eeprom与flash

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1、EEPROM 与 FLASH 一、EEPROMEEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，电 可擦可编程只读存储器-一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM 可以在 电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。一般用在即插即用。EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）是用户可更改的只读存储器（ROM） ， 其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程（重写） 。 EEPROM不像 EPROM 芯片，EEPROM 不需从计算机中取出即可修改。在一个 EEPROM 中，当计算机在使用的时候是可频繁地重编程的，EEPROM

2、 的寿命是一个很重要 的设计考虑参数。EEPROM 是一种特殊形式的闪存，其应用通常是个人电脑中的 电压来擦写和重编程。在微机的发展初期，BIOS 都存放在 ROM（Read Only Memory，只读存储器） 中。ROM 内部的资料是在 ROM 的制造工序中，在工厂里用特殊的方法被烧录进 去的，其中的内容只能读不能改，一旦烧录进去，用户只能验证写入的资料是 否正确，不能再作任何修改。如果发现资料有任何错误，则只有舍弃不用，重 新订做一份。ROM 是在生产线上生产的，由于成本高，一般只用在大批量应用 的场合。 EEPROM由于 ROM 制造和升级的不便，后来人们发明了 PROM（Progra

3、mmable ROM， 可编程 ROM） 。最初从工厂中制作完成的 PROM 内部并没有资料，用户可以用专 用的编程器将自己的资料写入，但是这种机会只有一次，一旦写入后也无法修 改，若是出了错误，已写入的芯片只能报废。PROM 的特性和 ROM 相同，但是其 成本比 ROM 高，而且写入资料的速度比 ROM 的量产速度要慢，一般只适用于少 量需求的场合或是 ROM 量产前的验证。EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程 ROM）芯片可重复擦 除和写入，解决了 PROM 芯片只能写入一次的弊端。EPROM 芯片有一个很明显的 特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一

4、个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成 芯片擦除的操作要用到 EPROM 擦除器。EPROM 内资料的写入要用专用的编程器， 并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压（VPP=1224V，随不同的芯片 型号而定） 。EPROM 的型号是以27开头的，如27C020(8*256K)是一片2M Bits 容 量的 EPROM 芯片。EPROM 芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗 口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。由 EPROM 操作的不便，后来出的主板上 BIOS ROM 芯片大部分都采用 EEPROM（El

5、ectrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程 ROM） 。 EEPROM 的擦除不需要借助于其它设备，它是以电子信号来修改其内容的，而且 是以 Byte 为最小修改单位，不必将资料全部洗掉才能写入，彻底摆脱了 EPROM Eraser 和编程器的束缚。EEPROM 在写入数据时，仍要利用一定的编程电压，此 时，只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以，它属 于双电压芯片。借助于 EEPROM 芯片的双电压特性，可以使 BIOS 具有良好的防 毒功能，在升级时，把跳线开关打至“off”的位置，即给芯片加上相应的编程 电压，就可以方便地

6、升级；平时使用时，则把跳线开关打至“ON”的位置，防 止 CIH 类的病毒对 BIOS 芯片的非法修改。所以，至今仍有不少主板采用 EEPROM 作为 BIOS 芯片并作为自己主板的一大特色。 2、FLASHFlash 闪存的英文名称是“Flash Memory“，一般简称为“Flash“，它属于内 存器件的一种，是一种不挥发性（ Non-Volatile ）内存。闪存的物理特性与 常见的内存有根本性的差异：目前各类 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都属于挥发 性内存，只要停止电流供应内存中的数据便无法保持，因此每次电脑开机都需 要把数据重新载入内存；闪存在没有电流供应的条件下也能够

