NORSRAMSDRAMNAND结构和容量计算.docx

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NORSRAMSDRAMNAND结构和容量计算

NORflash，NANDflash，SDRAM构造和容量分析

1.NORflash构造和容量分析

例如：

HY29LV160。

引脚分别如图：

HY29LV160有20根地址线，16位的数据线。

所以：

容量=220（地址线）X16（数据位数）bit

=1MX16bit=1MX2B

=2MB

2.SRAM简单介绍

SRAM是英文StaticRAM的缩写，它是一种具有静止存取功能的存，不需要刷新电路即能保存它部存储的数据。

　SRAM不需要刷新电路即能保存它部存储的数据。

而DRAM〔DynamicRandomAccessMemory）每隔一段时间，要刷新充电一次，否那么部的数据即会消失，因此SRAM具有较高的性能，但是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，一样容量的DRAM存可以设计为较小的体积，但是SRAM却需要很大的体积，且功耗较大。

所以在主板上SRAM存储器要占用一局部面积。

SRAM一种是置于CPU与主存间的高速缓存，它有两种规格：

一种是固定在主板上的高速缓存〔CacheMemory〕；另一种是插在卡槽上的COAST〔CacheOnAStick〕扩大用的高速缓存，另外在CMOS芯片1468l8的电路里，它的部也有较小容量的128字节SRAM，存储我们所设置的配置数据。

还有为了加速CPU部数据的传送，自80486CPU起，在CPU的部也设计有高速缓存，故在PentiumCPU就有所谓的L1Cache〔一级高速缓存〕和L2Cache〔二级高速缓存〕的名词，一般L1Cache是建在CPU的部，L2Cache是设计在CPU的外部，但是PentiumPro把L1和L2Cache同时设计在CPU的部，故PentiumPro的体积较大。

最新的PentiumII又把L2Cache移至CPU核之外的黑盒子里。

SRAM显然速度快，不需要刷新的操作，但是也有另外的缺点，就是价格高，体积大，所以在主板上还不能作为用量较大的主存。

　现将它的特点归纳如下：

◎优点，速度快，不必配合存刷新电路，可提高整体的工作效率。

◎缺点，集成度低，功耗较大，一样的容量体积较大，而且价格较高，少量用于关键性系统以提高效率。

◎SRAM使用的系统：

○CPU与主存之间的高速缓存。

○CPU部的L1／L2或外部的L2高速缓存。

○CPU外部扩大用的COAST高速缓存。

○CMOS146818芯片〔RT＆CMOSSRAM〕。

主要用途：

SRAM主要用于二级高速缓存（Level2Cache）。

它利用晶体管来存储数据。

与DRAM相比，SRAM的速度快，但在一样面积中SRAM的容量要比其他类型的存小。

SRAM

SRAM的速度快但昂贵，一般用小容量的SRAM作为更高速CPU和较低速DRAM之间的缓存〔cache〕.SRAM也有许多种，如AsyncSRAM（AsynchronousSRAM,异步SRAM）、SyncSRAM（SynchronousSRAM,同步SRAM）、PBSRAM（PipelinedBurstSRAM,流水式突发SRAM），还有INTEL没有公布细节的CSRAM等。

　　根本的SRAM的架构如图1所示，SRAM一般可分为五大局部:

存储单元阵列（corecellsarray），行/列地址译码器（decode），灵敏放大器（SenseAmplifier），控制电路（controlcircuit），缓冲/驱动电路（FFIO）。

SRAM是静态存储方式，以双稳态电路作为存储单元，SRAM不象DRAM一样需要不断刷新，而且工作速度较快，但由于存储单元器件较多，集成度不太高，功耗也较大。

3.SDRAM构造和容量分析

●SDRAM根底知识

SDRAM:

SynchronousDynamicRandomAccessMemory,同步动态随机存取存储器。

同步是指Memory工作需要步时钟，部的命令的发送与数据的传输都以它为基准。

动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丧失。

随机是指数据不是线性依次存储，而是由指定地址进展数据读写。

SDRAM从开展到现在已经经历了四代，分别是：

第一代SDRSDRAM，第二代DDRSDRAM，第三代DDR2SDRAM，第四代DDR3SDRAM.

