Flash Memory中文名稱(chēng)為快閃存儲(chǔ)器、快閃記憶體，或閃存。顧名思義，就是在瞬間改變儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，且可以連續(xù)更改數(shù)千次到數(shù)十萬(wàn)次，儲(chǔ)存在其中的數(shù)據(jù)可保存約10年�？扉W存儲(chǔ)器被視為是一種Solid State的儲(chǔ)存裝置。所謂的Solid State的儲(chǔ)存方法，就是指在存取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，全部都是由電子的移動(dòng)來(lái)進(jìn)行，而沒(méi)有機(jī)械式的移動(dòng)。近年來(lái)，隨著寫(xiě)入速度高容量及單位信元價(jià)格下降等因素，對(duì)聲音和影像等數(shù)據(jù)如MP3的儲(chǔ)存也成為快閃存儲(chǔ)器技術(shù)發(fā)展的另一主流。由于NoteBook、Cellphone、PDA、數(shù)碼相機(jī)等可攜帶式電子產(chǎn)品的使用，小型儲(chǔ)存元件的重要性與日俱增，F(xiàn)lash Memory擔(dān)當(dāng)數(shù)碼產(chǎn)品數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的作用越來(lái)越明顯。

Flash Memory主流架構(gòu)

Flash Memory并不需要不斷充電來(lái)維持其中的數(shù)據(jù)，但是每當(dāng)數(shù)據(jù)更新時(shí)必須以blocks為單位加以覆寫(xiě)，而非逐個(gè)byte寫(xiě)入，Block的大小從256kB到20MB不等。就Flash存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)，主要分成NOR、NAND及EE-NOR三大主流架構(gòu)，其技術(shù)特色有些差異。

NOR型態(tài)：這是由英特爾所發(fā)展的架構(gòu)，讀取速度較快，而且可在單位區(qū)塊(Block)上進(jìn)行指令程式的讀取/寫(xiě)入，其特性為高電壓、較長(zhǎng)的抹除時(shí)間以及較大量的抹除區(qū)塊。此類(lèi)型產(chǎn)品大都應(yīng)用在程式指令的儲(chǔ)存與讀取/寫(xiě)入以及PC Card儲(chǔ)存卡。1998年初英特爾發(fā)表多信元(Multi Level Cell)技術(shù)的Flash存儲(chǔ)器——Strata Flash，不僅將儲(chǔ)存容量大幅提升，更可作為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，進(jìn)一步擴(kuò)大了NOR型態(tài)技術(shù)的市場(chǎng)價(jià)值及應(yīng)用領(lǐng)域。

NAND型態(tài)：由東芝(Toshiba)所發(fā)展的架構(gòu)，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)速度較慢，但具有較小儲(chǔ)存單元(Memory Cell)，在相同密度下，成本較NOR型態(tài)低。適用于更高容量的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及大量?jī)?chǔ)存裝置上，可用以替代磁碟機(jī)在可攜式市場(chǎng)的地位，或作為消費(fèi)性電子產(chǎn)品數(shù)據(jù)儲(chǔ)存用。

EENOR型態(tài)：針對(duì)NOR型態(tài)加以改良，使其在相同儲(chǔ)存格面積下，能夠在更小的單位區(qū)塊上進(jìn)行讀取/寫(xiě)入動(dòng)作。不但可提升整體運(yùn)作速度，更可滿足低電壓與低功率的運(yùn)作要求。由于具有NOR型態(tài)的高速效能，而適用于個(gè)人電腦程式指令儲(chǔ)存，能縮短指令讀取/寫(xiě)入時(shí)間；此外它還有低電壓及低功率的特性，亦被廣泛應(yīng)用于可攜式及無(wú)線通訊產(chǎn)品上。

