四、NAND Flash和NOR Flash的比較

　　NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR flash技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND flash結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經(jīng)過了十多年之后，仍然有相當(dāng)多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。

　　相“flash存儲器”經(jīng)常可以與相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下閃存只是用來存儲少量的代碼，這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案。

　　NOR是現(xiàn)在市場上主要的非易失閃存技術(shù)。NOR一般只用來存儲少量的代碼;NOR主要應(yīng)用在代碼存儲介質(zhì)中。NOR的特點(diǎn)是應(yīng)用簡單、無需專門的接口電路、傳輸效率高，它是屬于芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP， eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在（NOR型）flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個字節(jié)。NOR flash占據(jù)了容量為1～16MB閃存市場的大部分。

　　NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。

　　1、性能比較：

　　flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù)情況下，在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為1。

　　由于擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。

　　執(zhí)行擦除時塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距，統(tǒng)計(jì)表明，對于給定的一套寫入操作（尤其是更新小文件時），更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲解決方案時，設(shè)計(jì)師必須權(quán)衡以下的各項(xiàng)因素：

　　● NOR的讀速度比NAND稍快一些。

　　● NAND的寫入速度比NOR快很多。

　　● NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。

　　● 大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。

　　● NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。

　　（注：NOR FLASH SECTOR擦除時間視品牌、大小不同而不同，比如，4M FLASH，有的SECTOR擦除時間為60ms，而有的需要最大6s。）

　　2、接口差別：

　　NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個字節(jié)。

　　NAND器件使用復(fù)雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù)，各個產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。

　　NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的塊，這一點(diǎn)有點(diǎn)像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。

　　3、容量和成本：

　　NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產(chǎn)過程更為簡單，NAND結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量，也就相應(yīng)地降低了價(jià)格。

　　NOR flash占據(jù)了容量為1～16MB閃存市場的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產(chǎn)品當(dāng)中，這也說明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲介質(zhì)中，NAND適合于數(shù)據(jù)存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大。

　　4、可靠性和耐用性：

　　采用flahs介質(zhì)時一個需要重點(diǎn)考慮的問題是可靠性。對于需要擴(kuò)展MTBF的系統(tǒng)來說，F(xiàn)lash是非常合適的存儲方案。可以從壽命（耐用性）、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。

　　A） 壽命（耐用性）

　　在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次，而NOR的擦寫次數(shù)是十萬次。NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)勢，典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍，每個NAND存儲器塊在給定的時間內(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。

　　B） 位交換

　　所有flash器件都受位交換現(xiàn)象的困擾。在某些情況下（很少見，NAND發(fā)生的次數(shù)要比NOR多），一個比特（bit）位會發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報(bào)告反轉(zhuǎn)了。

　　一位的變化可能不很明顯，但是如果發(fā)生在一個關(guān)鍵文件上，這個小小的故障可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。如果只是報(bào)告有問題，多讀幾次就可能解決了。

　　當(dāng)然，如果這個位真的改變了，就必須采用錯誤探測/錯誤更正（EDC/ECC）算法。位反轉(zhuǎn)的問題更多見于NAND閃存，NAND的供應(yīng)商建議使用NAND閃存的時候，同時使用EDC/ECC算法。

　　這個問題對于用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當(dāng)然，如果用本地存儲設(shè)備來存儲操作系統(tǒng)、配置文件或其他敏感信息時，必須使用EDC/ECC系統(tǒng)以確保可靠性。

　　C） 壞塊處理

　　NAND器件中的壞塊是隨機(jī)分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發(fā)現(xiàn)成品率太低，代價(jià)太高，根本不劃算。

　　NAND器件需要對介質(zhì)進(jìn)行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊，并將壞塊標(biāo)記為不可用。在已制成的器件中，如果通過可靠的方法不能進(jìn)行這項(xiàng)處理，將導(dǎo)致高故障率。

　　5、易于使用：

　　可以非常直接地使用基于NOR的閃存，可以像其他存儲器那樣連接，并可以在上面直接運(yùn)行代碼。

　　由于需要I/O接口，NAND要復(fù)雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。

　　在使用NAND器件時，必須先寫入驅(qū)動程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當(dāng)?shù)募记桑驗(yàn)樵O(shè)計(jì)師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進(jìn)行虛擬映射。

　　6、軟件支持：

　　當(dāng)討論軟件支持的時候，應(yīng)該區(qū)別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件，包括性能優(yōu)化。

　　在NOR器件上運(yùn)行代碼不需要任何的軟件支持，在NAND器件上進(jìn)行同樣操作時，通常需要驅(qū)動程序，也就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)動程序（MTD），NAND和NOR器件在進(jìn)行寫入和擦除操作時都需要MTD。

　　使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些，許多廠商都提供用于NOR器件的更高級軟件，這其中包括M-System的TrueFFS驅(qū)動，該驅(qū)動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。

　　驅(qū)動還用于對DiskOnChip產(chǎn)品進(jìn)行仿真和NAND閃存的管理，包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。

