存储芯片之NANDFlash和NORFlash存储器的区别

NAND Flash和NOR Flash存储器介绍

存储芯片中的FLASH是一种非易失性存储器（NVM，Non-Volatile Memory），用于存储数据、程序或固件。它得名于其能够在快速时间内擦除（Erase）存储单元并重新写入（Write）数据的能力，类似于摄影中的闪光灯（Flash）。FLASH存储器通常以集成电路芯片的形式存在，可分为两种主要类型：NAND Flash和NOR Flash。

NAND Flash：以 NAND 门为基础，数据以块的形式进行存储，适合高密度存储应用，如闪存卡、固态硬盘（SSD）等。

NOR Flash：以 NOR 门为基础，数据以字节的形式进行存储，适合于需要较快随机访问速度的应用，如嵌入式系统的程序存储、固件存储等。

FLASH存储器的特点包括非易失性（断电后数据不丢失）、可擦写性（允许多次擦除和写入）、高速读取、大容量、低功耗等。它在各种电子设备和系统中广泛应用，为这些设备提供了可靠的、高速的、非易失性的存储解决方案。

NAND闪存和NOR闪存的原理

数据存储原理

• NAND闪存将数据以块的形式存储，每个块通常包含多个页，每页包含多个扇区。数据写入时，首先需要擦除整个存储块，然后将新的数据写入到存储页中。

• NOR闪存将数据以字节的形式存储，存储单元通常以字节可寻址。数据写入时，可以直接覆盖已有的数据，实现对存储单元内容的修改。

浮栅重新放电

• NAND闪存：在NAND闪存中，数据的写入和擦除是通过改变存储单元中的浮栅电荷状态来实现的。写入数据时，通过施加高电压将电子注入到浮栅中，改变其电荷状态；擦除数据时，通过施加高电压将浮栅中的电荷释放掉，使其恢复到初始状态。

• NOR闪存：类似于NAND闪存，NOR闪存中也使用浮栅电荷状态来表示数据的存储状态。写入数据时，通过改变浮栅电荷状态来实现。

0和1的表示

• NAND闪存中，数据存储的基本单位是存储单元的电荷状态。当存储单元中的浮栅电荷量较少时，表示为逻辑1；当电荷量较多时，表示为逻辑0。

• 在NOR闪存中，逻辑1和逻辑0的表示方式与NAND闪存类似，即浮栅电荷状态的不同。

连接及寻址方法

• NAND闪存通常通过多路复用方式连接到主控制器，采用页编址的方式进行寻址。主控制器通过选择线（Wordline）和位线（Bitline）来选择特定的存储页，并将其内容读取或写入。

• NOR闪存通常通过并行方式连接到主控制器，采用字节编址的方式进行寻址。主控制器可以直接指定存储单元的地址，并将其内容读取或写入。

 NAND闪存与NOR闪存的区别

（1）NAND闪存和NOR闪存的性能对比

闪存是一种非易失性存储器，它可以对称为块的存储单元块进行擦除和重新编程。任何闪存器件的写操作只能在空的或已擦除的单元中执行，因此在大多数情况下，必须在写操作之前执行擦除。NAND器件执行擦除操作非常简单，而NOR则要求在擦除之前将目标块中的所有位都写入0。由于NOR器件以64-128KB为块进行擦除，因此执行一次写/擦除操作的时间为5s。相反，擦除NAND器件是以8-32KB为单位进行的，同样的操作最多只需要4ms。执行擦除时块大小的差异进一步拉大了 NOR 和 NAND 之间的性能差距。统计数据表明，对于给定的一组写操作（尤其是更新小文件时），必须在基于 NOR 的单元中执行更多的擦除操作。这样，设计者在选择存储方案时必须权衡以下因素。

• NOR的读取速度比NAND稍快。
•  NAND的写入速度比NOR快很多。
• NAND的4ms擦除速度比NOR的5s快很多。
• 大多数写操作需要先擦除。
• NAND的擦除单元较小，相应的擦除电路也较少。

