原标题：闪存101：NAND闪存与非闪存

　　嵌入式系统设计人员在选择闪存时必须考虑许多因素：使用哪种类型的闪存架构，是选择串行接口还是并行接口，是否需要纠错码(ECC)等。如果处理器或控制器仅支持一种类型的接口，则会限制选项，以便轻松选择内存。但是，情况往往并非如此。例如，一些FPGA支持串行NOR闪存，并行NOR闪存和NAND闪存来存储配置数据。相同的内存可用于存储用户数据，这使得选择要使用的正确内存更加困难。在本系列文章中，将讨论闪存的不同方面，从NOR闪存和NAND闪存之间的差异开始。

　　内存架构

　　闪存将信息存储在由浮栅晶体管制成的存储单元中。这些技术的名称解释了存储单元的组织方式。在NOR闪存中，每个存储单元的一端连接到源线，另一端直接连接到类似于NOR门的位线。在NAND闪存中，几个存储单元(通常为八个单元)串联连接，类似于NAND门(见图1)。

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　　图 1：NOR 闪存(左)具有类似于 NOR 门的架构。同样，NAND闪存(右)类似于NAND门。(来源：赛普拉斯)

　　NOR 闪存架构提供足够的地址行来映射整个内存范围。这提供了随机访问和短读取时间的优势，这使其成为代码执行的理想选择。另一个优点是在零件使用寿命内具有100%已知良好的钻头。缺点包括较大的单元尺寸导致更高的每比特成本以及较慢的写入和擦除速度。有关如何在嵌入式系统中使用 NOR 闪存的更多详细信息，请参阅 并行NOR闪存概述.

　　相比之下，与NOR闪存相比，NAND闪存具有更小的单元尺寸和更高的写入和擦除速度。缺点包括读取速度较慢和 I/O 映射类型或间接接口，这更复杂且不允许随机访问。需要注意的是，NAND 闪存的代码执行是通过将内容隐藏到 RAM 来实现的，这与直接从 NOR 闪存执行代码不同。另一个主要缺点是存在坏块。NAND闪存在器件的整个生命周期内具有额外的位故障时通常具有98%的良好位，因此需要在器件内提供纠错码(ECC)功能。

　　内存容量

　　与NOR闪存相比，NAND闪存的密度要高得多，这主要是因为它的每比特成本较低。NAND 闪存通常具有 1Gb 到 16Gb 的容量，NOR 闪存的密度范围从 64Mb 到 2Gb。由于其更高的密度，NAND闪存主要用于数据存储应用。

　　擦除、读取和写入

　　在NOR和NAND闪存中，存储器被组织成擦除块。此体系结构有助于在保持性能的同时降低成本。例如，块大小越小，擦除周期越快。然而，较小模块的缺点是芯片面积和内存成本的增加。由于NAND闪存的每比特成本较低，因此与NOR闪存相比，NAND闪存可以更经济高效地支持更小的擦除块。目前可用的典型块大小范围为NAND闪存的8KB至32KB，NOR闪存为64KB至256KB。

　　NAND 闪存中的擦除操作非常简单，而在 NOR 闪存中，每个字节都需要用“0”写入才能擦除。这使得NOR闪存的擦除操作比NAND闪存慢得多。例如，S34ML04G2 赛普拉斯 NAND 闪存需要 3.5 毫秒才能擦除 128KB 块，而 S70GL02GT 赛普拉斯NOR闪存需要~520ms才能擦除类似的128KB扇区。这是近150倍的差异。

　　如前所述，NOR闪存具有足够的地址和数据线来映射整个存储器区域，类似于SRAM的工作方式。例如，具有 16 位数据总线的 2 Gbit (256MB) NOR 闪存将具有 27 条地址行，从而支持对任何内存位置进行随机读取访问。在NAND闪存中，使用多路复用地址和数据总线访问存储器。典型的NAND闪存使用8位或16位多路复用地址/数据总线，并带有额外的信号，如芯片使能、写使能、读使能、地址锁存使能、命令锁存使能和就绪/忙碌。NAND闪存需要提供命令(读取，写入或擦除)，然后是地址和数据。这些额外的操作使NAND闪存的随机读取速度慢得多。例如，S34ML04G2 NAND 闪存需要 30μS，而 S70GL02GT NOR 闪存需要 120ns。 因此，NAND慢了250倍。

