¿Qué significa la palabra "memoria flash" en las computadoras? ¿De qué sirve? Gracias
Memoria Flash En la actualidad, la mayoría de las BIOS de las placas base están hechas de Memoria Flash, que se traduce en chino como "memoria flash". Generalmente se llama "memoria flash", o "memoria flash" para abreviar. Una unidad flash es un producto de almacenamiento móvil que se puede utilizar para almacenar archivos de datos en cualquier formato para facilitar su portabilidad. Es un "centro de movilidad de datos" personal. Las unidades flash utilizan medios de almacenamiento flash (memoria flash) e interfaces de bus serie universal (USB). Son livianas y exquisitas, fáciles de usar, portátiles, de gran capacidad, seguras y confiables, y son una herramienta de almacenamiento portátil ideal. todos
La memoria flash a la que nos referimos a menudo es en realidad solo un nombre general. Para ser precisos, es el nombre común de memoria de acceso aleatorio no volátil (NVRAM). no desaparece después de apagar la alimentación, por lo que se puede utilizar como memoria externa. La llamada memoria es memoria volátil, que se divide en dos categorías: DRAM y SRAM. La memoria que se menciona a menudo se refiere principalmente a DRAM, que es la familiar DDR, DDR2, SDR, EDO, etc. También existen diferentes tipos de memoria flash, que se dividen principalmente en dos categorías: tipo NOR y tipo NAND.
Clasificación de la memoria flash
Existe una gran diferencia entre la memoria flash tipo NOR y la memoria flash tipo NAND. Por ejemplo, la memoria flash tipo NOR se parece más a la memoria, con líneas de dirección y datos independientes. líneas, pero el precio es más caro y la capacidad es menor; mientras que el tipo NAND se parece más a un disco duro, la línea de dirección y la línea de datos son las líneas de E/S más utilizadas. Se transmite toda la información de manera similar a un disco duro. a través de una línea de disco duro, y el tipo NAND y el tipo NOR generalmente son En comparación con la memoria flash, el costo es menor y la capacidad es mucho mayor. Por lo tanto, la memoria flash NOR es más adecuada para lecturas y escrituras aleatorias frecuentes. Generalmente se usa para almacenar códigos de programas y ejecutarlos directamente en la memoria flash. Los teléfonos móviles son los mayores usuarios de memoria flash NOR, por lo que la capacidad de "memoria" de los teléfonos móviles. Por lo general, no es grande; la memoria flash NAND se utiliza principalmente para almacenar datos. Nuestros productos de memoria flash de uso común, como discos flash y tarjetas de memoria digitales, utilizan memoria flash NAND.
Aquí también necesitamos corregir un concepto, es decir, la velocidad de la memoria flash es en realidad muy limitada. Su velocidad y frecuencia de funcionamiento son mucho más bajas que las de la memoria, y la memoria flash NAND funciona de manera similar a una. disco duro y es más eficiente que la memoria. El método de acceso directo es mucho más lento. Por lo tanto, no piense que el cuello de botella en el rendimiento de la unidad flash es la interfaz, ni dé por sentado que la unidad flash obtendrá una gran mejora en el rendimiento después de adoptar la interfaz USB2.0.
Como se mencionó anteriormente, la eficiencia operativa de la memoria flash NAND es baja. Esto está relacionado con el diseño de su arquitectura y el diseño de la interfaz. Funciona como un disco duro (de hecho, la memoria flash NAND sí consideró la operación). eficiencia al comienzo de su diseño) compatibilidad del disco duro), sus características de rendimiento también son muy similares a las de un disco duro: las operaciones con bloques de datos pequeños son muy lentas, mientras que las operaciones con bloques de datos grandes son muy rápidas. Esta diferencia es mucho mayor. que otros medios de almacenamiento. Este tipo de características de rendimiento merecen mucho nuestra atención.
Características técnicas de la memoria flash NAND
La unidad de almacenamiento básica de la memoria y de la memoria flash NOR es el bit, y los usuarios pueden acceder aleatoriamente a la información de cualquier bit. La unidad de almacenamiento básica de la memoria flash NAND es la página (como puede ver, una página de memoria flash NAND es similar a un sector de un disco duro, y un sector de un disco duro también tiene 512 bytes). La capacidad efectiva de cada página es múltiplo de 512 bytes. La llamada capacidad efectiva se refiere a la parte utilizada para el almacenamiento de datos. De hecho, se agregan 16 bytes de información de verificación, por lo que podemos ver la expresión "(512+16) Byte" en la información técnica del fabricante de la memoria flash. En la actualidad, la mayoría de las memorias flash NAND con una capacidad inferior a 2 Gb tienen una capacidad de páginas de (512+16) bytes, mientras que las memorias flash NAND con una capacidad superior a 2 Gb amplían la capacidad de páginas a (2048+64) bytes.
