闪存存储元
‘壹’ FLASH存储器DDR存储器RAM存储器SRAM存储器DRAM存储器有啥区别各有什么作用用在那
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
‘贰’ 闪存卡的存储原理是什么
闪存卡存储原理是什么?闪存(Flash Memory)是非挥发存储的一种,具有关掉电源仍可保存数据的优点,同时又可重复读写且读写速度快、单位体积内可储存最多数据量,以及低功耗特性等优点。其存储物理机制实际上为一种新型EEPROM(电可擦除可编程只读存储)。是SCM(半导体存储器)的一种。早期的SCM采用典型的晶体管触发器作为存储位元,加上选择、读写等电路构成存储器。现代的SCM采用超大规模集成电路工艺制成存储芯片,每个芯片中包含相当数量的存储位元,再由若干芯片构成存储器。目前SCM广泛采用的主要材料是金属氧化物场效应管(MOS),包括PMOS、NMOS、CMOS三类,尤其是NMOS和CMOS应用最广泛。RAM(随机存取存储),是一种半导体存储器。必须在通电情况下工作,否则会丧失存储信息。RAM又分为DRAM(动态)和SRAM(静态)两种,我们现在普遍使用的PC机内存即是SDRAM(同步动态RAM),它在运行过程当中需要按一定频率进行充电(刷新)以维持信息。DDR DDR2内存也属于SDRAM。而SRAM不需要频繁刷新,成本比DRAM高,主要用在CPU集成的缓存(cache)上。PROM(可编程ROM)则只能写入一次,写入后不能再更改。EPROM(可擦除PROM)这种EPROM在通常工作时只能读取信息,但可以用紫外线擦除已有信息,并在专用设备上高电压写入信息。EEPROM(电可擦除PROM),用户可以通过程序的控制进行读写操作。闪存实际上是EEPROM的一种。一般MOS闸极(Gate)和通道的间隔为氧化层之绝缘(gate oxide),而Flash Memory的特色是在控制闸(Control gate)与通道间多了一层称为“浮闸”(floating gate)的物质。拜这层浮闸之赐,使得Flash Memory可快速完成读、写、抹除等三种基本操作模式;就算在不提供电源给存储的环境下,也能透过此浮闸,来保存数据的完整性。 Flash Memory芯片中单元格里的电子可以被带有更高电压的电子区还原为正常的1。Flash Memory采用内部闭合电路,这样不仅使电子区能够作用于整个芯片,还可以预先设定“区块”(Block)。在设定区块的同时就将芯片中的目标区域擦除干净,以备重新写入。传统的EEPROM芯片每次只能擦除一个字节,而Flash Memory每次可擦写一块或整个芯片。Flash Memory的工作速度大幅领先于传统EEPROM芯片。 MSM(磁表面存储)是用非磁性金属或塑料作基体,在其表面涂敷、电镀、沉积或溅射一层很薄的高导磁率、硬矩磁材料的磁面,用磁层的两种剩磁状态记录信息"0"和"1"。基体和磁层合称为磁记录介质。依记录介质的形状可分别称为磁卡存储器、磁带存储器、磁鼓存储器和磁盘存储器。计算机中目前广泛使用的MSM是磁盘和磁带存储器。硬盘属于MSM设备。ODM(光盘存储)和MSM类似,也是将用于记录的薄层涂敷在基体上构成记录介质。不同的是基体的圆形薄片由热传导率很小,耐热性很强的有机玻璃制成。在记录薄层的表面再涂敷或沉积保护薄层,以保护记录面。记录薄层有非磁性材料和磁性材料两种,前者构成光盘介质,后者构成磁光盘介质。ODM是目前辅存中记录密度最高的存储器,存储容量很大且盘片易于更换。缺点是存储速度比硬盘低一个数量级。现已生产出与硬盘速度相近的ODM。CD-ROM、DVD-ROM等都是常见的ODM。
‘叁’ 什么是闪存
闪存是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式,允许在操作中被多次擦或写的非易失性存储器。这种科技主要用于一般性数据存储,以及在计算机与其他数字产品间交换传输数据,如储存卡与U盘。因为闪存不像RAM一样以字节为单位改写数据,因此不能取代RAM。
闪存的基本单元电路由双层浮空栅MOS管组成。第一层栅介质很薄,作为隧道氧化层。在第二级浮空栅加以正电压,使电子进入第一级浮空栅。擦除方法是在源极加正电压利用第一级浮空栅与源极之间的隧道效应,把注入至浮空栅的负电荷吸引到源极。
(3)闪存存储元扩展阅读:
应用前景
除了闪存盘,闪存还被应用在计算机中的BIOS、PDA、数码相机、录音笔、手机、数字电视、游戏机等电子产品中。闪存正朝大容量、低功耗、低成本的方向发展。