　　为了克服或减少较慢读取速度的限制，内存通常作为NAND闪存中的页面读取，每个页面都是擦除块的较小细分。 仅在每个读取周期开始时使用地址和命令周期按顺序读取一页的内容。NAND 闪存的顺序访问持续时间通常低于 NOR 闪存设备中的随机访问持续时间。使用NOR闪存的随机访问架构，需要为每个读取周期切换地址行，从而累积顺序读取的随机访问。随着要读取的数据块大小的增加，NOR 闪存中的累积延迟将大于 NAND 闪存。因此，NAND闪存可以更快地进行顺序读取。但是，由于NAND闪存的初始读取访问持续时间要长得多， 性能差异仅在传输大型数据块时很明显，通常对于 1 KB 以上的大小。

　　在这两种闪存技术中，只有当块为空时，才能将数据写入块。NOR 闪存已经很慢的擦除操作使写入操作更加缓慢。在NAND闪存中，与读取类似，数据通常以页面(通常为2KB)写入或编程。例如，单独使用 S34ML04G2 NAND 闪存写入页面需要 300μS。

　　为了加快写入操作的速度，现代 NOR 闪存还采用类似于页面写入的缓冲区编程。例如，S70GL02GT NOR闪存支持缓冲区编程，支持多字节编程，单个字的写入超时相似。例如，512 字节数据的缓冲区编程可以实现 1.14MBps 的吞吐量。

　　功耗

　　在初始上电期间，NOR 闪存通常需要比 NAND 闪存更多的电流。但是，NOR 闪存的待机电流远低于 NAND 闪存。两种闪存的瞬时有功功率相当。因此，有功功率由存储器处于活动状态的持续时间决定。NOR 闪存在随机读取方面具有优势，而 NAND 闪存在擦除、写入和顺序读取操作方面的功耗相对较低。

　　可靠性

　　保存数据的可靠性是任何存储设备的一个重要方面。闪存受到一种称为位翻转的现象的影响，其中某些位可能会被反转。这种现象在NAND闪存中比在NOR闪存中更常见。出于良率考虑，NAND闪存出厂时随机散布着坏块。随着擦除和程序周期在NAND闪存的整个生命周期中持续，更多的存储单元会变坏。因此，坏块处理是NAND闪存的强制性功能。另一方面，NOR闪存附带零坏块，在存储器的生命周期内坏块累积非常低。因此，当涉及到存储数据的可靠性时，NOR闪存比NAND闪存具有优势。

　　数据保留

　　可靠性的另一个方面是数据保留，其中NOR闪存再次具有优势。S70GL02GT NOR 闪存提供 20 年的数据保留期，可长达 1K 编程/擦除周期。S34ML04G2 NAND 闪存提供 10 年的典型数据保留期。

　　编程和擦除周期的数量曾经是需要考虑的重要特征。这是因为与NOR闪存相比，NAND闪存曾经提供10倍的编程和擦除周期。随着当今技术的进步，这不再是事实，因为这两种记忆现在具有可比性。例如，S70GL02GT NOR 和 S34ML04G2 NAND 均支持 100，000 次程序擦除周期。但是，由于NAND闪存中使用的块尺寸较小，因此每次操作都会擦除较小的区域。与NOR闪存相比，这导致更长的整体使用寿命。

　　表 1 提供了本文中讨论的主要方面的摘要。

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　　表1：NOR 闪存和 NAND 闪存的主要特性与一般和具体比较的数字进行比较。(来源：赛普拉斯)

　　NAND 和 NOR闪存有什么区别?

　　通常，NOR 闪存是需要较低容量、快速随机读取访问和较高数据可靠性的应用程序(例如代码执行所需的应用程序)的绝佳选择。就其本身而言，NAND闪存非常适合需要更高内存容量和更快写入和擦除操作的数据存储等应用。

　　在本系列的下一篇文章中，我们将重点介绍不同类型的NOR闪存器件的电气接口，以及这对器件选择和设计的影响。