La memoria flash NAND realiza operaciones de borrado en unidades de bloque. La operación de escritura de la memoria flash se debe realizar en un área en blanco. Si ya hay datos en el área de destino, primero se deben borrar y luego escribir. Por lo tanto, la operación de borrado es una operación básica de la memoria flash. Generalmente, cada bloque contiene 32 páginas de 512 bytes, con una capacidad de 16 KB; cuando la memoria flash de gran capacidad utiliza páginas de 2 KB, cada bloque contiene 64 páginas, con una capacidad de 128 KB.
Cada memoria flash NAND generalmente tiene 8 interfaces de E/S. Cada línea de datos transmite (512+16) bits de información cada vez. 8 interfaces de E/S son (512+16)×8 bits. Los 512 bytes mencionados anteriormente. Sin embargo, las memorias flash NAND de mayor capacidad adoptan cada vez más diseños de líneas de 16 E/S. Por ejemplo, el número de chip K9K1G16U0A de Samsung es una memoria flash NAND de 64 M×16 bits con una capacidad de 1 Gb y la unidad de datos básica es (256+8 )×. 16 bits, todavía 512 bytes.
Al realizar el direccionamiento, la memoria flash NAND transmite paquetes de información de dirección a través de 8 líneas de datos de interfaz de E/S, y cada paquete transmite información de dirección de 8 bits. Debido a la capacidad relativamente grande del chip de memoria flash, un conjunto de direcciones de 8 bits solo es suficiente para direccionar 256 páginas, lo que obviamente no es suficiente. Por lo tanto, generalmente una transferencia de dirección debe dividirse en varios grupos y ocupa varios. ciclos de reloj. La información de dirección de NAND incluye la dirección de columna (la dirección de operación inicial en la página), la dirección de bloque y la dirección de página correspondiente. Se agrupan por separado durante la transmisión, lo que requiere al menos tres veces y tres ciclos. A medida que aumenta la capacidad, se necesitarán más ciclos de reloj para transmitir más información de dirección. Por lo tanto, una característica importante de la memoria flash NAND es que cuanto mayor sea la capacidad, mayor será el tiempo de direccionamiento. Además, debido a que el ciclo de transferencia de direcciones es más largo que el de otros medios de almacenamiento, la memoria flash NAND es menos adecuada que otros medios de almacenamiento para una gran cantidad de solicitudes de lectura y escritura de pequeña capacidad.
¿Cuáles son los factores que determinan la memoria flash NAND?
1. Número de páginas
Como se mencionó anteriormente, cuanto mayor sea la capacidad de la memoria flash, más páginas, más grandes serán las páginas y mayor será el tiempo de direccionamiento. Pero esta extensión del tiempo no es una relación lineal, sino que cambia paso a paso. Por ejemplo, los chips de 128 y 256 Mb requieren 3 ciclos para transmitir señales de dirección, los chips de 512 Mb y 1 Gb requieren 4 ciclos y los chips de 2 y 4 Gb requieren 5 ciclos.
2. Capacidad de la página
La capacidad de cada página determina la cantidad de datos que se pueden transferir a la vez, por lo que las páginas con mayor capacidad tienen un mejor rendimiento. Como se mencionó anteriormente, la memoria flash de gran capacidad (4 Gb) aumenta la capacidad de la página de 512 bytes a 2 KB. Aumentar la capacidad de la página no solo aumenta fácilmente la capacidad, sino que también mejora el rendimiento de la transmisión. Podemos dar un ejemplo para ilustrar. Tome Samsung K9K1G08U0M y K9K4G08U0M como ejemplos. El primero tiene una capacidad de página de 1 Gb y 512 bytes, un tiempo de lectura aleatoria (estable) de 12 μs y un tiempo de escritura de 200 μs. (estable) de 25 μs y un tiempo de escritura de 25 μs es de 300 μs. Supongamos que operan a 20 MHz.
