閃存(Flash Memory)是一種長(zhǎng)壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息)的存儲(chǔ)器,數(shù)據(jù)刪除不是以單個(gè)的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位(注意:NOR Flash 為字節(jié)存儲(chǔ)。),區(qū)塊大小一般為256KB到20MB。閃存是電子可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)的變種,閃存與EEPROM不同的是,它能在字節(jié)水平上進(jìn)行刪除和重寫而不是整個(gè)芯片擦寫,這樣閃存就比EEPROM的更新速度快。由于其斷電時(shí)仍能保存數(shù)據(jù),閃存通常被用來保存設(shè)置信息,如在電腦的BIOS(基本輸入輸出程序)、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、數(shù)碼相機(jī)中保存資料等。
閃存是一種非易失性存儲(chǔ)器,即斷電數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。因?yàn)殚W存不像RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)一樣以字節(jié)為單位改寫數(shù)據(jù),因此不能取代RAM。
閃存卡(Flash Card)是利用閃存(Flash Memory)技術(shù)達(dá)到存儲(chǔ)電子信息的存儲(chǔ)器,一般應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī),掌上電腦,MP3等小型數(shù)碼產(chǎn)品中作為存儲(chǔ)介質(zhì),所以樣子小巧,有如一張卡片,所以稱之為閃存卡。根據(jù)不同的生產(chǎn)廠商和不同的應(yīng)用,閃存卡大概有SmartMedia(SM卡)、Compact Flash(CF卡)、MultiMediaCard(MMC卡)、Secure Digital(SD卡)、Memory Stick(記憶棒)、XD-Picture Card(XD卡)和微硬盤(MICRODRIVE)這些閃存卡雖然外觀、規(guī)格不同,但是技術(shù)原理都是相同的。
技術(shù)特點(diǎn)
NOR型與NAND型閃存的區(qū)別很大,打個(gè)比方說,NOR型閃存更像內(nèi)存,有獨(dú)立的地址線和數(shù)據(jù)線,但價(jià)格比較貴,容量比較?。欢鳱AND型更像硬盤,地址線和數(shù)據(jù)線是共用的I/O線,類似硬盤的所有信息都通過一條硬盤線傳送一般,而且NAND型與NOR型閃存相比,成本要低一些,而容量大得多。因此,NOR型閃存比較適合頻繁隨機(jī)讀寫的場(chǎng)合,通常用于存儲(chǔ)程序代碼并直接在閃存內(nèi)運(yùn)行,手機(jī)就是使用NOR型閃存的大戶,所以手機(jī)的“內(nèi)存”容量通常不大;NAND型閃存主要用來存儲(chǔ)資料,我們常用的閃存產(chǎn)品,如閃存盤、數(shù)碼存儲(chǔ)卡都是用NAND型閃存。
單片機(jī)閃存
這里我們還需要端正一個(gè)概念,那就是閃存的速度其實(shí)很有限,它本身操作速度、頻率就比內(nèi)存低得多,而且NAND型閃存類似硬盤的操作方式效率也比內(nèi)存的直接訪問方式慢得多。因此,不要以為閃存盤的性能瓶頸是在接口,甚至想當(dāng)然地認(rèn)為閃存盤采用USB2.0接口之后會(huì)獲得巨大的性能提升。
前面提到NAND型閃存的操作方式效率低,這和它的架構(gòu)設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)有關(guān),它操作起來確實(shí)挺像硬盤(其實(shí)NAND型閃存在設(shè)計(jì)之初確實(shí)考慮了與硬盤的兼容性),它的性能特點(diǎn)也很像硬盤:小數(shù)據(jù)塊操作速度很慢,而大數(shù)據(jù)塊速度就很快,這種差異遠(yuǎn)比其他存儲(chǔ)介質(zhì)大的多。這種性能特點(diǎn)非常值得我們留意。
