什么是缓存什么是闪存

缓存：

缓存就是数据交换的缓冲区（称作Cache），当某一硬件要读取数据时，会首先从缓存中查找需要的数据，如果找到了则直接执行，找不到的话则从内存中找。由于缓存的运行速度比内存快得多，故缓存的作用就是帮助硬件更快地运行。

因为缓存往往使用的是RAM（断电即掉的非永久储存），所以在用完后还是会把文件送到硬盘等存储器里永久存储。电脑里最大的缓存就是内存条了，最快的是CPU上镶的L1和L2缓存，显卡的显存是给显卡运算芯片用的缓存，硬盘上也有16M或者32M的缓存。

闪存：

闪存（Flash Memory）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，数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位（注意：NOR Flash 为字节存储。），区块大小一般为256KB到20MB。闪存是电子可擦除只读存储器（EEPROM）的变种

闪存：

目前主板上的BIOS大多使用Flash Memory制造，翻译成中文就是"闪动的存储器"，通常把它称作"快闪存储器"，简称"闪存"。闪存盘是一种移动存储产品，可用于存储任何格式数据文件便于随身携带，是个人的“数据移动中心”。闪存盘采用闪存存储介质（Flash Memory）和通用串行总线（USB）接口，具有轻巧精致、使用方便、便于携带、容量较大、安全可靠、时尚潮流等特征，是大家理想的便携存储工具

我们常说的闪存其实只是一个笼统的称呼，准确地说它是非易失随机访问存储器(NVRAM)的俗称，特点是断电后数据不消失，因此可以作为外部存储器使用。而所谓的内存是挥发性存储器，分为DRAM和SRAM两大类，其中常说的内存主要指DRAM，也就是我们熟悉的DDR、DDR2、SDR、EDO等等。闪存也有不同类型，其中主要分为NOR型和NAND型两大类。

闪存的分类

NOR型与NAND型闪存的区别很大，打个比方说，NOR型闪存更像内存，有独立的地址线和数据线，但价格比较贵，容量比较小；而NAND型更像硬盘，地址线和数据线是共用的I/O线，类似硬盘的所有信息都通过一条硬盘线传送一般，而且NAND型与NOR型闪存相比，成本要低一些，而容量大得多。因此，NOR型闪存比较适合频繁随机读写的场合，通常用于存储程序代码并直接在闪存内运行，手机就是使用NOR型闪存的大户，所以手机的“内存”容量通常不大；NAND型闪存主要用来存储资料，我们常用的闪存产品，如闪存盘、数码存储卡都是用NAND型闪存。

这里我们还需要端正一个概念，那就是闪存的速度其实很有限，它本身操作速度、频率就比内存低得多，而且NAND型闪存类似硬盘的操作方式效率也比内存的直接访问方式慢得多。因此，不要以为闪存盘的性能瓶颈是在接口，甚至想当然地认为闪存盘采用USB20接口之后会获得巨大的性能提升。

前面提到NAND型闪存的操作方式效率低，这和它的架构设计和接口设计有关，它操作起来确实挺像硬盘(其实NAND型闪存在设计之初确实考虑了与硬盘的兼容性)，它的性能特点也很像硬盘：小数据块操作速度很慢，而大数据块速度就很快，这种差异远比其他存储介质大的多。这种性能特点非常值得我们留意。

NAND型闪存的技术特点

内存和NOR型闪存的基本存储单元是bit，用户可以随机访问任何一个bit的信息。而NAND型闪存的基本存储单元是页(Page)(可以看到，NAND型闪存的页就类似硬盘的扇区，硬盘的一个扇区也为512字节)。每一页的有效容量是512字节的倍数。所谓的有效容量是指用于数据存储的部分，实际上还要加上16字节的校验信息，因此我们可以在闪存厂商的技术资料当中看到“(512+16)Byte”的表示方式。目前2Gb以下容量的NAND型闪存绝大多数是(512+16)字节的页面容量，2Gb以上容量的NAND型闪存则将页容量扩大到(2048+64)字节。