闪存盘可用来在电脑之间交换数据。从容量上讲,闪存盘的容量从16MB到64GB可选,突破了软驱1.44MB的局限性。部分款式闪存盘具有加密等功能,令用户使用更具个性化。闪存盘外形小巧,更易于携带。且采用支持热插拔的USB接口,使用非常方便。
‘肆’ 闪存是什么
闪存 目前主板上的BIOS大多使用Flash Memory制造,翻译成中文就是"闪动的存储器",通常把它称作"快闪存储器",简称"闪存"。闪存盘是一种移动存储产品,可用于存储任何格式数据文件便于随身携带,是个人的“数据移动中心”。闪存盘采用闪存存储介质(Flash Memory)和通用串行总线(USB)接口,具有轻巧精致、使用方便、便于携带、容量较大、安全可靠、时尚潮流等特征,是大家理想的便携存储工具.
我们常说的闪存其实只是一个笼统的称呼,准确地说它是非易失随机访问存储器(NVRAM)的俗称,特点是断电后数据不消失,因此可以作为外部存储器使用。而所谓的内存是挥发性存储器,分为DRAM和SRAM两大类,其中常说的内存主要指DRAM,也就是我们熟悉的DDR、DDR2、SDR、EDO等等。闪存也有不同类型,其中主要分为NOR型和NAND型两大类。
闪存的分类
NOR型与NAND型闪存的区别很大,打个比方说,NOR型闪存更像内存,有独立的地址线和数据线,但价格比较贵,容量比较小;而NAND型更像硬盘,地址线和数据线是共用的I/O线,类似硬盘的所有信息都通过一条硬盘线传送一般,而且NAND型与NOR型闪存相比,成本要低一些,而容量大得多。因此,NOR型闪存比较适合频繁随机读写的场合,通常用于存储程序代码并直接在闪存内运行,手机就是使用NOR型闪存的大户,所以手机的“内存”容量通常不大;NAND型闪存主要用来存储资料,我们常用的闪存产品,如闪存盘、数码存储卡都是用NAND型闪存。
这里我们还需要端正一个概念,那就是闪存的速度其实很有限,它本身操作速度、频率就比内存低得多,而且NAND型闪存类似硬盘的操作方式效率也比内存的直接访问方式慢得多。因此,不要以为闪存盘的性能瓶颈是在接口,甚至想当然地认为闪存盘采用USB2.0接口之后会获得巨大的性能提升。
前面提到NAND型闪存的操作方式效率低,这和它的架构设计和接口设计有关,它操作起来确实挺像硬盘(其实NAND型闪存在设计之初确实考虑了与硬盘的兼容性),它的性能特点也很像硬盘:小数据块操作速度很慢,而大数据块速度就很快,这种差异远比其他存储介质大的多。这种性能特点非常值得我们留意。
NAND型闪存的技术特点
内存和NOR型闪存的基本存储单元是bit,用户可以随机访问任何一个bit的信息。而NAND型闪存的基本存储单元是页(Page)(可以看到,NAND型闪存的页就类似硬盘的扇区,硬盘的一个扇区也为512字节)。每一页的有效容量是512字节的倍数。所谓的有效容量是指用于数据存储的部分,实际上还要加上16字节的校验信息,因此我们可以在闪存厂商的技术资料当中看到“(512+16)Byte”的表示方式。目前2Gb以下容量的NAND型闪存绝大多数是(512+16)字节的页面容量,2Gb以上容量的NAND型闪存则将页容量扩大到(2048+64)字节。
NAND型闪存以块为单位进行擦除操作。闪存的写入操作必须在空白区域进行,如果目标区域已经有数据,必须先擦除后写入,因此擦除操作是闪存的基本操作。一般每个块包含32个512字节的页,容量16KB;而大容量闪存采用2KB页时,则每个块包含64个页,容量128KB。
每颗NAND型闪存的I/O接口一般是8条,每条数据线每次传输(512+16)bit信息,8条就是(512+16)×8bit,也就是前面说的512字节。但较大容量的NAND型闪存也越来越多地采用16条I/O线的设计,如三星编号K9K1G16U0A的芯片就是64M×16bit的NAND型闪存,容量1Gb,基本数据单位是(256+8)×16bit,还是512字节。
寻址时,NAND型闪存通过8条I/O接口数据线传输地址信息包,每包传送8位地址信息。由于闪存芯片容量比较大,一组8位地址只够寻址256个页,显然是不够的,因此通常一次地址传送需要分若干组,占用若干个时钟周期。NAND的地址信息包括列地址(页面中的起始操作地址)、块地址和相应的页面地址,传送时分别分组,至少需要三次,占用三个周期。随着容量的增大,地址信息会更多,需要占用更多的时钟周期传输,因此NAND型闪存的一个重要特点就是容量越大,寻址时间越长。而且,由于传送地址周期比其他存储介质长,因此NAND型闪存比其他存储介质更不适合大量的小容量读写请求。
决定NAND型闪存的因素有哪些?
