闪存

闪存(Flash Memory)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。

闪存卡(Flash Card)是利用闪存技术达到存储电子信息的存储器,一般应用在数码相机,掌上电脑,MP3等小型数码产品中作为存储介质,所以样子小巧,有如一张卡片,所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用,闪存卡大概有SmartMedia(SM卡)、Compact Flash(CF卡)、MultiMediaCard(MMC卡)、Secure Digital(SD卡)、Memory Stick(记忆棒)、XD-Picture Card(XD卡)和微硬盘(MICRODRIVE)这些闪存卡虽然外观、规格不同,但是技术原理都是相同的。

闪存(Flash Memory)是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器,数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位(注意:NOR Flash 为字节存储),区块大小一般为256KB到20MB。闪存是电子可擦除只读存储器(EEPROM)的变种,闪存与EEPROM不同的是,它能在字节水平上进行删除和重写而不是整个芯片擦写,这样闪存就比EEPROM的更新速度快。由于其断电时仍能保存数据,闪存通常被用来保存设置信息,如在电脑的BIOS(基本输入输出程序)、PDA(个人数字助理)、数码相机中保存资料等。

 

 

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。

单片机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。

闪存存取比较快速,无噪音,散热小。用户打算购置的话可以不考虑太多多,同样存储空间买闪存。如果硬盘空间大就买硬盘,也可以满足用户应用的需求。

按种类分

U盘、CF卡、SM卡、SD/MMC卡、记忆棒、XD卡、MS卡、TF卡

按品牌分

金士顿、索尼、晟碟、Kingmax、鹰泰、创见、爱国者、纽曼、威刚、联想、台电。

【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

Sandisk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(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。

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。

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字节页容量约提高读性能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。

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!

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%。

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。


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。


“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。

追溯到1998年,优盘进入市场。接口由USB1.0发展到2.0,速度逐渐提高。U盘的盛行还间接促进了USB接口的推广。为什么U盘这么受到人们欢迎呢?

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2GB可选,突破了软驱1.44MB的局限性。从读写速度上讲,闪存盘采用 USB接口,读写速度比软盘高许多。从稳定性上讲,闪存盘没有机械读写装置,避免了移动硬盘容易碰伤、跌落等原因造成的损坏。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。

目前,闪存正朝大容量、低功耗、低成本的方向发展。与传统硬盘相比,闪存的读写速度高、功耗较低,目前市场上已经出现了闪存硬盘,也就是SSD硬盘,目前该硬盘的性价比进一步提升。随着制造工艺的提高、成本的降低,闪存将更多地出现在日常生活之中。

如果单从储存介质上来说 ,闪存比硬盘好。这是指数据传输的速度还有抗震度来说(闪存不存在抗震)。

优点:

1.闪存的体积小。并不是说闪存的集成度就一定会高。微硬盘做的这么大一块主要原因就是微硬盘不能做的小过闪存,并不代表微硬盘的集成度就不高。

2.相对于硬盘来说闪存结构不怕震,更抗摔。硬盘最怕的就是强烈震动。虽然我们使用的时候可以很小心,但老虎也有打盹的时候,不怕一万就怕万一。

3.闪存可以提供更快的数据读取速度,硬盘则受到转速的限制。

4.质量轻。

在1984年,东芝公司的发明人Fujio Masuoka 首先提出了快速闪存存储器(此处简称闪存)的概念。与传统电脑内存不同,闪存的特点是非易失性(也就是所存储的数据在主机掉电后不会丢失),其记录速度也非常快。

Intel是世界上第一个生产闪存并将其投放市场的公司。1988年,公司推出了一款256K bit闪存芯片。它如同鞋盒一样大小,并被内嵌于一个录音机里。後来,Intel发明的这类闪存被统称为NOR闪存。它结合EPROM(可擦除可编程只读存储器)和EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)两项技术,并拥有一个SRAM接口。

第二种闪存称为NAND闪存。它由日立公司于 1989年研制,并被认为是NOR闪存的理想替代者。NAND闪存的写周期比NOR闪存短90%,它的保存与删除处理的速度也相对较快。NAND的存储单元只有NOR的一半,在更小的存储空间中NAND获得了更好的性能。鉴于NAND出色的表现,它常常被应用于诸如CompactFlash、 SmartMedia、 SD、 MMC、 xD、 and PC cards、USB sticks等存储卡上。

闪存的市场现状分析

目前的闪存市场仍属于群雄争霸的末成熟时期。三星、日立、Spansion和Intel是这个市场的四大生产商。

由于战略上的一些错误,Intel在第一次让出了它的榜首座椅,下落至三星、日立和Spansion之後。

AMD闪存业务部门Spansion同时生产NAND和NOR闪存。它上半年的NOR闪存产量几乎与Intel持平,成为NOR闪存的最大制造商。该公司在上半年赢利为13亿美元,几乎是它整个公司利润额(25亿美元)的一半以上。

总体而言,Intel和AMD在上半年成绩喜人,但三星和日立却遭受挫折。

据市场调研公司iSuppli所做的估计,今年全球的闪存收益将达到166亿美元,比2003年(116.4亿美元)上涨46%。消息者对数码相机、USB sticks和压缩式MP3播放器内存的需求将极大推动闪存的销售。据预测,2005年闪存的销售额将达到175亿美元。不过,iSuppli估计,2005年至2008年闪存的利润增涨将有所回落,最高将达224亿美元。

新的替代品是否可能?

