Flash存储器-读写原理及次数

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　　FLASH存储器又称闪存，是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）的存储器，由于其断电时仍能保存数据，FLASH存储器通常被用来保存设置信息，如在电脑的BIOS（基本输入输出程序）、PDA（个人数字助理）、数码相机中保存资料等。本文将探讨FLASH存储器的读写原理及次数。

　　一、FLASH存储器的读写原理

　　FLASH存储器的基本单元电路，与EEPROM类似，也是由双层浮空栅MOS管组成。但是第一层栅介质很薄，作为隧道氧化层。写入方法与EEPROM相同，在第二级浮空栅加以正电压，使电子进入第一级浮空栅。读出方法与EPROM相同。擦除方法是在源极加正电压利用第一级浮空栅与源极之间的隧道效应，把注入至浮空栅的负电荷吸引到源极。由于利用源极加正电压擦除，因此各单元的源极联在一起，这样，快擦存储器不能按字节擦除，而是全片或分块擦除。

　　到后来，随着半导体技术的改进，FLASH存储器也实现了单晶体管（1T）的设计，主要就是在原有的晶体管上加入了浮动栅和选择栅，在源极和漏极之间电流单向传导的半导体上形成贮存电子的浮动棚。浮动栅包裹着一层硅氧化膜绝缘体。它的上面是在源极和漏极之间控制传导电流的选择/控制栅。数据是0或1取决于在硅底板上形成的浮动栅中是否有电子。有电子为0，无电子为1。

　　FLASH存储器就如同其名字一样，写入前删除数据进行初始化。具体说就是从所有浮动栅中导出电子。即将有所数据归“1”。写入时只有数据为0时才进行写入，数据为1时则什么也不做。写入0时，向栅电极和漏极施加高电压，增加在源极和漏极之间传导的电子能量。这样一来，电子就会突破氧化膜绝缘体，进入浮动栅。

　　读取数据时，向栅电极施加一定的电压，电流大为1，电流小则定为0。浮动栅没有电子的状态（数据为1）下，在栅电极施加电压的状态时向漏极施加电压，源极和漏极之间由于大量电子的移动，就会产生电流。而在浮动栅有电子的状态（数据为0）下，沟道中传导的电子就会减少。因为施加在栅电极的电压被浮动栅电子吸收后，很难对沟道产生影响。

　　二、FLASH存储器的读写次数

　　根据Flash生产厂商，理论上闪存盘可擦写1，000，000次，折合正常使用次数计算，闪存盘里数据可保存约10年左右。

　　FLASH存储器在使用一段时间后，再次格式化，其容量会自动变小。

　　数据写入的时候，FLASH存储器芯片内部需要有至少一个物理块（Block）作为交换块使用。这是因为FLASH存储器的写操作很特殊，必须是先擦除，然后才能写入数据，而擦除的最小单位是一个物理块，但写数据的最小单位却是一个页（Page）。在FLASH存储器的存储单位中，一个物理块包含若干个物理页。因此写数据时，需要有一个空的、可以使用的交换块来存放不需要被擦除的数据。由于FLASH存储器的充放电特性，使得它的读写次数有物理上的限制。通常厂商会在FLASH存储器内部做一个读写次数的实验计数，当闪存芯片的某个物理存储区块达到读写指定的最高次数时，该块区将被设定为不再使用的区域，所以在极度频繁使用下，FLASH存储器容量有可能越来越小。

　　市场上的FLASH存储器产品包括两类：1. 未预留缓冲空间的；2. 预留有缓冲空间的。

　　第一种情况下，由于没有预留空间，FLASH存储器在读写时交换块的损耗相当大，于是就会出现容量越来越小的情况。

　　对于第二种情况，厂商在设计时已经预留部分物理块，比如选择1024个物理块中的1000个物理块作为数据存储使用，其余24个物理块（包括坏块）用作缓冲交换块部分。每次上电后，存储单元的逻辑地址和物理地址需要重新对照，交换块并不是固定的某一区块，因而每一个物理块进行读写操作的几率几乎相同，不会出现哪一个物理块过早被损坏的现象。对于预留缓冲空间的FLASH存储器来说，基本不会出现容量越来越小的情况。