Реферат на тему:
USB-накопитель на флеш-памяти
Флеш-память (англ. flash memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти (ПППЗУ).
Она может быть прочитана сколько угодно раз (в пределах срока хранения данных, типично — 10–100 лет), но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов [1]). Распространена флеш-память, выдерживающая около 100 тысяч циклов перезаписи — намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW.
Не содержит подвижных частей, так что, в отличие от жёстких дисков, более надёжна и компактна.
Благодаря своей компактности, дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах — фото- и видеокамерах, диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах (маршрутизаторах, мини-АТС, принтерах, сканерах, модемax), различных контроллерах.
Также в последнее время широкое распространение получили USB флеш-накопители («флешка», USB-драйв, USB-диск), практически вытеснившие дискеты и CD.
На конец 2008 года основным недостатком, не позволяющим устройствам на базе флеш-памяти вытеснить с рынка жёсткие диски, является высокое соотношение цена/объём, превышающее этот параметр у жестких дисков в 2–3 раза. В связи с этим и объёмы флеш-накопителей не так велики, но в этих направлениях ведутся работы. Удешевляется технологический процесс, усиливается конкуренция. Многие фирмы уже заявили о выпуске SSD-накопителей объёмом 256 ГБ и более. Например, в ноябре 2009 года компания OCZ предложила SSD-накопитель ёмкостью 1 ТБ и 1,5 млн циклов перезаписи.
Современные SSD-накопители базируются на многоканальных контроллерах, обеспечивающих параллельное чтение сразу из нескольких микросхем флеш-памяти. За счет этого их производительность выросла настолько, что ограничивающим фактором стала уже пропускная способность интерфейса SerialATA II.
Программирование флеш-памяти
Стирание флеш-памяти
Флеш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (англ. cell). В традиционных устройствах с одноуровневыми ячейками (англ. single-level cell, SLC), каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками (англ. multi-level cell, MLC; triple-level cell, TLC [2]) могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора.
В основе этого типа флеш-памяти лежит ИЛИ-НЕ элемент (англ. NOR), потому что в транзисторе с плавающим затвором низкое напряжение на затворе обозначает единицу.
Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Последний полностью изолирован и способен удерживать электроны до 10 лет. В ячейке имеются также сток и исток. При программировании напряжением на управляющем затворе создаётся электрическое поле и возникает туннельный эффект. Часть электронов туннелирует сквозь слой изолятора и попадает на плавающий затвор. Заряд на плавающем затворе изменяет «ширину» канала сток-исток и его проводимость, что используется при чтении.
Программирование и чтение ячеек сильно различаются в энергопотреблении: устройства флеш-памяти потребляют достаточно большой ток при записи, тогда как при чтении затраты энергии малы.
Для стирания информации на управляющий затвор подаётся высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток.
В NOR-архитектуре к каждому транзистору необходимо подвести индивидуальный контакт, что увеличивает размеры схемы. Эта проблема решается с помощью NAND-архитектуры.
В основе NAND-типа лежит И-НЕ элемент (англ. NAND). Принцип работы такой же, от NOR-типа отличается только размещением ячеек и их контактами. В результате уже не требуется подводить индивидуальный контакт к каждой ячейке, так что размер и стоимость NAND-чипа может быть существенно меньше. Также запись и стирание происходят быстрее. Однако эта архитектура не позволяет обращаться к произвольной ячейке.
Для обеспечения максимальной плотности (а, следовательно, и емкости), флеш-память, произведенная по технологии NAND, использует элементы минимальных размеров, и поэтому, в отличии от NOR-флеша допускает наличие сбойных ячеек (которые не должны использоваться), что усложняет работу с такой памятью. Кроме того, блоки памяти в NAND-флеш снабжаются CRC для проверки целостности.
NAND и NOR-архитектуры сейчас существуют параллельно и не конкурируют друг с другом, поскольку находят применение в разных областях. NOR - для простого хранения данных небольшого объема, NAND - для хранилищ максимального размера.
Флеш-память была изобретена инженером компании Toshiba Фудзио Масуокой в 1984 году. Название «флеш» было придумано также в Toshiba коллегой Фудзио, Сёдзи Ариидзуми, потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash). Масуока представил свою разработку на IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско, Калифорния. Intel увидела большой потенциал в изобретении и в 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип NOR-типа.
