Flash详述

非易失性存储设备(Non-volatile Memory Device)
断电数据不丢失，除了Flash(Flash Memory)，还有硬盘，ROM等。
易失性存储设备(Volatile Memory Device)
断电数据丢失了，如内存SDRAM，DDR SDRAM，DDR2，DDR3等。

Flash分为nand flash和nor flash
NAND和NOR的比较

1.NOR的成本高，读写数据时不易出错。适合应用于存储少量的代码。
2.NAND的成本低，数据读写容易出错，一般需要有对应的软件或者硬件的数据校验算法(ECC)。
相对来说容量大、价格便宜，适合存储大量的数据。其在嵌入式系统中的作用，相当于PC上的硬盘，用于存储大量数据。
常见的应用组合是，用小容量的Nor Flash存储启动代码，如uboot，Nand Flash存放的是Linux的内核镜像和根文件系统，以及余下的空间分成一个数据区。
Nor flash，有类似于dram之类的地址总线，因此可以直接和CPU相连，CPU可以直接通过地址总线对nor flash进行访问，
而nand flash没有这类的总线，只有IO接口，只能通过IO接口发送命令和地址，对nand flash内部数据进行访问。
相比之下，nor flash就像是并行访问，nand flash就是串行访问，所以相对来说，前者的速度更快些。

SLC MLC

Nand Flash按照内部存储数据单元的电压的不同层次，也就是单个内存单元中，是存储1位数据还是多位数据，分为SLC和MLC。

SLC

Single Level Cell

单个存储单元只存储一位数据，表示成1或0。
对于数据的表示，单个存储单元中内部所存储电荷的电压，和某个特定的阈值电压Vth相比，
如果大于此Vth值表示1，反之，小于Vth表示0。

写入1，就是控制External Gate去充电，使得存储的电荷够多，超过阈值Vth，就表示1。
写入0，就是将其放电，电荷减少到小于Vth，就表示0。
Flash由于物理特性，使得内部存储的数据，只能从1变成0，只是方便统一充电，不方便单独的存储单元去放电，
所以只能从1变成0，也就是释放电荷。

关于为何Nand Flash不能从0变成1？
物理上来说，是可以实现每一位的从0变成1，但实际上，对于实际的物理实现，出于效率的考虑，
如果对于每一个存储单元都能单独控制，即0变成1就是对每一个存储单元单独去充电，所需的硬件实现很复杂昂贵，
同时所进行对块擦除的操作，无法实现之前一闪而过的速度。

MLC

Multi Level Cell

与SLC相对应，单个存储单元可以存储多个位，如2位，4位等。
实现机制是通过控制内部电荷的多少，分成多个阈值，通过控制里面的电荷多少，而达到所需要的存储成不同的数据。
假设输入电压是Vin＝4V，那么可以设计出2的2次方＝4个阈值，1/4的Vin＝1V，2/4的Vin＝2V，3/4的Vin＝3V，Vin＝4V，分别表示2位数据00，01，10，11，对于写入数据就是充电，通过控制内部电荷的多少，对应表示不同的数据。
对于读取，则是通过对应的内部的电流（与Vth成反比），然后通过一系列解码电路完成读取，解析出所存储的数据。这些具体的物理实现，都是有足够精确的设备和技术，才能实现精确的数据写入和读出的。
单个存储单元可以存储2位数据的，称作2的2次方＝4 Level Cell (不是2 Level Cell)，
同理对于单个存储单元可以存储4位数据的，称作2的4次方＝16 Level Cell。

识别SLC和MLC
Nand Flash设计中，有个命令叫做Read ID，意思是读取芯片的ID。
读取最少4个字节，新的芯片支持5个甚至更多。可以解析出很多相关的信息，如：此Nand Flash内部是几个芯片（chip）所组成，每个chip包含了几片（Plane），每一片中的页大小，块大小等。
这些信息中有一个是识别flash是SLC还是MLC。第3个字节(中的Cell Type)所表示的信息识别SLC/MLC。

Nand Flash物理存储单元的阵列组织结构

一个nand flash由很多个块（Block）组成，块的大小可以是128KB、256KB、512KB，此处是128KB。
每个块里面又包含了很多页（page）。每个页的大小可以是256B、512B，这类的nand flash被称作small block，
地址周期只有4个。现在常见的nand flash多数是2KB，被称作big block，更新的是4KB。

块是Nand Flash的擦除操作的最小单位。
页是Nand Flash的写入操作的最小单位。

每个页还有一块区域，空闲区域/冗余区域，Linux系统中叫OOB(Out Of Band)
这个区域是最初基于Nand Flash的硬件特性：数据在读写时候相对容易错误，为了保证数据的正确性，须要有
对应的检测和纠错机制，此机制被叫做EDC(Error Detection Code)/ECC(Error Code Correction)，
所以设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。

Nand Flash数据存储单元的整体架构
常见的nand flash内部只有一个芯片(chip)，每个chip只有一个plane。
复杂的容量大的nand flash，内部有多个chip，每个chip有多个plane。这类的nand flash有更加高级的功能。

Flash名称的由来
Flash的擦除操作是以block块为单位的，与此对应的是其他存储设备，如硬盘/内存，是以bit位为最小读取/写入的单位，Flash是一次性地擦除整个块：在发送一个擦除命令后，一次性地将一个block全部擦除为1，由于是一下子就擦除了，擦除用的时间很短，可以用一闪而过来形容，所以叫Flash Memory(闪存)。

                            普通设备(硬盘/内存等)	  Flash
读取/写入的叫法	           读取/写入	             读取/编程(Program)
读取/写入的最小单位	        Bit/位	                   Page/页
擦除(Erase)操作的最小单位	Bit/位	                  Block/块
擦除操作的含义	         将数据删除/全部写入0	将整个块都擦除成全是1，也就是里面的数据是0xFF
对于写操作	                直接写即可	             在写数据之前，要先擦除，然后再写

硬盘和固态硬盘

固态硬盘内部由NAND存储芯片构成，通过高低电平和改变晶体管开关状态，以此来存储数据。
机械硬盘是一种采用磁介质的数据存储设备，通过磁头改写盘片上的正负磁极来存储数据。

硬盘是一种采用磁介质的数据存储设备，硬盘是由多个盘片叠加在一起，互相之间由垫圈隔开。
数据存储在密封于洁净的硬盘驱动器内的若干个磁盘片上。

盘片(disk)
盘片的表面涂上磁性介质，表面被加工的相当平滑。
磁头(head)
每个盘片有两个磁头，两面一边一个。

磁道(track)
在磁盘片的每一面上，以转动轴为轴心、以一定的磁密度为间隔的若干个同心圆被划分成磁道。
扇区(sector)
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，硬盘的读写以扇区为基本单位。

主引导扇区
硬盘的第一个扇区(0道0头1扇区)
主引导区内有两项内容：主引导记录和硬盘分区表。
主引导记录是一段程序代码，对硬盘上安装的操作系统进行引导；硬盘分区表则存储了硬盘的分区信息。

计算机启动时将读取该扇区的数据，并对其合法性进行判断(扇区最后两个字节是否为0x55AA或0xAA55)，
如合法则跳转执行该扇区的第一条指令。所以硬盘的主引导区常常成为病毒攻击的对象，从而被篡改甚至被破坏。
可引导标志：0x80为可引导分区类型标志；0表示未知；1为FAT12；4为FAT16；5为扩展分区等等。

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