【FLASH存储器系列四】NAND和NOR两种Flash的本质区别是什么？-Toy模板网

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1 Nand 和Nor的区别

2 从存储原理上分析这些区别的原因

1、为什么nor flash的读取速度比nand flash要稍快？

2、为什么nand flash的容量比nor flash更大？

3、为什么flash的写入操作之前，必须要先进行擦除？

4、为什么nor的擦除速度比nand慢这么多？

5、为什么nor flash的可擦除次数低于nand flash？

6、为什么nand flash的写入速度比nor flash要快？

7、为什么NOR flash可以支持XIP，Nand flash不可以？

1 Nand 和Nor的区别

下表是从各个维度列举的两种flash的区别：

	NOR flash	NAND flash
时间	Intel于1988年首先开发出NORf1ash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。	1989年，东芝公司发表了NAND f1ash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。
特点	1、存储少量代码 2、芯片内执行，程序可以直接在flash闪存内运行，不必把代码读到系统RAM中 3、传输效率高，在1、4MB小容量时具有很高的成本效益 4、读取速度快，写入和擦除速度低	1、高数据存储密度 2、读速度慢，写入和擦除速度快 3、flash的管理需要特殊的系统接口 4、NandFlash没有挂接在地址总线上，如果想用NandFlash作为系统的启动盘，就需要CPU具备特殊的功能，如s3c2410在被选择为NandFlash启动方式时会在上电时自动读取NandFlash的4k数据到地址0的SRAM中。如果CPU不具备这种特殊功能，用户不能直接运行NandFlash上的代码，那可以采取其他方式，比如好多使用NandFlash的开发板除了使用NandFlash以外，还用上了一块小的NorFlash来运行启动代码。
性能比较	flash闪存是非易失性存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何f1ash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。 1、擦除操作：NAND器件执行擦除操作是十分简单的，NOR要求在进行擦除前首先要将目标块内所有的位都写为0。 2、执行擦除时的块尺寸/速度：擦除NOR器件时，以64KB，128KB的块执行，执行一个写入/擦除操作的时间为5S。擦除NAND器件时，以8KB，32KB的块进行，执行操作最多只需要4ms。 3、NOR的读速度比NAND稍快一些。 4、NAND的写入速度比NOR快很多。 5、NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。 6、NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。 7、在应用中，NOR flash由于功能丰富，不需要其他的软件支持，就可以被系统直接寻址，并在内部直接运行操作代码。而NAND flash的功能相对简单，通常需要搭配相应的控制芯片和驱动程序，才能对其进行操作。
接口差别	1、NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易的存取内部的每一个字节； 2、升级麻烦，不同容量的NorFlash的地址线需求不一样，在更换不同容量的NorFlash芯片时不方便（当下的串行接口的器件已经没有这个问题了）。	1、NAND flash使用复杂的I/O口来串行地址存取数据，8个引脚用来控制传送控制、地址和数据信息； 2、NAND读和写操作采用512字节的块，类似硬盘管理的操作，基于NAND的存储器可以取代硬盘或其他块设备。 3、接口固定，升级简单。
容量和成本	1、1MB~16MB，成本较高。	1、8MB~128MB（现在还有更大的） 2、NAND的单元尺寸是NOR的一半，生产过程简单，价格低。
寿命(耐性)	NOR flash的每个块的擦写次数是10万次	NAND flash每个块的最大擦写次数是100万次
坏块处理	冗余比特替换，是指在芯片设计时，每组存储单元会有若干个冗余比特，当该组存储单元存在失效的比特，就可以用冗余比特加以替换。冗余比特替换的方法常用于NOR flash中。当失效的比特很多且连续时，失效的比特所在的区域会被认识是集体失效。在NOR flash中，失效的区域通常也会被冗余的存储单元块替换掉。	NAND的坏块是随机分布的，错误检查和纠正（ECC），是指芯片中每组存储单元会有若干个比特用做数据的校验，当该组存储单元存在失效的比特则通过相应的数据校验算法，还原中真实的数据。错误检查和纠正的方法常用于NAND flash中。当失效的比特很多且连续时，失效的比特所在的区域会被认识是集体失效。在NAND flash中，失效的区域会被标记为不可用。
serial flash	现在有些芯片为了减少启动引脚，可以采用QSPI serial flash作为启动存储器。其采用spi/qspi 的方式进行串行的读取数据，减小引脚消耗。这个只是通信方式的改变，其内部结构一般还是nor flash或者nand flash

2 从存储原理上分析这些区别的原因

1、为什么nor flash的读取速度比nand flash要稍快？

首先nor flash的每个存储单元是直接连接在位线和字线上的，相当于每个单元时独立的，而nand flash的存储单元时串联的，要访问其中某个单元时，这个串联中的其他晶体管要全部导通，才能正确访问到被访问的单元，所以nor flash的读取速度比nand flash要稍快。

2、为什么nand flash的容量比nor flash更大？

由于阵列的连接方式区别，nor flash的版图开销更大，所以nor flash的容量一般不大，一般几兆、几十兆，而nand flash在本身阵列面积开销小的优势下，还可以进行3D堆叠，容量可以做得很大，甚至几T，一般固态硬盘里使用的就是大容量的nand flash。关于3D nand的实现，大家可以到B站学习一下硬件茶谈的某期视频。

3、为什么flash的写入操作之前，必须要先进行擦除？

flash的写入操作之前，必须要先进行擦除。因为flash只能将1写为0，不能将0写为1，写1，也就是将存储单元中的中的电子拉出来，需要通过擦除操作处理。

4、为什么nor的擦除速度比nand慢这么多？

网上找到的说法为：由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s ，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。我理解擦除的块大小相差几倍，而相应的时间却相差几千倍，这有点不合理，块的大小可能是一个影响因素，但我觉得根本原因还得从存储单元的擦除原理来解释。Nor flash擦除是以栅源之间的隧穿效应实现，隧穿通道比较集中，通道较小，而nand flash擦除以栅极和衬底之间的隧穿效应实现，隧穿通道更大，隧穿更分散，更容易完成电子隧穿，所以擦除时间更短。

5、为什么nor flash的可擦除次数低于nand flash？

由于nor flash擦除时隧穿通道集中，所以此处的隧道氧化层更容易在多次电子隧穿后损坏，所以nor flash的擦除次数一般十万次等级，而nand flash由于分散隧穿，它的氧化层寿命更长，一般在一百万次等级。同时热电子注入对氧化层的损伤又比FN隧穿要大，这也是nor寿命不及nand的一个原因。这条是我的猜测，大家自行甄别。

6、为什么nand flash的写入速度比nor flash要快？

nand flash的写入速度比nor flash要快，原因是nand flash采用FN隧穿效应进行写入，而nor flash采用的是热电子注入，隧穿比热电子注入的速度更快。

7、为什么NOR flash可以支持XIP，Nand flash不可以？

我的理解是Nand flash也可以支持XIP，只是做起来麻烦点罢了。网上的说法是nor flash有类似SRAM的接口，CPU可以直接从nor flash中取指，不用将数据拷贝到内存，然后直接译码执行，而nand flash由于地址和数据共用IO，需要有专门的nand flash控制器和驱动程序才能进行读写，同时nand flash由于容易发生位翻转的，需要以页为单位做ECC校验，所以nand flash的读操作是以页为单位，而程序可能并不是连续存放在页中，这样读就会出错。但是我个人理解，如果CPU硬件把nand 控制器已经做好了，且flash中的数据是按既定数据写进去的，同时flash在程序数据端没有坏块，他也是可以支持XIP的。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-828283.html

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