NAND-тип флеш-памяти был анонсирован Toshiba в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference. У него была больше скорость записи и меньше площадь чипа.
На конец 2008 года, лидерами по производству флеш-памяти являются Samsung (31% рынка) и Toshiba (19% рынка, включая совместные заводы с Sandisk). (Данные согласно iSuppli на Q4’2008).
Стандартизацией чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Текущим стандартом считается спецификация ONFI версии 1.0[3], выпущенная 28 декабря 2006 года. Группа ONFI поддерживается конкурентами Samsung и Toshiba в производстве NAND-чипов: Intel, Hynix и Micron Technology.[4]
В основном объём чипа флеш-памяти измеряется от килобайт до десятков гигабайт.
В 2005 году Toshiba и SanDisk представили NAND-чипы объёмом 1 Гб[5], выполненные по технологии многоуровневых ячеек, где один транзистор может хранить несколько бит, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе.
Компания Samsung в сентябре 2006 года представила 4-гигабайтный чип, выполненный по 40-нм технологическому процессу.[6]
В конце 2007 года Samsung сообщила о создании первого в мире MLC (multi-level cell) чипа флеш-памяти типа NAND, выполненного по 30-нм технологическому процессу с ёмкостью чипа 8 Гб. В декабре 2009 года компанией начато производство этой памяти, но объёмом 4 Гб (32 Гбит).[7]
В то же время, в декабре 2009 года, Toshiba заявила, что 64 Гб NAND память уже поставляется заказчикам, а массовый выпуск начался в первом квартале 2010 года.[8]
16 июня 2010 года Toshiba объявила о выпуске первого в истории 128 Гб чипа, состоящего из 16 модулей по 8 Гб. Одновременно с ним в массовую продажу выходят и чипы в 64 Гб.[9][10]
Для увеличения объёма в устройствах часто применяется массив из нескольких чипов. К 2007 году USB устройства и карты памяти имели объём от 512 Мб до 64 Гб. Самый большой объём USB-устройств составлял 4 терабайта.
В 2010 году Intel и Micron сообщили об успешном совместном освоении выпуска 3-битной (TLC) флеш-памяти типа NAND с использованием норм 25-нм техпроцесса [2].
В апреле 2011 года Intel и Micron объявили о разработке MLC NAND флэш-чипа емкостью 8 Гбайт (64 Гбит), произведенного по технологии 20 нм. Первый 20-нм NAND чип имеет площадь 118 мм2, что на 30-40% меньше, чем у доступных в настоящее время 25-нм чипов на 8 Гбайт. Согласно данным от разработчиков, новинка обеспечивает такую же производительность и надежность, как и предыдущее 25-нм поколение, повысив плотность размещения. Массовое производство данного чипа начнется во второй половине 2011 года. Конечных продуктов на базе новых 20-нм флэш-чипов не стоит ожидать до 2012 года[11].
Основное слабое место флеш-памяти — количество циклов перезаписи. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что операционные системы часто записывают данные в одно и то же место. Часто обновляется таблица файловой системы, так что первые секторы памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволяет существенно продлить срок работы памяти.
Для решения этой проблемы были созданы специальные файловые системы: exFAT для Microsoft Windows и JFFS2[12] и YAFFS[13] для GNU/Linux.
USB флеш-носители и карты памяти, такие, как Secure Digital и CompactFlash, имеют встроенный контроллер, который производит обнаружение и исправление ошибок и старается равномерно использовать ресурс перезаписи флеш-памяти[14]. На таких устройствах не имеет смысла[15] использовать специальную файловую систему — для лучшей совместимости и производительности (с учётом специфики работы контроллера) применяется широко распространённая FAT.
Флеш-карты разных типов (спичка для сравнения масштабов)
Флеш-память наиболее известна применением в USB флеш-накопителях (англ. USB flash drive). В основном применяется NAND-тип памяти, которая подключается через USB по интерфейсу USB mass storage device (USB MSD). Данный интерфейс поддерживается всеми современными операционными системами.
Благодаря большой скорости, объёму и компактным размерам USB флеш-накопители полностью вытеснили с рынка дискеты. Например, компания Dell с 2003 года решила прекратить выпуск компьютеров с дисководом гибких дисков.[16]
В данный момент выпускается широкий ассортимент USB флеш-накопителей, разных форм и цветов. На рынке присутствуют флешки с автоматическим шифрованием записываемых на них данных. Наиболее известными являются Kingston DataTraveler 5000, Kingston DataTraveller Vault, Ironkey S200, SanDisk Extreme Contour.