　　NOR FLASH的主要供應(yīng)商是INTEL ，MICRO等廠商，曾經(jīng)是FLASH的主流產(chǎn)品，但現(xiàn)在被NAND FLASH擠的比較難受。它的優(yōu)點(diǎn)是可以直接從FLASH中運(yùn)行程序，但是工藝復(fù)雜，價(jià)格比較貴。

　　NAND FLASH的主要供應(yīng)商是SAMSUNG和東芝，在U盤、各種存儲卡、MP3播放器里面的都是這種FLASH，由于工藝上的不同，它比NOR FLASH擁有更大存儲容量，而且便宜。但也有缺點(diǎn)，就是無法尋址直接運(yùn)行程序，只能存儲數(shù)據(jù)。另外NAND FLASH 非常容易出現(xiàn)壞區(qū)，所以需要有校驗(yàn)的算法。

　　在掌上電腦里要使用NAND FLASH 存儲數(shù)據(jù)和程序，但是必須有NOR FLASH來啟動。除了SAMSUNG處理器，其他用在掌上電腦的主流處理器還不支持直接由NAND FLASH 啟動程序。因此，必須先用一片小的NOR FLASH 啟動機(jī)器，在把OS等軟件從NAND FLASH 載入SDRAM中運(yùn)行才行，挺麻煩的。

　　DRAM 利用MOS管的柵電容上的電荷來存儲信息，一旦掉電信息會全部的丟失，由于柵極會漏電，所以每隔一定的時間就需要一個刷新機(jī)構(gòu)給這些柵電容補(bǔ)充電荷，并且每讀出一次數(shù)據(jù)之后也需要補(bǔ)充電荷，這個就叫動態(tài)刷新，所以稱其為動態(tài)隨機(jī)存儲器。由于它只使用一個MOS管來存信息，所以集成度可以很高，容量能夠做的很大。SDRAM比它多了一個與CPU時鐘同步。

　　SRAM 利用寄存器來存儲信息，所以一旦掉電，資料就會全部丟失，只要供電，它的資料就會一直存在，不需要動態(tài)刷新，所以叫靜態(tài)隨機(jī)存儲器。

　　以上主要用于系統(tǒng)內(nèi)存儲器，容量大，不需要斷電后仍保存數(shù)據(jù)的。

　　Flash ROM 是利用浮置柵上的電容存儲電荷來保存信息，因?yàn)楦≈脰挪粫╇姡詳嚯姾笮畔⑷匀豢梢员４妗Ｒ灿捎谄錂C(jī)構(gòu)簡單所以集成度可以做的很高，容量可以很大。Flash rom寫入前需要用電進(jìn)行擦除，而且擦除不同與EEPROM可以以byte（字節(jié)）為單位進(jìn)行，flash rom只能以sector（扇區(qū)）為單位進(jìn)行。不過其寫入時可以byte為單位。flash rom主要用于bios，U盤，Mp3等需要大容量且斷電不丟數(shù)據(jù)的設(shè)備。

　　PSRAM，假靜態(tài)隨機(jī)存儲器。

　　背景：

　　PSRAM具有一個單晶體管的DRAM儲存格，與傳統(tǒng)具有六個晶體管的SRAM儲存格或是四個晶體管與two-load resistor SRAM 儲存格大不相同，但它具有類似SRAM的穩(wěn)定接口，內(nèi)部的DRAM架構(gòu)給予PSRAM一些比low-power 6T SRAM優(yōu)異的長處，例如體積更為輕巧，售價(jià)更具競爭力。目前在整體SRAM市場中，有90%的制造商都在生產(chǎn)PSRAM組件。在過去兩年，市場上重要的SRAM/PSRAM供貨商有Samsung、Cypress、Renesas、Micron與Toshiba等。

　　基本原理：

　　PSRAM就是偽SRAM，內(nèi)部的內(nèi)存顆粒跟SDRAM的顆粒相似，但外部的接口跟SRAM相似，不需要SDRAM那樣復(fù)雜的控制器和刷新機(jī)制，PSRAM的接口跟SRAM的接口是一樣的。

　　PSRAM容量有8Mbit，16Mbit，32Mbit等等，容量沒有SDRAM那樣密度高，但肯定是比SRAM的容量要高很多的，速度支持突發(fā)模式，并不是很慢，Hynix，Coremagic， WINBOND .MICRON. CY 等廠家都有供應(yīng)，價(jià)格只比相同容量的SDRAM稍貴一點(diǎn)點(diǎn)，比SRAM便宜很多。

　　PSRAM主要應(yīng)用于手機(jī)，電子詞典，掌上電腦，PDA，PMP.MP3/4，GPS接收器等消費(fèi)電子產(chǎn)品與SRAM（采用6T的技術(shù)）相比，PSRAM采用的是1T+1C的技術(shù)，所以在體積上更小，同時，PSRAM的I/O接口與SRAM相同。在容量上，目前有4MB，8MB，16MB，32MB，64MB和128MB。比較于SDRAM，PSRAM的功耗要低很多。所以對于要求有一定緩存容量的很多便攜式產(chǎn)品是一個理想的選擇。