nor flash和nand flash的區別

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NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失快閃記憶體技術。Intel於1988年首先開發出NOR flash技術，徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發表了NAND flash結構，強調降低每位元的成本，更高的效能，並且象磁碟一樣可以通過介面輕鬆升級。
一、儲存資料的原理
兩種快閃記憶體都是用三端器件作為儲存單元，分別為源極、漏極和柵極，與場效應管的工作原理相同，主要是利用電場的效應來控制源極與漏極之間的通斷，柵極的電流消耗極小，不同的是場效應管為單柵極結構，而FLASH為雙柵極結構，在柵極與矽襯底之間增加了一個浮置柵極。
浮置柵極是由氮化物夾在兩層二氧化矽材料之間構成的，中間的氮化物就是可以儲存電荷的電荷勢阱。上下兩層氧化物的厚度大於50埃，以避免發生擊穿。
二、浮柵的重放電
向資料單元內寫入資料的過程就是向電荷勢阱注入電荷的過程，寫入資料有兩種技術，熱電子注入(hot electron injection)和F-N隧道效應(Fowler Nordheim tunneling)，前一種是通過源極給浮柵充電，後一種是通過矽基層給浮柵充電。NOR型FLASH通過熱電子注入方式給浮柵充電，而NAND則通過 F-N隧道效應給浮柵充電。
在寫入新資料之前，必須先將原來的資料擦除，這點跟硬碟不同，也就是將浮柵的電荷放掉，兩種FLASH都是通過F-N隧道效應放電。
三、串連和編址方式
兩種FLASH具有相同的儲存單元，工作原理也一樣，為了縮短存取時間並不是對每個單元進行單獨的存取操作，而是對一定數量的存取單元進行集體操作， NAND型FLASH各儲存單元之間是串聯的，而NOR型FLASH各單元之間是並聯的；為了對全部的儲存單元有效管理，必須對儲存單元進行統一編址。
   NAND器件使用複用的I/O口存取資料，8個引腳分時用來傳送控制、地址和資料資訊。NAND的全部儲存單元分為若干個塊，每個塊又分為若干個頁，每個頁是512byte，就是512個8位元，就是說每個頁有512條位線，每條位線下有8個儲存單元；所以NAND每次讀取資料時都是制定塊地址、頁地址、列地址（列地址就是讀的頁內起始地址）。每頁儲存的資料正好跟硬碟的一個扇區儲存的資料相同，這是設計時為了方便與磁碟進行資料交換而特意安排的，那麼塊就類似硬碟的簇；容量不同，塊的數量不同，組成塊的頁的數量也不同。NAND FLASH的讀寫操作是以頁為基本單位，寫入資料也是首先在頁面緩衝區內緩衝，資料首先寫入這裡，再寫命令後，再統一寫入頁內，因此每次改寫一個位元組，都要重寫整個頁，因為它只支援頁寫，而且如果頁內有未擦除的部分，則無法編程，在寫入前必須保證頁是空的。

NOR的每個儲存單元以並聯的方式串連到位線，它帶有SRAM介面，有足夠的地址引腳來定址，可以很容易地存取其內部的每一個位元組。方便對每一位進行隨機存取，它不需要驅動；具有專用的地址線，可以實現一次性的直接定址；縮短了FLASH對處理器指令的執行時間。

四、效能
1、速度
在寫資料和擦除資料時，NAND由於支援整塊擦寫操作，所以速度比NOR要快得多，兩者相差近千倍；讀取時，由於NAND要先向晶片發送地址資訊進行定址才能開始讀寫資料，而它的地址資訊包括塊號、塊內頁號和頁內位元組號等部分，要順序選擇才能定位到要操作的位元組；這樣每進行一次資料訪問需要經過三次定址，至少要三個刻度。

NOR FLASH的操作則是以字或位元組為單位進行的，直接讀取，所以讀取資料時，NOR有明顯優勢。但擦除是扇區操作的。
2、容量和成本
    NOR型FLASH的每個儲存單元與位線相連，增加了晶片內位線的數量，不利於儲存密度的提高。所以在面積和工藝相同的情況下，NAND型FLASH的容量比NOR要大得多，生產成本更低，也更容易生產大容量的晶片。

NOR FLASH佔據了容量為1～16MB快閃記憶體市場的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產品當中，這也說明NOR主要應用在代碼儲存介質中，NAND適合於資料存放區，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC儲存卡市場上所佔份額最大。 
3、易用性
    NAND FLASH的I/O連接埠採用複用的資料線和地址線，必須先通過寄存器串列地進行資料存取，各個產品或廠商對訊號的定義不同，增加了應用的難度；在使用NAND器件時，必須先寫入驅動程式，才能繼續執行其他動作。向NAND器件寫入資訊需要相當的技巧，因為設計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行虛擬映射。

