2024年5月10日发(作者：)

Flash存储器既有RAM的优点又有ROM的优点,被广泛

应用

一、简单介绍

FLASH存储器又称闪存，它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备

电子可擦除可编程（EEPROM）的性能，还不会断电丢失数据同时可以

快速读取数据（NVRAM的优势），U盘和MP3里用的就是这种存储器。

在过去的20年里，嵌入式系统一直使用ROM（EPROM）作为它们的存

储设备，然而近年来Flash全面代替了ROM（EPROM）在嵌入式系统

中的地位，用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直

接当硬盘使用（U盘）。

Flash存储器根据其内部架构和实现技术可以分为

AND,NAND,NOR,NiNOR几种,目前占据主流市场的有NORFlash和

NANDFlash两大类。NORFlash由Intel公司于1988年最初推出。为

了提高容量价格比,东芝公司于1989年推出NANDFlash。

两种Flash技术各有优、缺点以及各自适用的场合。NORFlash

和NANDFlash都将存储单元组织为块阵列。块是擦除操作的最小单位,

擦除操作将块内所有的位置为“1”。页是读、写操作的基本单位。

在对页进行写操作(也叫编程操作)之前需要判断该页内所有的位是

否为“1”。如果全部为“1”,则可以进行写操作;否则,需要先对整

块进行擦除操作。

NANDFlash的页大小通常为512B,2KB,4KB,而NORFlash能够以字

节为单位进行数据访问。NANDFlash的一个块通常包括32,64或128

个页。在NANDFlash中,每个页包含数据区和带外区两部分。数据区

存储用户数据,带外区存储ECC(errorcorrectingcodes),地址映射信

息等用于Flash存储管理的信息,对应的大小通常为

512B32B,2KB64B,4KB128B。图1给出典型NANDFlash的块和页的结构。

NORFlash以并行的方式连接存储单元,具有分离的控制线、地址

线和数据线,具有较快的读速度,能够提供片上执行的功能。但写操作

和擦除操作的时间较长,且容量低、价格高。因此NORFlash多被用于

手机、BIOS芯片以及嵌入式系统中进行代码存储。

NANDFlash以串行的方式连接存储单元,复用端口分时传输控制、

地址和数据信号,并由一个复杂的IO控制器为主机提供接口。由于对

一个存储单元的访问需要多次地址信号的传输,且每次访问512B,2KB

或4KB的数据,NANDFlash的读取速度较慢。但写操作和擦除操作相

比NORFlash较快,且容量大、价格较低。因此NANDFlash多被用于数

码相机、MP3播放器、优盘,笔记本电脑中进行数据存储。

二、Flash存储器与RAM、磁盘的比较

Flash存储器在价格、访问延迟、传输带宽、密度和能耗等方面

弥补了RAM和磁盘之间的差异。与其他存储介质相比,Flash存储器

具有如下优点:

1、与低读、写延迟和包含机械部件的磁盘相比,Flash存储器的

读、写延迟较低;

2、统一的读性能,寻道和旋转延迟的消除使得随机读性能与顺序

读性能几乎一致;

3、低能耗,能量消耗显著低于RAM和磁盘存储器;

4、高可靠性,MTBF(meantimebetweenfailures)比磁盘高一个数

量级;

5、能适应恶劣环境,包括高温、剧烈震动等。

三、Flash存储器在存储体系结构中的地位探讨

Flash存储技术的迅速发展为研究人员提出了新的挑战:如何设

计新的存储体系结构以充分利用RAM,Flash存储器以及磁盘的特性。

关于Flash存储器在新的存储体系结构中的地位,目前可以分为

3类:

代替或部分代替内存;作为磁盘存储系统的读cache或预写日志;

作为持久性存储系统。在代替部分内存方面,Wu等人研究了一种主要

由Flash存储器组成的非易失性内存存储系统;Kgil和Mudge等人提

出使用Flash存储器代替部分内存,实现只需要少量的RAM,在可接受

的性能损失条件下系统整体能耗的显著降低;Flash存储器在价格、

访问延迟、传输带宽、密度和能耗等方面弥补了RAM和磁盘之间的差

异,使得Flash存储器特别适合于作为介于RAM和磁盘之间的一级,

即读cache或预写日志。Dushyanth等人为使用Flash存储器作为读

cache和预写日志分别作了性能和成本权衡的定量分析。在作为持久

性存储系统方面,有两种趋势:用Flash存储器完全代替磁盘;使用

Flash存储器和磁盘的混合存储结构。在笔记本电脑领域,用

FlashSSD完全代替磁盘已经成为现实,并且该趋势很可能将延伸到桌

面计算机领域。此外,三星公司和微软公司联合推出的混合式硬盘

WindowsReadyBoost,内置Flash芯片,能大幅提高硬盘的性能,提供

更快的启动和恢复速度,降低能耗,为笔记本电脑提供更长的电池续

航时间。