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全面认识NORflash和NANDflash存储器
来源:本站整理  作者:佚名  2015-02-26 07:46:12

    二、存储数据原理简介
    NOR和NAND闪存都是用三端器件作为存储单元,三端分别为源极、漏极和栅极,与场效应管的工作原理相同,主要是利用电场的效应来控制源极与漏极之间的通断,栅极的电流消耗极小。不同的是,场效应管为单栅极结构,而FLASH为双栅极结构,在栅极与硅衬底之间增加了一个浮置栅极,如图3所示。浮置栅极是由氮化物夹在两层二氧化硅材料之间构成的,中间的氮化物就是可以存储电荷的电荷势阱。

    向闪存写人数据的过程就是向电荷势阱注入电荷的过程,写入数据有两种技术,热电子注人(hotelectromnjection)和F-N隧道效应(FowlerNordheimtunneling ),前一种是通过源极给浮栅充电,后一种是通过硅基层给浮栅充电。NOR闪存是通过热电子注人方式给浮栅充电,而NAND闪存则是通过F-N隧道效应给浮栅充电。
    在写入新数据之前,必须先将原来的数据擦除,这点跟硬盘不同,也就是将浮栅的电荷放掉,这两种FLASH都是通过F-N隧道效应放电。这两种FLASH向浮栅中注人电荷表示写入数据“0”,没有注人电荷表示写人数据“1”。所以,对FLASH清除数据是写“1”,这与硬盘正好相反。
    对于浮栅中有电荷的单元来说,由于浮栅的感应作用,在源极和漏极之间将形成带正电的空间电荷区,这时无论控制极上有没有施加偏置电压,晶体管都将处于导通状态。对于浮栅中没有电荷的晶体管来说,只有当控制极上施加有适当的偏置电压,在硅基层上感应出电荷,源极和漏极才能导通,也就是说在没有给控制极施加偏置电压时,晶体管是截止的。如果晶体管的源极接地而漏极接位线,在无偏置电压的情况下,检测晶体管的导通状态就可以获得存储单元中的数据,如果位线上的电平为低,说明晶体管处于导通状态,读取的数据为“0”,如果位线上为高电平,则说明晶体管处于截止状态,读取的数据为“1”。由于控制栅极在读取数据的过程中,所加的电压较小或根本不加电压,不足以改变浮置栅极中原有的电荷量,所以读取操作不会改变FLASH中原有的数据。

    三、连接和编址方式
    两种FLASH具有相同的存储单元,工作原理也一样,为了缩短存取时间,并不是对每个单元进行单独的存取操作,而是对一定数量的存取单元进行集体操作,为了对全部的存储单元进行有效管理,必须对存储单元进行统一编址。
    NOR闪存的各单元之间是并联的,每个存储单元以并联的方式连接到位线,以方便对每一位进行随机存取。另外,NOR闪存带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,具有专用的地址线,可以实现一次性直接寻址,可以很容易地读取其内部的每一个字节,能有效地缩短FLASH对处理器指令的执行时间。
    NAND闪存的存储单元之间是串联的,全部存储单元分为若干个块,每个块又分为若干页,每页是512B,就是512个8位数(bit),就是说每个页有512条位线,每条位线下有8个存储单元,每页存储的数据正好跟硬盘的一个扇区存储的数据相同,这是为了方便与磁盘进行数据交换而特意设计的。也就是说,NAND闪存可以取代硬盘或其他块设备。
    在读取数据时,当字线和位线锁定某个晶体管时,该晶体管的控制极不加偏置电压,其他的7个都加上偏置电压而导通,如果这个晶体管的浮栅中有电荷就会导通使位线为低电平,读出的数就是0,反之就是1。
    在实际应用中,CPU可以像普通存储器那样连接NOR闪存,并可以在上面直接运行代码,非常方便。而对于NAND闪存,因需要I/O接口,加之NAND闪存的数据的读取方法因厂家而异,所以在使用NAND闪存时,必须先写人驱动程序,才能继续执行其他操作。

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