ROM、RAM、DRAM、SRAM和FLASH的區別

發布日期:
2020-07-02

ROM和RAM指的都是半導體存儲器,ROM是Read Only Memory的縮寫,RAM是Random Access Memory的縮寫。

ROM在系統停止供電的時候仍然可以保持數據,而RAM通常都是在掉電之后就丟失數據,典型的RAM就是計算

機的內存。?

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????RAM

??有兩大類,一種稱為靜態RAM(StaticRAM/SRAM),SRAM速度非常快,是目前讀寫最快的存儲設備了,但是它也非常昂貴,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一級緩沖,二級緩沖。另一種稱為動態RAM(Dynamic RAM/DRAM),DRAM保留數據的時間很短,速度也比SRAM慢,不過它還是比任何的ROM都要快,但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多,計算機內存就是DRAM的。 DRAM分為很多種,常見的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等,這里介紹其中的一種DDR RAM。

??DDR RAM(Date-Rate RAM)也稱作DDR SDRAM,這種改進型的RAM和SDRAM是基本一樣的,不同之處在于它可以在一個時鐘讀寫兩次數據,這樣就使得數據傳輸速度加倍了。這是目前電腦中用得最多的內存,而且它有著成本優勢,事實上擊敗了Intel的另外一種內存標準-Rambus DRAM。在很多高端的顯卡上,也配備了高速DDR RAM來提高帶寬,這可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。?

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??內存工作原理:

??內存是用來存放當前正在使用的(即執行中)的數據和程序,我們平常所提到的計算機的內存指的是動態內存(即DRAM),動態內存中所謂的'動態',指的是當我們將數據寫入DRAM后,經過一段時間,數據會丟失,因此需要一個額外設電路進行內存刷新操作。具體的工作過程是這樣的:一個DRAM的存儲單元存儲的是0還是1取決于電容是否有電荷,有電荷代表1,無電荷代表0。但時間一長,代表1的電容會放電,代表0的電容會吸收電荷,這就是數據丟失的原因;刷新操作定期對電容進行檢查,若電量大于滿電量的1/2,則認為其代表1,并把電容充滿電;若電量小于1/2,則認為其代表0,并把電容放電,藉此來保持數據的連續性。?

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????ROM

??也有很多種,PROM是可編程的ROM,PROM和EPROM(可擦除可編程ROM)兩者區別是,PROM是一次性的,也就是軟件灌入后,就無法修改了,這種是早期的產品,現在已經不可能使用了,而EPROM是通過紫外光的照射擦出原

先的程序,是一種通用的存儲器。另外一種EEPROM是通過電子擦出,價格很高,寫入時間很長,寫入很慢。??舉個例子,手機軟件一般放在EEPROM中,我們打電話,有些最后撥打的號碼,暫時是存在SRAM中的,不是馬上寫入通過記錄(通話記錄保存在EEPROM中),因為當時有很重要工作(通話)要做,如果寫入,漫長的等待是讓用戶忍無可忍的。

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??DRAM

??利用MOS管的柵電容上的電荷來存儲信息,一旦掉電信息會全部的丟失,由于柵極會漏電,所以每隔一定的時間就需要一個刷新機構給這些柵電容補充電荷,并且每讀出一次數據之后也需要補充電荷,這個就叫動態刷新,所以稱其為動態隨機存儲器。由于它只使用一個MOS管來存信息,所以集成度可以很高,容量能夠做的很大。SDRAM比它多了一個與CPU時鐘同步。

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??SRAM?

??利用寄存器來存儲信息,所以一旦掉電,資料就會全部丟失,只要供電,它的資料就會一直存在,不需要動態刷新,所以叫靜態隨機存儲器。

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??以上主要用于系統內存儲器,容量大,不需要斷電后仍保存數據的。

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???PSRAM

??PSRAM ,假靜態隨機存儲器。具有一個單晶體管的DRAM儲存格,與傳統具有六個晶體管的SRAM儲存格或是四個晶體管與two-load?resistor SRAM儲存格大不相同,但它具有類似SRAM的穩定接口,內部的DRAM架構給予PSRAM一些比low-power 6TSRAM優異的長處,例如體積更為輕巧,售價更具競爭力。目前在整體SRAM市場中,有90%的制造商都在生產PSRAM組件。在過去兩年,市場上重要的SRAM/PSRAM供貨商有Samsung、Cypress、Renesas、Micron與Toshiba等。?