1.页数量
前面已经提到,越大容量闪存的页越多、页越大,寻址时间越长。但这个时间的延长不是线性关系,而是一个一个的台阶变化的。譬如128、256Mb的芯片需要3个周期传送地址信号,512Mb、1Gb的需要4个周期,而2、4Gb的需要5个周期。
2.页容量
每一页的容量决定了一次可以传输的数据量,因此大容量的页有更好的性能。前面提到大容量闪存(4Gb)提高了页的容量,从512字节提高到2KB。页容量的提高不但易于提高容量,更可以提高传输性能。我们可以举例子说明。以三星K9K1G08U0M和K9K4G08U0M为例,前者为1Gb,512字节页容量,随机读(稳定)时间12μs,写时间为200μs;后者为4Gb,2KB页容量,随机读(稳定)时间25μs,写时间为300μs。假设它们工作在20MHz。
读取性能:NAND型闪存的读取步骤分为:发送命令和寻址信息→将数据传向页面寄存器(随机读稳定时间)→数据传出(每周期8bit,需要传送512+16或2K+64次)。
K9K1G08U0M读一个页需要:5个命令、寻址周期×50ns+12μs+(512+16)×50ns=38.7μs;K9K1G08U0M实际读传输率:512字节÷38.7μs=13.2MB/s;K9K4G08U0M读一个页需要:6个命令、寻址周期×50ns+25μs+(2K+64)×50ns=131.1μs;K9K4G08U0M实际读传输率:2KB字节÷131.1μs=15.6MB/s。因此,采用2KB页容量比512字节也容量约提高读性能20%。
写入性能:NAND型闪存的写步骤分为:发送寻址信息→将数据传向页面寄存器→发送命令信息→数据从寄存器写入页面。其中命令周期也是一个,我们下面将其和寻址周期合并,但这两个部分并非连续的。
K9K1G08U0M写一个页需要:5个命令、寻址周期×50ns+(512+16)×50ns+200μs=226.7μs。K9K1G08U0M实际写传输率:512字节÷226.7μs=2.2MB/s。K9K4G08U0M写一个页需要:6个命令、寻址周期×50ns+(2K+64)×50ns+300μs=405.9μs。K9K4G08U0M实际写传输率:2112字节/405.9μs=5MB/s。因此,采用2KB页容量比512字节页容量提高写性能两倍以上。
3.块容量
块是擦除操作的基本单位,由于每个块的擦除时间几乎相同(擦除操作一般需要2ms,而之前若干周期的命令和地址信息占用的时间可以忽略不计),块的容量将直接决定擦除性能。大容量NAND型闪存的页容量提高,而每个块的页数量也有所提高,一般4Gb芯片的块容量为2KB×64个页=128KB,1Gb芯片的为512字节×32个页=16KB。可以看出,在相同时间之内,前者的擦速度为后者8倍!
