快閃記憶體(Flash Memory)的基本概念與種類

快閃記憶體的英文名稱是 "Flash Memory" ,一般簡稱爲 "Flash" ,它也屬於記憶體器件的一種。不過快閃記憶體的物理特性與常見的記憶體有根本性的差異:目前各類 DDR SDRAM 或者 RDRAM 都屬於揮發性記憶體,只要停止電流供應記憶體中的資料便無法保持,因此每次電腦開機都需要把資料重新載入記憶體;快閃記憶體則是一種不揮發性 (Non-Volatile) 記憶體,在沒有電流供應的條件下也能夠長久地保持資料,其存儲特性相當於硬碟,這項特性正是快閃記憶體得以成爲各類便攜型數位設備的存儲介質的基礎。

NAND 快閃記憶體的存儲單元則採用串列結構,存儲單元的讀寫是以頁和塊爲單位來進行(一頁包含若干位元組,若干頁則組成儲存塊, NAND 的存儲塊大小爲 8 32KB ),這種結構最大的優點在於容量可以做得很大,超過 512MB 容量的 NAND 産品相當普遍, NAND 快閃記憶體的成本較低,有利於大規模普及。 NAND 快閃記憶體的缺點在於讀速度較慢,它的 I/O 埠只有 8 個,比 NOR 要少多了。這區區 8 I/O 埠只能以信號輪流傳送的方式完成資料的傳送,速度要比 NOR 快閃記憶體的平行傳輸模式慢得多。再加上 NAND 快閃記憶體的邏輯爲電子盤模組結構,內部不存在專門的存儲控制器,一旦出現資料壞塊將無法修正,可靠性較 NOR 快閃記憶體要差。 NAND 快閃記憶體被廣泛用於移動存儲、數碼相機、 MP3 播放器、掌上電腦等新興數位設備中。三星、東芝、 Renesas SanDisk 是主要的 NAND 快閃記憶體製造商,其中三星電子憑藉價格和技術雙重優勢獲得了絕對領先的市場份額,甚至在去年第三季度超過 Intel 公司成爲全球最大的快閃記憶體製造商。由於受到數碼設備強勁發展的帶動, NAND 快閃記憶體一直呈現指數級的超高速增長, NAND 可望在 2006 年超過 NOR 成爲快閃記憶體技術的主導。

數碼快閃記憶體卡:主流數碼存儲介質

數碼相機、 MP3 播放器、掌上電腦、手機等數位設備是快閃記憶體最主要的市場。前面提到,手機領域以 NOR 型快閃記憶體爲主、快閃記憶體晶片被直接做在內部的電路板上,但數碼相機、 MP3 播放器、掌上電腦等設備要求存儲介質具備可更換性,這就必須制定出介面標準來實現連接,快閃記憶體卡技術應運而生。快閃記憶體卡是以快閃記憶體作爲核心存儲部件,此外它還具備介面控制電路和外在的封裝,從邏輯層面來說可以和閃盤歸爲一類,只是快閃記憶體卡具有更濃的專用化色彩、而閃盤則使用通行的 USB 介面。由於歷史原因,快閃記憶體卡技術未能形成業界統一的工業標準,許多廠商都開發出自己的快閃記憶體卡方案。目前比較常見的有 CF 卡、 SD 卡、 SM 卡、 MMC 卡和Sony Memory Stick 記憶卡。

CF 卡( CompactFlash

CF 卡是美國 SanDisk 公司於 1994 引入的快閃記憶體卡,可以說是最早的大容量攜帶型存儲設備。它的大小只有 43mm × 36mm × 3.3mm ,相當於筆記本電腦的 PCMCIA 卡體積的四分之一。 CF 卡內部擁有獨立的控制器晶片、具有完全的 PCMCIA-ATA 功能,它與設備的連接方式同 PCMCIA 卡的連接方式類似,只是 CF 卡的針腳數多達五十針。這種連接方式穩定而可靠,並不會因爲頻繁插拔而影響其穩定性。