Есть специальные дистрибутивы GNU/Linux и версии программ, которые могут работать прямо с USB носителей, например, чтобы пользоваться своими приложениями в интернет-кафе.
Технология ReadyBoost в Windows Vista и Windows 7 способна использовать USB флеш-накопитель или специальную флеш-память, встроенную в компьютер, для увеличения быстродействия.[17]
На флеш-памяти также основываются карты памяти, такие как Secure Digital (SD) и Memory Stick, которые активно применяются в портативной технике (фотоаппараты, мобильные телефоны). Флеш-память занимает большую часть рынка переносных носителей данных.
NOR-тип памяти чаще применяется в BIOS и ROM-памяти устройств, таких, как DSL-модемы, маршрутизаторы и т. д. Флеш-память позволяет легко обновлять прошивку устройств, при этом скорость записи и объём для таких устройств не так важны.
По состоянию на 2010 год, применение флеш памяти ограничивалось высокой ценой и меньшим, по сравнению с жёсткими дисками, сроком службы, из-за ограниченного количества циклов перезаписи. Замена жесткого диска на флеш-память экономически оправданна только в недорогих устройствах, где нет повышенных требований к долговечности и большому объему записываемой информации.[источник не указан 124 дня] Например, в XO-1, «ноутбуке за 100 $», который активно разрабатывается для стран третьего мира, вместо жёсткого диска будет использоваться флеш-память объёмом 1 Гб[18].
Существуют несколько типов карт памяти, используемых в портативных устройствах:
CF (Compact Flash): карты памяти CF являются старейшим стандартом карт флеш-памяти. Первая CF карта была произведена корпорацией SanDisk в 1994 году. Этот формат памяти очень распространён. Чаще всего в наши дни он применяется в профессиональном фото- и видео-оборудовании, так как ввиду своих размеров (43×36×3,3 мм) слот расширения для Compact Flash-карт физически проблематично разместить в мобильных телефонах или MP3-плеерах. Зато ни одна карта не может похвастаться такими скоростями, объемами и надежностью, как CF. Mаксимальный объём карт формата Compact Flash достиг размера в 128 Гбайт, а скорость передачи данных увеличена до 100 Мбайт/с.
MMC (Multimedia Card): карта в формате MMC имеет небольшой размер — 24×32×1,4 мм. Разработана совместно компаниями SanDisk и Siemens. MMC содержит контроллер памяти и обладает высокой совместимостью с устройствами самого различного типа. В большинстве случаев карты MMC поддерживаются устройствами со слотом SD.
RS-MMC (Reduced Size Multimedia Card): карта памяти, которая вдвое короче стандартной карты MMC. Её размеры составляют 24×18×1,4 мм, а вес — около 6 г, все остальные характеристики не отличаются от MMC. Для обеспечения совместимости со стандартом MMC при использовании карт RS-MMC нужен адаптер. DV-RS-MMC (Dual Voltage Reduced Size Multimedia Card): карты памяти DV-RS-MMC с двойным питанием (1,8 и 3,3 В) отличаются пониженным энергопотреблением, что позволит работать мобильному телефону немного дольше. Размеры карты совпадают с размерами RS-MMC, 24×18×1,4 мм. MMCmicro: миниатюрная карта памяти для мобильных устройств с размерами 14×12×1,1 мм. Для обеспечения совместимости со стандартным слотом MMC необходимо использовать переходник.SD Card (Secure Digital Card): поддерживается фирмами SanDisk, Panasonic и Toshiba. Стандарт SD является дальнейшим развитием стандарта MMC. По размерам и характеристикам карты SD очень похожи на MMC, только чуть толще (32×24×2,1 мм). Основное отличие от MMC — технология защиты авторских прав: карта имеет криптозащиту от несанкционированного копирования, повышенную защиту информации от случайного стирания или разрушения и механический переключатель защиты от записи. Несмотря на родство стандартов, карты SD нельзя использовать в устройствах со слотом MMC.