4.I/O位宽
以往NAND型闪存的数据线一般为8条,不过从256Mb产品开始,就有16条数据线的产品出现了。但由于控制器等方面的原因,x16芯片实际应用的相对比较少,但将来数量上还是会呈上升趋势的。虽然x16的芯片在传送数据和地址信息时仍采用8位一组,占用的周期也不变,但传送数据时就以16位为一组,带宽增加一倍。K9K4G16U0M就是典型的64M×16芯片,它每页仍为2KB,但结构为(1K+32)×16bit。
模仿上面的计算,我们得到如下。K9K4G16U0M读一个页需要:6个命令、寻址周期×50ns+25μs+(1K+32)×50ns=78.1μs。K9K4G16U0M实际读传输率:2KB字节÷78.1μs=26.2MB/s。K9K4G16U0M写一个页需要:6个命令、寻址周期×50ns+(1K+32)×50ns+300μs=353.1μs。K9K4G16U0M实际写传输率:2KB字节÷353.1μs=5.8MB/s
可以看到,相同容量的芯片,将数据线增加到16条后,读性能提高近70%,写性能也提高16%。
5.频率
工作频率的影响很容易理解。NAND型闪存的工作频率在20~33MHz,频率越高性能越好。前面以K9K4G08U0M为例时,我们假设频率为20MHz,如果我们将频率提高一倍,达到40MHz,则
K9K4G08U0M读一个页需要:6个命令、寻址周期×25ns+25μs+(2K+64)×25ns=78μs。K9K4G08U0M实际读传输率:2KB字节÷78μs=26.3MB/s。可以看到,如果K9K4G08U0M的工作频率从20MHz提高到40MHz,读性能可以提高近70%!当然,上面的例子只是为了方便计算而已。在三星实际的产品线中,可工作在较高频率下的应是K9XXG08UXM,而不是K9XXG08U0M,前者的频率目前可达33MHz。
6.制造工艺
制造工艺可以影响晶体管的密度,也对一些操作的时间有影响。譬如前面提到的写稳定和读稳定时间,它们在我们的计算当中占去了时间的重要部分,尤其是写入时。如果能够降低这些时间,就可以进一步提高性能。90nm的制造工艺能够改进性能吗?答案恐怕是否!目前的实际情况是,随着存储密度的提高,需要的读、写稳定时间是呈现上升趋势的。前面的计算所举的例子中就体现了这种趋势,否则4Gb芯片的性能提升更加明显。
综合来看,大容量的NAND型闪存芯片虽然寻址、操作时间会略长,但随着页容量的提高,有效传输率还是会大一些,大容量的芯片符合市场对容量、成本和性能的需求趋势。而增加数据线和提高频率,则是提高性能的最有效途径,但由于命令、地址信息占用操作周期,以及一些固定操作时间(如信号稳定时间等)等工艺、物理因素的影响,它们不会带来同比的性能提升。
1Page=(2K+64)Bytes;1Block=(2K+64)B×64Pages=(128K+4K)Bytes;1Device=(2K+64)B×64Pages×4096Blocks=4224Mbits
其中:A0~11对页内进行寻址,可以被理解为“列地址”。
A12~29对页进行寻址,可以被理解为“行地址”。为了方便,“列地址”和“行地址”分为两组传输,而不是将它们直接组合起来一个大组。因此每组在最后一个周期会有若干数据线无信息传输。没有利用的数据线保持低电平。NAND型闪存所谓的“行地址”和“列地址”不是我们在DRAM、SRAM中所熟悉的定义,只是一种相对方便的表达方式而已。为了便于理解,我们可以将上面三维的NAND型闪存芯片架构图在垂直方向做一个剖面,在这个剖面中套用二维的“行”、“列”概念就比较直观了。
‘伍’ 闪存和内存的区别
区别就是内存是纯粹数据电平信号存储,专供cpu运算、寻址所用,不存在物理写入,没耐久度限制。闪存是存储数据,能断电保存,存在物理写入,有耐久度限制。
闪存是一种非易失性存储器,即断电数据也不会丢失。因为闪存不像RAM(随机存取存储器)一样以字节为单位改写数据,因此不能取代RAM。
应用前景
“优盘”是闪存走进日常生活的最明显写照,其实早在U盘之前,闪存已经出现在许多电子产品之中。传统的存储数据方式是采用RAM的易失存储,电池没电了数据就会丢失。采用闪存的产品,克服了这一毛病,使得数据存储更为可靠。
除了闪存盘,闪存还被应用在计算机中的BIOS、PDA、数码相机、录音笔、手机、数字电视、游戏机等电子产品中。
‘陆’ FLASH存储器DDR存储器RAM存储器SRAM存储器DRAM存储器有什么区别各有什么作用
Flash存储器:
