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Computer - NAND Flash Memory

What is NAND Flash Memory?

NAND 闪存是一种非易失性存储器，不需要有规律的电源供应来工作和保存数据。它的主要目标是高速地读取和写入内存的数据，并最大化其存储容量以存储大尺寸的数据并降低成本。

NAND 闪存将数据存储到存储器块中，当电源关闭时，金属氧化物半导体就会激活电荷以保持存储器单元功能。NAND 存储器单元由两种类型的门组成：控制门和浮动门。这两个门用于调节数据流。要对一个单元进行编程，就需要向控制门施加一个电压电荷。通常来说，NAND 闪存在数码相机、MP3 播放器、USB 闪存盘、智能手机、平板电脑和笔记本电脑中。

Where NAND Flash Memory is Used?

NAND 通常在存储卡、USB 闪存盘和固态硬盘中。NAND 闪存最广泛的用法是在我们家和办公室中的手机、笔记本电脑和平板电脑中。它也用于交通信号灯、数字广告面板、乘客播音系统、显示器或任何其他可能包含 NAND 闪存的数据传输和保存数据的 AI 应用程序中。

NAND 闪存正在不断演变以满足现代数据存储的需求。它的坚固性、速度和成本效益使其成为日新月异的存储器存储技术领域中的关键参与者。

Why NAND Flash Memory is Important?

与传统的硬盘驱动器相比，基于 NAND 闪存的设备具有抗震性、极佳的耐用性和应对极端压力和温度的能力。与 HDD 不同，它们没有任何运动部件，因此适合用于产生振动和震动的系统。NAND 还提供了快速读取访问时间，在处理大量数据时至关重要。总体来说，NAND 最适合需要大量数据存储的应用程序。它提供了更高的密度、更大的容量和更低的成本。它具有更快的擦除、顺序写入和顺序读取速度。

  1. Most widely used in Consumer Electronics − 它是广泛电子小工具中的一项重要组成部分，包括智能手机、平板电脑、数码相机和便携式媒体播放器以存储数据。

  2. Critical for Solid-State Drives (SSDs) − 使用 NAND 闪存的 SSD 在性能方面优于传统硬盘。

  3. Portability − 其高存储密度可开发诸如 USB 闪存盘和记忆卡等轻量化存储设备，它们是便携数据存储和传输所必需的。

  4. Power Efficiency − NAND 闪存所需的功率小于机械硬盘，这对笔记本电脑、智能手机和平板电脑等电池供电设备至关重要。这种效率提高了电池续航时间，改善了用户体验。

  5. Reliability and Durability − 与传统硬盘不同，NAND 闪存更耐物理冲击和损坏，因为它没有活动部件。这使其非常适合需要高可靠性的可运输和苛刻的应用。

  6. Scalability and Cost-Effectiveness − 该技术不断进步，以更低的每千兆字节成本提供更大的存储容量。这可以经济高效地存储海量数据，这为消费者和企业应用带来了好处。

Features of NAND Flash Memory

NAND 闪存的一些主要特征如下 −

  1. Non-Volatile Memory − NAND 闪存是非易失性的，这意味着它在不使用电池或其他电源的情况下保留记录的数据，这使其适用于长期数据存储。此类存储器可以在很长时间内保存数据而不会损坏。

  2. High Density − NAND 闪存可以在较小的物理空间内提供高存储容量。其高密度特性使其可在 SSD、USB 驱动器和存储卡中使用。

  3. Durability − 它可以多次写入和擦除数据，使其经久耐用。

  4. Performance − NAND 闪存允许快速读取和写入操作。

  5. Cost-Effectiveness − 与其他类型的存储器相比，NAND 闪存每千兆字节更便宜。

  6. Reprogrammable − NAND 闪存可以通过编程来满足用户的需要。可编程 IC 芯片可以存储任何类型的数据，从文档到电影，并允许用户在需要时使用它们。

  7. Faster Write and Erase Time − NAND 闪存可以快速读写数据；由于此特性，它最广泛用于需要数据写入操作的应用领域中。NAND 闪存的另一显着特性是擦除内容所需的时间更少。

  8. More Storage − NAND 闪存最多可以存储 2TB 的存储设备。现代 NAND 闪存即将用于存储大尺寸数据。

  9. Low Manufacturing Cost − 其制造成本相对较低。

  10. Data Integrity and Reliability − 先进的纠错码 (ECC) 和磨损平衡算法用于提高数据完整性和延长存储器寿命。

  11. Scalability − NAND 闪存可以扩展到极高的容量，这是大规模数据存储解决方案的一个推动因素。

How does NAND Flash Memory Work?

NAND 闪存通过一系列涉及使用浮栅晶体管存储和检索数据的过程来操作。其整体工作方式取决于其结构、数据存储功能以及读写数据的方式。以下是不同阶段的简要说明 −

Structure

NAND 闪存由存储数据位的存储单元组成。每个单元由一个浮栅晶体管组成，在控制栅极和衬底之间有一个额外的栅极（浮栅极）。存储器中的这些单元分为页面，这是最小的写入单元。页面分为块，这是最小的可擦除组件。

Storing Data

浮动栅极可以存储代表数据的电荷，其中电荷的存在或缺失标志着该单元存储二进制“0”或“1”。要写入数据，可以对控制栅极施加高电压，从而导致电子穿隧通过薄氧化层并陷入浮动栅极中。晶体管的阈值电压根据存储在浮动栅极上的电荷而变化，从而使该单元能够表示不同的状态。

Reading Data

要读取数据，可以向控制栅极提供电压。流经晶体管的电流量由存储在浮动栅极中的电荷决定。传感器电路检测电流流动并根据晶体管的阈值电压识别存储的数据（“0”或“1”）。

Erasing Data

NAND 闪存无法删除单个比特或页面，而是擦除整个块。要擦除一个块，可以在相反的方向提供高电压，从而从浮动栅极中去除电子并将单元恢复到其默认状态（通常为“1”）。

Types of NAND Flash Memory

常见的 NAND 闪存存储类型包括 SLC、MLC、TLC、QLC 和 3D NAND。以下是它们的简要说明 -

nand flash memory

SLCs

SLC 是单电平单元的缩写。它是较旧的 NAND 闪存之一，每个单元仅表示一个二进制数字（比特）。SLC 或单电平单元每个单元包含一个比特。SLC 提供最佳的耐久性，但它也是最昂贵的 NAND 闪存存储类型。

Multi-Level Cell

MLC 或多电平单元每个单元存储两个比特，因此每个多电平单元可以容纳两个比特。这些单元的耐用性不如 SLC，因为写入周期和确保的频率是 SLC 的两倍。

Triple-Level Cell

TLC 表示三电平单元。顾名思义，每个单元包含三个比特的内存，从而可以在相同空间中存储更多的数据。TLC 驱动器主要由企业和消费者公司使用。

Quad-Level cell

每个四电平单元最多可以表示四个比特，因为“四”这个词表示“四”。与硬盘驱动器相比，QLC 内存是每次字节成本最低的技术。

3D NAND Flash Memory

3D NAND 闪存通过以三维矩阵垂直构建存储单元来节省空间。这种生产 NAND 存储芯片的方法节省了大量物理空间，从而使芯片更小。