SDHC (SD High Capacity, SD высокой ёмкости): Старые карты SD (SD 1.0, SD 1.1) и новые SDHC (SD 2.0) и устройства их чтения различаются ограничением на максимальную ёмкость носителя, 4 Гб для SD и 32 Гб для SDHC. Устройства чтения SDHC обратно совместимы с SD, то есть SD-карта будет без проблем прочитана в устройстве чтения SDHC, но в устройстве SD карта SDHC не будет читаться вовсе. Оба варианта могут быть представлены в любом из трёх форматов физических размеров (стандартный, mini и micro). miniSD (Mini Secure Digital Card): От стандартных карт Secure Digital отличаются меньшими размерами 21,5×20×1,4 мм. Для обеспечения работы карты в устройствах, оснащённых обычным SD-слотом, используется адаптер. microSD (Micro Secure Digital Card): являются на настоящий момент (2011) самыми компактными съёмными устройствами флеш-памяти (11×15×1 мм). Используются, в первую очередь, в мобильных телефонах, коммуникаторах и т. п., так как, благодаря своей компактности, позволяют существенно расширить память устройства, не увеличивая при этом его размеры. Переключатель защиты от записи вынесен на адаптер microSD-SD. Максимальный объём карты microSDHC, выпущенной SanDisk в 2010 году, равен 32 Гб.Memory Stick Duo: данный стандарт памяти разрабатывался и поддерживается компанией Sony. Корпус достаточно прочный. На данный момент — это самая дорогая память из всех представленных. Memory Stick Duo был разработан на базе широко распространённого стандарта Memory Stick от той же Sony, отличается малыми размерами (20×31×1,6 мм).
Memory Stick Micro (M2): Данный формат является конкурентом формата microSD (по размеру), сохраняя преимущества карт памяти Sony.xD-Picture Card: используются в цифровых фотоаппаратах фирм Olympus, Fujifilm и некоторых других.
wreferat.baza-referat.ru
Флэш-память в современных карманных компьютерах используется для решения двух основных задач. Во-первых, для хранения программных модулей ОС, во-вторых, она используется в качестве внешнего накопителя данных. В ранних моделях КПК, как правило, применялись обычные модули ПЗУ, в которых размещалась операционная система и часто прикладное ПО. Такой подход обеспечивал значительное удешевление и повышение надежности, в случае каких-либо программных сбоев пользователю достаточно произвести процедуру полной очистки памяти, чтобы получить чистую и гарантированно работоспособную систему. Расширению использования флэш-памяти в роли системного носителя мы обязаны прежде всего Microsoft, точнее, пресловутому качеству ее программных продуктов.
Как пример, можно привести аппараты класса Psion Series 5mx, где ОС была записана в ПЗУ. Эти КПК функционировали под управлением операционной системы EPOC, исключительно стабильной и быстрой системы, далекий потомок которой, ОС Symbian, сегодня работаем в смартфонах и коммуникаторах. В связи с необходимостью хранить системные программные компоненты в памяти, которую заведомо сложно обновить (фактически единственный выход — физическая замена микросхем памяти), эта система была доведена разработчиками практически до совершенства (историю ее создания можно найти, например, на Web-узле history.handy.ru). Аналогичная картина долгое время наблюдалась и в КПК на базе Palm OS.
В случае же с Windows СЕ, которая на первых порах была далека от совершенства, эта проблема особенно обострилась. Некоторое время в качестве ее решения применялись разного рода программные «заплатки», но эта практика не прижилась в связи с тем, что постоянно «висящие» программные модули занимали самый драгоценный ресурс КПК — память (не говоря о том, что в случае жесткого сброса приходилось заново устанавливать все обновления). В итоге все современные КПК перешли на перезаписываемую память даже для хранения такого, сравнительно редко меняющегося вида ПО, как системное. Примечательно, что роль первопроходца в этом направлении принадлежит все той же HP iPAQ (в то время еще носившей марку Compaq).
Второе применение флэш-памяти — использование в роли внешних накопителей. Вряд ли кто-то из читателей нуждается в комментариях по этому вопросу. Отметим только, что в современных моделях КПК довольно часто имеется еще один вид памяти для хранения данных (иногда такая возможность получает громкое маркетинговое название, скажем iPAQ Filestore). С технической точки зрения реализация тривиальна: программными средствами в неиспользуемой области ППЗУ выделяется область для сохранения информации, которая для пользователя выглядит как обычный, хотя и не сменный, флэш-накопитель. Программные модули ОС обычно не полностью занимают ППЗУ, так что все, что здесь требуется, — аккуратное программирование соответствующих драйверов (бывали и ошибки, например, печально известная проблема HP iPAQ h2930/h2940, когда при переполнении пользовательской области затирались системные модули). Емкость такого «диска» различается от модели к модели и составляет от 1-1,5 до 80-128 Мбайт.