它属于内存器件的一种,是一种非易失性( Non-Volatile )内存。闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异:目前各类 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都属于挥发性内存,只要停止电流供应内存中的数据便无法保持,因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存;闪存在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据,其存储特性相当于硬盘,这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。
DDR存储器:
DDR=Double Data Rate双倍速率同步动态随机存储器。严格的说DDR应该叫DDR SDRAM,人们习惯称为DDR,其中,SDRAM 是Synchronous Dynamic Random Access Memory的缩写,即同步动态随机存取存储器。而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写,是双倍速率同步动态随机存储器的意思。DDR内存是在SDRAM内存基础上发展而来的,仍然沿用SDRAM生产体系,因此对于内存厂商而言,只需对制造普通SDRAM的设备稍加改进,即可实现DDR内存的生产,可有效的降低成本。
RAM存储器:
存储单元的内容可按需随意取出或存入,且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容,故主要用于存储短时间使用的程序。 按照存储单元的工作原理,随机存储器又分为静态随机存储器(英文:Static RAM,SRAM)和动态随机存储器(英文Dynamic RAM,DRAM)。
SRAM存储器:
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。
DRAM存储器:
DRAM(Dynamic Random Access Memory),即动态随机存取存储器,最为常见的系统内存。DRAM 只能将数据保持很短的时间。为了保持数据,DRAM使用电容存储,所以必须隔一段时间刷新(refresh)一次,如果存储单元没有被刷新,存储的信息就会丢失。 (关机就会丢失数据)
‘柒’ 闪存和内存有什么区别
闪存,实际上应该是flash
memory。也就是可断电记忆的存储体。这样的可以被大量用在包括手机,mp3,数码相机等设备中。但是真正将它的应用发展起来的,是我们常用的usb磁盘。
什么是内存呢?在计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器和辅助存储器,主存储器又称内存储器(简称内存),辅助存储器又称外存储器(简称外存)。外存通常是磁性介质或光盘,像硬盘,软盘,磁带,cd等,能长期保存信息,并且不依赖于电来保存信息,但是由机械部件带动,速度与cpu相比就显得慢的多。内存指的就是主板上的存储部件,是cpu直接与之沟通,并用其存储数据的部件,存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。
既然内存是用来存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,那么它是怎么工作的呢?我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存(即dram),动态内存中所谓的“动态”,指的是当我们将数据写入dram后,经过一段时间,数据会丢失,因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。具体的工作过程是这样的:一个dram的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷,有电荷代表1,无电荷代表0。但时间一长,代表1的电容会放电,代表0的电容会吸收电荷,这就是数据丢失的原因;刷新操作定期对电容进行检查,若电量大于满电量的1/2,则认为其代表1,并把电容充满电;若电量小于1/2,则认为其代表0,并把电容放电,借此来保持数据的连续性。