Rendimiento de lectura: los pasos de lectura de la memoria flash NAND se dividen en: enviar comandos e información de direccionamiento → transferir datos al registro de página (tiempo de estabilización de lectura aleatoria) → transferir datos (8 bits por ciclo, se requiere teletransporte 512+16 o 2K+64 veces).
K9K1G08U0M necesita leer una página: 5 comandos, ciclo de direccionamiento × 50 ns + 12 μs + (512 + 16) × 50 ns = 38,7 μs Velocidad de transferencia de lectura real de K9K1G08U0M: 512 bytes ÷ 38,7 μs = 13,2 MB / s; K9K4G08U0M necesita leer una página: 6 comandos, ciclo de direccionamiento × 50 ns + 25 μs + (2K + 64) × 50 ns = 131,1 μs Velocidad de transferencia de lectura real de K9K4G08U0M: 2 KB bytes ÷ 131,1 μs = 15,6 MB/s. Por lo tanto, el uso de una capacidad de página de 2 KB mejora el rendimiento de lectura en aproximadamente un 20 % en comparación con una capacidad de página de 512 bytes.
Rendimiento de escritura: los pasos de escritura de la memoria flash NAND se dividen en: enviar información de direccionamiento → transferir datos al registro de página → enviar información de comando → escribir datos desde el registro a la página. El ciclo de comando también es uno, y lo fusionaremos con el ciclo de direccionamiento a continuación, pero estas dos partes no son consecutivas.
K9K1G08U0M necesita escribir una página: 5 comandos, ciclo de direccionamiento × 50ns + (512 + 16) × 50ns + 200μs = 226,7μs. Velocidad de transferencia de escritura real del K9K1G08U0M: 512 bytes ÷ 226,7 μs = 2,2 MB/s. K9K4G08U0M necesita escribir una página: 6 comandos, ciclo de direccionamiento × 50 ns + (2K + 64) × 50 ns + 300 μs = 405,9 μs.
Velocidad de transferencia de escritura real del K9K4G08U0M: 2112 bytes/405,9 μs = 5 MB/s. Por lo tanto, el uso de una capacidad de página de 2 KB mejora el rendimiento de escritura en más del doble que una capacidad de página de 512 bytes.
3． Capacidad de bloque
El bloque es la unidad básica de operación de borrado, ya que el tiempo de borrado de cada bloque es casi el mismo (la operación de borrado generalmente toma 2 ms, y el tiempo ocupado por los comandos y la información de dirección del anterior). Los ciclos se pueden ignorar) Sin contar), la capacidad del bloque determinará directamente el rendimiento de borrado. La capacidad de páginas de la memoria flash NAND de gran capacidad ha aumentado y el número de páginas en cada bloque también ha aumentado. Generalmente, la capacidad de bloque de los chips de 4 Gb es 2 KB × 64 páginas = 128 KB, y la de los chips de 1 Gb es 512 bytes ×. 32 páginas = 16 KB. ¡Se puede ver que al mismo tiempo, la velocidad de limpieza del primero es 8 veces mayor que la del segundo!
4. Ancho de bits de E/S
En el pasado, la memoria flash NAND generalmente tenía 8 líneas de datos, pero a partir de productos de 256 Mb, han aparecido productos con 16 líneas de datos. Sin embargo, debido a razones como los controladores, los chips x16 se utilizan relativamente raramente en la práctica, pero el número seguirá mostrando una tendencia ascendente en el futuro. Aunque el chip x16 todavía usa grupos de 8 bits al transmitir datos e información de direcciones, y el ciclo ocupado sigue siendo el mismo, transmite datos en grupos de 16 bits, duplicando el ancho de banda. K9K4G16U0M es un chip típico de 64M × 16. Cada página sigue teniendo 2 KB, pero la estructura es (1K + 32) × 16 bits.
Imitando el cálculo anterior, obtenemos lo siguiente. K9K4G16U0M necesita leer una página: 6 comandos, ciclo de direccionamiento × 50 ns + 25 μs + (1K + 32) × 50 ns = 78,1 μs. Velocidad de transferencia de lectura real del K9K4G16U0M: 2 KB bytes ÷ 78,1 μs = 26,2 MB/s. K9K4G16U0M necesita escribir una página: 6 comandos, ciclo de direccionamiento × 50ns + (1K + 32) × 50ns + 300μs = 353,1μs. La tasa de transferencia de escritura real de K9K4G16U0M: 2 KB bytes ÷ 353,1 μs = 5,8 MB/s
Se puede ver que para un chip con la misma capacidad, después de aumentar el número de líneas de datos a 16, la lectura el rendimiento mejora en casi un 70% y el rendimiento de escritura mejora en casi un 70%. El rendimiento también mejora en un 16%.
