存储器这个小话题（3）

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外部存储器的分类

说完了内部存储器， 现在来说说外部存储器吧。 在《存储器这个小话题（2）》一文中我们将外部存储器分为了磁表面存储器， 光存储器和快闪存储器。 在计算机存储器系统中机械硬盘是我们最常见的磁表面存储器。 磁带一般用作放音机的存储介质， 而且只能存储声音， 现在基本被淘汰了（貌似在初高中教学中还是比较常用， 万恶的英语听力）。 软盘是老古董了， 是比较早的可移动存储介质， 容量一般在 MB 级别， 现在被 U 盘、 光盘等大容量移动介质所代替。 光存储器中最为常见的就是光盘了。 由于网络的发展， 互联网速度大大提升， 很多资源可以通过网络下载的方式进行。 而光盘比起移动U盘来说， 不便携带， 刻录繁琐。 所以光盘肯定会逐渐被淘汰， 不过由于成本较低， 目前的使用还是比较广泛的。 快闪存储器是我们现在最常见的存储器， U盘、 SSD、 TF/SD卡、 游戏机的卡带等等都属于快速存储器（Flash Memory/Storage）。

快闪存储器是什么？

快闪存储器（Flash Memory）是电子的（固态）电可擦除和重新编程非易失性存储器， 从技术上它是 EEPROM 的一种， 由日本东芝（Toshiba） 于 1984 年提出。 在早期的叫法当中， 会有人把 Flash Memory 称为 Flash ROM （或者 Flash EEPROM）， 正是因为其发展于 EEPROM 并具有 EEPROM 的一些特点， 所以从某种角度上也可以理解为什么一些手机厂商会把手机内置的闪存器称为ROM。 不过由于 Flash Memory 的发展， 它在存储器领域逐渐开始取代 EEPROM，并且自成一个体系。所以现在很少把它称为 Flash ROM。

快闪存储器的分类

Flash Memory 主要分为两类： Nor Flash 和 Nand Flash。 分别由 Intel 公司于 1988 年和日本日立公司于 1989 年投入市场。另外还有一种叫 AG-AND FLASH， 不过由于生产技术和成本等原因， 一直没有在市场上流通。

Nor Flash 

Nor Flash 用作内部存储器（并不是所有的 Flash Memory 都是外部存储器， 我把它放到这里讲主要是因为它是Flash 的一种），拥有 RAM 随机访问的特点并且具有完整的数据总线和地址总线。 它与 CPU 通过总线直接连接， 支持位寻址， 所以 CPU 可以通过取指令执行 Nor Flash 内部的程序， 而无需拷贝到 RAM 当中执行， 即芯片内执行（XIP, eXecute In Place）。不过相应的它的容量很小， 价格也比较昂贵。 擦除 NOR 器件时以 64～128 KB 的块（Block）进行的， 执行一个写入 / 擦除操作的时间为 5 s。在嵌入式系统中， 它主要用于存储启动程序（BootLoader，类似于PC机中的BIOS）， 在用途上很像EEPROM。

Nand Flash

剩下的一大类是 Nand Flash， Nand Flash 是目前最为常见的外部存储器。不同于 Nor Flash， Nand Flash 使用了数据总线和地址总线分时复用的 I / O 接口。 在存取方式上， Nand Flash 无法进行位寻址， 而是通过页（Page）方式对数据进行存取， 一页通常为 512byte 的倍数大小。 比起 Nor Flash， Nand Flash 的数据写入速度更快， 读取速度要慢一些。 Nand Flash 同样使用块擦除（Block Erasure）， 一个块大小约为 8～32 KB， 执行与 Nor Flash相同的操作最多只需要 4 ms， Nand Flash 相较于 Nor Flash 来说成本很低， 体积更小， 容量更大， 具有更多的擦写次数。 因此它的使用要比 Nor Flash 更加广泛， 通过 Nand Flash 芯片＋主控芯片＋接口的组合就构成了生活中各种各样的快闪存储器。 譬如 U 盘、 TF 卡/ SD 卡 / MMC卡、 SSD、 OneNand / MoviNand / iNand、 记忆棒（Memory Stick）等。

SLC、 MLC 和 TLC

关于 Nand Flash 我们还常见到这几个名词： SLC（Single-Level Cell， 单层单元）、 MLC（Multi-Level Cell，多层单元）以及 TLC （Triple-Level Cell， 三层单元）。 这是 Nand Flash 存储器使用的几种存储模式， SLC 在寿命和性能方面拥有独特的优势， 不过需要更好的工艺制程才能拥有较大的容量， 价格比较昂贵。而 MLC 虽然在容量方面有先天的优势， 但在速度和寿命方面存在先天的不足。 所以 SLC 用在不计成本追求速度和可靠性的企业级产品中， MLC 更适合在消费级产品中， 市场上见的最多的就是 MLC 的 Nand Flash。 而 TLC 的性能比 MLC 还要差一大截， 但是好在更便宜， 使用 TLC 技术制作的 U 盘在市场上也很常见。

2017 年 1 月 30 日

Kilento