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nand flash擦写速度 Nor Flash 与 Nand Flash的技术特点分析

发布时间 : 2024-11-23

作者 : 小编

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Nor Flash 与 Nand Flash的技术特点分析

Nand Flash和Nor Flash各自存储单元的物理性质和排列结构决定了它们的许多特点。

由于Nand Flash为串行结构而Nor Flash为并行结构,因此Nand Flash内部金属导线占用的面积比Nor Flash要少很多，这使得Nand Flash的存储密度要高于Nor Flash。所以，市场上Nand Flash的容量普遍高于Nor Flash，常用作大容量的数据存储。

此外，二者的结构还决定了Nand Flash无法按位进行读取，对其的操作需要多个地址相位来找到所需的存储单元，并且其读写都是以页为单位的。而Nor Flash可以按位读取，通过相应地址引脚可以方便地直接读到每一个字节的数据。因此，Nor Flash的读取速度比Nand Flash要快，且引脚上Nor Flash类似于SRAM（Static Random Access Memory，静态随机存取存储器）有足够的地址和数据引脚，Nand Flash则通过复杂的IO（Input Output，输入输出）引脚和命令对其进行操作。这使得Nor Flash具有芯片内执行（eXecute In Place, XIP）的特性，通常用作程序存储。

因为Nand Flash采用的是F-N隧穿效应,Nor Flash采用的是热电子注入，所以Nand Flash的擦写速度要高于Nor Flash。另外，Nand Flash每个块的最大擦写次数比Nor Flash更大，也即其寿命比Nor Flash更长。

对于两种Flash都会存在着所谓位交换的现象，即Flash的某一位数据发生了反转,而Nand Flash发生这种情况的概率比Nor Flash要高。因此对于Nand Flash，通常会采用ECC来确保数据存储的正确性，并且会使用坏块管理的算法，用来扫描并标记坏块,从而避开坏块。这也使得对Nand Flash的操作通常都是虚拟地址映射。

可以看到，无论是对于Nand Flash还是NorFlash，在写入新数据前，都需要对原数据进行擦除。对于两种Flash擦除操作都是以块为单位的,并且每个块的擦除次数都有上限，也决定了Flash的寿命。因此，需要一些策略来避免对某一些块擦除地过于频繁，也即需要对Flash进行损耗均衡。

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技术解析：固态硬盘越用越慢怎么办？

固态硬盘越用越慢的原因

固态硬盘会越用越慢，这和固态硬盘的工作原理有很大的关系。固态硬盘使用闪存作为储存介质，而闪存有个特性：必须先擦除之后才能再次写入数据，这一点和机械硬盘不同，机械硬盘可以直接在数据上面覆盖写入。

我们新买固态硬盘的时候，其中的NAND闪存已经预先擦除干净，因此数据可以直接写入，无需完成数据清除这一步，这时数据的写入速度非常快；随着时间的推移，SSD中从未使用的存储空间越来越少，很多时候必须先擦除闪存中的数据然后再写入，因此其性能就会明显下降。为了解决这种问题，微软和SSD厂商都做了很大努力，例如Trim、垃圾回收机制等等

下面我们就来谈谈使用SSD时的注意事项。

1.使用环境：Windows 7和AHCI是必须的，当然还有SATA3

必须使用Windows7以上的系统才能更好发挥SSD威力

● 固态硬盘最重要的技术：Trim

为了解决硬盘降速的问题，微软联合各大SSD厂商开发了一个新技术——Trim。Trim没有中文名称，简单的说，就是告诉SSD主控哪些数据占据的地址是“无效”的。

Trim指令的支持需要同时满足以下三个条件：

1.SSD主控制器和搭配的固件必须支持Trim指令接收：这一点完全不用我们去担心，只要是SSD，Trim指令必须得支持，不然就和普通U盘没什么两样。不开TRIM真的会变慢！

2.当前操作系统必须支持Trim指令发送：只有windows7/Server 2008 R2以上的系统才支持。

3.当前使用的磁盘驱动程序必须支持Trim指令传输。有一点需要说明，Trim指令现在还不支持发送给RAID阵列。所以如果看到有“高富帅”在用SSD组RAID炫速度，大胆地鄙视吧。

● SATA3.0接口才能满足高速SSD的胃口

接口方面，现在主流的SSD都采用SATA3接口，因为SATA2接口的最大理论速度只有300MB/S，如果你把一款读取速度500MB/s的SSD接到SATA2接口上...我真的表示很无奈。

然后我们说说BIOS设定，强烈建议开启AHCI模式。因为AHCI中的原生命令队列特性(NCQ)可以优化用户发送指令的顺序，从而降低设备负荷，提升设备性能。有些较老的主板可能不支持AHCI，这种产品一般也不会有SATA3.0接口，SSD性能会大打折扣。

2.分区方法：小分区、少分区

SSD有一种技术叫做“垃圾回收机制”，前面已经讲过Trim是系统用来告诉SSD主控哪些数据所占据的地址是“无效”的，而“垃圾回收机制”就是SSD内部对这些“无效”数据进行清理的过程。

