Flash存储器在存储/缓存技术中的工作原理及其具体步骤
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简介：
本文章详细解析了Flash存储器的工作机制及其在存储和缓存技术中的应用步骤，为读者深入理解其运行机理提供了全面指导。
闪存是一种非易失性存储技术，全称是电可擦可编程只读存储器（EEPROM）。其工作原理基于浮置栅极的电荷储存能力。
**一、结构与组成**
闪存的基本单位包含源极（Source）、漏极（Drain）和栅极（Gate），这类似于场效应管。然而，不同于普通FET的是，在闪存中存在一个特殊的浮动栅级（Floating Gate）。这个浮置栅级被一层二氧化硅绝缘层包裹着，保护其内部的电荷不会轻易流失。因此，当电子进入或离开浮置栅极时，会形成稳定的电压状态，并能长期保存这些信息。
**二、闪存类型**
1. **NAND型闪存**
- 数据写入与擦除均依赖于隧道效应。通过施加特定的电压使电流从硅基层穿过绝缘层进入或离开浮置栅极来改变电荷，从而完成数据记录。
- 该类型的存储器适合大规模的数据储存场景，例如固态硬盘（SSD）和U盘。
2. **NOR型闪存**
- 数据擦除同样基于隧道效应。但写入时采用的是热电子注入方式：当电流从浮置栅极流向源极时完成电荷的转移。
- NOR类型的特点是快速的数据读取能力，适用于嵌入式系统和需要迅速执行代码的应用场合。
**三、操作步骤**
1. **数据写入**
- 写入过程中通过控制门（Control Gate）向浮置栅级施加电压来改变其电荷状态。
2. **数据读取**
- 为了获取存储的数据，检测每个单元的电压是否超过阈值。如果超过了设定的门槛，则认为该位置储存的是0；反之为1。
3. **擦除操作**
- 擦除是以块（Block）的形式进行：向整个区域施加高电压以清除所有浮置栅级中的电荷，恢复到初始状态。
**四、闪存颗粒结构**
- 一个闪存单元由多个Page构成。每个Page包含成千上万个门，而每一个门存储1bit的数据量。
- Page是最小的读写单位；Block则是最小擦除单位，通常大小为4KB。
随着技术进步和需求增加，多级别单元（MLC、TLC等）被开发出来以提高数据密度。但是这同时带来了性能上的挑战，如降低耐久性和访问速度等问题。
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