NAND和NOR Flash

快闪存储器历史

NOR和NAND是现在市场上两种主要的非挥发性快闪存储器技术。Intel于1988年首先开发出NOR Flash技术,改变了原先由EPROM和EEPROM主导非挥发性快闪存储器市场的局面。1989年,东芝公司发表了NAND Flash结构,强调降低每存储单元的成本,更高的性能。大多数情况下快闪存储器只是用来存储少量的代码,这时NOR快闪存储器更适合一些。而NAND则是用于高数据存储密度的需求。

Flash存储架构

快闪存储器将信息存储在由浮动栅极(floating gate)晶体管制成的存储单元中。这些技术的名称解释了存储器单元的组织方式。在NOR快闪存储器中,每个存储器单元的一端连接到源极线(SL),另一端直接连接到类似于NOR门的位线(WL)。在NAND快闪存储器中,几个存储器单元(通常是8个单元)串联连接

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。NAND结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理和需要特殊的系统界面。

NAND Flash  NOR Flash




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性能比较

Flash快闪存储器是非挥发性存储器,可以对称为块(Block)的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。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元都写为0。由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作,更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。

NOR快闪存储器和NAND快闪存储器的主要特性的比较



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界面差别

NOR Flash带有SRAM界面,有足够的位址引脚来定址,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口来串行地存取资料,各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、位址和资料信息。NAND Flash读和写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以取代硬盘设备。


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能耗

NOR快闪存储器在初始上电期间通常需要比NAND快闪存储器更多的电流。但是,NOR Flash的待机电流远低于NAND Flash。两个快闪存储器的瞬时有功功率相当。因此,有效功率由存储器活动的持续时间决定。NOR Flash在随机读取方面具有优势,而NAND Flash在擦除,写入和顺序读取操作中消耗的功率相对较低。


4

可靠性

保存数据的可靠性是任何存储设备的重要性能指标。快闪存储器会遭遇称为位翻转的现象,其中一些位可以被反转。这种现象在NAND快闪存储器中比在NOR快闪存储器中更常见。出于产量考虑,NAND Flash随附着散布的坏块,随着擦除和编程周期在NAND Flash的整个生命周期中持续,更多的存储器单元失效。因此,坏块处理是NAND快闪存储器的强制性功能。另一方面,NOR快闪存储器带有零坏块,在存储器的使用寿命期间具有非常低的坏块累积。因此,当涉及存储数据的可靠性时,NOR Flash具有优于NAND Flash的优势。


总结


NOR Flash的主要供应商是INTEL ,MICRO等厂商,曾经是Flash的主流产品,但现在市场被NAND Flash刮分它的优点是可以直接从Flash中运行程序,但是工艺复杂,价格比较贵。NAND Flash的主要供应商是SAMSUNG和东芝,在U盘、各种存储卡、MP3播放器里面的都是这种Flash,由于工艺上的不同,它比NOR Flash拥有更大存储容量,而且便宜。但也有缺点,就是无法寻址直接运行程序,只能存储资料。另外NAND Flash非常容易出现坏区,所以需要有校验的算法。在掌上计算机里要使用NAND FLASH 存储数据和程序,但是必须有NOR Flash来启动。除了SAMSUNG处理器,其他用在掌上计算机的主流处理器还不支持直接由NAND Flash 启动程序。因此,必须先用一片小的NOR Flash 启动机器,把OS等软件从NAND Flash 载入SDRAM中运行才行。(文/Hans)




2020年06月11日

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