雖然快閃存儲(chǔ)器由EEPROM演化而來(lái)，但是價(jià)格較便宜且信元密度較高，所以會(huì)成為EEPROM的替代品。目前快閃存儲(chǔ)器多用于PC Card儲(chǔ)存卡，主機(jī)板和Smart Card。近年來(lái)，隨著寫(xiě)入速度、高容量及單位信元價(jià)格下降等因素，對(duì)聲音、影像等數(shù)據(jù)(例如MP3、手機(jī))的儲(chǔ)存也成為快閃存儲(chǔ)器技術(shù)發(fā)展的另一主流。

Flash Memory儲(chǔ)存卡

目前，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品呈現(xiàn)出體積小、重量輕、攜帶方便和低能耗等特點(diǎn)。盡管硬盤(pán)是常見(jiàn)的儲(chǔ)存設(shè)備，但不適合在小型移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)電子中應(yīng)用。在消費(fèi)電子研發(fā)之初，開(kāi)發(fā)商就開(kāi)始設(shè)計(jì)一種新型永久性、體積小且功耗小的儲(chǔ)存媒介來(lái)滿足消費(fèi)電子產(chǎn)品的特定需求。Flash Memory起源于日本，隨之巨大的市場(chǎng)前景立即吸引美國(guó)的一些傳統(tǒng)芯片生產(chǎn)商紛紛投入到該領(lǐng)域，如Intel公司和AMD公司等。美國(guó)的芯片開(kāi)發(fā)商由于過(guò)去在CPU設(shè)計(jì)和生產(chǎn)領(lǐng)域有先進(jìn)的技術(shù)積累，它們研發(fā)的Flash Memory產(chǎn)品很快就占據(jù)了相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。

不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)lash Memory有不同的需求。例如數(shù)碼相機(jī)追求大容量的存儲(chǔ)器，以便保存數(shù)量巨大的相片；而手機(jī)等通信設(shè)備則更渴望高速的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度，從而在無(wú)線上網(wǎng)和手機(jī)游戲中能吸引更多的用戶(hù)。為了滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的特定需求，F(xiàn)lash Memory產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)目前正在呈多樣性發(fā)展，產(chǎn)生了多個(gè)與之相關(guān)術(shù)語(yǔ)，如SM(Smart Media)卡、CF (Compact Flash)卡、MMC(Multi Media Card)卡、SD(Secure Digital)卡和記憶棒(Memory Stick)等。

(1)CompactFlash

CompactFlash存儲(chǔ)器超小型、可靠、可移動(dòng)，這解決了對(duì)于目前或下一代消費(fèi)性電子，和數(shù)字相機(jī)數(shù)據(jù)所需面對(duì)的貯存問(wèn)題。重量輕，體積只有傳統(tǒng)PCMCIA的1/4大。精巧密實(shí)的體積、堅(jiān)固、單一電源和低能源要求，使得CompactFlash成為數(shù)碼相機(jī)、手上電腦、手機(jī)和貯存數(shù)據(jù)時(shí)最常用來(lái)儲(chǔ)存的類(lèi)型。MagicRAM  CompactFlash的特性為平均每百萬(wàn)小時(shí)間才會(huì)有失效率，換算起來(lái)，代表即使超過(guò)100年以上都不會(huì)有失誤。由1992年發(fā)展至今，由最初只有4MB容量伸展至現(xiàn)時(shí)最高擁有1GB容量。當(dāng)年號(hào)稱(chēng)體積細(xì)少，而且耗電容低，體積大約只有36.4×42.8×3.3mm，直到現(xiàn)在仍然廣被采用�，F(xiàn)在CompactFlash甚至還分Type I & II兩種，雖然Type II的容量較大，但是相對(duì)而言耗電量也較高，故大部份DC的CompactFlash都只支持Type I，只有一些專(zhuān)業(yè)級(jí)的單鏡反光數(shù)碼相機(jī)才支持Type II。相對(duì)于其他種類(lèi)的儲(chǔ)存卡，CompactFlash的讀寫(xiě)速度都比其他卡快(4-5MB/Sec)，且由于較多生產(chǎn)商支持，比起SM和Memory Stick，CompactFlash較為普及。

