Flash存儲器:從電荷捕獲到數(shù)據(jù)存儲的技術(shù)解析(二)
兩者的擦寫機(jī)制也存在差異:NOR Flash支持字節(jié)級寫入,但擦除需按塊進(jìn)行;NAND Flash則必須按頁寫入、按塊擦除,且寫入前需先擦除對應(yīng)塊。這種特性使得NAND Flash在大容量數(shù)據(jù)讀寫時(shí)效率更高,而NOR Flash在需要頻繁修改小量數(shù)據(jù)的場景中更具優(yōu)勢。
工作流程:擦除、編程與讀取的協(xié)同操作
Flash存儲器的工作過程需嚴(yán)格遵循“擦除-編程-讀取”的順序,每個環(huán)節(jié)都依賴精密的電壓控制和時(shí)序管理。
擦除操作是將浮柵中的電子釋放,使存儲單元恢復(fù)為“1”狀態(tài)。此時(shí)控制柵施加反向高電壓,襯底接地,浮柵中的電子通過隧道效應(yīng)回到襯底,整個過程針對“塊”進(jìn)行(NAND Flash的塊大小通常為128KB-2MB)。擦除時(shí)間較長(毫秒級),這是因?yàn)樾枰_保塊內(nèi)所有單元的電荷完全釋放,否則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)干擾。
編程(寫入)操作是向浮柵注入電子的過程,針對“頁”進(jìn)行(NAND Flash的頁大小通常為2KB-16KB)。編程前需確保對應(yīng)塊已完成擦除,然后通過地址信號定位目標(biāo)頁,施加編程電壓將數(shù)據(jù)寫入。為提高效率,現(xiàn)代NAND Flash支持“多頁編程”,可連續(xù)寫入多個頁數(shù)據(jù),將單次編程的時(shí)間壓縮至微秒級。
讀取操作則通過檢測晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)實(shí)現(xiàn),支持隨機(jī)讀取單頁數(shù)據(jù)??刂破靼l(fā)送頁地址后,存儲陣列通過行 decoder 選中目標(biāo)頁,列 decoder 輸出具體數(shù)據(jù),整個過程耗時(shí)約幾十至幾百納秒。NAND Flash還會在讀取時(shí)進(jìn)行“錯誤校驗(yàn)”(如ECC校驗(yàn)),通過算法修正少量位錯誤,確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
這種按塊擦除、按頁編程的機(jī)制,是Flash平衡存儲密度與操作效率的結(jié)果,但也帶來了“寫入放大”等特殊問題——更新小量數(shù)據(jù)時(shí),需先讀取整個塊、修改數(shù)據(jù)、擦除塊再重新寫入,導(dǎo)致實(shí)際寫入量遠(yuǎn)大于理論數(shù)據(jù)量。