与许多寿命短小的信息技术相比,闪存以其16年的发展历程,充分显示了其“老前辈”的作风。九十年代初,闪存才初入市场;至2000年,利益额已突破十亿美元。英飞凌科技闪存部门主任,彼得曾说:“就闪存的生命周期而言,我们仍处于一个上升的阶段。”英飞凌相信,闪存的销售仍具有上升空间,并在酝酿加入对该市场的投入。英飞凌在今年初宣布,其位于德累斯顿的200毫米DRAM工厂已经开始生产512Mb NAND兼容闪存芯片。到2004年底,英飞凌公司计划采用170纳米制造工艺,每月制造超过10,000片晶圆。而2007年,该公司更希望在NAND市场成为前三甲。

此外,Intel技术与制造集团副总载Stefan Lai认为,在2008年之前,闪存将不可替代。2006年,Intel将首先采用65纳米技术;到2008年,目前正在研发的新一代45纳米技术将有望投放市场。Stefan Lai觉得,目前的预测仍然比较浅显,或许32纳米、22纳米技术完全有可能实现。但Stefan Lai也承认,2008年至2010年,新的技术可能会取而代之。

尽管对闪存替代品的讨论越来越激励,闪存仍然受到市场的重视。未来的替代品不仅必须是类似闪存一样的非易失性存储器,而且在速度和写周期上略胜一筹。此外,生产成本也应该相对低廉。由于现在制造技术还不成熟,新的替代品不会对闪存构成绝对的威胁。下面就让我们来认识一下几种能的替代产品:

核心提示:闪存盘是直接用于电脑的,使用方便;而其它的Flash memory 产品(CompactFlash SmartMedia MultiMedia Memory Card Memory Stick Secure Digital Card)都需要有驱动器才可以接上电脑。1.什么是usb2.0usb 2.0是usb技术

闪存盘是直接用于电脑的,使用方便;而其它的Flash memory 产品(CompactFlash SmartMedia MultiMedia Memory Card Memory Stick Secure Digital Card)都需要有驱动器才可以接上电脑。

读写闪存时,是否可以运行其它应用程序?

可以。

闪存可擦写多少次?闪存里的数据能保存多久?

闪存可擦写1,000,000次,闪存里数据可保存10年

一台电脑可同时接几个闪存?

理论上一台电脑可同时接127个闪存,但由于驱动器英文字母的排序原因, 以及现有的驱动器需占用几个英文字母,故闪存盘最多只可以接23个(除开 A、B、C), 且需要USB HUB的协助。

闪存在DOS状态下能否使用?

闪存支持WINDOWS虚拟DOS方式(启动Windows后在附件中进入)。支持启动功能的优盘在通过闪存盘成功启动电脑的状态下,能够以DOS命令方式操作。

WINDOWS NT4.0下闪存盘如何使用?

不能。因为WINDOWS NT4.0操作系统不支持USB设备,而闪存盘是基于USB的设备。

闪存可以在什么驱动程序下使用?

A9 Windows98、Windows ME、Windows 2000、Windows XP、MAC OS、Linux.

闪存是否需要驱动程序?

在Mac OS 、Windows 2000以上版本上不需要,在Win 98上需要驱动程序

闪存可以在Windows 98 / Windows 2000 / Mac OS下被格式化吗?

可以。

闪存的内容能否加密?

可以。

闪存在局域网里是否可以共享?

可以。

闪存可以存储哪些类型的数据?

所有电脑数据都可以存储,包括文件、程序、图象、音乐、多媒体等。

安装闪存时是否需要关闭电脑?

不需要,闪存是即插即用型产品,可以进行插拔。

闪存可以防水吗?

闪存是电子类产品,掉入水中后可能会造成闪存盘内部短路而损坏。

插拔闪存时,有哪些注意事项?

当闪存盘指示灯快闪时,即电脑在读写闪存盘状态下,不要拔下闪存;当插入闪存后,最好不要立即拔出。特别是不要反复快速插拔,因为操作系统需要一定的反应时间,中间的间隔最好在5秒以上。

闪存是否会感染病毒?

闪存像所有硬盘一样可能感染病毒

闪存用于桌面电脑时,并且USB接口在电脑的后面时,有什么办法使之更方便?

通过一条USB转接电缆(具有 A-Type Plug and A-Type Receptacle)与电脑连接

闪存上的文件出现乱码或文件打不开

使用闪存专用工具做格式化

双击闪存盘盘符时,电脑提示闪存盘需格式化

当闪存分区表遭到破坏或是闪存性能不稳定时,会出现上述现象。出现这种问题,一般可以使用闪存专用工具做格式化

闪存写保护不起作用,在写保护关锁状态,数据也能够顺利写入。

切换闪存写保护开关,需要在断开与电脑的联接的状态下进行。如果是在与电脑联接状态下切换了写保护开关,需要重新插拔一次闪存,才能切实使切换起作用。

除了上文提到的MRAM和OUM,其它可替代的产品还有MRAM (FeRAM)、 Polymer memory (PFRAM)、 PCRAM、 Conductive Bridge RAM (CBRAM)、 Organic RAM (ORAM)以及最近的Nanotube RAM (NRAM)。目前替代闪存的产品有许多,但是哪条路能够成功,以及何时成功仍然值得怀疑。

对大多数公司而言,闪存仍是一个理想的投资。不少公司已决定加大对闪存的投资额。此外,据估计,到2004年,闪存总产值将与DRAM并驾齐驱,到2006年将超越DRAM产品。因为,在期待新一代产品的同时,我们也不应该忽视目前已有的市场。