什么是闪存？

“flash”这个词是速度 (speed) 的同义词。闪是指一束短暂的光，很快出现，然后消失。传统的“闪存卡”是旨在强化记忆技巧的高速教具。闪电侠 (Flash) 是速度最快的超级英雄，他可以和超人赛跑，并将他甩在身后。

闪存设备用途广泛，存储数据的目的非常明确。闪存设备常见于一系列便携式设备中，如 USB 闪存驱动器、智能手机、数码相机、视频游戏、平板电脑、闪存卡和 SD 卡。

此外，闪存现在还具有一些以前仅用于计算机硬盘驱动器的相同功能。例如，当用户打开计算机时，计算机会执行一个名为基本输入/输出系统 (BIOS) 的启动顺序。最初包含 BIOS 的固件需要使用只读存储器 (ROM) 芯片。后来的系统将 BIOS 改为闪存，这样无需从系统板上取出芯片即可重写内容。

闪存将数据存储在基于浮栅晶体管的闪存单元中。闪存芯片的计算机存储单元由晶体管组成，晶体管是电流通过闪存单元的路由开关。

闪存芯片以网格形式排列，就像城市街区一样。存储单元按行分布，这些行称为位线。与城市街区类似，这些芯片包含交叉点，每个交叉点都有一个晶体管。反过来，这些晶体管各自有两个栅极。

其中之一是控制栅极，位于晶体管的顶层。另一个栅极称为浮栅，之所以这样命名，是因为它有效地浮动在控制栅极和 MOSFET 晶体管芯片的顶层之间。

此外，控制栅极和浮栅之间还有一层薄的分离层，称为氧化层，不过它是由二氧化硅 (SiO2) 制成的。

闪存的具体容量决定闪存的使用属于低密度、中等密度还是高密度分类。密度记录越高，闪存容量越大。

计算领域的几乎所有进步都是累积的结果。首先是早期中央处理器 (CPU) 的发展。到 1960 年，MOSFET 晶体管已经问世，使得电子行业实现了大规模小型化。

1967 年，贝尔实验室的两名研究人员（Dawon Kahng 和 Simon Min Sze）提出，可以将 MOSFET 的浮栅重新用作可重新编程的只读存储器 (ROM) 的信号源。到 1971 年，英特尔工程师 Dov Frohman 发明了可擦除可编程只读存储器 (EPROM)。EPROM 可以通过其顶部的透明窗口目视快速识别。

下一个渐进式步骤是创建电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)，这是电可擦除程序的另一种形式。EEPROM 于 20 世纪 70 年代末/80 年代初作为 EPROM 的更新版本开发。

EPROM 和 EEPROM 最显著的区别在于数据擦除方式。EPROM 上的数据可以通过紫外线 (UV) 进行擦除，而 EEPROM 必须使用电信号才能擦除。

我们所熟知的闪存起源于 20 世纪 80 年代，当时，日本制造业巨头东芝公司总裁 Fujio Masuoka 博士完成了一项开创性工作，并发明了闪存。

发明者的一位同事注意到，半导体芯片中的所有数据擦除速度是如此之快 - 就好像这一过程与照相机闪光灯装置的速度相当。闪存由此诞生并得名。

闪存技术有两种基本类型，每种都有各自的架构和算法。此外，每种存储介质都有各自的优缺点。

NAND 闪存的名称源自“NOT”和“AND”的组合。它是指控制 NAND 单元内部电路的逻辑门。

对 NAND 单元进行编程时，电流到达控制栅，电子流到浮栅上，从而产生中断电流的净正电荷。氧化层使浮栅保持隔离状态，以便浮栅上的任何电子以及存储的数据都保留在那里，因此使得闪存既能保持电荷又能保留数据。

擦除 NAND 单元的速度很快，因为它旨在用于删除整个数据块。同样，向存储单元施加电荷，会使滞留在浮栅中的电子（和数据）流回芯片底部的隔离层中，因此可以有效清除存储单元。

生产 NAND 闪存芯片并不简单，速度也不快。¹据估计，制造一个 NAND “晶圆”需要应用 800 多个不同的制造流程，耗时约一个月，晶圆的尺寸通常与中型披萨相当，直径为 12 英寸。从这些晶圆上切割下来的单个 NAND 芯片（大约相当于人的指甲盖大小）根据芯片质量和整体实用性进行分级。

NAND 芯片具有许多优点。首先，NAND 芯片不包含活动部件，因而更加坚固，即使在承受机械冲击、过高的工作温度或高压时也能运行。就这方面而言，NAND 芯片的运行比易受振动影响的硬盘驱动器 (HDD) 更具优势。