5． Frecuencia
El impacto de la frecuencia de funcionamiento es fácil de entender. La frecuencia de funcionamiento de la memoria flash NAND está entre 20 y 33 MHz. Cuanto mayor sea la frecuencia, mejor será el rendimiento. Al tomar K9K4G08U0M como ejemplo anteriormente, asumimos que la frecuencia es de 20MHz. Si duplicamos la frecuencia a 40MHz, entonces K9K4G08U0M necesita leer una página: 6 comandos, ciclo de direccionamiento × 25ns + 25μs + (2K+64)×25ns=. 78μs. Velocidad de transferencia de lectura real del K9K4G08U0M: 2 KB bytes ÷ 78 μs = 26,3 MB/s. Se puede ver que si la frecuencia operativa de K9K4G08U0M aumenta de 20MHz a 40MHz, el rendimiento de lectura se puede mejorar en casi un 70%. Por supuesto, el ejemplo anterior es sólo para facilitar el cálculo. En la línea de productos actual de Samsung, el que puede funcionar a frecuencias más altas debería ser el K9XXG08UXM, no el K9XXG08U0M. La frecuencia del primero puede alcanzar actualmente los 33MHz.
6. Proceso de fabricación
El proceso de fabricación puede afectar a la densidad de los transistores y también tener un impacto en el tiempo de algunas operaciones. Por ejemplo, los tiempos de estabilidad de escritura y de estabilidad de lectura mencionados anteriormente representan una parte importante del tiempo en nuestros cálculos, especialmente al escribir. Si puedes reducir estos tiempos, podrás mejorar aún más el rendimiento. ¿Puede el proceso de fabricación de 90 nm mejorar el rendimiento? ¡La respuesta probablemente sea no! La situación real actual es que a medida que aumenta la densidad de almacenamiento, el tiempo de estabilización de lectura y escritura requerido muestra una tendencia ascendente. Esta tendencia se refleja en los ejemplos dados en los cálculos anteriores; de lo contrario, la mejora del rendimiento de los chips de 4 Gb será aún más obvia.
En términos generales, aunque el tiempo de direccionamiento y operación de los chips de memoria flash NAND de gran capacidad será ligeramente mayor, a medida que aumenta la capacidad de la página, la velocidad de transmisión efectiva seguirá siendo mayor. en línea con las tendencias de la demanda del mercado en cuanto a capacidad, costo y rendimiento.
Sin embargo, aumentar las líneas de datos y aumentar la frecuencia son las formas más efectivas de mejorar el rendimiento, debido a la influencia de factores físicos y de proceso, como comandos e información de direcciones, que ocupan el ciclo operativo, así como algunos tiempos operativos fijos (como el tiempo de estabilización de la señal). , etc.), no traerán mejoras de rendimiento año tras año.
1Página=(2K+64)Bytes; 1Bloque=(2K+64)B×64Páginas=(128K+4K)Bytes; 1Dispositivo=(2K+64)B×64Páginas×4096Bloques=4224Mbits
Entre ellos: dirección A0 ~ 11 dentro de la página, que puede entenderse como "dirección de columna".
A12～29 dirige la página y puede entenderse como "dirección de fila". Por conveniencia, la "dirección de columna" y la "dirección de fila" se transmiten en dos grupos en lugar de combinarlas directamente en un grupo grande. Por tanto, cada grupo tendrá varias líneas de datos sin transmisión de información en el último ciclo. Las líneas de datos no utilizadas siguen siendo bajas. Las llamadas "dirección de fila" y "dirección de columna" de la memoria flash NAND no son las definiciones con las que estamos familiarizados en DRAM y SRAM, sino que son solo una forma de expresión relativamente conveniente. Para facilitar la comprensión, podemos hacer una sección transversal del diagrama de arquitectura del chip de memoria flash NAND tridimensional anterior en dirección vertical. Es más intuitivo aplicar los conceptos bidimensionales de "fila" y "columna" a esto. sección transversal.