简介
闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异：
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；
闪存则是一种非易失性（ 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。
分类
NOR和NAND是市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出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,并且像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。
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。
应用
NAND 闪存被广泛用于移动存储、MP3 播放器、数码相机、 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。
“flash存储器”经常可以与“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1～4MB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。
特点
性能
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64～128KB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8～32KB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。
● NAND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。
可靠性
采用flash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。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。
耐用性
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。
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。
其他作用
驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理,包括纠错、坏块处理和损耗平衡。
特性比较
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。
容量成本
NAND flash的单元尺寸几乎是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1～16MB闪存市场的大部分,而NAND flash只是用在8～128MB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。
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。
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。
软件支持
当讨论软件支持的时候,应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件,包括性能优化。
在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行同样操作时,通常需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD),NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。
使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些,许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件,这其中包括M-System的TrueFFS驱动,该驱动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。
FLASH闪存虚拟化
基于闪存的存储能够解决很多性能问题，尤其是由虚拟服务器环境所导致的问题。但闪存仍有很多神秘之处：它们可信吗？哪种类型的闪存最适合虚拟环境？ 闪存是一种内存技术，与RAM不同，在断电时它仍旧可以保留所存储的信息。尽管闪存在执行读写操作时并不像RAM那样快，但性能远远高于典型的硬盘。更为重要的是，访问数据时几乎不存在任何时间延迟。
FLASH闪存是一种内存技术，与RAM不同，在断电时它仍旧可以保留所存储的信息。尽管FLASH闪存在执行读写操作时并不像RAM那样快，但性能远远高于典型的硬盘。更为重要的是，FLASH闪存访问数据时几乎不存在任何时间延迟。FLASH闪存技术非常适合随机I/O，而虚拟服务器环境中恰恰存在大量的随机I/O。
对FLASH闪存主要的关注点之一是其执行写操作的方式。FLASH闪存可以执行的写操作次数有限，这意味着FLASH闪存厂商需要开发复杂的控制器技术，对写入FLASH闪存模块的方式进行管理，确保每个FLASH闪存单元接收相同的写请求。
目前有三种类型的FLASH闪存，耐久性各不相同。单阶存储单元（SLC）FLASH闪存在每个单元写一位数据，耐久性最好。多阶存储单元（MLC）FLASH闪存在每个单元写多位数据，耐久性排名第二。三阶存储单元（TLC）在每个单元写三位数据，耐久性最差。每个单元写入的数据位越多意味着每个单元的容量越高，每GB的成本越低，同样意味着平均寿命更短。
SLC是数据中心标准，但控制器技术的不断优化使得MLC被大多数用例所接受。尤其是在采用了某种方式的数据保护，比如镜像或者RAID或者使用了FLASH闪存层时。
了解FLASH闪存的几种规格
就在虚拟环境中使用FLASH闪存而言，通常有三种规格可供选择。
最常见的是固态硬盘，其与硬盘的规格相同。这类FLASH闪存可以很容易地安装在服务器内部或者存储阵列内部，直接使用HDD的驱动器插槽即可。
SSD的不足之处在于性能、密度。在SSD中放置FLASH闪存意味着所有的存储I/O都是通过SCSI堆栈处理的。与其他方式相比，会增加一些延迟。尽管如此，这些系统，尤其是阵列，仍旧可以交付成千上万个IOPS，因此很少会受到需要使用SCSI协议的SSD的影响。密度同样受到了忽视，闪存SSD厂商已经采用了独特的方式在硬盘中塞入尽可能多的FLASH闪存，与同等的HDD相比，SSD通常提供了更大的存储容量。
就某些环境而言，SCSI所增加的延迟存在问题，尽管通常我们所指的并不是虚拟环境。当延迟是一个关注点时，可以选择PCIe SSD，将闪存设备集成到PCIe板卡上。这通常避免了标准的存储协议堆栈而且能够在本地访问CPU。但用于三大最为流行的虚拟环境的驱动器都是很普通的。
PCIe应该被虚拟环境视为RAM内存的一个扩展。因为PCIe具备低延迟特性，能够提供性能非常高的虚拟内存池，这样一来动态RAM用于存储换出的页面几乎对性能没有任何影响。
另一种正在变得流行的FLASH闪存是内存总线FLASH闪存。FLASH内存总线FLASH闪存安装在服务器FLASH内存插槽中而不是PCIe总线中。FLASH内存总线FLASH闪存看起来像是DRAM双排直插内存模块，但实际上包含的是FLASH闪存。这种实现方式的延迟甚至比PCIe SSD还要低而且在访问CPU时提供了私有、高性能路径。FLASH内存总线FLASH闪存在虚拟环境中应用有限，但将FLASH内存总线FLASH闪存用作虚拟交换FLASH内存大有裨益，当难于使用PCIe插槽时，FLASH内存总线闪存同样是刀片、1U以及2U服务器的理想选择。