另一方面，使用 NAND 也有缺点。其中最值得注意的是，这种存储介质并非开放式，不允许对内存进行无限次的重写。NAND 芯片只能重写一定次数，因此限制了持续实用性。

此外，NAND 闪存与其他系统或设备受到相同的限制，也就是说，组织的数据量激增，而 NAND 存储单元必须通过设计新形式的存储单元来跟上步伐。从单级单元 (SLC) 内存开始，每个单元存储一位，并带有两级电荷，随着时间的推移，它逐渐增加，最终产生多级单元 (MLC)、三级单元 (TLC) 甚至四级单元 (QLC)。

与对应的 NAND 类似，NOR 闪存的名称是“NOT”和“OR”两个词的组合，是指控制 NOR 单元内部电路的逻辑门类型。

在 NOR 闪存中，存储单元与位线并行连接。这样就可以对它们进行单独读取和编程。每个存储单元的一端与地面相连，另一端与位线相连。

NOR 的主要优点包括读取速度快、可重写次数多以及能够容纳随机存取数据。因此，NOR 门非常适合用于市政交通灯系统、工业自动化、警报系统、数字电路设计和电子设备。NOR 闪存的另一个主要优点是，使用 NOR 闪存时，NOR 设备可以用一个设备同时处理数据存储和代码执行。

NOR 闪存的缺点是采用的单元尺寸较大。因此，这会导致写入和擦除速度比 NAND 闪存慢，

阅读了解这两种类型的闪存之间的更多区别。

NAND 闪存技术和 NOR 闪存技术的主要设计区别在于存储单元在半导体内的分布方式。在 NAND 芯片中，这些单元垂直对齐。在 NOR 芯片中，存储单元水平排列。这种设计差异使这些内存系统的功能不同，速度和性能也各异。

NAND 技术通常会出现 80 微秒到 120 微秒之间的延迟，而通常认为 NOR 闪存的延迟率在 160 纳秒到 210 纳秒之间变化，这表明 NOR 闪存的延迟往往较小。

据估计，NAND 闪存的典型使用寿命通常在三到五年之间。与此形成鲜明对比的是，NOR 闪存的寿命估计在 20 年到 100 年（或更长）不等。

NAND 和 NOR 技术的另一个不同之处在于各自所需的电量。然而，每种技术使用的功耗都需要权衡。例如，NAND 在启动过程中耗电量较小，但在待机模式下耗电量较大。这与 NOR 完全不同，NOR 在首次通电时会消耗较多电量，但在待机时消耗较少电量。

它们在各自执行“工作”期间使用的电量大致相当，不过这种测量结果受每种技术使用的内存速率的影响，并且取决于每种技术进行的活动。NOR 擅长快速读取数据，并且在读取过程中消耗较少电量。在写入和擦除数据时，NAND 的功耗低于 NOR。

这里需要注意的是，NAND 闪存和 NOR 闪存都无法接近其他形式存储器通常实现的处理速度。缓存内存通常被视为所有内存中最快的，因为它位于计算机的随机存取存储器 (RAM) 和中央处理单元 (CPU) 之间。

此外，对于 NAND 是否比 NOR 更快，没有一个明确的答案，反之亦然。这取决于它们目前进行的应用。如果比较的基础是快速读取，那么 NOR 速度更快。如果比较的是执行任务和数据管理，那么 NAND 速度更快。

NAND 和 NOR 都无法跟上动态随机存取存储器 (DRAM) 的步伐，DRAM 是一种独特的 RAM 形式，能够实现比 NAND 快 100 倍的高性能速度，并在应用程序或程序运行期间提供临时文件存储。（不过同样值得注意的是，DRAM 是一种易失性形式的内存，这意味着它的最大用途是协助当前正在进行的处理，因为一旦支持电源关闭或断开，DRAM 内存就会丢失正在处理的所有数据。）

另一个关键区别在于，NAND 闪存提供的存储容量远远大于 NOR，NOR 的内存增量通常为 64 Mb 到 2 Gb，而 NAND 存储解决方案的容量范围为 1 Gb 到 16 Gb，以至 NAND 的最大存储容量比 NOR 的最大容量大 8 倍。

根据各自的用途不同，NAND 和 NOR 之间还存在其他一些关键区别。大众通常认为 NAND 更适合执行“深入”流程，如重写和数据块擦除，而 NOR 擅长较少参与的快速数据搜索。