(2)Memory Stick

Memory Stick不太普及，因?yàn)檫@是由SONY自行研發(fā)，只有SONY自家產(chǎn)品才會(huì)使用，如Notebook Computer，由于是SONY獨(dú)自生產(chǎn)，價(jià)錢(qián)比較昂貴，幸好SONY開(kāi)始對(duì)外開(kāi)放MS卡的生產(chǎn)，價(jià)錢(qián)可望下降。Memory Stick最大優(yōu)點(diǎn)是其細(xì)小的體積。

(3)SmartMedia

所謂的SmartMedia，其實(shí)就是指Solid-state floppy-disc card (SSFDC)，最早由Toshiba公司所研發(fā)。SmartMedia的一般規(guī)格為45×37×1mm，是所有的小型儲(chǔ)存裝置中，最小最薄的。因?yàn)镾M并沒(méi)有把存儲(chǔ)器控制單元放進(jìn)卡內(nèi)，而是要電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中放進(jìn)存儲(chǔ)器控制單元。其容量大小最大為128MB，存取速度通常為1.5MB/Sec。SmartMedia通常也是運(yùn)用在數(shù)字相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、MP3隨身聽(tīng)等電子產(chǎn)品上，以及銀行的IC卡也有運(yùn)用類(lèi)似的技術(shù)。

(4)Secure Digital

Secure Digital Card也是使用快閃存儲(chǔ)器的小型儲(chǔ)存裝置，跟其他快閃存儲(chǔ)器比較起來(lái)，Secure Digital Card除了有郵票般(32×24×2.1mm)的大小外，其數(shù)據(jù)的高保密性，低耗電量，讓它的市場(chǎng)潛力被看好。Secure Digital Card目前常見(jiàn)最大的容量到達(dá)128MB，而且存取速度高達(dá)3.2MB/sec。Secure Digital Card目前也是被用來(lái)當(dāng)作數(shù)字相機(jī)，PDA、MP3隨身聽(tīng)等電子產(chǎn)品的存儲(chǔ)器。

(4)Microdrive

Microdrive所使用的媒體為CompactFlash，但他的儲(chǔ)存單元并不是像CompactFlash卡的快閃存儲(chǔ)器，它是一個(gè)像銅板一般大小的硬碟，除了使用傳輸媒體不同之外，它跟一般的的硬碟沒(méi)有兩樣。而關(guān)于讀取速率方面，則是有如五倍速的燒錄光碟機(jī)一般。因此Microdrive并不是一種相當(dāng)便利讀取的儲(chǔ)存裝置，其優(yōu)勢(shì)是在于其高于一般儲(chǔ)存卡的容量有數(shù)倍之多。

NAND與NOR

Flash Memory內(nèi)部構(gòu)架和實(shí)現(xiàn)技術(shù)可以分為AND、NAND、NOR和DiNOR等幾種，但目前以NAND和NOR為主流。NOR技術(shù)是由Intel公司1988年首先推出，NAND技術(shù)是由東芝公司1989年發(fā)明。

NAND技術(shù)在設(shè)計(jì)之初是為了數(shù)據(jù)儲(chǔ)存應(yīng)用，NOR則是為了滿足程序代碼的高速訪問(wèn)，并且支持程序在芯片內(nèi)部運(yùn)行。目前關(guān)于兩種技術(shù)的發(fā)展前景討論很激烈，各種觀點(diǎn)很多�？陀^來(lái)看，二者各有優(yōu)勢(shì)和不足。NOR工作電壓低、隨機(jī)讀取快、功耗低、穩(wěn)定性高；而NAND則寫(xiě)回速度快、芯片面積小，特別是容量大有很大優(yōu)勢(shì)。
 
