2024年5月31日发(作者：召良吉)
Technical Report, Nov. 2004 Flash Memory技术和应用综述
Flash Memory技术和应用综述
余一娇
1
( 华中师范大学语言学系，武汉，430079)
2
( 华中科技大学计算机学院 武汉 430074)
E-mail: yjyu@
摘 要： Flash Memory是近十年来应用广泛的一种半导体存储器，它与硬盘、软盘等传统存储介质
在原理和工艺方面有很大差异。本文首先讨论Flash Memory存储卡的分类和区别、NAND模式和
NOR模式Flash Memory的差异和性能比较，然后介绍Flash Memory在可移动存储器、消费电子和
移动通信设备中的应用。文中重点讨论了Flash Disk技术和应用，通过与硬盘性能对比，讨论Flash
Disk在未来是否会取代硬盘成为最常见的存储设备。
关键词：Flash Memory, Flash Disk, 硬盘, 容量
1,2
1. 前言
自2000年底闪盘(优盘)被发明和应用以来，Flash Memory(该技术在国内常称为Flash)在我国
出现的频率迅速增大。然而作为闪盘中的存储主体Flash Memory其实早在1980年就被日本东芝公
司申请专利。在1984年的国际半导体学术会议上首次发表了关于Flash Memory的科研论文。最近
十年来日益普及的数字移动电话、数码相机、数字摄像机等都已广泛利用Flash Memory作为永久性
存储器，只不过由于它封装在设备内部，只有开发商和设计人员直接接触、了解它而已。随着优盘
的普及，Flash Memory正在被越来越多的普通用户熟悉和关注。二十多年的发展过程中，Flash Memory
技术经过了多次变革和发展。但其变化的总体趋势一直都是：存储容量越来越大、数据读写速度越
来越快、性能价格比越来越高。
本文是一篇综述性的论文，它致力于回顾Flash Memory技术的发展历程、介绍它最新的发展状
态和应用领域。作为手机、消费电子中几乎是唯一的永久性存储设备，文中对此进行了详细的介绍
和分析。由于与硬盘相比，Flash Disk在健壮性、可移动性、数据读写速度等多个方面都有比较大
的优势，文中重点讨论利用Flash Disk在嵌入式系统、航天设备和军用系统中代替硬盘的可能性。
本文内容结构安排如下：第二部分介绍Flash Memory存储卡分类；第三部分讨论NAND和NOR
技术原理，产品的性能差异和各自的应用领域；第四部分介绍Flash Disk技术和及其应用；第五部
分讨论Flash Memory在可移动存储器中的应用；第六部分介绍Flash Memory在移动电话和消费电
子中的应用。最后文中就Flash Disk在我国的发展策略提出一点思考。
2. Flash Memory存储卡
消费类电子产品必须体积小且携带方便，尽管硬盘是常见的存储设备，但显然它不适合在小型
移动设备和消费电子中应用。在消费电子研发之初，开发商就开始设计一种新型永久性、体积小且
功耗小的存储媒介来满足消费电子产品的特定需求。Flash Memory起源于日本，随之巨大的市场前
景立即吸引美国的一些传统芯片生产商纷纷投入到该领域，如：美国的Intel公司和AMD 公司等。
美国的芯片开发商由于过去在CPU设计和生产领域有先进的技术积累，它们研发的Flash Memory产
品很快就占据了相当大的市场份额。
不同的应用领域对Flash Memory有不同的需求。例如：数码相机追求大容量的存储器，以便保
存数量巨大的相片；而手机等通信设备则更渴望高速的数据读写速度，从而在无线上网和手机游戏
中能吸引更多的用户。为了满足不同应用领域的特定需求，Flash Memory产品和标准目前正在呈多
样性发展，产生了多个与之相关术语，如：SM（Smart Media）卡、CF (Compact Flash)卡，MMC（Multi
[1]
Media Card）卡、SD（Secure Digital）卡和记忆棒（Memory Stick）等
。
为了描述和对比各类存储卡之间的差异，表1从存储卡的物理尺寸、工作电压等十多个角度对
1
Technical Report, Nov. 2004 Flash Memory技术和应用综述