从一有计算机开始,就有内存。内存发展到今天也经历了很多次的技术改进,从最早的dram一直到fpmdram、edodram、sdram等,内存的速度一直在提高且容量也在不断的增加。今天,服务器主要使用的是什么样的内存呢?目前,ia架构的服务器普遍使用的是registeredeccsdram,下一期我们将详细介绍这一全新的内存技术及它给服务器带来的独特的技术优势
‘捌’ 闪存的分类
矽统(SIS)、金士顿、索尼、LSI、闪迪、Kingmax、鹰泰、创见、爱国者、纽曼、威刚、联想、台电、微星、SSK、三星、海力士
【NAND型闪存】内存和NOR型闪存的基本存储单元是bit,用户可以随机访问任何一个bit的信息。而NAND型闪存的基本存储单元是页(Page)(可以看到,NAND型闪存的页就类似硬盘的扇区,硬盘的一个扇区也为512字节)。每一页的有效容量是512字节的倍数。所谓的有效容量是指用于数据存储的部分,实际上还要加上16字节的校验信息,因此我们可以在闪存厂商的技术资料当中看到“(512+16)Byte”的表示方式。2Gb以下容量的NAND型闪存绝大多数是(512+16)字节的页面容量,2Gb以上容量的NAND型闪存则将页容量扩大到(2048+64)字节。
NAND型闪存以块(sector)为单位进行擦除操作。闪存的写入操作必须在空白区域进行,如果目标区域已经有数据,必须先擦除后写入,因此擦除操作是闪存的基本操作。一般每个块包含32个512字节的页(page),容量16KB;而大容量闪存采用2KB页时,则每个块包含64个页,容量128KB。
每颗NAND型闪存的I/O接口一般是8条,每条数据线每次传输(512+16)bit信息,8条就是(512+16)×8bit,也就是前面说的512字节。但较大容量的NAND型闪存也越来越多地采用16条I/O线的设计,如三星编号K9K1G16U0A的芯片就是64M×16bit的NAND型闪存,容量1Gb,基本数据单位是(256+8)×16bit,还是512字节。
寻址时,NAND型闪存通过8条I/O接口数据线传输地址信息包,每包传送8位地址信息。由于闪存芯片容量比较大,一组8位地址只够寻址256个页,显然是不够的,因此通常一次地址传送需要分若干组,占用若干个时钟周期。NAND的地址信息包括列地址(页面中的起始操作地址)、块地址和相应的页面地址,传送时分别分组,至少需要三次,占用三个周期。随着容量的增大,地址信息会更多,需要占用更多的时钟周期传输,因此NAND型闪存的一个重要特点就是容量越大,寻址时间越长。而且,由于传送地址周期比其他存储介质长,因此NAND型闪存比其他存储介质更不适合大量的小容量读写请求。
而比我们平常用的U盘存储量更大,速度更快的闪存产品要属PCIe闪存卡了,它采用低功耗,高性能的闪存存储芯片,以提高应用程序性能。由于它们直接插到服务器中,数据位置接近服务器的处理器,相比其它通过基于磁盘的存储网络路径来获取信息大大节省了时间。企业正在转向这种技术以解决存储密集型工作负载,比如事务处理应用。在PCIe闪存卡方面,LSI公司新的Nytro产品,扩大其基于闪存的应用加速技术到各种规模的企业。LSI推出了三款产品,到一个正变得越来越拥挤的PCIe闪存适配器卡市场。LSI Nytro产品战略中的一部分,LSI公司的WarpDrive卡上,采用闪存存储、LSI的SAS集成控制器和来自公司收购的闪存控制器制造商SandForce的技术。其第二代基于PCIe的应用加速卡容量从200GB到3.2TB不等。Nytro XD应用加速存储解决方案的软件和硬件的组合。它集成了WarpDrive卡与Nytro XD智能高速缓存软件,以提高在存储区域网络(SAN)和直接附加存储(DAS)实现中的I/O速度。最后,还有Nytro MegaRAID应用加速卡,它结合了MegaRAID控制器与板载闪存和缓存软件,LSI公司将Nytro MegaRAID的定位面向低端,针对串行连接SCSI(SAS)DAS环境的性能增强解决方案。
微软的SQL Server产品管理主管Claude Lorenson,看好LSI的闪存产品在微软服务器环境中的未来。因为 LSI的闪存产品Nytro MegaRAID可以帮助微软SQL实现了每秒交易的10倍增长,
“闪存存储技术,如LSI的Nytro应用加速产品组合,可以用来加速关键业务应用,如SQL Server 2012”,Lorenson在一份公司的声明中表示“随着微软将在Windows Server 8中提供的增强,这些技术的重要性将继续增长。”
‘玖’ 闪存的存储原理
要讲解闪存的存储原理,还是要从EPROM和EEPROM说起。
