我們常說的閃存其實只是一個籠統的稱呼，準確地說它是非易失隨機訪問存儲器（NVRAM）的俗稱，特點是斷電后數據不消失，因此可以作為外部存儲器使用。而所謂的內存是揮發性存儲器，分為DRAM和SRAM兩大類，其中常說的內存主要指DRAM，也就是我們熟悉的DDR、DDR2、SDR、EDO等等。閃存也有不同類型，其中主要分為NOR型和NAND型兩大類。

　　閃存的分類

　　NOR型與NAND型閃存的區別很大，打個比方說，NOR型閃存更像內存，有獨立的地址線和數據線，但價格比較貴，容量比較小；而NAND型更像硬盤，地址線和數據線是共用的I/O線，類似硬盤的所有信息都通過一條硬盤線傳送一般，而且NAND型與NOR型閃存相比，成本要低一些，而容量大得多。因此，NOR型閃存比較適合頻繁隨機讀寫的場合，通常用于存儲程序代碼并直接在閃存內運行，手機就是使用NOR型閃存的大戶，所以手機的“內存”容量通常不大；NAND型閃存主要用來存儲資料，我們常用的閃存產品，如閃存盤、數碼存儲卡都是用NAND型閃存。

　　這里我們還需要端正一個概念，那就是閃存的速度其實很有限，它本身操作速度、頻率就比內存低得多，而且NAND型閃存類似硬盤的操作方式效率也比內存的直接訪問方式慢得多。因此，不要以為閃存盤的性能瓶頸是在接口，甚至想當然地認為閃存盤采用USB2.0接口之后會獲得巨大的性能提升。

　　前面提到NAND型閃存的操作方式效率低，這和它的架構設計和接口設計有關，它操作起來確實挺像硬盤（其實NAND型閃存在設計之初確實考慮了與硬盤的兼容性），它的性能特點也很像硬盤：小數據塊操作速度很慢，而大數據塊速度就很快，這種差異遠比其他存儲介質大的多。這種性能特點非常值得我們留意。

　　NAND型閃存的技術特點

　　內存和NOR型閃存的基本存儲單元是bit，用戶可以隨機訪問任何一個bit的信息。而NAND型閃存的基本存儲單元是頁（Page）（可以看到，NAND型閃存的頁就類似硬盤的扇區，硬盤的一個扇區也為512字節）。每一頁的有效容量是512字節的倍數。所謂的有效容量是指用于數據存儲的部分，實際上還要加上16字節的校驗信息，因此我們可以在閃存廠商的技術資料當中看到“（512+16）Byte”的表示方式。目前2Gb以下容量的NAND型閃存絕大多數是（512+16）字節的頁面容量，2Gb以上容量的NAND型閃存則將頁容量擴大到（2048+64）字節。

　　NAND型閃存以塊為單位進行擦除操作。閃存的寫入操作必須在空白區域進行，如果目標區域已經有數據，必須先擦除后寫入，因此擦除操作是閃存的基本操作。一般每個塊包含32個512字節的頁，容量16KB；而大容量閃存采用2KB頁時，則每個塊包含64個頁，容量128KB。

　　每顆NAND型閃存的I/O接口一般是8條，每條數據線每次傳輸（512+16）bit信息，8條就是（512+16）×8bit，也就是前面說的512字節。但較大容量的NAND型閃存也越來越多地采用16條I/O線的設計，如三星編號K9K1G16U0A的芯片就是64M×16bit的NAND型閃存，容量1Gb，基本數據單位是（256+8）×16bit，還是512字節。

