FLASH、eMMC、SATA、SSD、ROM、RAM、Cache概念对比解析

本文深入解析了快闪存储器(Flash Memory)的技术原理,包括NOR Flash与NAND Flash的区别,以及eMMC的特性和应用。对比了不同类型的闪存在容量、成本与可靠性方面的表现,同时介绍了SSD与SATA在存储领域的应用。

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Flash(快闪存储器)

快闪存储器(英语:Flash Memory),是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式,允许在操作中被多次擦或写的存储器。这种科技主要用于一般性数据存储,以及在电脑与其他数字产品间交换传输数据,如储存卡与U盘。闪存是非易失性的存储器,所以单就保存数据而言, 它是不需要消耗电力的。

与硬盘相比,闪存也有更佳的动态抗震性。这些特性正是闪存被移动设备广泛采用的原因。闪存还有一项特性:当它被制成储存卡时非常可靠,即使浸在水中也足以抵抗高压与极端的温度。闪存的写入速度往往明显慢于读取速度。

NOR Flash

需要很长的时间进行抹写,但是它提供完整的寻址与数据总线,并允许随机存取存储器上的任何区域,这使的它非常适合取代老式的ROM芯片。

NAND Flash

要在NandFlash上面读写数据,要外部加主控和电路设计。。NAND Flash具有较快的抹写时间, 而且每个存储单元的面积也较小,这让NAND Flash相较于NOR Flash具有较高的存储密度与较低的每比特成本。同时它的可抹除次数也高出NOR Flash十倍。然而NAND Flash 的I/O接口并没有随机存取外部地址总线,它必须以区块性的方式进行读取,NAND Flash典型的区块大小是数百至数千比特。NAND Flash比较像光盘、硬盘这类的次级存储设备。NAND Flash非常适合用于储存卡之类的大量存储设备。

eMMC

eMMC (Embedded Multi Media Card) 为MMC协会所订立的,eMMC 相当于 NandFlash+主控IC ,对外的接口协议与SD、TF卡一样,主要是针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。eMMC的一个明显优势是在封装中集成了一个控制器,它提供标准接口并管理闪存,使得手机厂商就能专注于产品开发的其它部分,并缩短向市场推出产品的时间。这些特点对于希望通过缩小光刻尺寸和降低成本的NAND供应商来说,同样的重要。

eMMC由一个嵌入式存储解决方案组成,带有MMC(多媒体卡)接口、快闪存储器设备(Nand Flash)及主控制器,所有都在一个小型的BGA 封装。接口速度高达每秒52MBytes,eMMC具有快速、可升级的性能。同时其接口电压可以是 1.8v 或者是 3.3v。

对比

容量和成本对比  

相比起NandFlash来说,NorFlash的容量要小,一般在1~16MByte左右,一些新工艺采用了芯片叠加技术可以把NorFlash的容量做得大一些.在价格方面,NorFlash相比NandFlash来说较高,如目前市场上一片4Mbyte的AM29lv320 NorFlash零售价在20元左右,而一片128MByte的k9f1g08 NandFlash零售价在30元左右.  NandFlash生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,这样也就相应地降低了价格.

可靠性性对比  

NandFlash器件中的坏块是随机分布的,以前也曾有过消除坏块的努力,但发现成品率太低,代价太高,根本不划算.Nand器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用.在已制成的器件中,如果通过可靠的方法不能进行这项处理,将导致高故障率。而坏块问题在NorFlash上是不存在的.在Flash的位翻转(一个bit位发生翻转)现象上,NAND的出现几率要比NorFlash大得多.这个问题在Flash存储关键文件时是致命的,所以在使用NandFlash时建议同时使用EDC/ECC等校验算法.