EPROM是指其中的内容可以通过特殊手段擦去,然后重新写入。其基本单元电路(存储细胞),常采用浮空栅雪崩注入式MOS电路,简称为FAMOS。它与MOS电路相似,是在N型基片上生长出两个高浓度的P型区,通过欧姆接触分别引出源极S和漏极D。在源极和漏极之间有一个多晶硅栅极浮空在SiO2绝缘层中,与四周无直接电气联接。这种电路以浮空栅极是否带电来表示存1或者0,浮空栅极带电后(譬如负电荷),就在其下面,源极和漏极之间感应出正的导电沟道,使MOS管导通,即表示存入0。若浮空栅极不带电,则不形成导电沟道,MOS管不导通,即存入1。
EEPROM基本存储单元电路的工作原理如下图所示。与EPROM相似,它是在EPROM基本单元电路的浮空栅的上面再生成一个浮空栅,前者称为第一级浮空栅,后者称为第二级浮空栅。可给第二级浮空栅引出一个电极,使第二级浮空栅极接某一电压VG。若VG为正电压,第一浮空栅极与漏极之间产生隧道效应,使电子注入第一浮空栅极,即编程写入。若使VG为负电压,强使第一级浮空栅极的电子散失,即擦除。擦除后可重新写入。
闪存的基本单元电路,与EEPROM类似,也是由双层浮空栅MOS管组成。但是第一层栅介质很薄,作为隧道氧化层。写入方法与EEPROM相同,在第二级浮空栅加以正电压,使电子进入第一级浮空栅。读出方法与EPROM相同。擦除方法是在源极加正电压利用第一级浮空栅与源极之间的隧道效应,把注入至浮空栅的负电荷吸引到源极。由于利用源极加正电压擦除,因此各单元的源极联在一起,这样,快擦存储器不能按字节擦除,而是全片或分块擦除。 到后来,随着半导体技术的改进,闪存也实现了单晶体管(1T)的设计,主要就是在原有的晶体管上加入了浮动栅和选择栅,
在源极和漏极之间电流单向传导的半导体上形成贮存电子的浮动棚。浮动栅包裹着一层硅氧化膜绝缘体。它的上面是在源极和漏极之间控制传导电流的选择/控制栅。数据是0或1取决于在硅底板上形成的浮动栅中是否有电子。有电子为0,无电子为1。
闪存就如同其名字一样,写入前删除数据进行初始化。具体说就是从所有浮动栅中导出电子。即将有所数据归“1”。
写入时只有数据为0时才进行写入,数据为1时则什么也不做。写入0时,向栅电极和漏极施加高电压,增加在源极和漏极之间传导的电子能量。这样一来,电子就会突破氧化膜绝缘体,进入浮动栅。
读取数据时,向栅电极施加一定的电压,电流大为1,电流小则定为0。浮动栅没有电子的状态(数据为1)下,在栅电极施加电压的状态时向漏极施加电压,源极和漏极之间由于大量电子的移动,就会产生电流。而在浮动栅有电子的状态(数据为0)下,沟道中传导的电子就会减少。因为施加在栅电极的电压被浮动栅电子吸收后,很难对沟道产生影响。
‘拾’ 什么是闪存有什么用
闪存的基本概念
闪存的英文名称是"Flash Memory",一般简称为"Flash",它也属于内存器件的一种。不过闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异:目前各类DDR、SDRAM或者RDRAM都属于挥发性内存,只要停止电流供应内存中的数据便无法保持,因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存;闪存则是一种不挥发性(Non-Volatile)内存,在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据,其存储特性相当于硬盘,这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。
NAND闪存的存储单元则采用串行结构,存储单元的读写是以页和块为单位来进行(一页包含若干字节,若干页则组成储存块,NAND的存储块大小为8到32KB),这种结构最大的优点在于容量可以做得很大,超过512MB容量的NAND产品相当普遍,NAND闪存的成本较低,有利于大规模普及。NAND闪存的缺点在于读速度较慢,它的I/O端口只有8个,比NOR要少多了。这区区8个I/O端口只能以信号轮流传送的方式完成数据的传送,速度要比NOR闪存的并行传输模式慢得多。再加上NAND闪存的逻辑为电子盘模块结构,内部不存在专门的存储控制器,一旦出现数据坏块将无法修正,可靠性较NOR闪存要差。NAND闪存被广泛用于移动存储、数码相机、MP3播放器、掌上电脑等新兴数字设备中。三星、东芝、Renesas和SanDisk是主要的NAND闪存制造商,其中三星电子凭借价格和技术双重优势获得了绝对领先的市场份额,甚至在去年第三季度超过Intel公司成为全球最大的闪存制造商。由于受到数码设备强劲发展的带动,NAND闪存一直呈现指数级的超高速增长,NAND可望在2006年超过NOR成为闪存技术的主导。