Флэш-память как таковая — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. В настоящее время выпускается два основных типа флэш-памяти: NOR (логика ячеек NOT OR) и NAND (логика ячеек NOT AND). Также существует память типа AND (И), но она не получила распространения среди изготовителей КПК. Специфических разновидностей со звучными торговыми названиями, безусловно, больше, но все они в итоге сводятся к этим двум типам. В качестве элементарных ячеек хранения информации используются полевые двухзатвор-ные транзисторы с плавающим затвором.
Не углубляясь в историю развития технологий твердотельной памяти, рассмотрим основные типы флэш-памяти. В отличие от других типов твердотельных накопителей в модулях флэш-памяти для хранения данных используется один или два транзистора (в других типах это обычно конструкция из нескольких транзисторов и конденсатора). Идея хранения данных основана на том, что такой транзистор способен сохранять заряд, соответственно позволяя определить его наличие. При записи заряд помещается на плавающий затвор (или посредством переноса электронов или с использованием квантово-механических эффектов туннелирования — это зависит от типа памяти).
При наличии заряда на плавающем затворе характеристики транзистора изменяются таким образом, что при обычном для операции чтения напряжении токопроводящего канала не возникает. Соответственно по изменению вольтамперных характеристик транзистора можно сделать вывод о наличии или отсутствии заряда. Иными словами, использовать его для кодирования битов информации.
Слово «флэш» в названии памяти возникло благодаря тому, что операция записи требует подачи на сток и управляющий затвор высокого напряжения (отсюда flash, «молния»). Электроны с энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого пленкой диэлектрика, переносятся на плавающий затвор, тем самым изменяя вольт-амперные характеристики транзистора. Диалогично, при стирании высокое напряжение подается на исток.
Различная организация логических схем работы памяти дала названия основным ее типам, кроме того, если NOR требует контакта на каждом транзисторе, то в NAND имеется контактная матрица.
Благодаря тому что эта схема позволяет определить не только наличие или отсутствие заряда в ячейке, а также допускает измерение его величины, появляется возможность хранения двух битов информации в одном транзисторе (многоуровневые ячейки, multilevel cell, MLC), именно на этом принципе построена, например, память Intel StrataFlash. Теоретически возможно хранение и трех и более битов (известно, что в лабораторных условиях реализованы образцы, хранящие до 8 бит), но на практике изготовление таких микросхем сопряжено с рядом технологических сложностей. Кроме того, хотя такой подход дает возможность снизить удельную стоимость хранения данных, он требует усложнения контроллеров и памяти.
Несложно догадаться, что процедуры записи-стирания вызывают износ ячейки флэш-памяти, именно поэтому у таких микросхем ограничен ресурс циклов перезаписи. Он довольно значительный (порядка миллионов циклов), к тому же благодаря некоторому «интеллекту» контроллеров флэш-памяти удается минимизировать его вредное действие. Но тем не менее вполне очевидно, что размещать на флэш-накопителе мобильного устройства область интенсивно перезаписываемых данных (например, swap-раздел мобильного Linux), разумеется, будет неудачной идеей.
Память типа NOR обеспечивает возможность произвольного чтения-записи данных (вплоть до отдельных байтов) и быстрое считывание, но при этом относительно медленные схемы записи и стирания. Кроме того, такая память имеет довольно крупные ячейки (к каждой необходимо подвести контакт), что вызывает закономерные сложности в изготовлении и повышении емкости. Этот тип памяти обеспечивает возможность «исполнения-по-месту» (Execute-ln-Place, XIP). Этот тип памяти в основном применяется для хранения программного кода.
Память типа NAND обеспечивает блочный доступ, быстрые процедуры стирания и записи, дешевизну и простоту наращивания емкости модулей. Данные на флэш-памяти NAND считываются поблочно. Размер единичного блока варьируется от 256 байт до 256 Кбайт, практически все современные микросхемы позволяют работать с блоками разного размера. Эта схема накладывает как ограничения, так и предоставляет некоторые преимущества. Эта схема значительно снижает скорость записи небольших объемов данных в произвольные области памяти, но в то же время и увеличивает быстродействие при последовательной записи больших массивов данных. Благодаря блочной организации флэш-памяти NAND она дешевле сопоставимой по емкости памяти других типов.