NAND型闪存以块为单位进行擦除操作。闪存的写入操作必须在空白区域进行，如果目标区域已经有数据，必须先擦除后写入，因此擦除操作是闪存的基本操作。一般每个块包含32个512字节的页，容量16KB；而大容量闪存采用2KB页时，则每个块包含64个页，容量128KB。

每颗NAND型闪存的I/O接口一般是8条，每条数据线每次传输(512+16)bit信息，8条就是(512+16)×8bit，也就是前面说的512字节。但较大容量的NAND型闪存也越来越多地采用16条I/O线的设计，如三星编号K9K1G16U0A的芯片就是64M×16bit的NAND型闪存，容量1Gb，基本数据单位是(256+8)×16bit，还是512字节。

寻址时，NAND型闪存通过8条I/O接口数据线传输地址信息包，每包传送8位地址信息。由于闪存芯片容量比较大，一组8位地址只够寻址256个页，显然是不够的，因此通常一次地址传送需要分若干组，占用若干个时钟周期。NAND的地址信息包括列地址(页面中的起始操作地址)、块地址和相应的页面地址，传送时分别分组，至少需要三次，占用三个周期。随着容量的增大，地址信息会更多，需要占用更多的时钟周期传输，因此NAND型闪存的一个重要特点就是容量越大，寻址时间越长。而且，由于传送地址周期比其他存储介质长，因此NAND型闪存比其他存储介质更不适合大量的小容量读写请求。

决定NAND型闪存的因素有哪些？

1．页数量

前面已经提到，越大容量闪存的页越多、页越大，寻址时间越长。但这个时间的延长不是线性关系，而是一个一个的台阶变化的。譬如128、256Mb的芯片需要3个周期传送地址信号，512Mb、1Gb的需要4个周期，而2、4Gb的需要5个周期。

2．页容量

每一页的容量决定了一次可以传输的数据量，因此大容量的页有更好的性能。前面提到大容量闪存(4Gb)提高了页的容量，从512字节提高到2KB。页容量的提高不但易于提高容量，更可以提高传输性能。我们可以举例子说明。以三星K9K1G08U0M和K9K4G08U0M为例，前者为1Gb，512字节页容量，随机读(稳定)时间12μs，写时间为200μs；后者为4Gb，2KB页容量，随机读(稳定)时间25μs，写时间为300μs。假设它们工作在20MHz。

读取性能：NAND型闪存的读取步骤分为：发送命令和寻址信息→将数据传向页面寄存器(随机读稳定时间)→数据传出(每周期8bit，需要传送512+16或2K+64次)。

K9K1G08U0M读一个页需要：5个命令、寻址周期×50ns+12μs+(512+16)×50ns=387μs；K9K1G08U0M实际读传输率：512字节÷387μs=132MB/s；K9K4G08U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+25μs+(2K+64)×50ns=1311μs；K9K4G08U0M实际读传输率：2KB字节÷1311μs=156MB/s。因此，采用2KB页容量比512字节也容量约提高读性能20%。

写入性能：NAND型闪存的写步骤分为：发送寻址信息→将数据传向页面寄存器→发送命令信息→数据从寄存器写入页面。其中命令周期也是一个，我们下面将其和寻址周期合并，但这两个部分并非连续的。

K9K1G08U0M写一个页需要：5个命令、寻址周期×50ns+(512+16)×50ns+200μs=2267μs。K9K1G08U0M实际写传输率：512字节÷2267μs=22MB/s。K9K4G08U0M写一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+(2K+64)×50ns+300μs=4059μs。K9K4G08U0M实际写传输率：2112字节/4059μs=5MB/s。因此，采用2KB页容量比512字节页容量提高写性能两倍以上。