CF 卡沒有任何活動的部件,不存在物理壞道之類的問題,而且擁有優秀的抗震性能, CF 卡比軟碟、硬碟之類的設備要安全可靠。 CF 卡的功耗很低,它可以自適應 3.3 伏和 5 伏兩種電壓,耗電量大約相當於桌面硬碟的百分之五。這樣的特性是出類拔萃的, CF 卡出現之後便成爲數碼相機的首選存儲設備。經過多年的發展, CF 卡技術已經非常成熟,容量從最初的 4MB 飆升到如今的 3GB ,價格也越來越平實,受到各數碼相機製造商的普遍喜愛, CF 卡目前在數碼相機存儲卡領域的市場佔有率排在第二位。

MMC (MultiMediaCard)

MMC 卡是 SanDisk 公司和德國西門子公司於 1997 年合作推出的新型存儲卡,它的尺寸只有 32mm × 24mm × 1.4mm 、大小同一枚郵票差不多;其重量也多在 2 以下,並且具有耐衝擊、可反復讀寫 30 萬次以上等特點。從本質上看, MMC CF 其實屬於同一技術體系,兩者結構都包括快快閃記憶體晶片和控制器晶片,功能也完全一樣,只是 MMC 卡的尺寸超小,而連接器也必須做在狹小的卡裏面,導致生産難度和製造成本都很高、價格較爲昂貴。 MMC 主要應用與移動電話和 MP3 播放器等體積小的設備,而由於體積限制, MMC 卡的容量提升較爲困難,目前 MMC 産品以 128M 容量爲主, 256MB 512MB 主要供應給數碼發燒友及特殊用戶使用。 MMC4.0 標準的極速 1-2GB MMC 存儲卡問世,新標準的 MMC 多媒體存儲卡讀取速度最高達到了 150 倍速( 22.5MB/S ),而寫入速度也達到了驚人的 120 倍速( 18MB/S )。 MMC4.0 標準同樣和原有的 MMC 存儲卡及 SD 存儲卡插槽相容,可廣泛使用在手機、數碼相機、掌上電腦、其他移動數位設備等。 MMC4.0 標準由 MMCA 多媒體存儲卡協會在 MMC3.2 標準的基礎上推出的。

SD 卡( Secure Digital

SD 卡的英文全稱是 Secure Digital Card ,意爲安全數碼卡,它由日本松下公司、東芝公司和美國 SanDisk 公司共同研製。 SD 卡仍屬於 MMC 標準體系, SD MMC 卡多了一個進行數位版權保護的暗號認證功能( SDMI 規格),故而得名。

SD 卡的尺寸爲 32mm × 24mm × 2.1mm ,面積與 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達 1GB SD 卡。不過當前的主流還是 64M 128M 256M 容量, 512MB 以上的産品還相當昂貴。讀寫速度快是 SD 卡的另一個優點,它的最高讀寫速度已突破 20MB/s 、幾乎達到快閃記憶體讀寫速度的極限。此外, SD 卡還保持對 MMC 卡的相容,支援 SD 卡的插口大多數都可以支援 MMC 卡。更重要的是, SD 卡比 MMC 卡易於製造,在成本上有不少優勢, SD 卡得到了廣泛應用,在 MP3 播放器、移動電話、數碼相機、掌上電腦及攜帶型攝像機,目前 SD 卡介面支持者除了東芝、松下和 SanDisk 外,還包括卡西歐、惠普、摩托羅拉、 NEC 、先鋒和 Palm 等公司。

SM 卡( SmartMedia )與 xD

SM 卡被稱爲 " 智慧型媒體卡 " ,尺寸爲 37mm × 45mm × 0.76mm SM 卡的功能較爲單一,用戶必須使用配有讀寫及控制功能的專用設備才能對其操作, SM 卡規範的升級變化比較大。

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