第一代与第二代SDRAM均采用单端〔Single-Ended〕时钟信号,第三代与第四代由于工作频率比拟快，所以采用可降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。

SDRSDRAM的时钟频率就是数据存储的频率，第一代存用时钟频率命名，如pc100，pc133那么说明时钟信号为100或133MHz，数据读写速率也为100或133MHz。

之后的第二，三，四代DDR〔DoubleDataRate〕存那么采用数据读写速率作为命名标准，并且在前面加上表示其DDR代数的符号，PC-即DDR，PC2=DDR2，PC3=DDR3。

如PC2700是DDR333，其工作频率是333/2=166MHz，2700表示带宽为2.7G。

DDR的读写频率从DDR200到DDR400，DDR2从DDR2-400到DDR2-800，DDR3从DDR3-800到DDR3-1666。

例如：

HY57V641620：

HY57V641620引脚分布：

●HY57V641620有12根地址线。

但要注意：

SDRAM的行地址和列地址是公用这12根地址线的。

行地址：

A11~A0，列地址：

A7~A0。

RAS#行地址锁存有效时，地址为行地址，A11~A0。

CAS#列地址锁存有效时，地址为列地址，A7~A0。

●HY57V641620有两个Bank地址。

AB1,BA0.用于片4个组BanK的选择。

●HY57V641620有16位数据总线：

DQ15~DQ0。

所以HY57V641620的容量计算公式是：

容量=212（行地址）X28（列地址）X16（数据位数）X22（片bank数）bit

=220X16X4bit

=1MX2X4Byte

=8MB

4.NANDflash构造和容量分析

●NANDFLASH和NORFLASH的区别

NANDFLASH在对大容量的数据存储需要中日益开展，到现今，所有的数码相机、多数ＭＰ３播放器、各种类型的Ｕ盘、很多PDA里面都有NANDFLASH的身影。

1.Flash的简介

NORFlash：

程序和数据可存放在同一片芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线，能快速随机地读取，允许系统直接从Flash中读取代码执行，而无需先将代码下载至ＲＡＭ中再执行

可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片执行擦除操作，在对存储器进展编程之前需要对块或整片进展预编程和擦除操作。

NANDFLASH

以页为单位进展读写操作，1页为256B或512B；以块为单位进展擦除操作，1块为4KB、8KB或16KB。

具有快编程和快擦除的功能

数据、地址采用同一总线，实现串行读取。

随机读取速度慢且不能按字节随机编程

芯片尺寸小，引脚少，是位本钱〔bitcost〕最低的固态存储器

芯片存储位错误率较高，推荐使用ECC校验，并包含有冗余块，其数目大概占1%，当某个存储块发生错误后可以进展标注，并以冗余块代替

Samsung、TOSHIBA和Fujistu三家公司支持采用NAND技术NANDFlash。

目前，Samsung公司推出的最大存储容量可达8Gbit。

NAND主要作为SmartMedia卡、CompactFlash卡、PCMCIAATA卡、固态盘的存储介质，并正成为Flash磁盘技术的核心。

2.NANDFLASH和NORFLASH的比拟

1）性能比拟

flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进展擦写和再编程。

任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元进展，所以大多数情况下，在进展写入操作之前必须先执行擦除。

NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR那么要求在进展擦除前先要将目标块所有的位都写为0。

由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进展的，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的块进展的，执行一样的操作最多只需要4ms。

执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距，统计说明，对于给定的一套写入操作（尤其是更新小文件时），更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进展。

这样，中选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。

　　●NOR的读速度比NAND稍快一些。

　　●NAND的写入速度比NOR快很多。

　　●NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。

　　●大多数写入操作需要先进展擦除操作。

　　●NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

2）接口差异

NORflash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其部的每一个字节。

NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，共用8位总线〔各个产品或厂商的方法可能各不一样〕。

8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。

NAND读和写操作采用512字节的页和32KB的块为单位，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。