垃圾回收机制非常考验主控的数据处理能力

SSD中的擦除只能是“将无效数据所在的整个区域摧毁”，不能像机械硬盘那样实现“点对点精确定位打击”，因此“垃圾回收机制”过程也显得很繁琐——先把区域内的有效数据集中起来，转移到空闲的位置，然后把“问题区域”整个清除，清除出来的地方可以作为下次垃圾回收时的转移地点。

大部分SSD都已经由厂商“内定”了预留空间

所以“小分区”的概念就出来了。所谓“小分区”就是不要把SSD的容量都分满，保留一部分容量作为“空闲位置”，用于SSD内部的优化操作，如磨损平衡、垃圾回收和坏块映射。一般情况下这一步骤厂商已经帮我们设定好了，例如NAND容量128G的SSD，厂家会标称120G，剩下的部分就被设置成了预留空间。当然如果你十分注重SSD性能，也可以在此基础上继续增加预留空间，在分区的时候只分100G或者更少

如果固态硬盘也能像机械硬盘这样随便分区就好了

“少分区”则是另外一种概念，关系到4k对齐对SSD的影响。一方面现在主流SSD容量都不是很大，分区越多意味着浪费的空间越多(每个分区总有那么些空间是用不到的)，另一方面分区太多容易导致分区错位，在分区边界的磁盘区域SSD性能可能受到影响。

Win7自带的分区工具支持4K对齐

关于4K对齐操作，在机械硬盘时代可能大家都不太注重，但到了SSD时代4K分区对齐与否对性能有着很大的影响。怎样才能实现4K对齐？最简单的方法就是用Win7自带的分区工具进行分区，这样能保证分出来的区域都是4K对齐的。

3.平时保养：不要使用碎片整理，保持分区“苗条”

● 不要使用碎片整理

把机械硬盘时代的“好习惯”带到了SSD上不一定“好用”。在以前，我们总会听到各种“砖家”的提醒——系统变慢记得碎片整理，往往整理过后能感觉到系统运行明显快了很多，殊不知碎片整理对于SSD来说完全就是一种“折磨”。

“磁盘整理”对SSD来说是一种折磨

消费级固态硬盘使用的MLC NAND FLASH作为储存介质，这种芯片一般只有5000~10000次的擦写寿命(P/E)，碎片整理需要对硬盘频繁擦写，会大大减少SSD的使用寿命，其实，SSD自带的垃圾回收机制就已经是一种很好的“磁盘整理”，再多的整理完全没必要。Windows的“磁盘整理”功能是机械硬盘时代的产物，并不适用于SSD。

SSD内部没有机械结构，主要部件是主控和闪存芯片

除此之外，可以考虑禁用win7的预读(Superfetch)和快速搜索(Windows Search)功能，在SSD平台这两个功能的实用意义不大，通过禁用这两项功能降低硬盘读写频率。

● 让分区保留足够的剩余空间

如果SSD也这样折腾估计早就崩溃了

前面有说过SSD的“垃圾回收机制”，可以算是SSD内部最考验主控能力的步骤：当硬盘占用接近“满容量”的时候，垃圾回收的量非常多，主控芯片需要处理大量数据，几乎是满负荷运作，这就是为什么SSD越用越慢的原因之一。

相对廉价的机械硬盘适合当“仓库”使用

所以让分区保持“苗条”很重要，及时清理无用的文件，设置合适的虚拟内存大小，将电影音乐等大文件放到机械硬盘“仓库”等等，让SSD分区保留足够的剩余空间。

4.刷新固件：最有效的提速方法

“固件”好比主板上的BIOS，固态硬盘的一切内部操作都要依靠固件来控制，可以说固件质量的好坏直接关系到SSD的性能表现，论重要性毫无疑问是排在了第一位。固件不单直接影响SSD的性能、稳定性，也会影响到SSD的寿命。优秀的固件包含先进的算法能减少固态硬盘不必要的写入，从而减少闪存芯片的磨损，维持性能的同时也延长了固态硬盘的寿命。因此及时更新官方发布的最新固件显得十分重要。

5.恢复指令：对付SSD降速的终极手段

如果你以前没有注意过前面这些操作，现在的SSD已经被“折腾”得奄奄一息，还有一个终极手段——Trim重置。这个指令会让SSD回到出厂性能，原地满血复活，但不建议过多使用，因为对SSD来说，每做一次Trim重置就相当于完成了一次完整的擦写操作，对磁盘寿命会有影响。

现在有许多软件都能提供ATA安全擦除指令来重置磁盘，最著名的是HDDErase。操作过程大致也是将主板BIOS的启动顺序改为光驱优先或者U盘优先，然后插入存好软件的启动设备，进入引导界面，根据提示来操作。

这里建议使用英特尔固态硬盘工具箱(IntelSSD Toolbox)来完成此任务，不用打繁杂的代码，直接在windows下按照提示鼠标操作即可，最大程度的避免了SSD性能衰减。相较其他固态硬盘只能用格式化磁盘的方式来恢复性能，更为方便。

Nor Flash 与 Nand Flash的技术特点分析

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