闪存的发展及决定因素

“优盘”是闪存走进日常生活的最明显写照，其实早在U盘之前，闪存已经出现在许多电子产品之中。传统的存储数据方式是采用RAM的易失存储，电池没电了数据就会丢失。采用闪存的产品，克服了这一毛病，使得数据存储更为可靠。除了闪存盘，闪存还被应用在计算机中的BIOS、PDA、数码相机、录音笔、手机、数字电视、游戏机等电子产品中。追溯到1998年，优盘进入市场。接口由USB1.0发展到2.0再到最新的USB3.0，速度逐渐提高。

U盘的盛行还间接促进了USB接口的推广。为什么U盘这么受到人们欢迎呢?闪存盘可用来在电脑之间交换数据。从容量上讲，闪存盘的容量从16MB到64GB可选，突破了软驱1.44MB的局限性。从读写速度上讲，闪存盘采用USB接口，读写速度比软盘高许多。从稳定性上讲，闪存盘没有机械读写装置，避免了移动硬盘容易碰伤、跌落等原因造成的损坏。部分款式闪存盘具有加密等功能，令用户使用更具个性化。闪存盘外形小巧，更易于携带。且采用支持热插拔的USB接口，使用非常方便。闪存正朝大容量、低功耗、低成本的方向发展。与传统硬盘相比，闪存的读写速度高、功耗较低，市场上已经出现了闪存硬盘，也就是SSD硬盘，该硬盘的性价比进一步提升。随着制造工艺的提高、成本的降低，闪存将更多地出现在日常生活之中。

页数量前面已经提到，越大容量闪存的页越多、页越大，寻址时间越长。但这个时间的延长不是线性关系，而是一个一个的台阶变化的。譬如128、256Mb的芯片需要3个周期传送地址信号，512Mb、1Gb的需要4个周期，而2、4Gb的需要5个周期。

页容量每一页的容量决定了一次可以传输的数据量，因此大容量的页有更好的性能。前面提到大容量闪存(4Gb)提高了页的容量，从512字节提高到2KB。页容量的提高不但易于提高容量，更可以提高传输性能。我们可以举例子说明。以三星K9K1G08U0M和K9K4G08U0M为例，前者为1Gb，512字节页容量，随机读(稳定)时间12μs，写时间为200μs;后者为4Gb，2KB页容量，随机读(稳定)时间25μs，写时间为300μs。假设它们工作在20MHz。

读取性能NAND型闪存的读取步骤分为：发送命令和寻址信息→将数据传向页面寄存器(随机读稳定时间)→数据传出(每周期8bit，需要传送512+16或2K+64次)。K9K1G08U0M读一个页需要：5个命令、寻址周期×50ns+12μs+(512+16)×50ns=38.7μs;K9K1G08U0M实际读传输率：512字节÷38.7μs=13.2MB/s;K9K4G08U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+25μs+(2K+64)×50ns=131.1μs;K9K4G08U0M实际读传输率：2KB字节÷131.1μs=15.6MB/s。因此，采用2KB页容量比512字节页容量约提高读性能20%。

写入性能NAND型闪存的写步骤分为：发送寻址信息→将数据传向页面寄存器→发送命令信息→数据从寄存器写入页面。其中命令周期也是一个，我们下面将其和寻址周期合并，但这两个部分并非连续的。K9K1G08U0M写一个页需要：5个命令、寻址周期×50ns+(512+16)×50ns+200μs=226.7μs。K9K1G08U0M实际写传输率：512字节÷226.7μs=2.2MB/s。K9K4G08U0M写一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+(2K+64)×50ns+300μs=405.9μs。K9K4G08U0M实际写传输率：2112字节/405.9μs=5MB/s。因此，采用2KB页容量比512字节页容量提高写性能两倍以上。

块容量块是擦除操作的基本单位，由于每个块的擦除时间几乎相同(擦除操作一般需要2ms，而之前若干周期的命令和地址信息占用的时间可以忽略不计)，块的容量将直接决定擦除性能。大容量NAND型闪存的页容量提高，而每个块的页数量也有所提高，一般4Gb芯片的块容量为2KB×64个页=128KB，1Gb芯片的为512字节×32个页=16KB。可以看出，在相同时间之内，前者的擦速度为后者8倍!