3．块容量

块是擦除操作的基本单位，由于每个块的擦除时间几乎相同(擦除操作一般需要2ms，而之前若干周期的命令和地址信息占用的时间可以忽略不计)，块的容量将直接决定擦除性能。大容量NAND型闪存的页容量提高，而每个块的页数量也有所提高，一般4Gb芯片的块容量为2KB×64个页=128KB，1Gb芯片的为512字节×32个页=16KB。可以看出，在相同时间之内，前者的擦速度为后者8倍！

4．I/O位宽

以往NAND型闪存的数据线一般为8条，不过从256Mb产品开始，就有16条数据线的产品出现了。但由于控制器等方面的原因，x16芯片实际应用的相对比较少，但将来数量上还是会呈上升趋势的。虽然x16的芯片在传送数据和地址信息时仍采用8位一组，占用的周期也不变，但传送数据时就以16位为一组，带宽增加一倍。K9K4G16U0M就是典型的64M×16芯片，它每页仍为2KB，但结构为(1K+32)×16bit。

模仿上面的计算，我们得到如下。K9K4G16U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+25μs+(1K+32)×50ns=781μs。K9K4G16U0M实际读传输率：2KB字节÷781μs=262MB/s。K9K4G16U0M写一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+(1K+32)×50ns+300μs=3531μs。K9K4G16U0M实际写传输率：2KB字节÷3531μs=58MB/s

可以看到，相同容量的芯片，将数据线增加到16条后，读性能提高近70%，写性能也提高16%。

5．频率

工作频率的影响很容易理解。NAND型闪存的工作频率在20～33MHz，频率越高性能越好。前面以K9K4G08U0M为例时，我们假设频率为20MHz，如果我们将频率提高一倍，达到40MHz，则

K9K4G08U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×25ns+25μs+(2K+64)×25ns=78μs。K9K4G08U0M实际读传输率：2KB字节÷78μs=263MB/s。可以看到，如果K9K4G08U0M的工作频率从20MHz提高到40MHz，读性能可以提高近70%！当然，上面的例子只是为了方便计算而已。在三星实际的产品线中，可工作在较高频率下的应是K9XXG08UXM，而不是K9XXG08U0M，前者的频率目前可达33MHz。

6．制造工艺

制造工艺可以影响晶体管的密度，也对一些操作的时间有影响。譬如前面提到的写稳定和读稳定时间，它们在我们的计算当中占去了时间的重要部分，尤其是写入时。如果能够降低这些时间，就可以进一步提高性能。90nm的制造工艺能够改进性能吗？答案恐怕是否！目前的实际情况是，随着存储密度的提高，需要的读、写稳定时间是呈现上升趋势的。前面的计算所举的例子中就体现了这种趋势，否则4Gb芯片的性能提升更加明显。

综合来看，大容量的NAND型闪存芯片虽然寻址、操作时间会略长，但随着页容量的提高，有效传输率还是会大一些，大容量的芯片符合市场对容量、成本和性能的需求趋势。而增加数据线和提高频率，则是提高性能的最有效途径，但由于命令、地址信息占用操作周期，以及一些固定操作时间(如信号稳定时间等)等工艺、物理因素的影响，它们不会带来同比的性能提升。

1Page=(2K+64)Bytes；1Block=(2K+64)B×64Pages=(128K+4K)Bytes；1Device=(2K+64)B×64Pages×4096Blocks=4224Mbits

其中：A0～11对页内进行寻址，可以被理解为“列地址”。

A12～29对页进行寻址，可以被理解为“行地址”。为了方便，“列地址”和“行地址”分为两组传输，而不是将它们直接组合起来一个大组。因此每组在最后一个周期会有若干数据线无信息传输。没有利用的数据线保持低电平。NAND型闪存所谓的“行地址”和“列地址”不是我们在DRAM、SRAM中所熟悉的定义，只是一种相对方便的表达方式而已。为了便于理解，我们可以将上面三维的NAND型闪存芯片架构图在垂直方向做一个剖面，在这个剖面中套用二维的“行”、“列”概念就比较直观了。