Необходимо отметить также, что существуют гибридные решения, в одном корпусе объединяющие ряд разных типов памяти. Таким образом, например, удается обеспечить старт программных модулей, запускаемых из блока памяти NOR и затем загружающих основную ОС из микросхем NAND.
Список литературы
Журнал «Upgrade» №8, 2005 г.
www.ronl.ru
Министерство науки и образования Украины
Институт социального управления экономики и права
Кафедра специализированных компьютерных систем
Пояснительная записка
ІСУЕП 04254.009
до курсового проекта
с дисциплины: «Архитектура ЭВМ»
на тему:
«Архитектура Flash-памяти»
Проверил: | Подготовил: |
проф. Романкевич О.М. ст. преп. Рудаков К.С. | студент III курса группы КС-14 Крывонижко К.Н. |
_____________
(оценка)
«___» ________ «___» ________
_____________ _____________
(подпись) (подпись)
г. Черкассы 2004
Содержание
1. Введение… 3-4
2. Что такое flash-память?....................................................................5-9
3. Организация flash-памяти…………………………………………10-14
4. Архитектура флэш-памяти………………………………………..14-18
5. Карты памяти (флэш-карты)………………………………………19-28
6. Вывод………………………………………………………………..29
7. Литература..........................................................................................30
1.Введение
Технология флэш-памяти появилась около 20-ти лет назад. В конце 80-х годов прошлого столетия флэш-память начали использовать в качестве альтернативы UV-EPROM. С этого момента интерес к флэш-памяти с каждым годом неуклонно возрастает. Внимание, которое уделяется флэш-памяти, вполне объяснимо – ведь это самый быстрорастущий сегмент полупроводникового рынка. Ежегодно рынок флэш-памяти растет более чем на 15%, что превышает суммарный рост всей остальной полупроводниковой индустрии.
Сегодня флэш-память можно найти в самых разных цифровых устройствах. Её используют в качестве носителя микропрограмм для микроконтроллеров HDD и CD-ROM, для хранения BIOS в ПК. Флэш-память используют в принтерах, КПК, видеоплатах, роутерах, брандмауэрах, сотовых телефонах, электронных часах, записных книжках, телевизорах, кондиционерах, микроволновых печах и стиральных машинах… список можно продолжать бесконечно. А в последние годы флэш становится основным типом сменной памяти, используемой в цифровых мультимедийных устройствах, таких как mp3-плееры и игровые приставки. А все это стало возможным благодаря созданию компактных и мощных процессоров. Однако при покупке какого-либо устройства, помещающегося в кармане, не стоит ориентироваться лишь на процессорную мощность, поскольку в списке приоритетов она стоит далеко не на первом месте.
Начало этому было положено в 1997 году, когда флэш-карты впервые стали использовать в цифровых фотокамерах.
При выборе портативных устройств самое важное, на мой взгляд — время автономной работы при разумных массе и размерах элемента питания. Во многом это от памяти, которая определяет объем сохраненного материала, и, продолжительность работы без подзарядки аккумуляторов. Возможность хранения информации в карманных устройствах ограничивается скромными энергоресурсами Память, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачи напряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и без непрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данных тратят его за троих. Хорошим выходом оказалась флэш-память, не разряжающаяся самопроизвольно. Носители на ее основе называются твердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. К сожалению, флэш-память — дорогое удовольствие: средняя стоимость ее мегабайта составляет 2 доллара, что в восемь раз выше, чем у SDRAM, не говоря уж о жестких дисках. А вот отсутствие движущихся частей повышает надежность флэш-памяти: стандартные рабочие перегрузки равняются 15 g, а кратковременные могут достигать 2000 g, т. е. теоретически карта должна превосходно работать при максимально возможных космических перегрузках, и выдержать падения с трёхметровой высоты. Причем в таких условиях гарантируется функционирование карты до 100 лет.
Многие производители вычислительной техники видят память будущего исключительно твердотелой. Следствием этого стало практически одновременное появление на рынке комплектующих нескольких стандартов флэш-памяти.
2.Что такое flash-память?
Флэш-память — особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.