它们进行了分析和对比。为了描述方便，表1中MP3表示MP3 Player, DC表示Digital Camera, DV
表示Digital Video, MP表示Mobile Phone, MM表示Mobile Memory Devices。
表1 Flash Memory Card的比较
发布时间
发布厂商
SM
1995年
东芝
CF
1994年
SanDisk
MMC
1997年
SanDisk
西门子
SD
1999年
东芝、松下
SanDisk
32*24*2.1
是
好
2.7V－3.6V
是
Memory Stick
1997年
索尼
物理尺寸(mm)
集成控制器
兼容性
工作电压
公开标准
适用领域
支持厂商
45*37*0.76
否
差
3.3V, 5V
是
MP3, DC
43*36*3.3
是
好
3.3V, 5V
是
MM
32*24*1.4
是
好
2.7V-3.6V
是
50*21.5*0.28
差
2.7V-3.6V
否
MP3,DC,DV,MPMP3,DC,DV,E-Book 仅索尼公司的产品
三星等 索尼 东芝、三星、3COM, IBM、HP、SanDisk、西门
索尼、夏普等 佳能、松下等子等
其它 操作系统都支有MMC和SPI数据安全性高
持 两种模式 支持物理写保护
索尼公司使用，无
其它公司支持
由表1不难发现，不同存储卡在内部结构、实现技术、物理外观和工作电压等方面都有较大差
异，且不同标准之间的兼容性很差，甚至来自不同生产商之间的同类存储卡之间的兼容性都比较差，
最突出的如SM。从表1还不难发现，来自日本的电子公司在该领域具有雄厚的技术实力和标准垄断
能力，具有和美国公司抗衡的能力。这在美国的产品一支独秀的信息技术领域是罕见的，当然这与
日本在电子和制造领域一直具有有较高水平、以及他们最早进入Flash Memory领域是分不开的。
3. NAND与NOR
Flash Memory内部构架和实现技术可以分为AND、NAND、NOR和DiNOR等几种，但目前以NAND
和NOR为主流。NOR技术是由Intel公司1988年首先推出，NAND技术是由东芝公司1989年发明。
NAND技术在设计之初是为了数据存储应用，NOR则是为了满足程序代码的高速访问，并且支持程序
在芯片内部运行。目前关于两种技术的发展前景讨论很激烈，各种观点很多。客观来看，二者各有
优势和不足。NOR工作电压低、随机读取快、功耗低、稳定性高；而NAND则写回速度快、芯片面积
小，特别是容量大有很大优势。
页是NAND中的基本存贮单元，一页一般为512个字节，多个页面组成块。不同存储器内的块内
页面数不尽相同，通常以16页或者32页比较常见。块容量计算公式比较简单，就是页面容量与块
内页面数的乘积。 根据 Flash Memory容量大小，不同存储器中的块、页大小可能不同，块内页面
数也不同。例如：8MB存储器，页大小常为512B、块大小为8KB，块内页面数为16。而2MB的存储
器的页大小为256 B、块大小为4KB，块内页面数也是16。NAND存储器由多个块串行排列组成。实
际上，NAND型的Flash Memory可认为是顺序读取的设备，它仅用8比特的I/O端口就可以存取按
页为单位的数据。NAND在读和擦写文件、特别是连续的大文件时，速度相当快，但随机存取速度则
比较慢，因为它不能按字节写。NAND型存储器的价格如今已经不算昂贵，512MB芯片单价在最近是
4.39美元，且仍呈下降趋势。NAND Flash设备易有坏块，为了补偿可能存在的坏块，通常在设计、
生产时在规定的存储容量外另附加约2%大小的额外存储空间。NAND Flash用一个控制器管理坏块，
当出现坏块控制器将数据转移到预定空闲存储区间，该过程对用户是透明的。
NOR的存储构架与PC机中的内存条技术类似，是一种并行的构架。由于单个芯片的存储容量提
高困难，整个NOR芯片的存储容量较同时期的NAND小。过去NOR多采用单层存储单元排列，如今
Intel公司采用多层存储单元(multi-level cell)排列技术，以此提高单位面积存储器的容量。另
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2024年5月31日发(作者：召良吉)