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解析:

通俗讲就是平常说的U盘

闪存盘是基于flashmemory为存储介质的、以u 为接口的一种存储方式。闪存盘一出现，就被电脑业内人士认为是“软盘的终结者”。

闪存盘的存储容量与日俱增。现在最高等级的闪存盘每只已经可以容纳相当于1500张软盘的信息。闪存盘技术还被用到了数码相机、随身听等新领域。

闪存卡（Flash Card）是利用“闪存技术”达到存储电子信息的存储器，一般应用在 数码相机，掌上电脑，MP3等小型数码产品中作为存储介质，所以样子小巧有如一张卡片， 所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用，闪存卡大概有:

SmartMedia（SM卡）

Compact Flash（CF卡）

MultiMediaCard（MMC卡）

Secure Digital（SD卡）

MemoryStick（记忆棒）

XD-Picture Card（XD卡）

微硬盘（MICRODRIVE）

这些闪存卡虽然外观、规格不同，但是技术原理都是相同的

闪存是基于USB接口和FlashMemo■ry闪存芯片存储介质、无需驱动器的存储器，具有无驱动、速度快、体积小、兼容性好、携带方便、容量大、寿命长等优点。

闪存以普及的USB接口作为与计算机沟通的桥梁，并且最高可达到2GB的储存空间。即插即用的功能使得计算机可以自动侦测到此装置，使用者只需将它插入计算机USB接口就可以使用，就像一般抽取式磁盘装置，读写档案、复制及删除方法与一般操作方式完全相同。

目前流行的迷你移动存储产品几乎都是以闪存作为存储介质。闪存作为一种非挥发性（简单说就是在不加电的情况下数据也不会丢失，区别于目前常用的计算机内存）的半导体存储芯片，具有体积小、功耗低、不易受物理破坏的优点，是移动数码产品的理想存储介质。随着价格的不断下降以及容量、密度的不断提高，闪存开始向通用化的移动存储产品发展。

闪存有许多种类型，从结构上分主要有AND、NAND、NOR、DiNOR等，其中NAND和NOR是目前最为常见的类型。NOR型闪存是目前大家接触得最多的闪存，它在存储格式和读写方式上都与大家常用的内存相近，支持随机读写，具有较高的速度，这也使其非常适合存储程序及相关数据，手机就是它的用武之地。但是NOR型的最大缺点就是容量小，Intel最近才发布了采用013μm工艺生产的64Mb芯片。与NOR型相比，NAND型闪存的优点就是容量大，在去年512Mb的芯片就不是稀罕事了。但是，NAND型的速度比较慢，因为它的I/O端口只有8个，比NOR型的少多了。区区8个端口需要完成地址和数据的传输就得让这些信号轮流传送，很显然，这种时候串行传输比NOR型、内存等芯片的并行传输慢许多。但是，NAND型的存储和传输是以页和块为单位的（一页包含若干字节，若干页组成块），相对适合大数据的连续传输，这样也可以部分弥补串行传输的不利。因此，NAND型闪存最适合的工作就是保存大容量的数据，作为电子硬盘、移动存储介质等使用。

为了在各种设备上使用，闪存必须通过各种接口与设备连接：与电脑连接最常用的接口有USB、PCMCIA等；与数码设备连接则有专用的接口和外形规范，如CF、SM、MMC、SD、Memory Stick等，其中应用面最广、扩展能力较强的是CF和Memory Stick。

闪存的基本概念

闪存的英文名称是"Flash Memory"，一般简称为"Flash"，它也属于内存器件的一种。不过闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异：目前各类DDR、SDRAM或者RDRAM都属于挥发性内存，只要停止电流供应内存中的数据便无法保持，因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存；闪存则是一种不挥发性(Non-Volatile)内存，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘，这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。