NOR FLASH有專用的地址引腳來定址，較容易與其它晶片進行串連，另外還支援本地執行，應用程式可以直接在FLASH內部運行，可以簡化產品設計。
4、可靠性
    NAND FLASH相鄰單元之間較易發生位翻轉而導致壞塊出現，而且是隨機分布的，如果想在生產過程中消除壞塊會導致成品率太低、性價比很差，所以在出廠前要在高溫、高壓條件下檢測生產過程中產生的壞塊，寫入壞塊標記，防止使用時向壞塊寫入資料；但在使用過程中還難免產生新的壞塊，所以在使用的時候要配合 EDC/ECC(錯誤探測/錯誤更正)和BBM(壞塊管理)等軟體措施來保障資料的可靠性。壞塊管理軟體能夠發現並更換一個讀寫失敗的區塊，將資料複製到一個有效區塊。
5、耐久性
    FLASH由於寫入和擦除資料時會導致介質的氧化降解，導致晶片老化，在這個方面NOR尤甚，所以並不適合頻繁地擦寫，NAND的擦寫次數是100萬次，而NOR只有10萬次。。

 

應用程式對NOR晶片操作以“字”為基本單位。為了方便對大容量NOR快閃記憶體的管理，通常將NOR快閃記憶體分成大小為128KB或者64KB的邏輯塊，有時候塊內還分成扇區。讀寫時需要同時指定邏輯塊號和塊內位移。應用程式對NAND晶片操作是以“塊”為基本單位。NAND快閃記憶體的塊比較小，一般是8KB，然後每塊又分成頁，頁的大小一般是512位元組。要修改NAND晶片中一個位元組，必須重寫整個資料區塊。 
 
 2）NOR快閃記憶體是隨機儲存介質，用於資料量較小的場合；NAND快閃記憶體是連續儲存介質，適合存放大的資料。 
 
 3) 由於NOR地址線和資料線分開，所以NOR晶片可以像SRAM一樣連在資料線上。NOR晶片的使用也類似於通常的記憶體晶片，它的傳輸效率很高，可執行程式可以在晶片內執行( XI P, eXecute In Place)，這樣應用程式可以直接在flash快閃記憶體內運行，不必再把代碼 讀到系統RAM中。由於NOR的這個特點，嵌入式系統中經常將NOR晶片做啟動晶片使用。而NAND共用地址和資料匯流排，需要額外連接一些控制的輸入輸出，所以直接將NAND晶片做啟動晶片比較難。 
 
 4) N AN D快閃記憶體晶片因為共用地址和資料匯流排的原因，不允許對一個位元組甚至一個塊進行的資料清空，只能對一個固定大小的地區進行清零操作；而NOR晶片可以對字進行操作。所以在處理小資料量的I/O操作的時候的速度要快與NAND的速度。比如一塊NOR晶片通 常寫一個字需要10微秒，那麼在32位匯流排上寫512位元組需要1280毫秒；而NAND快閃記憶體寫512位元組需要的時間包括：512×每位元組50納秒+10微秒的尋頁時間+200微秒的片擦寫時間＝234微秒。 
 
 5）NAND快閃記憶體的容量比較大，目前最大容量己經達到8G位元組。為了方便管理，NAND的儲存空間使用了塊和頁兩級儲存體系，也就是說快閃記憶體的儲存空間是二維的，比如K9F5608UOA快閃記憶體塊的大小為16K，每頁的大小是512位元組，每頁還16位元組空閑區用來存放錯誤校正碼空間(有時也稱為out-of-band，OOB空間)；在進行寫操作的時候NAND快閃記憶體每次將一個位元組的資料放入內部的緩衝區，然後再發出“寫指令”進行寫操作。由於對NAND快閃記憶體的操作都是以塊和頁為單位的，所以在向NAND快閃記憶體進行大量資料的讀寫時，NAND的速度要快於NOR快閃記憶體。 
 
 6）NOR快閃記憶體的可靠性要高於NAND快閃記憶體，這主要是因為NOR型快閃記憶體的介面簡單，資料操作少，位交換操作少，因此可靠性高，極少出現壞區塊，因而一般用在對可靠性要求高的地方。相反的，NAND型快閃記憶體介面和操作均相對複雜，位交換操作也很多，關鍵性資料更是需安錯誤探測/錯誤更正〔EDC/ECC)演算法來確保資料的完整性，因此出現問題的幾率要大得多，壞區塊也是不可避免的，而且由於坏區塊是隨機分布的，連錯誤修正也無法做到。 
 