??基本原理:PSRAM就是偽SRAM,內部的內存顆粒跟SDRAM的顆粒相似,但外部的接口跟SRAM相似,不需要SDRAM那樣復雜的控制器和刷新機制,PSRAM的接口跟SRAM的接口是一樣的。?

??PSRAM容量有8Mbit,16Mbit,32Mbit等等,容量沒有SDRAM那樣密度高,但肯定是比SRAM的容量要高很多的,速度支持突發模式,并不是很慢,Hynix,Coremagic, WINBOND .MICRON. CY等廠家都有供應,價格只比相同容量的SDRAM稍貴一點點,比SRAM便宜很多。?

??PSRAM主要應用于手機,電子詞典,掌上電腦,PDA,PMP.MP3/4,GPS接收器等消費電子產品與SRAM(采用6T的技術)相比,PSRAM采用的是1T+1C的技術,所以在體積上更小,同時,PSRAM的I/O接口與SRAM相同.在容量上,目前有4MB,8MB,16MB,32MB,64MB和128MB。比較于SDRAM,PSRAM的功耗要低很多。所以對于要求有一定緩存容量的很多便攜式產品是一個理想的選擇。

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????FLASH

??存儲器又稱閃存,它結合了ROM和RAM的長處,不僅具備電子可擦除可編程(EEPROM)的性能,還不會斷電丟失

數據同時可以快速讀取數據(NVRAM的優勢),U盤和MP3里用的就是這種存儲器。在過去的20年里,嵌入式系統一直使用ROM(EPROM)作為它們的存儲設備,然而近年來Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系統中的地位,用作存儲Bootloader以及操作系統或者程序代碼或者直接當硬盤使用(U盤)。?

??Flash ROM

??是利用浮置柵上的電容存儲電荷來保存信息,因為浮置柵不會漏電,所以斷電后信息仍然可以保存。也由于其機構簡單所以集成度可以做的很高,容量可以很大。Flash rom寫入前需要用電進行擦除,而且擦除不同與EEPROM可以以byte(字節)為單位進行,flash?rom只能以sector(扇區)為單位進行。不過其寫入時可以byte為單位。flash rom主要用于bios,U盤,Mp3等需要大容量且斷電不丟數據的設備。

??目前Flash主要有兩種NOR Flash和NADN Flash。NOR Flash的讀取和我們常見的SDRAM的讀取是一樣,用戶可以直接運行裝載在NOR FLASH里面的代碼,這樣可以減少SRAM的容量從而節約了成本。

???NAND Flash沒有采取內存的隨機讀取技術,它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的,通常是一次讀取512個字節,采用這種技術的Flash比較廉價。用戶不能直接運行NAND Flash上的代碼,因此好多使用NAND Flash的開發板除了使用NAND Flah以外,還作上了一塊小的NOR Flash來運行啟動代碼。??一般小容量的用NOR Flash,因為其讀取速度快,多用來存儲操作系統等重要信息,而大容量的用NAND FLASH,最常見的NAND FLASH應用是嵌入式系統采用的DOC(Disk On Chip)和我們通常用的'閃盤',可以在線擦除。目前市面上的FLASH 主要來自Intel,AMD,Fujitsu和Toshiba,而生產NAND Flash的主要廠家有Samsung和Toshiba。

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??NAND Flash和NOR Flash的比較

??NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。Intel于1988年首先開發出NOR flash技術,徹底改變了原先由EPROM和EEPROM一統天下的局面。緊接著,1989年,東芝公司發表了NAND flash結構,強調降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。但是經過了十多年之后,仍然有相當多的硬件工程師分不清NOR和NAND閃存。象'flash存儲器'經常可以與相'NOR存儲器'互換使用。許多業內人士也搞不清楚NAND閃存技術相對于NOR技術的優越之處,因為大多數情況下閃存只是用來存儲少量的代碼,這時NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數據存儲密度的理想解決方案。?