数码闪存卡:主流数码存储介质
数码相机、MP3播放器、掌上电脑、手机等数字设备是闪存最主要的市场。前面提到,手机领域以NOR型闪存为主、闪存芯片被直接做在内部的电路板上,但数码相机、MP3播放器、掌上电脑等设备要求存储介质具备可更换性,这就必须制定出接口标准来实现连接,闪存卡技术应运而生。闪存卡是以闪存作为核心存储部件,此外它还具备接口控制电路和外在的封装,从逻辑层面来说可以和闪盘归为一类,只是闪存卡具有更浓的专用化色彩、而闪盘则使用通行的USB接口。由于历史原因,闪存卡技术未能形成业界统一的工业标准,许多厂商都开发出自己的闪存卡方案。目前比较常见的有CF卡、SD卡、SM卡、MMC卡和索尼的Memory Stick记忆棒。
CF卡(CompactFlash)
CF卡是美国SanDisk 公司于1994引入的闪存卡,可以说是最早的大容量便携式存储设备。它的大小只有43mm×36mm×3.3mm,相当于笔记本电脑的PCMCIA卡体积的四分之一。CF卡内部拥有独立的控制器芯片、具有完全的PCMCIA-ATA 功能,它与设备的连接方式同PCMCIA卡的连接方式类似,只是CF卡的针脚数多达五十针。这种连接方式稳定而可靠,并不会因为频繁插拔而影响其稳定性。
CF卡没有任何活动的部件,不存在物理坏道之类的问题,而且拥有优秀的抗震性能, CF卡比软盘、硬盘之类的设备要安全可靠。CF卡的功耗很低,它可以自适应3.3伏和5伏两种电压,耗电量大约相当于桌面硬盘的百分之五。这样的特性是出类拔萃的,CF卡出现之后便成为数码相机的首选存储设备。经过多年的发展,CF卡技术已经非常成熟,容量从最初的4MB飙升到如今的3GB,价格也越来越平实,受到各数码相机制造商的普遍喜爱,CF卡目前在数码相机存储卡领域的市场占有率排在第二位。
MMC卡 (MultiMediaCard)
MMC卡是SanDisk公司和德国西门子公司于1997年合作推出的新型存储卡,它的尺寸只有32mm×24mm×1.4mm、大小同一枚邮票差不多;其重量也多在2克以下,并且具有耐冲击、可反复读写30万次以上等特点。从本质上看,MMC与CF其实属于同一技术体系,两者结构都包括快闪存芯片和控制器芯片,功能也完全一样,只是MMC卡的尺寸超小,而连接器也必须做在狭小的卡里面,导致生产难度和制造成本都很高、价格较为昂贵。MMC主要应用与移动电话和MP3播放器等体积小的设备,而由于体积限制,MMC卡的容量提升较为困难,目前MMC产品以128M容量为主,256MB、512MB主要供应给数码发烧友及特殊用户使用。MMC4.0标准的极速1-2GB MMC存储卡问世,新标准的MMC多媒体存储卡读取速度最高达到了150倍速(22.5MB/S),而写入速度也达到了惊人的120倍速(18MB/S)。MMC4.0标准同样和原有的MMC存储卡及SD存储卡插槽兼容,可广泛使用在手机、数码相机、掌上电脑、其他移动数字设备等。MMC4.0标准由MMCA多媒体存储卡协会在MMC3.2标准的基础上推出的。
SD卡(Secure Digital)
SD卡的英文全称是Secure Digital Card,意为安全数码卡,它由日本松下公司、东芝公司和美国SanDisk公司共同研制。SD卡仍属于MMC标准体系,SD比MMC卡多了一个进行数字版权保护的暗号认证功能(SDMI规格),故而得名。
SD卡的尺寸为32mm×24mm×2.1mm,面积与MMC卡相同、只是略厚一些而已。但SD卡的容量比MMC卡高出甚多,SanDisk和松下公司都已推出容量高达1GB的SD卡。不过当前的主流还是64M、128M和256M容量,512MB以上的产品还相当昂贵。读写速度快是SD卡的另一个优点,它的最高读写速度已突破20MB/s、几乎达到闪存读写速度的极限。此外,SD卡还保持对MMC卡的兼容,支持SD卡的插口大多数都可以支持MMC卡。更重要的是,SD卡比MMC卡易于制造,在成本上有不少优势,SD卡得到了广泛应用,在MP3播放器、移动电话、数码相机、掌上电脑及便携式摄像机,目前SD卡接口支持者除了东芝、松下和SanDisk外,还包括卡西欧、惠普、摩托罗拉、NEC、先锋和Palm等公司。
SM卡(SmartMedia)与xD卡
SM卡被称为"智能型媒体卡",尺寸为37mm×45mm×0.76mm, SM卡的功能较为单一,用户必须使用配有读写及控制功能的专用设备才能对其操作,SM卡规范的升级变化比较大。