（2）NAND闪存和NOR闪存的接口区别

NOR flash具有SRAM接口，并且有足够的地址引脚可以寻址，因此可以轻松访问内部的每个字节。

NAND设备使用复杂的I/O端口来串行访问数据，每个产品或制造商的方法可能有所不同。8 个引脚用于传输控制、地址和数据信息。NAND 读写操作使用 512 字节块。这有点像硬盘来管理此类操作。当然，基于 NAND 的内存可以取代硬盘或其他块设备。

（3）NAND闪存和NOR闪存的容量和成本

NAND闪存的单元尺寸几乎是NOR器件的一半。由于生产工艺更简单，NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，从而相应降低价格。

NOR闪存占据了容量为1至16MB的闪存市场的大部分，而NAND闪存仅用于容量为8至128MB的产品。这也说明NOR主要应用于代码存储介质，NAND适合数据存储，NAND应用于紧凑型闪存、安全数字、PC卡，其中MMC存储卡市场占有最大份额。

（4）NAND闪存和NOR闪存的可靠性和耐用性

使用闪存介质时的一项重要考虑因素是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说，闪存是非常合适的存储解决方案。NOR 和 NAND 的可靠性可以从寿命（耐用性）、位交换和坏块处理方面进行比较。

（5）NAND闪存和NOR闪存的寿命（耐用性）

NAND闪存每块的最大擦写次数为100万次，而NOR闪存的擦写次数为10万次。除了具有 10 比 1 的块擦除周期的优点外，典型的 NAND 块大小比 NOR 器件小 8 倍，并且每个 NAND 存储块在给定时间内的删除次数也更少。

（6) 位交换

全闪存设备会受到位交换的影响。在某些情况下（很少见，NAND 比 NOR 出现得更频繁），某个位会被反转或报告被反转。一点点的改变可能并不明显，但如果发生在一个关键文件上，这个小故障可能会导致系统关闭。如果你只是报告一个问题，多看几遍也许就能解决。当然，如果改变该位，则必须使用检错/纠错（EDC/ECC）算法。位反转问题在NAND闪存中更为常见。当使用NAND闪存时，建议同时使用NAND闪存。

（7）EDC/ECC算法

使用NAND存储多媒体信息时这个问题并不是致命的。当然，如果使用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息，则必须使用EDC/ECC系统来保证可靠性。

（8）坏块处理

NAND 器件中的坏块是随机分布的。之前也曾做过消除坏块的努力，但发现良率太低，价格太高，不划算。

NAND 设备需要对介质执行初始扫描以查找坏块并将坏块标记为不可用。在制造出来的设备中，如果不能通过可靠的方法进行这种处理，就会导致很高的故障率。

（9) 易于使用

NOR闪存可以非常直接地使用，并且可以像其他存储器一样连接。代码可以直接在上面运行。

由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。各种 NAND 设备的访问方法因制造商而异。使用NAND设备时，必须先编写驱动程序，然后才能继续执行其他操作。将信息写入NAND器件需要相当的技巧，因为设计者绝对不能写入坏块，这意味着必须从头到尾在NAND器件上进行虚拟映射。

（10）软件支持

在讨论软件支持时，应区分基本读/写/擦除操作和用于磁盘模拟和闪存管理算法（包括性能优化）的高级软件。

在 NOR 设备上运行代码不需要任何软件支持。在NAND设备上执行相同的操作时， 通常需要一个驱动程序，这就是内存技术驱动程序（MTD）。NAND 和 NOR 设备都需要 MTD 来进行写入和擦除操作。 

当使用NOR器件时，所需的MTD相对较少。许多制造商为NOR设备提供了更先进的软件，包括M-System的TrueFFS驱动程序，Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian、Intel等制造商都使用该驱动程序。

该驱动程序还用于模拟 DiskOnChip 产品并管理 NAND 闪存，包括纠错、坏块处理和磨损均衡。