3）容量和本钱

NANDflash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND构造可以在给定的模具尺寸提供更高的容量，也就相应地降低了价格，大概只有NOR的十分之一。

NORflash占据了容量为1～16MB闪存市场的大局部，而NANDflash只是用在8～128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFlash、SecureDigital、PCCards和MMC存储卡市场上所占份额最大。

4）可靠性和耐用性

采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。

对于需要扩展MTBF的系统来说，Flash是非常适宜的存储方案。

可以从寿命（耐用性）、位交换和坏块处理三个方面来比拟NOR和NAND的可靠性。

在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。

NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势，典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍，每个NAND存储器块在给定的时间的删除次数要少一些。

5）位交换〔错误率〕

所有flash器件都受位交换现象的困扰。

在某些情况下（很少见，NAND发生的次数要比NOR多），一个比特位会发生反转或被报告反转了。

一位的变化可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导致系统停机。

如果只是报告有问题，多读几次就可能解决了。

当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正（EDC/ECC）算法。

位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供给商建议使用NAND闪存的时候，同时使用EDC/ECC算法。

这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。

当然，如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。

6）坏块处理

NAND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器件需要对介质进展初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。

现在的FLSAH一般都提供冗余块来代替坏块如发现某个块的数据发生错误〔ECC校验〕，那么将该块标注成坏块，并以冗余块代替。

这导致了在NANDFlash中，一般都需要对坏块进展编号管理，让每一个块都有自己的逻辑地址。

7）易于使用

可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。

由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。

各种NAND器件的存取方法因厂家而异。

在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。

向NAND器件写入信息需要相当的技巧，因为设计师绝不能向坏块写入，这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进展虚拟映射。

8）软件支持

当讨论软件支持的时候，应该区别根本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件，包括性能优化。

在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进展同样操作时，通常需要驱动程序，也就是存技术驱动程序（MTD），NAND和NOR器件在进展写入和擦除操作时都需要MTD。

使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些，许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件，这其中包括M-System的TrueFFS驱动，该驱动被WindRiverSystem、Microsoft、QNXSoftwareSystem、Symbian和Intel等厂商所采用。

驱动还用于对DiskOnChip产品进展仿真和NAND闪存的管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。

在掌上电脑里要使用NANDFLASH存储数据和程序，但是必须有NORFLASH来启动。

除了SAMSUNG处理器，其他用在掌上电脑的主流处理器还不支持直接由NANDFLASH启动程序。

因此，必须先用一片小的NORFLASH启动机器，在把OS等软件从NANDFLASH载入SDRAM中运行才行。

9）主要供给商

NORFLASH的主要供给商是INTEL,MICRO等厂商，曾经是FLASH的主流产品，但现在被NANDFLASH挤的比拟难受。

它的优点是可以直接从FLASH中运行程序，但是工艺复杂，价格比拟贵。

NANDFLASH的主要供给商是SAMSUNG和东芝，在U盘、各种存储卡、MP3播放器里面的都是这种FLASH，由于工艺上的不同，它比NORFLASH拥有更大存储容量，而且廉价。

但也有缺点，就是无法寻址直接运行程序，只能存储数据。

另外NANDFLASH非常容易出现坏区，所以需要有校验的算法。

Nand-flash存储器是flash存储器的-种，其部采用非线性宏单元模式，为固态大容量存储器的实现提供了廉价有效的解决方案。

Nand-flash存储器具有容量较大，改写速度快，适用于大量资料的存储，因而在业界得到了越来越广泛的应用，如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。