 7）NAND Flash一般地址線和資料線共用，對讀寫速度有一定影響；而NOR Flash快閃記憶體資料線和地址線分開，所以相對而言讀寫速度快一些。 
 
 NAND和NOR晶片的共性首先表現在向晶片中寫資料必須先將晶片中對應的內容清空，然後再寫入，也就是通常說的“先擦後寫”。只不過NOR晶片只用擦寫一個字，而NAND需要擦寫整個塊。其次，快閃記憶體擦寫的次數都是有限的.當快閃記憶體的使用接近使用壽命的時候，經常會出現寫操作失敗；到達使用壽命時，快閃記憶體內部存放的資料雖然可以讀，但是不能再進行寫操作了所以為了防止上面問題的發生，不能對某個特定的地區反覆進行寫操作。通常NAND的可擦寫次數高於NOR晶片，但是由於NAND通常是整塊擦寫，塊內的頁面中如果有一位失效整個塊就會失效，而且由於擦寫過程複雜，失敗的機率相對較高，所以從整體上來說NOR的壽命較長。 
 
 另一個共性是快閃記憶體的讀寫操作不僅僅是一個物理操作，實際上在快閃記憶體上存放資料必須使用演算法實現，這個模組一般在驅動程式的MTD‘ (Memory Technology Drivers)模組中或者在FTLZ (Flash Translation Layer)層內實現，具體演算法和晶片的生產廠商以及晶片型號有關係。

從使用角度來看，NOR快閃記憶體與NAND快閃記憶體是各有特點的：（1）NOR的儲存密度低，所以儲存一個位元組的成本也較高，而NAND快閃記憶體的儲存密度和儲存容量均比較高；（2）NAND型快閃記憶體在擦、寫檔案（特別是連續的大檔案）時速度非常快，非常適用於順序讀取的場合，而NOR的讀取速度很快，在隨機存取的應用中有良好的表現。               NOR與NAND各有所長，但兩種優勢無法在一個晶片上得到體現。所以，設計人員在選用晶片時，只能趨其利而避其害，依照使用目的和主要功能在兩者之間進行適當的選擇。

 

一般的原則是：在大容量的多媒體應用中選用NAND型快閃記憶體，而在資料/程式存貯應用中選用NOR型快閃記憶體。根據這一原則，設計人員也可以把兩種快閃記憶體晶片結合起來使用，用NOR晶片儲存程式，用NAND晶片儲存資料，使兩種快閃記憶體的優勢互補。事實上，這種聰明的設計早已普遍應用於手機、PocketPC、PDA及電子詞典等裝置中了。

 

      在選擇儲存解決方案時，設計師必須在多種因素之間進行權衡，以獲得較高的性價比。以手機為例，採用支援XIP技術的NOR快閃記憶體能夠直接運行OS，速度很快，既簡化了設計，又降低了成本，所以許多手機都採用NOR＋RAM的設計。NOR快閃記憶體的不足之處是儲存密度較低，所以也有採用NAND＋RAM的設計。對於這兩種方案，很難說哪一種更好，因為我們不能離開具體的產品而從某一個方面單純地去評價。追求小巧優雅的手機將需要NOR快閃記憶體支援；追求大儲存容量的手機則將更多地選擇NAND快閃記憶體；而同時追求功能和速度的手機則會採用NOR＋NAND＋RAM的設計，這種取長補短的設計能夠發揮NOR和NAND各自的優勢。

 

        除了速度、儲存密度的因素，設計師在選擇快閃記憶體晶片時，還需要考慮介面設計、隨插即用設計和驅動程式等諸多問題，因為兩種類型的快閃記憶體在上述幾個方面也有很多的不同。譬如在驅動程式方面，NOR器件運行代碼不需要任何的軟體支援，而在NAND器件上進行同樣操作時就需要儲存技術驅動程式（MTD）的支援。雖然NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD，但對於NAND來說驅動程式的開發難度更大，因為NAND快閃記憶體的錯誤修正和壞塊處理功能都需要通過驅動程式來實現。

 

使用性差異

 

在使用性上體現出的差異也是與NOR和NAND自身的架構設計分不開的，首先在介面方面，NOR的設計有明顯的傳統快閃記憶體的特徵，因此實際應用起來相對於NAND全新的複雜I/O設計要容易得多。而且，在使用NAND快閃記憶體時，必須先寫入驅動程式，才能繼續執行其他動作。

 

其次，在可重複擦寫的能力方面，NAND的每塊可擦寫次數在10萬至100萬次之間，NOR則只是它的1/10，而且NAND的每個擦除塊的容量也只有NOR的1/8至1/2，這就表明，每個塊的擦寫的頻率要少於NOR快閃記憶體，從而有助於延長使用壽命。在資料的儲存時間上，兩者都差不多，為10年的水平。