頁(yè)(page)是NAND中的基本存貯單元，一頁(yè)一般為512個(gè)字節(jié)，多個(gè)頁(yè)面組成塊。不同存儲(chǔ)器內(nèi)的塊內(nèi)頁(yè)面數(shù)不盡相同，通常以16頁(yè)或者32頁(yè)比較常見(jiàn)。塊容量計(jì)算公式比較簡(jiǎn)單，就是頁(yè)面容量與塊內(nèi)頁(yè)面數(shù)的乘積。根據(jù)Flash Memory容量大小，不同存儲(chǔ)器中的塊、頁(yè)大小可能不同，塊內(nèi)頁(yè)面數(shù)也不同。例如8MB存儲(chǔ)器，頁(yè)大小常為512B、塊大小為8KB，塊內(nèi)頁(yè)面數(shù)為16。而2MB的存儲(chǔ)器的頁(yè)大小為256B、塊大小為4KB，塊內(nèi)頁(yè)面數(shù)也是16。NAND存儲(chǔ)器由多個(gè)塊串行排列組成。實(shí)際上，NAND型的Flash Memory可認(rèn)為是順序讀取的設(shè)備，它僅用8比特的I/O端口就可以存取按頁(yè)為單位的數(shù)據(jù)。NAND在讀和擦寫(xiě)文件、特別是連續(xù)的大文件時(shí)，速度相當(dāng)快，但隨機(jī)存取速度則比較慢，因?yàn)樗荒馨醋止?jié)寫(xiě)。

NAND Flash設(shè)備易有壞塊，為了補(bǔ)償可能存在的壞塊，通常在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)時(shí)在規(guī)定的儲(chǔ)存容量外另附加約2%大小的額外儲(chǔ)存空間。NAND Flash用一個(gè)控制器管理壞塊，當(dāng)出現(xiàn)壞塊控制器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到預(yù)定空閑儲(chǔ)存區(qū)間，該過(guò)程對(duì)用戶(hù)是透明的。

NOR的儲(chǔ)存構(gòu)架與PC機(jī)中的內(nèi)存條技術(shù)類(lèi)似，是一種并行的構(gòu)架。由于單個(gè)芯片的儲(chǔ)存容量提高困難，整個(gè)NOR芯片的儲(chǔ)存容量較同時(shí)期的NAND小。過(guò)去NOR多采用單層儲(chǔ)存單元排列，如今Intel公司采用多層儲(chǔ)存單元(multi-level cell)排列技術(shù)，以此提高單位面積存儲(chǔ)器的容量。

另外，Intel還計(jì)劃采用提高芯片集成度的方法來(lái)提高NOR類(lèi)型存儲(chǔ)器的容量。NOR中多個(gè)儲(chǔ)存單元是并行連接起來(lái)，可以允許特別快的實(shí)現(xiàn)隨機(jī)字節(jié)訪問(wèn)。通常NAND在容量上占優(yōu)勢(shì)，NOR適合在容量要求小、但隨機(jī)字節(jié)讀寫(xiě)快的應(yīng)用領(lǐng)域。

由于NOR和NAND在儲(chǔ)存單元組織上的差異，二者的尋址方式差異較大。NAND的地址分為三部分:塊號(hào)、塊內(nèi)頁(yè)號(hào)、頁(yè)內(nèi)字節(jié)號(hào)。一次數(shù)據(jù)訪問(wèn)，NAND一般是經(jīng)過(guò)三次尋址，先后確定塊號(hào)、塊內(nèi)頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)字節(jié)號(hào)，至少占用三個(gè)時(shí)鐘周期，因此隨機(jī)字節(jié)讀寫(xiě)速度慢。而NOR的地址線足夠多，且儲(chǔ)存單元是并列排布，可以實(shí)現(xiàn)一次性的直接尋址。另外，由于NOR的數(shù)據(jù)線寬度很大，即使容量增大，它的數(shù)據(jù)尋址時(shí)間基本上是一個(gè)常量，而NAND則比較困難�？傊跀�(shù)據(jù)傳輸速度上，NOR無(wú)論是在隨機(jī)讀取還是連續(xù)傳輸速度上都比NAND快，但相對(duì)而言，在連續(xù)大數(shù)據(jù)傳輸速度上，二者差異較小。從產(chǎn)品成本來(lái)看，NOR Flash的平均每MB成本是NAND Flash成本的3-4倍。成本價(jià)格的巨大差異，導(dǎo)致NOR容量增長(zhǎng)比NAND困難。NOR Flash適用代碼高速訪問(wèn)與執(zhí)行，因此移動(dòng)電話是NOR最常見(jiàn)的應(yīng)用環(huán)境。

