儲的數(shù)據(jù)相同，這是設計時為了方便與磁盤進行數(shù)據(jù)交換而特意 安排的，那么塊就類似硬盤的簇;容 量不同，塊的數(shù)量不同，組成塊的頁的數(shù)量也不同。 在讀取數(shù)據(jù)時，當字線和位線鎖定某個晶體管時，該晶體管的控制極不加偏置電壓，其它的 7 個都加上偏置電壓 而導通，如果這個晶體管的浮柵中有電荷就會導通使位線為低電平， 讀出的數(shù)就是 0，反之就是 1。

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

NAND flash和NOR flash的區(qū)別

一、NAND flash和NOR flash的性能比較

flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行，所以大多數(shù)情況下，在進行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為0。由于擦除 NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執(zhí)行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。執(zhí)行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距，統(tǒng)計表明，對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時)，更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。這樣，當選擇存儲解決方案時，設計師必須權衡以下的各項因素。