Technical Report, Nov. 2004 Flash Memory技术和应用综述
Flash Memory技术和应用综述
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( 华中师范大学语言学系，武汉，430079)
2
( 华中科技大学计算机学院 武汉 430074)
E-mail: yjyu@
摘 要： Flash Memory是近十年来应用广泛的一种半导体存储器，它与硬盘、软盘等传统存储介质
在原理和工艺方面有很大差异。本文首先讨论Flash Memory存储卡的分类和区别、NAND模式和
NOR模式Flash Memory的差异和性能比较，然后介绍Flash Memory在可移动存储器、消费电子和
移动通信设备中的应用。文中重点讨论了Flash Disk技术和应用，通过与硬盘性能对比，讨论Flash
Disk在未来是否会取代硬盘成为最常见的存储设备。
关键词：Flash Memory, Flash Disk, 硬盘, 容量
1,2
1. 前言
自2000年底闪盘(优盘)被发明和应用以来，Flash Memory(该技术在国内常称为Flash)在我国
出现的频率迅速增大。然而作为闪盘中的存储主体Flash Memory其实早在1980年就被日本东芝公
司申请专利。在1984年的国际半导体学术会议上首次发表了关于Flash Memory的科研论文。最近
十年来日益普及的数字移动电话、数码相机、数字摄像机等都已广泛利用Flash Memory作为永久性
存储器，只不过由于它封装在设备内部，只有开发商和设计人员直接接触、了解它而已。随着优盘
的普及，Flash Memory正在被越来越多的普通用户熟悉和关注。二十多年的发展过程中，Flash Memory
技术经过了多次变革和发展。但其变化的总体趋势一直都是：存储容量越来越大、数据读写速度越
来越快、性能价格比越来越高。
本文是一篇综述性的论文，它致力于回顾Flash Memory技术的发展历程、介绍它最新的发展状
态和应用领域。作为手机、消费电子中几乎是唯一的永久性存储设备，文中对此进行了详细的介绍
和分析。由于与硬盘相比，Flash Disk在健壮性、可移动性、数据读写速度等多个方面都有比较大
的优势，文中重点讨论利用Flash Disk在嵌入式系统、航天设备和军用系统中代替硬盘的可能性。
本文内容结构安排如下：第二部分介绍Flash Memory存储卡分类；第三部分讨论NAND和NOR
技术原理，产品的性能差异和各自的应用领域；第四部分介绍Flash Disk技术和及其应用；第五部
分讨论Flash Memory在可移动存储器中的应用；第六部分介绍Flash Memory在移动电话和消费电
子中的应用。最后文中就Flash Disk在我国的发展策略提出一点思考。
2. Flash Memory存储卡
消费类电子产品必须体积小且携带方便，尽管硬盘是常见的存储设备，但显然它不适合在小型
移动设备和消费电子中应用。在消费电子研发之初，开发商就开始设计一种新型永久性、体积小且
功耗小的存储媒介来满足消费电子产品的特定需求。Flash Memory起源于日本，随之巨大的市场前
景立即吸引美国的一些传统芯片生产商纷纷投入到该领域，如：美国的Intel公司和AMD 公司等。
美国的芯片开发商由于过去在CPU设计和生产领域有先进的技术积累，它们研发的Flash Memory产
品很快就占据了相当大的市场份额。
不同的应用领域对Flash Memory有不同的需求。例如：数码相机追求大容量的存储器，以便保
存数量巨大的相片；而手机等通信设备则更渴望高速的数据读写速度，从而在无线上网和手机游戏
中能吸引更多的用户。为了满足不同应用领域的特定需求，Flash Memory产品和标准目前正在呈多
样性发展，产生了多个与之相关术语，如：SM（Smart Media）卡、CF (Compact Flash)卡，MMC（Multi
[1]
Media Card）卡、SD（Secure Digital）卡和记忆棒（Memory Stick）等
。
为了描述和对比各类存储卡之间的差异，表1从存储卡的物理尺寸、工作电压等十多个角度对
1
Technical Report, Nov. 2004 Flash Memory技术和应用综述