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。

数码闪存卡：主流数码存储介质

数码相机、MP3播放器、掌上电脑、手机等数字设备是闪存最主要的市场。前面提到，手机领域以NOR型闪存为主、闪存芯片被直接做在内部的电路板上，但数码相机、MP3播放器、掌上电脑等设备要求存储介质具备可更换性，这就必须制定出接口标准来实现连接，闪存卡技术应运而生。闪存卡是以闪存作为核心存储部件，此外它还具备接口控制电路和外在的封装，从逻辑层面来说可以和闪盘归为一类，只是闪存卡具有更浓的专用化色彩、而闪盘则使用通行的USB接口。由于历史原因，闪存卡技术未能形成业界统一的工业标准，许多厂商都开发出自己的闪存卡方案。目前比较常见的有CF卡、SD卡、SM卡、MMC卡和索尼的Memory Stick记忆棒。

CF卡（CompactFlash）

CF卡是美国SanDisk 公司于1994引入的闪存卡，可以说是最早的大容量便携式存储设备。它的大小只有43mm×36mm×33mm，相当于笔记本电脑的PCMCIA卡体积的四分之一。CF卡内部拥有独立的控制器芯片、具有完全的PCMCIA-ATA 功能，它与设备的连接方式同PCMCIA卡的连接方式类似，只是CF卡的针脚数多达五十针。这种连接方式稳定而可靠，并不会因为频繁插拔而影响其稳定性。

CF卡没有任何活动的部件，不存在物理坏道之类的问题，而且拥有优秀的抗震性能， CF卡比软盘、硬盘之类的设备要安全可靠。CF卡的功耗很低，它可以自适应33伏和5伏两种电压，耗电量大约相当于桌面硬盘的百分之五。这样的特性是出类拔萃的，CF卡出现之后便成为数码相机的首选存储设备。经过多年的发展，CF卡技术已经非常成熟，容量从最初的4MB飙升到如今的3GB，价格也越来越平实，受到各数码相机制造商的普遍喜爱，CF卡目前在数码相机存储卡领域的市场占有率排在第二位。

MMC卡 (MultiMediaCard)

MMC卡是SanDisk公司和德国西门子公司于1997年合作推出的新型存储卡，它的尺寸只有32mm×24mm×14mm、大小同一枚邮票差不多；其重量也多在2克以下，并且具有耐冲击、可反复读写30万次以上等特点。从本质上看，MMC与CF其实属于同一技术体系，两者结构都包括快闪存芯片和控制器芯片，功能也完全一样，只是MMC卡的尺寸超小，而连接器也必须做在狭小的卡里面，导致生产难度和制造成本都很高、价格较为昂贵。MMC主要应用与移动电话和MP3播放器等体积小的设备，而由于体积限制，MMC卡的容量提升较为困难，目前MMC产品以128M容量为主，256MB、512MB主要供应给数码发烧友及特殊用户使用。MMC40标准的极速1-2GB MMC存储卡问世，新标准的MMC多媒体存储卡读取速度最高达到了150倍速（225MB/S），而写入速度也达到了惊人的120倍速（18MB/S）。MMC40标准同样和原有的MMC存储卡及SD存储卡插槽兼容，可广泛使用在手机、数码相机、掌上电脑、其他移动数字设备等。MMC40标准由MMCA多媒体存储卡协会在MMC32标准的基础上推出的。

SD卡（Secure Digital）

SD卡的英文全称是Secure Digital Card，意为安全数码卡，它由日本松下公司、东芝公司和美国SanDisk公司共同研制。SD卡仍属于MMC标准体系，SD比MMC卡多了一个进行数字版权保护的暗号认证功能（SDMI规格），故而得名。