閃存存取比較快速,無噪音,散熱小。用戶打算購置的話可以不考慮太多,同樣存儲(chǔ)空間買閃存。如果硬盤空間大就買硬盤,也可以滿足用戶應(yīng)用的需求。
存儲(chǔ)原理
要講解閃存的存儲(chǔ)原理,還是要從EPROM和EEPROM說起。
EPROM是指其中的內(nèi)容可以通過特殊手段擦去,然后重新寫入。其基本單元電路(存儲(chǔ)細(xì)胞)如下圖所示,常采用浮空柵雪崩注入式MOS電路,簡(jiǎn)稱為FAMOS。它與MOS電路相似,是在N型基片上生長(zhǎng)出兩個(gè)高濃度的P型區(qū),通過歐姆接觸分別引出源極S和漏極D。在源極和漏極之間有一個(gè)多晶硅柵極浮空在SiO2絕緣層中,與四周無直接電氣聯(lián)接。這種電路以浮空柵極是否帶電來表示存1或者0,浮空柵極帶電后(譬如負(fù)電荷),就在其下面,源極和漏極之間感應(yīng)出正的導(dǎo)電溝道,使MOS管導(dǎo)通,即表示存入0。若浮空柵極不帶電,則不形成導(dǎo)電溝道,MOS管不導(dǎo)通,即存入1。
EEPROM基本存儲(chǔ)單元電路的工作原理如下圖所示。與EPROM相似,它是在EPROM基本單元電路的浮空柵的上面再生成一個(gè)浮空柵,前者稱為第一級(jí)浮空柵,后者稱為第二級(jí)浮空柵。可給第二級(jí)浮空柵引出一個(gè)電極,使第二級(jí)浮空柵極接某一電壓VG。若VG為正電壓,第一浮空柵極與漏極之間產(chǎn)生隧道效應(yīng),使電子注入第一浮空柵極,即編程寫入。若使VG為負(fù)電壓,強(qiáng)使第一級(jí)浮空柵極的電子散失,即擦除。擦除后可重新寫入。
閃存的基本單元電路如下圖所示,與EEPROM類似,也是由雙層浮空柵MOS管組成。但是第一層?xùn)沤橘|(zhì)很薄,作為隧道氧化層。寫入方法與EEPROM相同,在第二級(jí)浮空柵加以正電壓,使電子進(jìn)入第一級(jí)浮空柵。讀出方法與EPROM相同。擦除方法是在源極加正電壓利用第一級(jí)浮空柵與源極之間的隧道效應(yīng),把注入至浮空柵的負(fù)電荷吸引到源極。由于利用源極加正電壓擦除,因此各單元的源極聯(lián)在一起,這樣,快擦存儲(chǔ)器不能按字節(jié)擦除,而是全片或分塊擦除。 到后來,隨著半導(dǎo)體技術(shù)的改進(jìn),閃存也實(shí)現(xiàn)了單晶體管(1T)的設(shè)計(jì),主要就是在原有的晶體管上加入了浮動(dòng)?xùn)藕瓦x擇柵,
在源極和漏極之間電流單向傳導(dǎo)的半導(dǎo)體上形成貯存電子的浮動(dòng)棚。浮動(dòng)?xùn)虐粚庸柩趸そ^緣體。它的上面是在源極和漏極之間控制傳導(dǎo)電流的選擇/控制柵。數(shù)據(jù)是0或1取決于在硅底板上形成的浮動(dòng)?xùn)胖惺欠裼须娮?。有電子?,無電子為1。
閃存就如同其名字一樣,寫入前刪除數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。具體說就是從所有浮動(dòng)?xùn)胖袑?dǎo)出電子。即將有所數(shù)據(jù)歸“1”。
寫入時(shí)只有數(shù)據(jù)為0時(shí)才進(jìn)行寫入,數(shù)據(jù)為1時(shí)則什么也不做。寫入0時(shí),向柵電極和漏極施加高電壓,增加在源極和漏極之間傳導(dǎo)的電子能量。這樣一來,電子就會(huì)突破氧化膜絕緣體,進(jìn)入浮動(dòng)?xùn)拧?/p>
讀取數(shù)據(jù)時(shí),向柵電極施加一定的電壓,電流大為1,電流小則定為0。浮動(dòng)?xùn)艣]有電子的狀態(tài)(數(shù)據(jù)為1)下,在柵電極施加電壓的狀態(tài)時(shí)向漏極施加電壓,源極和漏極之間由于大量電子的移動(dòng),就會(huì)產(chǎn)生電流。而在浮動(dòng)?xùn)庞须娮拥臓顟B(tài)(數(shù)據(jù)為0)下,溝道中傳導(dǎo)的電子就會(huì)減少。因?yàn)槭┘釉跂烹姌O的電壓被浮動(dòng)?xùn)烹娮游蘸螅茈y對(duì)溝道產(chǎn)生影響。
分類
U盤、CF卡、SM卡、SD/MMC卡、記憶棒、XD卡、MS卡、TF卡、PCIe閃存。
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