NAND Flash 和 NOR Flash 区别

NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统
天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口
轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。
　　相“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因
为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。
　　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。
　　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
特殊的系统接口。
性能比较
　　flash闪存是非易失存储器，可以对称为块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(尤其是更新小文件时)，
更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。
　　● NOR的读速度比NAND稍快一些。
　　● NAND的写入速度比NOR快很多。
　　● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。
　　● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。
　　● NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。
接口差别
　　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，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、地址和数据信息。
　　NAND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或其他块设备。
容量和成本
　　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。
　　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。
可靠性和耐用性
　　采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说，Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命
(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。
　　寿命(耐用性)
　　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。
　　位交换
　　所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见，NAND发生的次数要比NOR多)，一个比特位会发生反转或被报告反转
了。
　　一位的悲可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题，多读几次
就可能解决了。
　　当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供应商建
议使用NAND闪存的时候，同时使用EDC/ECC算法。
　　这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然，如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，
必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。
　　坏块处理
　　NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。
　　NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中，如果通过可靠的方法不能进行这项
处理，将导致高故障率。
易于使用
　　可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。
　　由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。
　　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。
软件支持
　　当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件，包括性能优化。
　　在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD
)，NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。
　　使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些，许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件，这其中包括M-System的TrueFFS驱动，该驱
动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。
　　驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。

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Technical Report, Nov. 2004 Flash Memory 技术和应用综述
Flash Memory技术和应用综述
余一娇1,2 (1 华中师范大学语言学系，武汉，430079) (2 华中科技大学计算机学院 武汉 430074) E-mail: yjyu@mail.ccnu.edu.cn
摘 要： Flash Memory是近十年来应用广泛的一种半导体存储器，它与硬盘、软盘等传统存储介质在原理和工艺方面有很大差异。本文首先讨论Flash Memory存储卡的分类和区别、NAND模式和NOR模式Flash Memory的差异和性能比较，然后介绍Flash Memory在可移动存储器、消费电子和移动通信设备中的应用。文中重点讨论了Flash Disk技术和应用，通过与硬盘性能对比，讨论Flash Disk在未来是否会取代硬盘成为最常见的存储设备。 关键词：Flash Memory, Flash Disk, 硬盘, 容量 1. 前言 自2000年底闪盘(优盘)被发明和应用以来，Flash Memory(该技术在国内常称为Flash)在我国出现的频率迅速增大。然而作为闪盘中的存储主体Flash Memory其实早在1980年就被日本东芝公司申请专利。在1984年的国际半导体学术会议上首次发表了关于Flash Memory的科研论文。最近十年来日益普及的数字移动电话、数码相机、数字摄像机等都已广泛利用Flash Memory作为永久性存储器，只不过由于它封装在设备内部，只有开发商和设计人员直接接触、了解它而已。随着优盘的普及，Flash Memory正在被越来越多的普通用户熟悉和关注。二十多年的发展过程中，Flash Memory技术经过了多次变革和发展。但其悲的总体趋势一直都是：存储容量越来越大、数据读写速度越来越快、性能价格比越来越高。 本文是一篇综述性的论文，它致力于回顾Flash Memory技术的发展历程、介绍它最新的发展状态和应用领域。作为手机、消费电子中几乎是唯一的永久性存储设备，文中对此进行了详细的介绍和分析。由于与硬盘相比，Flash Disk在健壮性、可移动性、数据读写速度等多个方面都有比较大的优势，文中重点讨论利用Flash Disk在嵌入式系统、航天设备和军用系统中代替硬盘的可能性。 本文内容结构安排如下：第二部分介绍Flash Memory存储卡分类；第三部分讨论NAND和NOR技术原理，产品的性能差异和各自的应用领域；第四部分介绍Flash Disk技术和及其应用；第五部分讨论Flash Memory在可移动存储器中的应用；第六部分介绍Flash Memory在移动电话和消费电子中的应用。最后文中就Flash Disk在我国的发展策略提出一点思考。 2. Flash Memory存储卡 消费类电子产品必须体积小且携带方便，尽管硬盘是常见的存储设备，但显然它不适合在小型移动设备和消费电子中应用。在消费电子研发之初，开发商就开始设计一种新型永久性、体积小且功耗小的存储媒介来满足消费电子产品的特定需求。Flash Memory起源于日本，随之巨大的市场前景立即吸引美国的一些传统芯片生产商纷纷投入到该领域，如：美国的Intel公司和AMD 公司等。美国的芯片开发商由于过去在CPU设计和生产领域有先进的技术积累，它们研发的Flash Memory产品很快就占据了相当大的市场份额。 不同的应用领域对Flash Memory有不同的需求。例如：数码相机追求大容量的存储器，以便保存数量巨大的相片；而手机等通信设备则更渴望高速的数据读写速度，从而在无线上网和手机游戏中能吸引更多的用户。为了满足不同应用领域的特定需求，Flash Memory产品和标准目前正在呈多样性发展，产生了多个与之相关术语，如：SM（Smart Media）卡、CF (Compact Flash)