???NOR是現在市場上主要的非易失閃存技術。NOR一般只用來存儲少量的代碼;NOR主要應用在代碼存儲介質中。NOR的特點是應用簡單、無需專門的接口電路、傳輸效率高,它是屬于芯片內執行(XIP, eXecute In Place),這樣應用程序可以直接在(NOR型)flash閃存內運行,不必再把代碼讀到系統RAM中。在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NOR flash帶有SRAM接口,有足夠的地址引腳來尋址,可以很容易地存取其內部的每一個字節。NOR flash占據了容量為1~16MB閃存市場的大部分。

??NAND結構能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于flash的管理和需要特殊的系統接口。

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??1、性能比較:

??flash閃存是非易失存儲器,可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行,所以大多數情況下,在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執行擦除操作是十分簡單的,而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為1。

  由于擦除NOR器件時是以64~128KB的塊進行的,執行一個寫入/擦除操作的時間為5s,與此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的塊進行的,執行相同的操作最多只需要4ms。執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距,統計表明,對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時),更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。這樣,當選擇存儲解決方案時,設計師必須權衡以下的各項因素:

  ● NOR的讀速度比NAND稍快一些。

  ● NAND的寫入速度比NOR快很多。

  ● NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。

  ● 大多數寫入操作需要先進行擦除操作。

  ● NAND的擦除單元更小,相應的擦除電路更少。

???(注:NOR FLASH SECTOR擦除時間視品牌、大小不同而不同,比如,4M FLASH,有的SECTOR擦除時間為60ms,而有的需要最大6s。)

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??2、接口差別:

  NOR flash帶有SRAM接口,有足夠的地址引腳來尋址,可以很容易地存取其內部的每一個字節。

  NAND器件使用復雜的I/O口來串行地存取數據,各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。

  NAND讀和寫操作采用512字節的塊,這一點有點像硬盤管理此類操作,很自然地,基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設備。

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??3、容量和成本:

  NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半,由于生產過程更為簡單,NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量,也就相應地降低了價格。

  ?NOR flash占據了容量為1~16MB閃存市場的大部分,而NAND flash只是用在8~128MB的產品當中,這也說明NOR主要應用在代碼存儲介質中,NAND適合于數據存儲,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大。

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??4、可靠性和耐用性:

  采用flahs介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對于需要擴展MTBF的系統來說,Flash是非常合適的存儲方案。可以從壽命(耐用性)、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。

  A) 壽命(耐用性)

   ??在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次,而NOR的擦寫次數是十萬次。NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除周期優勢,典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍,每個NAND存儲器塊在給定的時間內的刪除次數要少一些。

  B) 位交換

   ?所有flash器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下(很少見,NAND發生的次數要比NOR多),一個比特(bit)位會發生反轉或被報告反轉了。一位的變化可能不很明顯,但是如果發生在一個關鍵文件上,這個小小的故障可能導致系統停機。

????如果只是報告有問題,多讀幾次就可能解決了。當然,如果這個位真的改變了,就必須采用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)算法。位反轉的問題更多見于NAND閃存,NAND的供應商建議使用NAND閃存的時候,同時使用EDC/ECC算法。這個問題對于用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當然,如果用本地存儲設備來存儲操作系統、配置文件或其他敏感信息時,必須使用EDC/ECC系統以確保可靠性。

  C) 壞塊處理

   ?NAND器件中的壞塊是隨機分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力,但發現成品率太低,代價太高,根本不劃算。NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊,并將壞塊標記為不可用。在已制成的器件中,如果通過可靠的方法不能進行這項處理,將導致高故障率。?