近來(lái)關(guān)于NOR和NAND技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)很激烈。支持NAND技術(shù)的公司主要是美國(guó)的SanDisk、日本的東芝公司和韓國(guó)的三星公司等。由于市場(chǎng)對(duì)大容量存儲(chǔ)器的需求大于對(duì)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度的需求，目前NAND的銷(xiāo)售量比NOR大，且增長(zhǎng)速度也高一些。三星公司是目前全世界最大的Flash Memory提供商、東芝是第三大提供商。NAND提供商在固守傳統(tǒng)NAND應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)，開(kāi)始追求傳統(tǒng)的NOR應(yīng)用領(lǐng)域，如手機(jī)、PDA和電視機(jī)的機(jī)頂盒系統(tǒng)。相反NOR支持者，如英特爾和AMD，正在通過(guò)加強(qiáng)整合蜂窩結(jié)構(gòu)和毫微工藝來(lái)維護(hù)NOR應(yīng)用領(lǐng)域。二者競(jìng)爭(zhēng)激烈且開(kāi)發(fā)商都有取代對(duì)方的欲望，但客觀的評(píng)價(jià)是：由于NOR和NAND在技術(shù)上具有互補(bǔ)性，二者將長(zhǎng)期共存。

Flash Disk

自1973年可實(shí)用硬盤(pán)發(fā)明以來(lái)，硬盤(pán)的儲(chǔ)存容量一直保持飛速發(fā)展，可靠性不斷提高，是桌面計(jì)算機(jī)和大型機(jī)中最重要的外存儲(chǔ)器。特別是九十年代以來(lái)，以硬盤(pán)為基本構(gòu)件的海量信息儲(chǔ)存技術(shù)又有了新發(fā)展。磁盤(pán)陣列(RAID)、附網(wǎng)儲(chǔ)存技術(shù)(NAS)和儲(chǔ)存局域網(wǎng)(SAN)技術(shù)的發(fā)明，使硬盤(pán)作為最重要外存儲(chǔ)器的地位進(jìn)一步加強(qiáng)。硬盤(pán)采用盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)(普通硬盤(pán)高達(dá)5400轉(zhuǎn)/min、7200轉(zhuǎn)/min，甚至10000轉(zhuǎn)/min)、磁頭作徑向移動(dòng)的數(shù)據(jù)讀取方式，因此導(dǎo)致硬盤(pán)故障率比較高。運(yùn)動(dòng)部件，如硬盤(pán)中的盤(pán)片和磁頭，是導(dǎo)致設(shè)備故障和電子、機(jī)械延遲的最大原因。硬盤(pán)中執(zhí)行一次數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作的時(shí)間周期分為三部分尋道時(shí)間、旋轉(zhuǎn)等待延時(shí)和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。無(wú)論讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的大小，前兩個(gè)步驟是必須執(zhí)行的，而這兩個(gè)步驟一般耗時(shí)0.5ms以上。硬盤(pán)內(nèi)部有馬達(dá)、盤(pán)片等器件，導(dǎo)致體積較大。目前常見(jiàn)的硬盤(pán)尺寸為3.5吋、2.5吋和1.5吋三種。眾多的機(jī)械運(yùn)動(dòng)器件，導(dǎo)致硬盤(pán)功耗較大。