SD卡的尺寸为32mm×24mm×21mm，面积与MMC卡相同、只是略厚一些而已。但SD卡的容量比MMC卡高出甚多，SanDisk和松下公司都已推出容量高达1GB的SD卡。不过当前的主流还是64M、128M和256M容量，512MB以上的产品还相当昂贵。读写速度快是SD卡的另一个优点，它的最高读写速度已突破20MB/s、几乎达到闪存读写速度的极限。此外，SD卡还保持对MMC卡的兼容，支持SD卡的插口大多数都可以支持MMC卡。更重要的是，SD卡比MMC卡易于制造，在成本上有不少优势，SD卡得到了广泛应用，在MP3播放器、移动电话、数码相机、掌上电脑及便携式摄像机，目前SD卡接口支持者除了东芝、松下和SanDisk外，还包括卡西欧、惠普、摩托罗拉、NEC、先锋和Palm等公司。

SM卡（SmartMedia）与xD卡

SM卡被称为"智能型媒体卡"，尺寸为37mm×45mm×076mm， SM卡的功能较为单一，用户必须使用配有读写及控制功能的专用设备才能对其操作，SM卡规范的升级变化比较大。

闪存

“优盘”是这个产品最早的一个名称，现在它的名称早已是遍地开花，多不胜数了，什么“闪盘”、“随身Q”之类的。最初优盘是由朗科公司发明的一种新型存储设备，因为它不需要额外的物理驱动器，并且容量很大，从16M到2GB可选，突破了软盘144M的局限性。从读写速度上讲，优盘采用USB11或20接口标准，读写速度较软盘大大提高。从稳定性上讲，优盘没有机械读写装置，避免了移动硬盘容易碰伤、跌落等原因造成的损坏（相信你也一定有重要的文件被那可恶软盘毁掉的惨痛经历）。由于使用了USB接口，因此可以进行热插拔、无外接电源、仅拇指般大小、重量约20克，携带使用非常方便，任何带有USB接口的电脑都可以使用优盘。后来，优盘这个储存用的东西被众多公司看好，一个新名词－－闪存诞生了。

闪存盘可用来在电脑之间交换数据。从容量上讲，闪存盘的容量从16MB到2GB可选，突破了软驱144MB的局限性。从读写速度上讲，闪存盘采用USB接口，读写速度比软盘高许多。从稳定性上讲，闪存盘没有机械读写装置，避免了移动硬盘容易碰伤、跌落等原因造成的损坏。部分款式闪存盘具有加密等功能，令用户使用更具个性化。闪存盘外形小巧，更易于携带。

闪存是一种长期动力的非易失性的存储器，它能在被称为block的存储单位中进行删除和改编。闪存是电可擦除只读存储器（EEPROM）的变种，EEPROM与闪存不同的是，它能在字节水平上进行删除和重写，这样EEPROM就比闪存的更新速度慢。闪存通常被用来保存控制代码，比如在个人电脑中的基本输入输出系统（BISO）。当BIOS需要被改变（重写）时，闪存可以写到block（而不是字节）大小，使它更容易被更新。另一方面，闪存不像任意存取存储器（RAM）一样有用，因为任意存取存储器必须是在字节（而不是block）水平可设定地址的。

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解析:

闪存，实际上应该是Flash Memory。也就是可断电记忆的存储体。这样的可以被大量用在包括手机，mp3，数码相机等设备中。但是真正将它的应用发展起来的，是我们常用的USB磁盘。

缓存的概念是很不实在的。它不是一个特定的东西，更确切的说，他倒是算一种机制。计算机的设备里面，最快的就是cpu，随着技术的发展，他还在不断的进步，主频一升再升。这就出现了问题，硬盘的速度始终有限，cpu再快，也没有用武之地。于是计算机在设计的时候，就有了这样的方式，缓存。在cpu上就有了一级缓存和二级缓存。之后还有内存。在然后硬盘自身还有缓存。这样一级一级下来，再加上欲读技术和命中分析等技术，就可以使得速度跨越的瓶颈变得影响不太大了。

哇，打这多，累死了。

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