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??5、易于使用:

  可以非常直接地使用基于NOR的閃存,可以像其他存儲器那樣連接,并可以在上面直接運行代碼。

  由于需要I/O接口,NAND要復雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。

  在使用NAND器件時,必須先寫入驅動程序,才能繼續執行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當的技巧,因為設計師絕不能向壞塊寫入,這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬映射。

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??6、軟件支持:

  當討論軟件支持的時候,應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件,包括性能優化。在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟件支持,在NAND器件上進行同樣操作時,通常需要驅動程序,也就是內存技術驅動程序(MTD),NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些,許多廠商都提供用于NOR器件的更高級軟件,這其中包括M-System的TrueFFS驅動,該驅動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。驅動還用于對DiskOnChip產品進行仿真和NAND閃存的管理,包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。

???NOR FLASH的主要供應商是INTEL ,MICRO等廠商,曾經是FLASH的主流產品,但現在被NAND FLASH擠的比較難受。它的優點是可?以直接從FLASH中運行程序,但是工藝復雜,價格比較貴。

???NAND FLASH的主要供應商是SAMSUNG和東芝,在U盤、各種存儲卡、MP3播放器里面的都是這種FLASH,由于工藝上的不同,它比NOR FLASH擁有更大存儲容量,而且便宜。但也有缺點,就是無法尋址直接運行程序,只能存儲數據。另外NAND FLASH非常容易出現壞區,所以需要有校驗的算法。

???在掌上電腦里要使用NAND FLASH 存儲數據和程序,但是必須有NOR FLASH來啟動。除了SAMSUNG處理器,其他用在掌上電腦的主流處理器還不支持直接由NAND FLASH 啟動程序。因此,必須先用一片小的NOR FLASH 啟動機器,在把OS等軟件從NAND FLASH?載入SDRAM中運行才行,挺麻煩的。

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結合理論和實際應用,對RAMROMFlash的做以區別

?RAM(Random Access Memory)
??????
全名為隨機存取記憶體,它相當于PC機上的移動存儲,用來存儲和保存數據的。它在任何時候都可以讀寫,RAM通常是作為操作系統或其他正在運行程序的臨時存儲介質(內存)。當電源關閉時RAM不能保留數據。

RAMSRAMDRAM兩大類
SRAMStatic RAM/SRAM),
???????
靜態RAMSRAM速度非常快,是目前讀寫最快的存儲設備了,但是它也非常昂貴,所以只在要

??????? 求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一級緩沖, 二級緩沖。

DRAMDynamic RAM/DRAM),
??????? DRAM
保留數據的時間很短,速度也比SRAM慢,不過它還是比任何的ROM都要快,但從價格上

??????? 來說DRAM相比SRAM要便宜很多,計算機內存就是DRAM的。DRAM分為很多種,常見的主要有

??????? FPRAM/FastPageEDORAMSDRAMDDR RAMRDRAMSGRAM以及WRAM等,這里

??????? 介紹其中的一種DDR RAMDDR RAMDate-Rate RAM)也稱作DDR SDRAM,這種改進型

??????? RAMSDRAM是基本一樣的,不同之處在于它可以在一個時鐘讀寫兩次數據,這樣就使得數據

??????? 傳輸速度加倍了。這是目前電腦中用得最多的內存,而且它有著成本優勢,事實上擊敗了Intel

??????? 另外一種內存標準-Rambus DRAM。在很多高端的顯卡上,也配備了高速DDR RAM來提高帶

??????? 寬,這可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。

ROM(Read Only Memory)
???????
全名為唯讀記憶體,它相當于PC機上的硬盤,用來存儲和保存數據。ROM數據不能隨意更新,但是在任何時候都可以讀取。即使是斷電,ROM也能夠保留數據。但是資料一但寫入后只能用特殊方法或根本無法更改,因此ROM常在嵌入式系統中擔任存放作業系統的用途。現在市面上主流的PDAROM大小是64MB以及128MBRAMROM相比,兩者的最大區別是RAM在斷電以后保存在上面的數據會自動消失,而ROM就不會。隨著ROM存儲介質發展,應用中

經常提到的有ROMPROMEPROM2PROM
ROM:Read Only Memory

???????
只讀存儲器。在ROM中的內容只能讀不能改,是在工廠里用特殊的方法被燒錄進去的。
PROM:Programmable ROM

???????
可編程ROM。用戶可以用專用的編程器將自己的資料寫入,但是這種機會只有一次,一旦寫入后

??????? 也無法修改。
EPROM
Erasable Programmable ROM
???????
可擦除可編程ROM。芯片寫入要用專用的編程器,可重復擦除和寫入。
EEPROM
Electrically Erasable Programmable ROM
???????
電可擦除可編程ROM。價格很高,寫入時間很長,寫入很慢。但它的寫入、擦除不需要借助于其它設備,是以電子信號來修改其內容的。用廠商提供的專用刷新程序并利用一定的編程電壓就可以輕而易舉地改寫內容。舉個例子,手機軟件一般放在EEPROM中,我們打電話,有些最后撥打的號碼,暫時是存在SRAM中的,不是馬上寫入通過記錄(通話記錄保存在EEPROM中),因為當時有很重要工作(通話)要做,如果寫入,漫長的等待是讓用戶忍無可忍的。

