NAND Flash的底层结构和解析

NAND Flash的底层结构和解析


2024年4月11日发(作者:)

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这里我想以一个纯玩家的角度来谈谈关于NAND Flash的底层结构和解析,可能会有错误

的地方,如果有这方面专家强烈欢迎指正。

NAND Flash作为一种比较实用的固态硬盘存储介质,有自己的一些物理特性,需要有基

本的管理技术才能使用,对设计者来说,挑战主要在下面几点:

1.需要先擦除才能写入。

2.损耗机制,有耐久度限制。

3.读写时候造成的干扰会造成数据出错。

4.数据的保存期。

5.对初始和运行时候的坏块管理。

只有至少满足这些基本的管理技术,才能让NAND Flash成为一款可以使用的固态存储介

质。(这里还没有谈到任何关于性能的地方,因为那是这些基本条件满足后的事。)

当满足了上面的5点后,才该谈到稳定,性能,耐久度,影响这些的5大因素为:

和MLC

2.平衡磨损算法

3.透过坏块管理技术确保数据的完整性。

4.使用错误检测和校正技术

5.写入放大

只有满足了这些条件,才能得到一款理想中的完美的固态硬盘。

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Flash全名叫做Flash Memory,属于非易失性存储设备(Non-volatile Memory

Device),与此相对应的是易失性存储设备(Volatile Memory Device)。关于什么是非易

失性/易失性,从名字中就可以看出,非易失性就是不容易丢失,数据存储在这类设备中,

即使断电了,也不会丢失,这类设备,除了Flash,还有其他比较常见的如硬盘,ROM等,

与此相对的,易失性就是断电了,数据就丢失了,比如大家常用的内存,不论是以前的

SDRAM,DDR SDRAM,还是现在的DDR2,DDR3等,都是断电后,数据就没了。

Flash的内部存储是金属-氧化层-半导体-场效晶体管(MOSFET),里面有个悬浮门

(Floating Gate),是真正存储数据的单元。

数据在Flash内存单元中是以电荷(electrical charge) 形式存储的。存储电荷的多少,取

决于图中的控制门(Control gate)所被施加的电压,其控制了是向存储单元中冲入电荷

还是使其释放电荷。而数据的表示,以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值Vth 来

表示。

1.对于NAND Flash的写入(编程),就是控制Control Gate去充电(对Control Gate

加压),使得悬浮门存储的电荷够多,超过阈值Vth,就表示0。

2.对于NAND Flash的擦除(Erase),就是对悬浮门放电,低于阀值Vth,就表示1。

NAND Flash的架构:


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