　　尋址時，NAND型閃存通過8條I/O接口數據線傳輸地址信息包，每包傳送8位地址信息。由于閃存芯片容量比較大，一組8位地址只夠尋址256個頁，顯然是不夠的，因此通常一次地址傳送需要分若干組，占用若干個時鐘周期。NAND的地址信息包括列地址（頁面中的起始操作地址）、塊地址和相應的頁面地址，傳送時分別分組，至少需要三次，占用三個周期。隨著容量的增大，地址信息會更多，需要占用更多的時鐘周期傳輸，因此NAND型閃存的一個重要特點就是容量越大，尋址時間越長。而且，由于傳送地址周期比其他存儲介質長，因此NAND型閃存比其他存儲介質更不適合大量的小容量讀寫請求。

　　決定NAND型閃存的因素有哪些？

　　1． 頁數量

　　前面已經提到，越大容量閃存的頁越多、頁越大，尋址時間越長。但這個時間的延長不是線性關系，而是一個一個的臺階變化的。譬如128、256Mb的芯片需要3個周期傳送地址信號，512Mb、1Gb的需要4個周期，而2、4Gb的需要5個周期。

　　2． 頁容量

　　每一頁的容量決定了一次可以傳輸的數據量，因此大容量的頁有更好的性能。前面提到大容量閃存（4Gb）提高了頁的容量，從512字節提高到2KB。頁容量的提高不但易于提高容量，更可以提高傳輸性能。我們可以舉例子說明。以三星K9K1G08U0M和K9K4G08U0M為例，前者為1Gb，512字節頁容量，隨機讀（穩定）時間12μs，寫時間為200μs；后者為4Gb，2KB頁容量，隨機讀（穩定）時間25μs，寫時間為300μs。假設它們工作在20MHz。

　　讀取性能

　　NAND型閃存的讀取步驟分為：發送命令和尋址信息→將數據傳向頁面寄存器（隨機讀穩定時間）→數據傳出（每周期8bit，需要傳送512+16或2K+64次）。

　　K9K1G08U0M讀一個頁需要：

　　5個命令、尋址周期×50ns+12μs+(512+16)×50ns=38.7μs

　　K9K1G08U0M實際讀傳輸率：512字節÷38.7μs=13.2MB/s。

　　K9K4G08U0M讀一個頁需要：

　　6個命令、尋址周期×50ns+25μs+(2K+64)×50ns=131.1μs。

　　K9K4G08U0M實際讀傳輸率：2KB字節÷131.1μs=15.6MB/s

　　因此，采用2KB頁容量比512字節也容量約提高讀性能20%。

　　寫入性能

　　NAND型閃存的寫步驟分為：發送尋址信息→將數據傳向頁面寄存器→發送命令信息→數據從寄存器寫入頁面。其中命令周期也是一個，我們下面將其和尋址周期合并，但這兩個部分并非連續的。

　　K9K1G08U0M寫一個頁需要：

　　5個命令、尋址周期×50ns+(512+16)×50ns+200μs=226.7μs。

　　K9K1G08U0M實際寫傳輸率：512字節÷226.7μs=2.2MB/s。

　　K9K4G08U0M寫一個頁需要：

　　6個命令、尋址周期×50ns+(2K+64)×50ns+300μs=405.9μs。

　　K9K4G08U0M實際寫傳輸率：2112字節/405.9μs=5MB/s

　　因此，采用2KB頁容量比512字節頁容量提高寫性能兩倍以上。

　　3． 塊容量

　　塊是擦除操作的基本單位，由于每個塊的擦除時間幾乎相同（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時間可以忽略不計），塊的容量將直接決定擦除性能。大容量NAND型閃存的頁容量提高，而每個塊的頁數量也有所提高，一般4Gb芯片的塊容量為2KB×64個頁=128KB，1Gb芯片的為512字節×32個頁=16KB。可以看出，在相同時間之內，前者的擦速度為后者8倍！

　　4． I/O位寬

　　以往NAND型閃存的數據線一般為8條，不過從256Mb產品開始，就有16條數據線的產品出現了。但由于控制器等方面的原因，x16芯片實際應用的相對比較少，但將來數量上還是會呈上升趨勢的。雖然x16的芯片在傳送數據和地址信息時仍采用8位一組，占用的周期也不變，但傳送數據時就以16位為一組，帶寬增加一倍。K9K4G16U0M就是典型的64M×16芯片，它每頁仍為2KB，但結構為(1K+32)×16bit。