　　存和NOR型闪存的根本存储单元是bit，用户可以随机访问任何一个bit的信息。

而NAND型闪存的根本存储单元是页〔Page〕〔可以看到，NAND型闪存的页就类似硬盘的扇区，硬盘的一个扇区也为512字节〕。

每一页的有效容量是512字节的倍数。

所谓的有效容量是指用于数据存储的局部，实际上还要加上16字节的校验信息，因此我们可以在闪存厂商的技术资料当中看到“〔512+16〕Byte〞的表示方式。

目前2Gb以下容量的NAND型闪存绝大多数是〔512+16〕字节的页面容量，2Gb以上容量的NAND型闪存那么将页容量扩大到〔2048+64〕字节。

　　NAND型闪存以块为单位进展擦除操作。

闪存的写入操作必须在空白区域进展，如果目标区域已经有数据，必须先擦除后写入，因此擦除操作是闪存的根本操作。

一般每个块包含32个512字节的页，容量16KB；而大容量闪存采用2KB页时，那么每个块包含64个页，容量128KB。

每颗NAND型闪存的I/O接口一般是8条，每条数据线每次传输〔512+16〕bit信息，8条就是〔512+16〕×8bit，也就是前面说的512字节。

但较大容量的NAND型闪存也越来越多地采用16条I/O线的设计，如三星编号K9K1G16U0A的芯片就是64M×16bit的NAND型闪存，容量1Gb，根本数据单位是〔256+8〕×16bit，还是512字节。

　　寻址时，NAND型闪存通过8条I/O接口数据线传输地址信息包，每包传送8位地址信息。

由于闪存芯片容量比拟大，一组8位地址只够寻址256个页，显然是不够的，因此通常一次地址传送需要分假设干组，占用假设干个时钟周期。

NAND的地址信息包括列地址〔页面中的起始操作地址〕、块地址和相应的页面地址，传送时分别分组，至少需要三次，占用三个周期。

随着容量的增大，地址信息会更多，需要占用更多的时钟周期传输，因此NAND型闪存的一个重要特点就是容量越大，寻址时间越长。

而且，由于传送地址周期比其他存储介质长，因此NAND型闪存比其他存储介质更不适合大量的小容量读写请求。

　　和磁盘类似，NANDFlash读写数据的根本粒度为页〔page〕，然而读、写数据所需的时间却不一样，一般写入时间是读出的3到10倍。

此外，Flash不允许数据的直接覆盖写，必须首先擦除旧有数据才能写入新的，而擦除的粒度为块〔block〕，通常一个块包含有64个页。

擦除的速度是很慢的，而且每一块的擦除次数也有限，平均为100万次。

下面将给出一个例子来具体说明NANDFlash的特点。

下面是三星K9K8G08U0M芯片的Flash组织构造图。

NANDFlash组织构造图

从图中可以看出，整个Flash的容量为8448Mbit，其中含有8192个物理块，每块包含64个页，每页除了2K的数据区之外，还有64字节的额外空间（又成为OOB）用于存放错误校验码等信息。

除了Flash的主体，我们还可以看到一个一页大小的数据存放器。

事实上，每一次Flash的读写操作都需要使用这个存放器来完成。

例如，读操作实际上分成两个阶段，首先是把指定地址中的整页数据载入到存放器中〔时间为20微秒〕，然后再从存放器输出数据，可以连续输出，也可以根据指定偏移量随机输出，且随机输出的次数不限〔每个字节的输出周期为20纳秒〕；而写操作也分为两个阶段，第一阶段是把数据从外界输入到存放器，可以整页输入，也可以随机输入，且随机输入的次数不限，每字节的输入周期也是20纳秒，第二阶段便是把存放器中的数据固化到Flash上，时间为200微秒，每一页原那么上只能有一次固化操作，然而大局部NANDFlash〔如本例〕允许在同一页中的几个片断按照先后顺序分几次写入，本例中为4次，这种情况叫做partialpageprogramming。

除了partialpageprogramming，NANDFlash还有另外一种有意思的操作，也和数据存放器相关，叫做copy-back。

就是说，当某个数据页需要被复制到新的位置时，只需将其载入到数据存放器中，然后根据接收到的目标地址将该页数据固化到Flash上新的位置，这样就省去了整页数据在存放器和RAM之间的输入输出过程。

另外，在数据被载入到存放器之后，Flash允许程序使用随机输入数据的方式改写该页的局部容，然后再固化到目标位置。

●NAND根底知识

vcell：

NANDFlash的数据是以bit的方式保存在memorycell，一般来说，一个cell中只能存储一个bit。

vBitline：

这些cell以8个或者16个为单位，连成bitline，形成所谓的byte（x8）/word（x16），这就是NANDDevice的位宽。

这些Line会再组成Page.