— Энергонезависимая — не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи).
— Перезаписываемая — допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных.
— Полупроводниковая (твердотельная) — не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip).
В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации. Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают. Замены памяти SRAM и DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов). Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей. Флэш-память исторически произошла от полупроводникового ROM, однако ROM-памятью не является, а всего лишь имеет похожую на ROM организацию. Множество источников (как отечественных, так и зарубежных) зачастую ошибочно относят флэш-память к ROM. Флэш никак не может быть ROM хотя бы потому, что ROM (Read Only Memory) переводится как «память только для чтения». Ни о какой возможности перезаписи в ROM речи быть не может! Небольшая, по началу, неточность не обращала на себя внимания, однако с развитием технологий, когда флэш-память стала выдерживать до 1 миллиона циклов перезаписи, и стала использоваться как накопитель общего назначения, этот недочет в классификации начал бросаться в глаза. Среди полупроводниковой памяти только два типа относятся к «чистому» ROM — это Mask-ROM и PROM. В отличие от них EPROM, EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимой перезаписываемой памяти (английский эквивалент — nonvolatile read-write memory или NVRWM).
ROM:
NVRWM:
Главной отличительной особенностью EEPROM (в т.ч. Flash) от ранее рассмотренных нами типов энергонезависимой памяти является возможность перепрограммирования при подключении к стандартной системной шине микропроцессорного устройства. В EEPROM появилась возможность производить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока. Для EEPROM стирание каждой ячейки выполняется автоматически при записи в нее новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. Процедура стирания обычно существенно длительнее процедуры записи.Преимущества EEPROM по сравнению с EPROM: 1. Увеличенный ресурс работы. 2. Проще в обращении.Недостаток: Высокая стоимость
Изобретение флэш-памяти зачастую незаслуженно приписывают Intel, называя при этом 1988 год. На самом деле память впервые была разработана компанией Toshiba в 1984 году, и уже на следующий год было начато производство 256Кбит микросхем flash-памяти в промышленных масштабах. В 1988 году Intel разработала собственный вариант флэш-памяти. Во флэш-памяти используется несколько отличный от EEPROM тип ячейки-транзистора. Технологически флэш-память родственна как EPROM, так и EEPROM. Основное отличие флэш-памяти от EEPROM заключается в том, что стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определённого блока (кластера, кадра или страницы). Обычный размер такого блока составляет 256 или 512 байт, однако в некоторых видах флэш-памяти объём блока может достигать 256КБ. Следует заметить, что существуют микросхемы, позволяющие работать с блоками разных размеров (для оптимизации быстродействия). Стирать можно как блок, так и содержимое всей микросхемы сразу. Таким образом, в общем случае, для того, чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи небольших объёмов данных в произвольные области памяти, однако значительно увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями.Преимущества флэш-памяти по сравнению с EEPROM: 1. Более высокая скорость записи при последовательном доступе за счёт того, что стирание информации во флэш производится блоками. 2. Себестоимость производства флэш-памяти ниже за счёт более простой организации.Недостаток: Медленная запись в произвольные участки памяти.
Ячейки флэш-памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах.
В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью («плавающим» затвором — floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации.
При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции «горячих» электронов или методом туннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с «плавающего» затвора) производится методом тунеллирования.
Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический «0», а его отсутствие — как логическая «1». Современная флэш-память обычно изготавливается по 0,13- и 0,18-микронному техпроцессу.
Общий принцип работы ячейки флэш-памяти.
Рассмотрим простейшую ячейку флэш-памяти на одном n-p-n транзисторе. Ячейки подобного типа чаще всего применялись во flash-памяти с NOR архитектурой, а также в микросхемах EPROM. Поведение транзистора зависит от количества электронов на «плавающем» затворе. «Плавающий» затвор играет ту же роль, что и конденсатор в DRAM, т. е. хранит запрограммированное значение. Помещение заряда на «плавающий» затвор в такой ячейке производится методом инжекции «горячих» электронов (CHE — channel hot electrons), а снятие заряда осуществляется методом квантомеханического туннелирования Фаулера-Нордхейма (Fowler-Nordheim [FN]).