　　模仿上面的計算，我們可以知道：

　　K9K4G16U0M讀一個頁需要：

　　6個命令、尋址周期×50ns+25μs+(1K+32)×50ns=78.1μs。

　　K9K4G16U0M實際讀傳輸率：2KB字節÷78.1μs=26.2MB/s

　　K9K4G16U0M寫一個頁需要：

　　6個命令、尋址周期×50ns+(1K+32)×50ns+300μs=353.1μs。

　　K9K4G16U0M實際寫傳輸率：2KB字節÷353.1μs=5.8MB/s

　　可以看到，相同容量的芯片，將數據線增加到16條后，讀性能提高近70%，寫性能也提高16%。

　　5． 頻率

　　工作頻率的影響很容易理解。NAND型閃存的工作頻率在20～33MHz，頻率越高性能越好。前面以K9K4G08U0M為例時，我們假設頻率為20MHz，如果我們將頻率提高一倍，達到40MHz，則K9K4G08U0M讀一個頁需要：

　　6個命令、尋址周期×25ns+25μs+(2K+64)×25ns=78μs。

　　K9K4G08U0M實際讀傳輸率：2KB字節÷78μs=26.3MB/s

　　可以看到，如果K9K4G08U0M的工作頻率從20MHz提高到40MHz，讀性能可以提高近70%！當然，上面的例子只是為了方便計算而已。在三星實際的產品線中，可工作在較高頻率下的應是K9XXG08UXM，而不是K9XXG08U0M，前者的頻率目前可達33MHz。

　　6． 制造工藝

　　制造工藝可以影響晶體管的密度，也對一些操作的時間有影響。譬如前面提到的寫穩定和讀穩定時間，它們在我們的計算當中占去了時間的重要部分，尤其是寫入時。如果能夠降低這些時間，就可以進一步提高性能。90nm的制造工藝能夠改進性能嗎？答案恐怕是否！目前的實際情況是，隨著存儲密度的提高，需要的讀、寫穩定時間是呈現上升趨勢的。前面的計算所舉的例子中就體現了這種趨勢，否則4Gb芯片的性能提升更加明顯。

　　綜合來看，大容量的NAND型閃存芯片雖然尋址、操作時間會略長，但隨著頁容量的提高，有效傳輸率還是會大一些，大容量的芯片符合市場對容量、成本和性能的需求趨勢。而增加數據線和提高頻率，則是提高性能的最有效途徑，但由于命令、地址信息占用操作周期，以及一些固定操作時間（如信號穩定時間等）等工藝、物理因素的影響，它們不會帶來同比的性能提升。

三星K9XXG08XXM閃存芯片架構圖

　　1Page=(2K+64)Bytes

　　1Block=(2K+64)B×64Pages

　　=(128K+4K)Bytes

　　1Device=(2K+64)B×64Pages×4096Blocks

　　=4224Mbits

三星K9XXG08XXM閃存芯片地址信息

　　其中：A0～11對頁內進行尋址，可以被理解為“列地址”。

　　A12～29對頁進行尋址，可以被理解為“行地址”。

　　為了方便，“列地址”和“行地址”分為兩組傳輸，而不是將它們直接組合起來一個大組。因此每組在最后一個周期會有若干數據線無信息傳輸。沒有利用的數據線保持低電平。

　　NAND型閃存所謂的“行地址”和“列地址”不是我們在DRAM、SRAM中所熟悉的定義，只是一種相對方便的表達方式而已。為了便于理解，我們可以將上面三維的NAND型閃存芯片架構圖在垂直方向做一個剖面，在這個剖面中套用二維的“行”、“列”概念就比較直觀了。