7、长久地保持数据， 其存储特性相当于硬盘，这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存 储介质的基础。 1、概述闪存是一种不挥发性（ Non-Volatile ）内存，在没有电流供应的条件下 也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘，这项特性正是闪存得以成为 各类便携型数字设备的存储介质的基础。NAND 闪存的存储单元则采用串行结构，存储单元的读写是以页和块为单位 来进行（一页包含若干字节，若干页则组成储存块， NAND 的存储块大小为 8 到 32KB ） ，这种结构最大的优点在于容量可以做得很大，超过 512MB 容量的 NAND 产品相当普遍， NAND 闪存的成本较低，有利于大规模普

8、及。NAND 闪存的缺点在于读速度较慢，它的 I/O 端口只有 8 个，比 NOR 要 少多了。这区区 8 个 I/O 端口只能以信号轮流传送的方式完成数据的传送， 速度要比 NOR 闪存的并行传输模式慢得多。再加上 NAND 闪存的逻辑为电子盘 模块结构，内部不存在专门的存储控制器，一旦出现数据坏块将无法修，可靠 性较 NOR 闪存要差。NAND 闪存被广泛用于移动存储、数码相机、 MP3 播放器、掌上电脑等新 兴数字设备中。由于受到数码设备强劲发展的带动， NAND 闪存一直呈现指数 级的超高速增长.NOR 和 NAND 是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel 于1988年首先

9、开发出 NOR flash 技术,彻底改变了原先由 EPROM 和 EEPROM 一统天下的局面。 紧接着,1989年,东芝公司发表了 NAND flash 结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后,仍然 有相当多的硬件工程师分不清 NOR 和 NAND 闪存。相“flash 存储器”经常可以与相“NOR 存储器”互换使用。许多业内人士 也搞不清楚 NAND 闪存技术相对于 NOR 技术的优越之处,因为大多数情况下闪存 只是用来存储少量的代码,这时 NOR 闪存更适合一些。而 NAND 则是高数据存储 密度的理想解决方案。NOR 的特点是

10、芯片内执行(XIP, eXecute In Place),这样应用程序可以直 接在 flash 闪存内运行,不必再把代码读到系统 RAM 中。NOR 的传输效率很高, 在14MB 的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影 响了它的性能。NAND 结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的 速度也很快。应用 NAND 的困难在于 flash 的管理和需要特殊的系统接口。 2、性能比较flash 闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编 程。任何 flash 器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情 况下,在进行写入操作之

11、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 则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。 由于擦除 NOR 器件时是以64128KB 的块进行的,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832KB 的块进行的,执行相同的操作最 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 表明,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 的单元中进行。这样,当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。 NA

12、ND 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行擦除操作。 NAND 的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。 3、接口差别NOR flash 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 内部的每一个字节。NAND 器件使用复杂的 I/O 口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方法可 能各不相同。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字节的块,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。 4、容量和成本NAND flash 的单元

13、尺寸几乎是 NOR 器件的一半,由于生产过程更为简单, NAND 结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。NOR flash 占据了容量为116MB 闪存市场的大部分,而 NAND flash 只是用 在8128MB 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、Secure Digital、PC Cards 和 MMC 存储卡市 场上所占份额最大。 5、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 是非常合适的存储方案。

14、可以从寿命(耐用性)、位交换和坏 块处理三个方面来比较 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内的删除次数要少一些。 6、位交换所有 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

15、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 的供应商建议使用 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。 7、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 器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。 在已制成的器件

16、中,如果通过可靠的方法不能进行这项处理,将导致高故障率。 8、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行虚拟映射。 9、应用闪存的存储单元为三端器件，与场效应管有相同的名称：源极、漏极和栅 极。栅极与硅衬底之间有二氧化硅绝缘层，用来保护浮置栅极中的电荷不会泄 漏。采用这种结构，使得存储单元具有了电荷保持能力，就像是装进瓶子里的 水，当你倒入水后，水位就一直保持在那里，直到你再次倒入或倒出，所以闪 存具有记忆能力。与场效应管一样，闪存也是一种电压控制型器件。NAND 型闪存的擦和写均 是基于隧道效应，电流穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层，对浮置栅极进行 充电（写数据）或放电（擦除数据） 。而 NOR 型闪存擦除数据