FLASH存儲器(閃存)

它結合了ROMRAM的長處,不僅具備電子可擦出可編程(EEPROM)的性能,還不會斷電丟失數據同時可以快速讀取數據(NVRAM的優勢),U盤和MP3里用的就是這種存儲器。在過去的20年里,嵌入式系統一直使用ROMEPROM)作為它們的存儲設備,然而近年來Flash全面代替了ROMEPROM)在嵌入式系統中的地位,用作存儲Bootloader以及操作系統或者程序代碼或者直接當硬盤使用(U盤)。目前Flash

主要有兩種
NOR Flash
NADN Flash?
NOR Flash
???????
特點是芯片內執行(XIP, eXecute In Place),這樣應用程序可以直接在flash閃存內運行,不必

??????? 再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高,在14MB的小容量時具有很高的成本效益,但

??????? 是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。
NAND Flash
???????
該結構能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。NAND

??????? Flash沒有采取內存的隨機讀取技術,它的讀取是以一次讀取一快的形式來進行的,通常是一次讀

??????? 512個字節,采用這種技術的Flash比較廉價。用戶不能直接運行NAND Flash上的代碼,因此

??????? 好多使用NAND Flash的開發板除了使用NAND Flah以外,還作上了一塊小的NOR Flash來運行

??????? 啟動代碼。應用NAND的困難在于flash的管理和需要特殊的系統接口。

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性能比較

Flash閃存是非易失存儲器,可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行,所以大多數情況下,在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND 器件執行擦除操作是十分簡單的,而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為0 由于擦除NOR器件時是以64128KB 的塊進行的,執行一個寫入/擦除操作的時間為5s,與此相反,擦除NAND器件是以832KB的塊進行的,執行相同的操作最多只需要4ms。執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了 NOR NADN 之間的性能差距,統計表明,對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。這樣,當選擇存儲解決方案時,設計師必須權衡以下的各項因素。

● NOR的讀速度比NAND稍快一些。?
● NAND
的寫入速度比NOR快很多。?
● NAND
4ms擦除速度遠比NOR5s快。?
大多數寫入操作需要先進行擦除操作。?
● NAND
的擦除單元更小,相應的擦除電路更少。?
?
接口差別?
NOR flash
帶有SRAM接口,有足夠的地址引腳來尋址,可以很容易地存取其內部的每一個字節。?
NAND
器件使用復雜的I/O口來串行地存取數據,各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送
控制、地址和數據信息。?
NAND
讀和寫操作采用 512 字節的塊,這一點有點像硬盤管理此類操作,很自然地,基于 NAND 的存儲
器就可以取代硬盤或其他塊設備。

容量和成本?
NAND flash
的單元尺寸幾乎是 NOR 器件的一半,由于生產過程更為簡單,NAND 結構可以在給定的模
具尺寸內提供更高的容量,也就相應地降低了價格。?
NOR flash
占據了容量為116MB閃存市場的大部分,而NAND flash只是用在8128MB的產品當中,這
也說明NOR主要應用在代碼存儲介質中,NAND適合于數據存儲,NAND CompactFlashSecure Digital
PC Cards
MMC 存儲卡市場上所占份額最大。?
?
可靠性和耐用性?
采用flahs 介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對于需要擴展MTBF的系統來說,Flash 是非常合適的
存儲方案。可以從壽命(耐用性)、位交換和壞塊處理三個方面來比較NORNAND的可靠性。?
?
壽命(耐用性)?
NAND 閃存中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次,而NOR的擦寫次數是十萬次。NAND存儲器除了具有10
1的塊擦除周期優勢,典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍,每個NAND存儲器塊在給定的時間內的刪
除次數要少一些。


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