 

不過，由於串聯的架構，NAND的晶體管之間更容易造成影響，使邏輯0變成邏輯1，並且也很難發現出問題的晶體管，這種現象可稱為位翻轉（Bit-Flipping），這就需要動用EDC/ECC（錯誤偵測碼/錯誤修正碼）來進行校正，這方面的問題NOR則較少出現。

 

另外，NAND在使用中還存在著壞塊管理的問題，在NAND快閃記憶體中，由於坏塊是隨機分布的，因此需要進行掃描並將壞塊打上標記，就像對付硬碟中的壞扇區一樣。目前的產品中，可最多允許出現80個壞塊。壞塊的存在使得向NAND快閃記憶體寫入資訊需要相當的技巧，因為設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND快閃記憶體上自始至終都必須進行虛擬映射。

 

在軟體支援程度方面，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用於磁碟模擬和快閃記憶體管理演算法的軟體，包括效能最佳化。

 

在NOR快閃記憶體上運行代碼不需要任何的軟體支援，在NAND快閃記憶體上進行同樣操作時，通常需要驅動程式，也就是記憶體技術驅動程式(MTD)，NAND和NOR快閃記憶體在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。

 

使用NOR快閃記憶體時所需要的MTD要相對少一些，許多廠商都提供用於NOR快閃記憶體的更進階軟體，這其中包括M-System的TrueFFS驅動，該驅動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所採用。

 

 

 

一、NAND flash和NOR flash的效能比較
1、NOR的讀速度比NAND稍快一些。
2、NAND的寫入速度比NOR快很多。
3、NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。
4、大多數寫入操作需要先進行擦除操作。
5、NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少。
二、NAND flash和NOR flash的介面差別
NOR flash帶有SRAM介面，有足夠的地址引腳來定址，可以很容易地存取其內部的每一個位元組。
NAND器件使用複雜的I/O口來串列地存取資料，各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和資料資訊。NAND讀和寫操作採用512位元組的塊，這一點有點像硬碟管理此類操作，很自然地，基於NAND的儲存空間就可以取代硬碟或其他塊裝置。
三、NAND flash和NOR flash的容量和成本
NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由於生產過程更為簡單，NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格。
四、NAND flash和NOR flash的可靠性和耐用性
採用flahs介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對於需要擴充MTBF的系統來說，Flash是非常合適的儲存方案。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。
五、NAND flash和NOR flash的壽命(耐用性)
在NAND快閃記憶體中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR的擦寫次數是十萬次。NAND儲存空間除了具有10比1的塊擦除周期優勢，典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍，每個NAND儲存空間塊在給定的時間內的刪除次數要少一些。
六、位交換
所有flash器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下(很少見，NAND發生的次數要比NOR多)，一個位元位會發生反轉或被報告反轉了。一位的變化可能不很明顯，但是如果發生在一個關鍵檔案上，這個小小的故障可能導致系統停機。如果只是報告有問題，多讀幾次就可能解決了。當然，如果這個位真的改變了，就必須採用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)演算法。位反轉的問題更多見於NAND快閃記憶體，NAND的供應商建議使用NAND快閃記憶體的時候，同時使用
七、EDC/ECC演算法
這個問題對於用NAND儲存多媒體資訊時倒不是致命的。當然，如果用本機存放區裝置來儲存作業系統、設定檔或其他敏感資訊時，必須使用EDC/ECC系統以確保可靠性。
八、壞塊處理
NAND器件中的壞塊是隨機分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發現成品率太低，代價太高，根本不划算。
NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，並將壞塊標記為不可用。在已製成的器件中，如果通過可靠的方法不能進行這項處理，將導致高故障率。
九、便於使用
可以非常直接地使用基於NOR的快閃記憶體，可以像其他儲存空間那樣串連，並可以在上面直接運行代碼。
由於需要I/O介面，NAND要複雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。在使用NAND器件時，必須先寫入驅動程式，才能繼續執行其他動作。向NAND器件寫入資訊需要相當的技巧，因為設計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行虛擬映射。
十、軟體支援
當討論軟體支援的時候，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用於磁碟模擬和快閃記憶體管理演算法的軟體，包括效能最佳化。
在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟體支援，在NAND器件上進行同樣操作時，通常需要驅動程式，也就是記憶體技術驅動程式(MTD)，NAND和NOR器件在進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，許多廠商都提供用於NOR器件的更進階軟體，這其中包括M-System的TrueFFS驅動，該驅動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所採用。
驅動還用於對DiskOnChip產品進行模擬和NAND快閃記憶體的管理，包括錯誤修正、壞塊處理和損耗平衡。

 

nor flash和nand flash的區別