NandFlash详述
1. 硬件特性:
【Flash的硬件实现机制】
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)。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的部存储是MOSFET,里面有个悬浮门(Floating Gate),是真正存储数据的单元。
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金属-氧化层-半导体-场效晶体管,简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”的极性不同,可分为n-type与p-type的MOSFET,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
在Flash之前,紫外线可擦除(uv-erasable)的EPROM,就已经采用用Floating Gate存储数据这一技术了。
图1.典型的Flash存单元的物理结构
数据在Flash存单元中是的。
存储电荷的多少,取决于图中的外部门(external 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。
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。 【SLC和MLC的实现机制】
Nand Flash按照部存储数据单元的电压的不同层次,也就是单个存单元中,是存储1位数据,还是多位数据,可以分为SLC和MLC: 1. SLC,Single Level Cell:
单个存储单元,只存储一位数据,表示成1或0.
就是上面介绍的,对于数据的表示,单个存储单元中部所存储电荷的电压,和某个特定的阈值电压Vth,相比,如果大于此Vth值,就是表示1,反之,小于Vth,就表示0.
对于nand Flash的数据的写入1,就是控制External Gate去充电,使得存储的电荷够多,超过阈值Vth,就表示1了。而对于写入0,就是将其放电,电荷减少到小于Vth,就表示0了。
关于为何Nand Flash不能从0变成1,我的理解是,物理上来说,是可以实现每一位的,从0变成1的,但是实际上,对于实际的物理实现,出于效率的考虑,如果对于,每一个存储单元都能单独控制,即,0变成1就是,对每一个存储单元单独去充电,所需要的硬件实现就很复杂和昂贵,同时,所进行对块擦除的操作,也就无法实现之前的,一闪而过的速度了,也就失去了Flash的众多特性了。 // 也就是放电的思路还是容易些。1->0 2. MLC,Multi Level Cell:
与SLC相对应,就是单个存储单元,可以存储多个位,比如2位,4位等。其实现机制,说起来比较简单,就是,通过控制部电荷的多少,分成多个阈值,通过控制里面的电荷多少,而达到我们所需要的存储成不同的数据。比如,假设输入电压是Vin=4V(实际没有这样的电压,此处只是为了举例方便),那么,可以设计出2的2次方=4个阈值,1/4的Vin=1V,2/4的Vin=2V,3/4的Vin=3V,Vin=4V,分别表示2位数据00,01,10,11,对于写入数据,就是充电,通过控制部的电荷的多少,对应表示不同的数据。
对于读取,则是通过对应的部的电流(与Vth成反比),然后通过一系列解码电路完成读取,解析出所存储的数据。这些具体的物理实现,都是有足够精确的设备和技术,才能实现精确的数据写入和读出的。
单个存储单元可以存储2位数据的,称作2的2次方=4 Level Cell,而不是2 Level Cell; 同理,对于新出的单个存储单元可以存储4位数据的,称作2的4次方=16 Level Cell。 【关于如何识别SLC还是MLC】
Nand Flash设计中,有个命令叫做Read ID,读取ID,意思是读取芯片的ID,就像大家的一样,这里读取的ID中,是:
读取好几个字节,一般最少是4个,新的芯片,支持5个甚至更多,从这些字节中,可以解析出很多相关的信息,比如:
此Nand Flash部是几个芯片(chip)所组成的, 每个chip包含了几片(Plane), 每一片中的页大小,块大小,等等。
在这些信息中,其中有一个,就是识别此flash是SLC还是MLC。下面这个就是最常见的Nand Flash的datasheet中所规定的,第3个字节,3rd byte,所表示的信息,其中就有SLC/MLC的识别信息: Description 1 I/O5 I/O7 I/O6 I/O4 I/O3 I/O2 I/O1 I/O0 0 0 0 1 Internal Chip Number 2 4 8 2 Level Cell 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 Cell Type 4 Level Cell 8 Level Cell 16 Level Cell Number of Simultaneously Programmed Pages Interleave Program 1 2 4 8 Not Support Between multiple chips Support Cache Program Not Support 0 Support 1 表1.Nand Flash第3个ID的含义 【Nand Flash的物理存储单元的阵列组织结构】 Nand flash的部组织结构,此处还是用图来解释,比较容易理解: 图2.Nand Flash物理存储单元的阵列组织结构
Nand-Flash详述(绝对经典)



