外存系统结构与性能【标准版v】.ppt

主讲：易建勋老师 第1章 计算机硬件基本知识 8.1 闪存的结构与性能 8.1.1 闪存的基本类型 闪存从EEPROM技术发展而来。 优点：快速存储，永久存储，可利用现有的半导体工艺生产。 缺点：读写速度较DRAM慢，擦写次数有极限。 读写特性： 闪存以区块为单位进行数据擦除和写入; 区块大小为8KB~128KB。 8.1 闪存的结构与性能 由于闪存不能以字节为单位进行数据的随机写入，因此闪存目前还不可能作为内存使用。 NOR（异或）型闪存 由Intel和AMD公司主导，用于程序储存和运行。 NOR闪存特点： 可随机读，但写操作按“块”进行。 8.1 闪存的结构与性能 NOR闪存适合于频繁随机读操作，并直接在闪存内运行。如BIOS芯片，手机存储芯片，交换机、路由器中的存储器等。 手机是NOR闪存应用的大户。 8.1 闪存的结构与性能 NAND（与非 ）型闪存： 大部分专利权掌握在东芝、三星、SanDisk等公司。 NAND闪存采用地址线和数据线复用技术。 NAND闪存小数据块操作速度慢，而大数据块速度快。 NAND闪存主要用来存储资料，如U盘、数码存储卡、固态硬盘等。 8.1 闪存的结构与性能 8.1.2 闪存存储单元工作原理 闪存采用单晶体管设计，无需存储电容。 闪存结构： （1）SLC（单级储存单元）结构： 在1个存储单元存储1位数据。 （2）MLC（多级储存单元） 结构： 在1个存储单元中存储2位数据。 8.1 闪存的结构与性能 MLC通过不同级别的内部电压，在1个存储单元中记录2组位信息（00、01、11、10）。 MLC的记录密度比SLC提高了1倍。 但是，MLC电压变化频繁，使用寿命远低于SLC，MLC只能承受约1万次的擦写。 MLC需要更长的读写时间； SLC比MLC要快3倍以上。 8.1 闪存的结构与性能 NAND闪存和NOR闪存都采用MOS晶体管作为基本存储单元，不同的是构成存储阵列时，采用了不同的技术方式。 NAND闪存采用“与非”方式构成存储阵列； NOR闪存采用“异或”方式构成储存阵列。 8.1 闪存的结构与性能 闪存通过在浮空栅极上放置电子和清除电子来表示数据 浮空栅极中有电子时为“0”，无电子时为“1”。 8.1 闪存的结构与性能 在闪存存储单元中，当没有外部电流来改变存储单元中浮空栅极的电子状态时，浮空栅极就会一直保持原来状态，这也就保证了数据不会因为断电而丢失。 8.1 闪存的结构与性能 8.1.3 NOR闪存结构与性能 NOR闪存电路特点： (1) NOR闪存有独立的数据总线和地址总线，能快速随机读取数据。 (2) NOR闪存写入数据前，必须先将目标块内所有位都写为0（擦除操作）。 (3) NOR闪存可以单字节写入，但不能单字节擦除。 NOR闪存传输效率很高，适合存储程序代码，对大型数据文件应用显得力不从心。 8.1 闪存的结构与性能 8.1.4 NAND闪存结构与性能 NAND闪存接口位宽为8位或16位。 如韩国现代HY27UK08BGFM闪存芯片： 总容量为4GB，页面大小为（2KB+64B），8个I/O接口每次可以传输（2KB+64B）×8=16.5KB数据。 NAND闪存采用地址/数据总线复用技术 大容量闪存一般采用32位地址总线。 NAND闪存的一个重要特点是闪存芯片容量越大，寻址时间越长。 8.1 闪存的结构与性能 NAND闪存与NOR闪存的性能比较 8.1 闪存的结构与性能 8.1.5 固态盘技术与性能 SSD（固态硬盘）由存储单元和控制单元组成，存储单元采用闪存作为存储介质，控制单元采用高性能I/O控制芯片。 固态硬盘耗电量只有机械硬盘的5%左右，写入速度与机械硬盘相当，读取速度是机械硬盘的3倍。 成本与寿命是固态盘普及的最大问题。 8.1 闪存的结构与性能 固态硬盘在接口标准、功能及使用方法上，与机械硬盘完全相同。 固态硬盘没有机械部件，因而抗震性能极佳，同时工作温度很低。 固态硬盘与U盘的区别在于用途不同，U盘着眼于移动性，采用USB接口；固态硬盘着眼于赶超机械硬盘，采用SATA接口。 8.1 闪存的结构与性能 NAND闪存芯片技术参数 8.1 闪存的结构与性能 3．U盘存储技术 U盘是利用闪存、控制芯片和USB接口技术的一种小型半导体移动固态盘。 8.1 闪存的结构与性能 固态盘的基本组成 8.1 闪存的结构与性能 8.1.6 闪存卡技术与性能 闪存卡是在闪存芯片中加入专用接口电路的一种单片型移动固态盘。 8.1 闪存的结构与性能 各种非易失性半导体存储器技术比较 8.2 硬盘的结构与性能 8.2.1 硬盘基本组成 SATA接口硬盘主要用于台