Flash Disk的特征是低功耗、大容量、數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度高。由于Flash Disk內(nèi)部沒(méi)有高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，它可以在劇烈振動(dòng)的環(huán)境中工作，因此在工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、航天領(lǐng)域，特別是軍事上有很大的應(yīng)用價(jià)值。測(cè)試結(jié)果表明：Flash Disk可在零下45攝氏度到零上85攝氏度的溫度環(huán)境中正常工作，這是硬盤(pán)難能實(shí)現(xiàn)的。

Flash Disk執(zhí)行一次數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的周期比硬盤(pán)短。即使是較慢的NAND型Flash Memory作為儲(chǔ)存載體的Flash Disk執(zhí)行一次數(shù)據(jù)訪問(wèn)的周期大致為15-30μs，比起硬盤(pán)的5ms，顯然快得多。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：除少數(shù)嵌入式系統(tǒng)需要儲(chǔ)存多媒體文件外，絕大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)對(duì)容量的需要不超過(guò)256MB。這個(gè)特定的應(yīng)用需求，恰好彌補(bǔ)了Flash Disk與普通硬盤(pán)在容量大小比較上的不足。隨著Flash Memory價(jià)格持續(xù)下降，容量不斷增大，使用256MB以下的Flash Disk正在成為降低嵌入式設(shè)備系統(tǒng)成本的有效手段之一。

Flash Disk控制器可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的ASIC，或能提供線性Flash簡(jiǎn)單接口的可編程邏輯部件。Flash Memory的類(lèi)型決定控制器類(lèi)型的選擇。終端用戶(hù)可根據(jù)自己的實(shí)際需求，靈活的選擇控制器。當(dāng)然將來(lái)系統(tǒng)升級(jí)方便以及多個(gè)器件提供商的支持還是應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)的模塊部件和連接器。選擇標(biāo)準(zhǔn)的組件和Flash技術(shù)通常包括以下四個(gè)關(guān)鍵需求：接口、能力、機(jī)械約束和先進(jìn)的需求。部分嵌入式系統(tǒng)仍需要通過(guò)IDE接口或者SCSI接口和主機(jī)通信，以保持對(duì)已有系統(tǒng)的支持。在實(shí)現(xiàn)支持SCSI接口的Flash設(shè)備時(shí),通常需要增加一個(gè)從SCSI接口轉(zhuǎn)換到IDE接口的可編程邏輯設(shè)備。

商用Flash Disk包括兩種類(lèi)型：Flash Disk Modules和Disk-on-chip。Flash Disk Modules集成了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的40或44針的IDE連接器，可直接插到主板上。Flash Disk Modules省去了大量的IDE接口連接線，能夠顯著提高系統(tǒng)的可靠性以及降低系統(tǒng)抗噪聲能力。Disk-on-chip類(lèi)型支持啟動(dòng)自舉，但它的交互性略差。Flash Disk產(chǎn)品都可以直接插到主板上，屬于Flash Disk Modules類(lèi)型。

Flash Memory的兩大應(yīng)用為移動(dòng)儲(chǔ)存設(shè)備，以及移動(dòng)電話等便攜式消費(fèi)電子設(shè)備。從某種程度上講，F(xiàn)lash Memory早已經(jīng)與我們的生活息息相關(guān)。如果沒(méi)有Flash Memory，就沒(méi)有手機(jī)的無(wú)線通信；沒(méi)有Flash Memory就沒(méi)有方便、便宜的U盤(pán)、MP3/MP4播放機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等。預(yù)計(jì)用不了幾年，F(xiàn)lash Memory還將徹底取代移動(dòng)硬盤(pán)（HDD），并出現(xiàn)在工業(yè)、軍事等其它領(lǐng)域。