NAND flash详解

NAND flash和NOR flash的区别详解

[导读]我们使用的智能手机除了有一个可用的空间（如苹果8G、16G等），还有一个RAM容量，很多人都

不是很清楚，为什么需要二个这样的芯片做存储呢，这就是我们下面要讲到的这二种存储.

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我们使用的智能手机除了有一个可用的空间（如苹果8G、16G等），还有一个RAM容量，很多人都不是很清楚，为什么需要二个这样的芯片做存储呢，这就是我们下面要讲到的。这二种存储设备我们都统称为“FLASH”，FLASH是一种存储芯片，全名叫Flash EEPROM Memory，通地过程序可以修改数据，即平时所

说的“闪存”。Flash又分为NAND flash和NOR flash二种。U盘和MP3里用的就是这种存储器。

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 Flash 的读取和我们常见的 SDRAM 的读取是一样，用户

可以直接运行装载在 NOR FLASH 里面的代码，这样可以减少 SRAM 的容量从而节约了成本。 NAND Flash 没有采取内存的随机读取技术，它的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取 512 个字节，

采用这种技术的 Flash 比较廉价。用户不能直接运行 NAND Flash 上的代码，因此好多使用 NAND Flash 的

开发板除了使用 NAND Flah以外，还作上了一块小的 NOR Flash 来运行启动代码。

NOR flash是intel公司1988年开发出了NOR flash技术。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-flash内存是flash内存的一种，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构。其内部采用非线性宏单元

模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-flash存储器具有容量较大，改写速度快

等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越广泛的应用，如嵌入式产品中包括数码相机、

MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。

NAND flash和NOR flash原理

一、存储数据的原理

两种闪存都是用三端器件作为存储单元，分别为源极、漏极和栅极，与场效应管的工作原理相同，主要是利用电场的效应来控制源极与漏极之间的通断，栅极的电流消耗极小，不同的是场效应管为单栅极结构，而FLASH 为双栅极结构，在栅极与硅衬底之间增加了一个浮置栅极。[attach]158 [/attach]

浮置栅极是由氮化物夹在两层二氧化硅材料之间构成的，中间的氮化物就是可以存储电荷的电荷势阱。上下两层氧化物的厚度大于 50 埃，以避免发生击穿。

二、浮栅的重放电

向数据单元内写入数据的过程就是向电荷势阱注入电荷的过程，写入数据有两种技术，热电子注入(hot electron injection)和 F-N 隧道效应(Fowler Nordheim tunneling)，前一种是通过源极给浮栅充电，后一种是通过硅基层给浮栅充电。NOR 型 FLASH 通过热电子注入方式给浮栅充电，而 NAND 则通过 F-N 隧道效应给浮栅充电。

在写入新数据之前，必须先将原来的数据擦除，这点跟硬盘不同，也就是将浮栅的电荷放掉，两种 FLASH 都是通过 F-N 隧道效应放电。

三、0 和 1

这方面两种 FLASH 一样，向浮栅中注入电荷表示写入了'0'，没有注入电荷表示'1'，所以对 FLASH 清除数据是写 1 的，这与硬盘正好相反；

对于浮栅中有电荷的单元来说，由于浮栅的感应作用，在源极和漏极之间将形成带正电的空间电荷区，这时无论控制极上有没有施加偏置电压，晶体管都将处于导通状态。而对于浮栅中没有电荷的晶体管来说只有当控制极上施加有适当的偏置电压，在硅基层上感应出电荷，源极和漏极才能导通，也就是说在没有给控制极施加偏置电压时，晶体管是截止的。如果晶体管的源极接地而漏极接位线，在无偏置电压的情况下，检测晶

体管的导通状态就可以获得存储单元中的数据，如果位线上的电平为低，说明晶体管处于导通状态，读取的

数据为 0，如果位线上为高电平，则说明晶体管处于截止状态，读取的数据为 1。由于控制栅极在读取数据

的过程中施加的电压较小或根本不施加电压，不足以改变浮置栅极中原有的电荷量，所以读取操作不会改变FLASH 中原有的数据。

四、连接和编址方式

两种 FLASH 具有相同的存储单元，工作原理也一样，为了缩短存取时间并不是对每个单元进行单独的存取

操作，而是对一定数量的存取单元进行集体操作， NAND 型 FLASH 各存储单元之间是串联的，而 NOR 型FLASH 各单元之间是并联的；为了对全部的存储单元有效管理，必须对存储单元进行统一编址。

NAND 的全部存储单元分为若干个块，每个块又分为若干个页，每个页是 512byte，就是 512 个 8 位数，就

是说每个页有 512 条位线，每条位线下有 8 个存储单元；那么每页存储的数据正好跟硬盘的一个扇区存储的

数据相同，这是设计时为了方便与磁盘进行数据交换而特意安排的，那么块就类似硬盘的簇；容量不同，块

的数量不同，组成块的页的数量也不同。在读取数据时，当字线和位线锁定某个晶体管时，该晶体管的控制

极不加偏置电压，其它的 7 个都加上偏置电压而导通，如果这个晶体管的浮栅中有电荷就会导通使位线为低

电平，读出的数就是 0，反之就是 1。

NOR 的每个存储单元以并联的方式连接到位线，方便对每一位进行随机存取；具有专用的地址线，可以实

现一次性的直接寻址；缩短了 FLASH 对处理器指令的执行时间。五、性能

NAND flash和NOR flash的区别

一、NAND flash和NOR flash的性能比较

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。

1、NOR的读速度比NAND稍快一些。

2、NAND的写入速度比NOR快很多。

3、NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。

4、大多数写入操作需要先进行擦除操作。

5、NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

二、NAND flash和NOR flash的接口差别

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。