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nand咋读 NAND和NOR flash的区别

发布时间 : 2024-11-28

作者 : 小编

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NAND和NOR flash的区别

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。　　一位的变化可能不很明显，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。

NAND和闪存转换层（FTL）

我们使用的固态硬盘(SSD)，U盘等存储设备，有别于机械硬盘，其实际存储颗粒为NAND。而NAND存储颗粒受其物理特性影响必然存在坏块，同时也不能直接写0写1。

NAND有别于机械硬盘，主要体现在一下几个方面。

一，如果你想往某个区域存储一个字节的数据，比如0x55，首先需要确认当前区域是没有写入过数据的，也就是必须是全部0xFF的，因为NAND写入的时候每个bit只能从1变成0，不能从0变成1。如果不是全FF，则需要擦除操作，讲该区域全部变成0xFF，才可以写入你想要的0x55写进去。

二，NAND还存在另外一个特性是数据容易出错，写进去的是0x55，回读可能是0x5A，这时候需要ECC算法将错误的数据纠正过来，ECC算法比较复杂，在此不论述。

三，NAND存储颗粒的擦写次数是有限的，一般一个块也就是3000次左右，不能无线擦写。

四，NAND存储颗粒是存在坏块的，也就是实际物理地址上的某个区域是不能正常存储数据的。

这些特性都导致电脑不能向机械硬盘一样直接操作NAND。比如我们的电脑管理了全部文件内容，管理这些文件内容的功能叫文件系统。类似FAT文件系统会在固定的区域存储所有的文件信息，包括文件名，大小，作者等，例如存储在地址0里面。而我们需要频繁的修改文件，那么地址0存储的文件信息就需要频繁的更新，假如存储地址0对应NAND地址0，那么这块控件将很快达到其擦写次数寿命，导致损坏，我们的文件信息就会发生错乱。而且NAND不接受直接写入，必须先擦除再写入，还需要记录NAND中的坏块在哪里，避免写入已经坏掉的区域。读取的时候还需要进行ECC纠错，防止数据出错，这都会大大增加系统的负担，是不会被厂家接受的。大家都懒，谁愿意为了你的问题而改变自己呢，除非你给钱。

FTL闪存转换增这时候被提出来了，其作用就是文件系统和NAND之间的沟通桥梁。对于文件系统来说，它操作的实际第一对象是FTL，依然向机械硬盘一样管理所有的数据，不需要变动，什么都不需要改，除了问题一定是你的，因为我没改。这样系统方恨开心。但是管理NAND的脏活累活就得FTL来做了，谁让SSD等厂家想卖钱呢。

FTL算法，其实就是一种逻辑地址到物理地址的映射。当文件系统发送指令要写入或者更新一个特定的逻辑页时，FTL实际上是把数据写入到一个不同的空闲物理页并更新映射表（逻辑地址和物理地址的关联数据），并把这个页上包含的"旧数据"标记为"无效"（更新后的数据已经写入新的物理地址，旧地址的数据自然就失效了）。正是因为FTL的存在，操作系统才能把SSD当成机械硬盘那样操作，因此FTL转换的性能也就直接影响SSD的性能表现，而且FTL算法也是影响SSD寿命及稳定性的决定因素之一。

FTL还需要管理坏块，磨损均衡（与NAND寿命直接相关），ECC算法等功能，只有这样才能伪装的自己是一个机械硬盘，别人才会用你。

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NAND和闪存转换层（FTL）

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