NANDflash，largepage大小为2048字节，Smallpage为512字节

vNandflash以页为单位读写数据，而以块为单位擦除数据。

v按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：

BlockAddress|PageAddress|ColumnAddress

v对于NANDFlash来讲，地址和命令只能在I/O[7:

0]上传递，数据宽度是8位。

而数据位可以是8位，或者16位，是根据IO的口的数量来决定的。

vNANDFLASH主要以页〔page〕为单位进展读写，以块（block）为单位进展擦除。

FLASH页的大小和块的大小因不同类型块构造而不同，块构造有两种：

小块〔图7〕和大块〔图8〕，小块NANDFLASH包含32个页，每页512+16字节；大块NANDFLASH包含64页，每页2048+64字节。

v其中，512B〔或1024B〕用于存放数据，16B〔64B〕用于存放其他信息〔包括：

块好坏的标记、块的逻辑地址、页数据的ECC校验和等〕。

NAND设备的随机读取得效率很低，一般以页为单位进展读操作。

系统在每次读一页后会计算其校验和，并和存储在页的冗余的16B的校验和做比拟，以此来判断读出的数据是否正确。

v大块和小块NANDFLASH都有与页大小一样的页存放器，用于数据缓存。

当读数据时，先从NANDFLASH存单元把数据读到页存放器，外部通过访问NANDFLASHI/O端口获得页存放器中数据〔地址自动累加〕；当写数据时，外部通过NANDFLASHI/O端口输入的数据首先缓存在页存放器，写命令发出后才写入到存单元中。

●NandFlash有多种构造

〔1〕下面针对三星K9F1208U0M,页面为512byte，IO数据为8位。

K9F1208U0M:

512Mbit=64MByte。

1Block=16KByte，

Numberof（block）=4096

1Block=32Page

1Page由3个分区，mainarea的两个分区，和sarearea三个分区组成

1Page=528Byte=512Byte（MainArea）+16Byte（SpareArea）

用户数据保存在mainarea中。

●首先，必须清楚一点，对于NANDFlash来讲，地址和命令只能在I/O[7:

0]上传递，数据宽度可以是8位或者16位，但是，对于x16的NANDDevice，I/O[15:

8]只用于传递数据。

●512byte需要9bit来表示，对于528byte系列的NAND，这512byte被分成1sthalf和2ndhalf,各自的访问由所谓的pointeroperation命令来选择，也就是选择了bit8的上下。

因此A8就是halfpagepointer〔这是我给出的一个名字〕，A[7:

0]就是所谓的columnaddress。

A8这一位地址被用来设置512byte的1sthalfpage还是2ndhalfpage，0表示1st，1表示2nd。

Block的地址是由A14以上的bit来表示。

A8是由硬件存放器决定的。

选择哪半个page是由IO传输的命令控制的。

具体参照datasheet，如下列图：

28=256byte256bytex2=512byte〔A8〕

●32个page需要5bit来表示，占用A[13:

9]，即该page在块的相对地址,即pageaddress。

25=32page〔一个block有32个page〕

●Block的地址是由A14以上的bit来表示，例如512Mb的NAND，共4096block，因此，需要12个bit来表示，即A[25:

14]，如果是1Gbit的528byte/page的NANDFlash，那么blockaddress用A[26:

14]表示。

2〔26-14+1〕=8192blocks〔总共有这些block〕

2〔26-9+1〕+2〔7-0+1〕=226=67108864page〔总共有这些pages〕

在编程上面可以这样：

NANDFlash的地址表示为：

BlockAddress|PageAddressinblock|halfpagepointer|ColumnAddress

地址传送顺序是Col