它们进行了分析和对比。为了描述方便，表1中MP3表示MP3 Player, DC表示Digital Camera, DV
表示Digital Video, MP表示Mobile Phone, MM表示Mobile Memory Devices。
表1 Flash Memory Card的比较
发布时间
发布厂商
SM
1995年
东芝
CF
1994年
SanDisk
MMC
1997年
SanDisk
西门子
SD
1999年
东芝、松下
SanDisk
32*24*2.1
是
好
2.7V－3.6V
是
Memory Stick
1997年
索尼
物理尺寸(mm)
集成控制器
兼容性
工作电压
公开标准
适用领域
支持厂商
45*37*0.76
否
差
3.3V, 5V
是
MP3, DC
43*36*3.3
是
好
3.3V, 5V
是
MM
32*24*1.4
是
好
2.7V-3.6V
是
50*21.5*0.28
差
2.7V-3.6V
否
MP3,DC,DV,MPMP3,DC,DV,E-Book 仅索尼公司的产品
三星等 索尼 东芝、三星、3COM, IBM、HP、SanDisk、西门
索尼、夏普等 佳能、松下等子等
其它 操作系统都支有MMC和SPI数据安全性高
持 两种模式 支持物理写保护
索尼公司使用，无
其它公司支持
由表1不难发现，不同存储卡在内部结构、实现技术、物理外观和工作电压等方面都有较大差
异，且不同标准之间的兼容性很差，甚至来自不同生产商之间的同类存储卡之间的兼容性都比较差，
最突出的如SM。从表1还不难发现，来自日本的电子公司在该领域具有雄厚的技术实力和标准垄断
能力，具有和美国公司抗衡的能力。这在美国的产品一支独秀的信息技术领域是罕见的，当然这与
日本在电子和制造领域一直具有有较高水平、以及他们最早进入Flash Memory领域是分不开的。
3. NAND与NOR
Flash Memory内部构架和实现技术可以分为AND、NAND、NOR和DiNOR等几种，但目前以NAND
和NOR为主流。NOR技术是由Intel公司1988年首先推出，NAND技术是由东芝公司1989年发明。
NAND技术在设计之初是为了数据存储应用，NOR则是为了满足程序代码的高速访问，并且支持程序
在芯片内部运行。目前关于两种技术的发展前景讨论很激烈，各种观点很多。客观来看，二者各有
优势和不足。NOR工作电压低、随机读取快、功耗低、稳定性高；而NAND则写回速度快、芯片面积
小，特别是容量大有很大优势。
页是NAND中的基本存贮单元，一页一般为512个字节，多个页面组成块。不同存储器内的块内
页面数不尽相同，通常以16页或者32页比较常见。块容量计算公式比较简单，就是页面容量与块
内页面数的乘积。 根据 Flash Memory容量大小，不同存储器中的块、页大小可能不同，块内页面
数也不同。例如：8MB存储器，页大小常为512B、块大小为8KB，块内页面数为16。而2MB的存储
器的页大小为256 B、块大小为4KB，块内页面数也是16。NAND存储器由多个块串行排列组成。实
际上，NAND型的Flash Memory可认为是顺序读取的设备，它仅用8比特的I/O端口就可以存取按
页为单位的数据。NAND在读和擦写文件、特别是连续的大文件时，速度相当快，但随机存取速度则
比较慢，因为它不能按字节写。NAND型存储器的价格如今已经不算昂贵，512MB芯片单价在最近是
4.39美元，且仍呈下降趋势。NAND Flash设备易有坏块，为了补偿可能存在的坏块，通常在设计、
生产时在规定的存储容量外另附加约2%大小的额外存储空间。NAND Flash用一个控制器管理坏块，
当出现坏块控制器将数据转移到预定空闲存储区间，该过程对用户是透明的。
NOR的存储构架与PC机中的内存条技术类似，是一种并行的构架。由于单个芯片的存储容量提
高困难，整个NOR芯片的存储容量较同时期的NAND小。过去NOR多采用单层存储单元排列，如今
Intel公司采用多层存储单元(multi-level cell)排列技术，以此提高单位面积存储器的容量。另
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