NAND閃存數據庫中存儲管理技術研究
作者：王丹丹，錢慎一
摘要：閃存存儲作為新一代的存儲介質，存取速度快、耗電量小、存儲內容非易失、小巧輕便等是取代磁盤作為計算機係統主要數據存儲介質的首選。但現有的數據管理軟件都是在傳統的磁盤數據存儲上針對磁盤的物理特性進行設計和優化的，直接在閃存存儲上應用這些軟件無法充分發揮閃存存儲的優越性、滿足數據管理的需求。
關鍵詞：NAND 閃存數據庫 閃存轉換層技術
一、NAND概述
NAND閃存是一種比硬盤驅動器更好的存儲方案，這在不超過4GB的低容量應用中表現得猶為明顯。隨著人們持續追求功耗更低、重量更輕和性能更佳的產品，NAND正被證明極具吸引力。
閃存結合了EPROM的高密度和EEPROM結構的變通性的優點。 EPROM是指其中的內容可以通過特殊手段擦去，然後重新寫入。NAND閃存陣列分為一係列128kB的區塊（block），這些區塊是NAND器件中最小的可擦除實體。擦除一個區塊就是把所有的位（bit）設置為“1”（而所有字節（byte）設置為FFh）。有必要通過編程，將已擦除的位從“1”變為“0”。最小的編程實體是字節（byte）。一些NOR閃存能同時執行讀寫操作。雖然NAND不能同時執行讀寫操作，它可以采用稱為“映射（shadowing）”的方法，在係統級實現這一點。這種方法在個人電腦上已經沿用多年，即將BIOS從速率較低的ROM加載到速率較高的RAM上。
二、NAND的優勢
NAND的效率較高，是因為NAND串中沒有金屬觸點。NAND閃存單元的大小比NOR要小（4F2﹕10F2）的原因，是NOR的每一個單元都需要獨立的金屬觸點。NAND與硬盤驅動器類似，基於扇區（頁），適合於存儲連續的數據，如圖片、音頻或個人電腦數據。雖然通過把數據映射到RAM上，能在係統級實現隨機存取，但是，這樣做需要額外的RAM存儲空間。此外，跟硬盤一樣，NAND器件存在壞的扇區，需要糾錯碼（ECC）來維持數據的完整性。
存儲單元麵積越小，裸片的麵積也就越小。在這種情況下，NAND就能夠為當今的低成本消費市場提供存儲容量更大的閃存產品。NAND閃存用於幾乎所有可擦除的存儲卡。NAND的複用接口為所有最新的器件和密度都提供了一種相似的引腳輸出。這種引腳輸出使得設計工程師無須改變電路板的硬件設計，就能從更小的密度移植到更大密度的設計上。
三、NAND與NOR閃存比較
NAND閃存的優點在於寫（編程）和擦除操作的速率快，而NOR的優點是具有隨機存取和對字節執行寫（編程）操作的能力。NOR的隨機存取能力支持直接代碼執行（XiP），而這是嵌入式應用經常需要的一個功能。NAND的缺點是隨機存取的速率慢，NOR的缺點是受到讀和擦除速度慢的性能製約。NAND較適合於存儲文件。如今，越來越多的處理器具備直接NAND接口，並能直接從NAND（沒有NOR）導入數據。
NAND的真正好處是編程速度快、擦除時間短。NAND支持速率超過5Mbps的持續寫操作，其區塊擦除時間短至2ms，而NOR是750ms。顯然，NAND在某些方麵具有絕對優勢。然而，它不太適合於直接隨機存取。
對於16位的器件，NOR閃存大約需要41個I/O引腳；相對而言，NAND器件僅需24個引腳。NAND器件能夠複用指令、地址和數據總線，從而節省了引腳數量。複用接口的一項好處，就在於能夠利用同樣的硬件設計和電路板，支持較大的NAND器件。NOR閃存的隨機存取時間為0.12ms，而NAND閃存的第一字節隨機存取速度要慢得多。