SATA与SSD

SSD就是固态硬盘,相对于eMMC单芯片来说,SSD相当于一个存储阵列,也是通过块存储的,相对于SATA机械硬盘的有点就是读写速度块,防震效果好(因为机械硬盘是磁头读写)。同时缺点就是相对于SATA同等存储量的情况下价格高,可读写次数要少很多(一般十万次左右),数据存在易失性,一些重要的数据要么通过备份方式,要么就存储在SATA上。

而上述的SATA与SSD都是属于存储设备,而针对我们的PC电脑还有ROM、RAM、Cache等的概念,ROM(只读存储器)一般为存储BIOS等不需要被修改的电脑基本程序内容;RAM(随机存储器)也就是我们所说的内存条,一边存放暂时的数据,比如文档编辑时的数据存储再RAM上直到我们点击保存文件数据就会写入到存储设备硬盘上;Cache(高速缓冲存储器)位于CPU与内存之间,是比RAM读写速度更快的设备CPU读写的数据都放到这里,而不是慢一些的RAM。

 

### EMMCFlash的区别及应用场景 #### 一、基本概念 EMMC(Embedded Multi-Media Card)是一种嵌入式的存储解决方案,它不仅包含了NAND Flash作为存储介质,还集成了一个控制器来管理数据的读写操作。而Flash通常指的是裸片形式的NAND Flash或NOR Flash,不包含额外的控制逻辑。 #### 二、结构差异 - **EMMC**: 它由NAND Flash芯片和控制器组成,封装成单一模块。这种设计简化了主机系统的复杂性,因为所有的错误校正和其他低级功能都由内部控制器处理[^2]。 - **Flash**: 特指原始的NAND Flash或者NOR Flash,缺乏内置控制器支持。这意味着使用这类器件时,外部处理器必须承担起诸如坏块管理、磨损均衡等功能的任务[^1]。 #### 三、访问方式对比 - 对于**NAND Flash**, 数据是以页(Page)为单位进行存取,并且最小擦除单位是块(Block),无法像RAM那样逐字节地修改内容[^2]。 - 相反,**NOR Flash**允许随机访问单个字节的数据, 这种特性使其成为运行代码的理想选择[^2]. - 而**eMMC**则进一步抽象化了底层细节, 向用户提供了一个类似于文件系统接口的操作环境, 大幅提升了使用的便捷性和效率[^2]. #### 四、性能表现 - 在顺序读/写方面,NAND类型的组件(包括纯NAND Flash以及基于它的eMMCs)普遍表现出色;然而当涉及到大量的小规模I/O请求时,eMMC凭借其优化后的算法往往能提供更佳的整体体验[^3]. - NOR Flash尽管拥有较快的初始加载时间,但在持续传输大数据流的能力上逊色不少. #### 五、可靠性和寿命考量 - eMMC通过集成先进的纠错机制延长了产品的实际使用寿命. - 单独考虑NAND/NOR Flash的话,则需依赖外设实现类似的保护措施,增加了开发难度同时也可能影响最终效果的好坏程度[^1]. #### 六、功耗分析 一般来说,eMMC方案能够在一定程度上减少整体能耗水平,这是因为专用硬件可以更加高效地理顺各项任务流程所致. #### 七、典型应用领域划分 | 存储类型 | 应用实例 | | --- | --- | | **eMMC** | 智能手机和平板电脑中的主内存配置 | | **NAND Flash** | USB记忆棒,Solid State Drives(SSDs),相机卡等大容量需求场所 | | **NOR Flash** | Bootloader存放区域,BIOS更新包载体 | --- ```python # 示例代码展示如何区分不同类型闪存设备 def identify_storage_type(device_info): if 'controller' in device_info and 'nand' in device_info: return "This is likely an eMMC." elif 'raw nand' in device_info.lower(): return "Detected as raw NAND Flash without controller." elif 'nor' in device_info.lower(): return "Identified as NOR Flash due to byte-addressable feature." else: return "Unknown storage type." example_device = {"info": "Integrated Controller with Raw NAND"} print(identify_storage_type(example_device['info'])) ``` 问题
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