由于寻址方式的不同也造成了寻址能力差异。NOR的寻址与DRAM几乎相同,因此可以实现快速的随机寻址,速度大约在50至80纳秒(ns)。而NAND虽然可以以字节或字(Word,一般用于16bit的芯片上)为单位寻址,但传输的单位是页,所以要经过页面寄存器(因为NAND晶体管的串联架构使读出放大器的信号会非常微弱,所以要用寄存器进行稳定输入)进行传输,从数据输往寄存器到寄存器开始通过I/O端口传输数据,首页周期一般在20至25微秒(us,1us=1000ns)之间。可见,NOR的随机访问能力是NAND所不能比拟的。也正是因为这一点,使得NOR闪存具备了XIP功能(eXecute In Place,本地执行),可以执行代码程序,NAND由于随机寻址速度太慢,显然不能担此重任。
在擦除操作方面,NAND以块为单位进行整体擦除,NOR的擦除单位也是按区域进行(这是闪存的一个重要特征),但这个区域一般要比NAND的块大(NOR厂商对擦除区域一般除了称之为块外,还有Sector的叫法),基本为64或128KB。而NAND的块最大为64KB(4Gbit芯片),一般为16KB,这意味着NOR要擦除的容量要比NAND更大。另外,在擦除操作上NOR要比NAND更繁琐(要先将块内的数据重置为“0”)。这样,在擦除速度上,NAND就要明显占优势。NOR的擦除时间大约在0.6至5秒钟,而NAND在则在2毫秒(ms),可见差距之大。由于在闪存的写入必须要在空白或已经擦除的区域里进行,所以擦除后写的操作十分普遍,尤其是在进行文件更新时更是如此,所以在写入性能上,NOR相对于NAND就居于劣势。
在读取速度上,由于NOR与NAND都支持连续读取(NOR称之为突发读取/传输,NAND只是在第一页面的读取时延迟较大,连续起来后就不受寄存器中转的影响了),所以速率主要取决于工作频率,目前NAND的主流工作频率在20-33MHz之间,NOR方面则要更高一些,目前已经有74MHz甚至更高频率的NOR闪存出现。因此,在读取性能方面,NOR目前占有一定的优势。
小提示:NAND闪存增加页面和块容量的目的
NAND闪存的读取写入的容量单位都是页,从NAND的结构上看,扩大页容量并不是为了满足总容量的扩展,页面数量的增多虽然会增大寻址的信息,但只需增加寻址信息的传输周期即可解决,因此增加页面和块容量主要是出于对性能的考虑。在新一代大容量NAND闪存中,2KB的页面容量已经标准化,那么其相对于小页面容量有什么性能上的优势呢?下面我们就来分析一下。
1、读取性能
NAND的读取步骤是,发送命令和寻址信息——将数据传向页面寄存器——数据从寄存器通过I/O端口传出。2KB页面容量时的计算公式为:
6 cycles(寻址周期,命令+地址信息) x 50ns(每一周期用时) + 25 µs(而数据传向寄存器用时) + 2112 cycles(2112字节所需要的传输周期) x 50ns(每周期用时)= 131 µs。
折合有效带宽:2112字节/131 µs=16.1MB/s
512字节页面容量时的结果如下:
4cycles(寻址周期,命令+地址信息) x 50ns(每一周期用时) + 25 µs(而数据传向寄存器用时) +528 cycles(528字节所需要的传输周期) x 50ns(每周期用时) = 51.6 µs。
折合有效带宽:528字节/51.6µs=10.2MB/s。
可见,2KB容量时,读取时的有效带宽是512字节时的1.6倍。
2、写入性能
NAND的写步骤是,发送寻址信息——将数据传向页面寄存器——发送命令信息——数据从寄存器写入相关的页面。2KB页面容量时的计算公式为:
5 cycles x 50ns(寻址周期) + 2112 cycles(2112字节所需要的传输周期) x 50ns(每周期用时)+ 1 cycle (命令传输)x 50ns(每一周期用时)+ 200µs (页写入周期)= 306 µs。
折合有效带宽:2112字节/306µs=6.9MB/s
512字节页面容量时的结果如下:
3 cycles(寻址周期) x 50ns(每一周期用时) +528 cycles(528字节所需要的传输周期) x 50ns(每周期用时)+ 1 cycle (命令传输)x 50ns(每一周期用时)+200µs(页写入周期)= 226.6 µs。
折合有效带宽:528字节/226.6 µs=2.3MB/s。
可见,2KB容量时,读取时的有效带宽是512字节时的3倍。
3、擦除性能
NAND的擦除步骤是,发送命令和块地址信息——进行擦除。2KB和512字节页面容量时的计算公式为:
4 cycles(命令+地址信息传输周期) x 50ns(每周期用时)+ 2ms(块擦除用时)= 2ms
此时,2KB时块容量为128KB(一块包含64个页面),512字节的块容量是16KB(一块包含32个页面)。
2KB时的擦除速度为:128KB/2ms=64MB/s
512字节时的擦除速度为:16KB/2ms=8MB/s
两者相差了8倍。由此可见,大容量的NAND闪存通过采用大页面容量和大容量块的设计,在性能较以往产品有了明显的提升。
另外需要指出的是,位宽的提高也会起到扩展带宽的效果(这一点NOR也适用),上述的性能分析是以8bit位宽产品为例,如果换成16bit,2KB页面容量时读、写的带宽就分别变为:27MB/s和8.3MB/s,也因此成为了那些高速高容量闪存卡的首选!
本文转自存储时代 作者:赵效民
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