Flash存储的读写原理主要基于其内部的基本存储单元——浮栅场效应管(Floating Gate FET),这种存储单元包括源极(Source)、漏极(Drain)、控制栅极(Control Gate)和浮置栅极(Floating Gate),Flash存储通过控制浮置栅极中电荷的有无来表示数据的“0”和“1”,当浮置栅极中有电荷时,源极和漏极之间形成导电沟道,此时读取到的数据为“0”;而当浮置栅极中没有电荷时,源极和漏极之间不形成导电沟道,此时读取到的数据为“1”。
Flash存储的写入与擦除机制
1、写入数据:在写入数据之前,通常需要先进行擦除操作,即将浮置栅极中的电荷全部移除,使所有存储单元都处于“1”状态,通过特定的技术(如热电子注入或F-N隧道效应)向目标存储单元的浮置栅极注入电荷,以表示数据“0”。
2、擦除数据:擦除操作是通过F-N隧道效应将浮置栅极中的电荷移除,使存储单元回到“1”状态,需要注意的是,由于Flash存储的写操作特殊性(必须先擦除后写入),且擦除的最小单位是一个物理块(Block),但写数据的最小单位却是一个页(Page),因此在写数据时需要一个空的、可以使用的交换块来存放不需要被擦除的数据。
3、读取数据:读取数据时,向控制栅极施加一定的电压,根据源极和漏极之间是否形成导电沟道来判断存储单元中的数据是“0”还是“1”。
Flash存储的分类与特性
Flash存储主要分为NOR Flash和NAND Flash两种类型,NOR Flash具有较高的读取速率和位读取能力,适用于代码存储和执行;而NAND Flash则具有较高的存储密度和写入/擦除速度,适用于大容量数据存储。
操作 | 描述 | 涉及技术 |
写入 | 先擦除后写入,向浮置栅极注入电荷表示“0” | 热电子注入、F-N隧道效应 |
擦除 | 通过F-N隧道效应移除浮置栅极中的电荷,回到“1”状态 | F-N隧道效应 |
读取 | 向控制栅极施加电压,根据源漏极间导电性判断数据 | 控制栅极电压控制 |
FAQs
Q1: Flash存储的读写次数有限制吗?
A1: 是的,Flash存储的读写次数是有限的,根据Flash生产厂商的理论值,闪存盘可擦写约1,000,000次,折合正常使用次数计算,闪存盘里的数据可保存约10年左右,由于Flash存储器的充放电特性,使得它的读写次数有物理上的限制,通常厂商会在Flash存储器内部做一个读写次数的实验计数,当闪存芯片的某个物理存储区块达到读写指定的最高次数时,该块区将被设定为不再使用的区域。
Q2: Flash存储与缓存(Cache)有什么区别?
A2: Flash存储与缓存(Cache)在存储类型、用途和速度等方面存在明显区别,Flash存储是一种非易失性存储器,在断电后能够保持数据,主要用于长时间存储重要数据,如操作系统、应用程序和用户数据,而缓存(Cache)是一种易失性存储器(通常为SRAM),在断电后数据会丢失,主要用于临时存储和快速访问数据,以提高数据访问速度并减少CPU等待时间,在速度方面,缓存的读写速度通常比Flash存储快得多。
小编有话说
随着半导体技术的不断发展,Flash存储已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分,从USB闪存盘到固态硬盘(SSD),再到智能手机和数码相机等嵌入式系统,Flash存储无处不在,了解Flash存储的读写原理和特性,有助于我们更好地使用和维护这些设备,延长它们的使用寿命,随着技术的不断进步,我们也期待看到更高性能、更大容量的Flash存储产品问世。
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