浅谈 EEPROM 与 FLASH 存储器

  在计算机系统里头,我们常见的非易失性存储介质有 ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH 存储器以及磁盘等等。其中 ROM、PROM、EPROM 都是微机发展初期的产物,当然现在的一些场合仍然在使用,比如一次编程的 OTP。   ROM(Read Only Memory,只读存储器)中的数据是在 ROM 的制造工序中,在工厂用特殊的方法被烧录进去的,其中的内容只能读不能改。所以一旦烧录进去,用户只能验证写入的数据是否正确,而不能再作任何修改。如果发现数据出现错误,那么这片 ROM 就只有舍弃不用了。   由于 ROM 制造和升级的不便,后来人们发明了 PROM(Programmable ROM,可编程 ROM)。最初从工厂中制作完成的 PROM 内部并没有数据,用户可以用专用的编程器将自己的数据写入,但是这种机会只有一次,一旦写入后就无法修改,若是出了错误,已写入的芯片只能报废。PROM 的特性和 ROM 相同,但是其成本比 ROM 高,而且写入数据的速度比 ROM 的量产速度要慢,一般只适用于少量需求的场合或是 ROM 量产前的验证。   EPROM(Erasable Programmable ROM,可擦除可编程 ROM)芯片可重复擦除和写入,解决了 PROM 芯片只能写入一次的弊端。EPROM 芯片有一个很明显的特征,在其正面的陶瓷封装上,开有一个玻璃窗口,透过该窗口,可以看到其内部的集成电路,紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据,完成芯片擦除的操作要用到 EPROM 擦除器。EPROM 内数据的写入要用专用的编程器,并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压(VPP,12~24V,随不同的芯片型号而定)。EPROM 芯片在写入数据后,还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住,以免受到周围的紫外线照射而使内部数据受损。   EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM,电可擦除可编程ROM)的出现带来了福音,鉴于 EPROM 操作的不便,后来出的主板上的 BIOS ROM 芯片大部分都采用 EEPROM。EEPROM 的擦除不需要借助于其它设备,它是以电子信号来修改其内容的,而且是以 Byte 为最小修改单位,不必将数据全部洗掉才能写入,彻底摆脱了 EPROM Eraser 和编程器的束缚。   EEPROM 在写入数据时,仍要利用一定的编程电压,此时,只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容。所以它属于双电压芯片,借助于 EEPROM 芯片的双电压特性,可以使 BIOS 具有良好的防毒功能,在升级时,把跳线开关打至“ON”的位置,即给芯片加上相应的编程电压,就可以方便地升级;平时使用时,则把跳线开关打至“OFF”的位置,防止 CIH 类的病毒对 BIOS 芯片的非法修改。所以,至今仍有不少主板采用 EEPROM 作为 BIOS 芯片并作为自己主板的一大特色。   近年来,发展很快的新型半导体存储器是闪速存储器(Flash Memory)。它的主要特点是在不加电的情况下能长期保持存储的信息。就其本质而言,Flash Memory 属于 EEPROM 类型。它既有 ROM 的特点,容量大,又有很高的存取速度,而且易于擦除和重写,功耗很小。   Flash 分为 NOR 型和 NAND 型,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正,可靠性较NOR闪存要 差。NAND闪存被广泛用于移动存储、数码相机、MP3播放器、掌上电脑等新兴数字设备中。三星、东芝、Renesas和SanDisk是主要的NAND 闪存制造商,其中三星电子凭借价格和技术双重优势获得了绝对领先的市场份额,甚至在去年第三季度超过Intel公司成为全球最大的闪存制造商。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,NAND可望在2006年超过NOR成为闪存技术的主导。

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