При чтении, в отсутствие заряда на «плавающем» затворе, под воздействием положительного поля на управляющем затворе, образуется n-канал в подложке между истоком и стоком, и возникает ток. | |
Наличие заряда на «плавающем» затворе меняет вольт-амперные характеристики транзистора таким образом, что при обычном для чтения напряжении канал не появляется, и тока между истоком и стоком не возникает. | |
При программировании на сток и управляющий затвор подаётся высокое напряжение (причём на управляющий затвор напряжение подаётся приблизительно в два раза выше). «Горячие» электроны из канала инжектируются на плавающий затвор и изменяют вольт-амперные характеристики транзистора. Такие электроны называют «горячими» за то, что обладают высокой энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого тонкой плёнкой диэлектрика. | |
При стирании высокое напряжение подаётся на исток. На управляющий затвор (опционально) подаётся высокое отрицательное напряжение. Электроны туннелируют на исток. |
Эффект туннелирования — один из эффектов, использующих волновые свойства электрона. Сам эффект заключается в преодолении электроном потенциального барьера малой «толщины». Для наглядности представим себе структуру, состоящую из двух проводящих областей, разделенных тонким слоем диэлектрика (обеднённая область). Преодолеть этот слой обычным способом электрон не может — не хватает энергии. Но при создании определённых условий (соответствующее напряжение и т.п.) электрон проскакивает слой диэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток.
Важно отметить, что при туннелировании электрон оказывается «по другую сторону», не проходя через диэлектрик. Такая вот «телепортация».
Различия методов тунеллирования Фаулера-Нордхейма (FN) и метода инжекции «горячих» электронов:
Channel FN tunneling — не требует большого напряжения. Ячейки, использующие FN, могут быть меньше ячеек, использующих CHE.
CHE injection (CHEI) — требует более высокого напряжения, по сравнению с FN. Таким образом, для работы памяти требуется поддержка двойного питания.
Программирование методом CHE осуществляется быстрее, чем методом FN.
Следует заметить, что, кроме FN и CHE, существуют другие методы программирования и стирания ячейки, которые успешно используются на практике, однако два описанных нами применяются чаще всего.
Процедуры стирания и записи сильно изнашивают ячейку флэш-памяти, поэтому в новейших микросхемах некоторых производителей применяются специальные алгоритмы, оптимизирующие процесс стирания-записи, а также алгоритмы, обеспечивающие равномерное использование всех ячеек в процессе функционирования.
Некоторые виды ячеек флэш-памяти на основе МОП-транзисторов с «плавающим» затвором:
Stacked Gate Cell — ячейка с многослойным затвором. Метод стирания — Source-Poly FN Tunneling, метод записи — Drain-Side CHE Injection.
SST Cell, или SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology — компания-разработчик технологии) — ячейка с расщеплённым затвором. Метод стирания — Interpoly FN Tunneling, метод записи — Source-Side CHE Injection.
Two Transistor Thin Oxide Cell — двухтранзисторная ячейка с тонким слоем окисла. Метод стирания — Drain-Poly FN Tunneling, метод записи — Drain FN Tunneling.
Другие виды ячеек:
Кроме наиболее часто встречающихся ячеек с «плавающим» затвором, существуют также ячейки на основе SONOS-транзисторов, которые не содержат плавающего затвора. SONOS-транзистор напоминает обычный МНОП (MNOS) транзистор. В SONOS-ячейках функцию «плавающего» затвора и окружающего его изолятора выполняет композитный диэлектрик ONO. Расшифровывается SONOS (Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) как Полупроводник-Диэлектрик-Нитрид-Диэлектрик-Полупроводник. Вместо давшего название этому типу ячейки нитрида в будущем планируется использовать поликристаллический кремний.
Многоуровневые ячейки (MLC — Multi Level Cell).
В последнее время многие компании начали выпуск микросхем флэш-памяти, в которых одна ячейка хранит два бита. Технология хранения двух и более бит в одной ячейке получила название MLC (multilevel cell — многоуровневая ячейка). Достоверно известно об успешных тестах прототипов, хранящих 4 бита в одной ячейке. В настоящее время многие компании находятся в поисках предельного числа бит, которое способна хранить многоуровневая ячейка.
В технологии MLC используется аналоговая природа ячейки памяти. Как известно, обычная однобитная ячейка памяти может принимать два состояния — «0» или «1». Во флэш-памяти эти два состояния различаются по величине заряда, помещённого на «плавающий» затвор транзистора. В отличие от «обычной» флэш-памяти, MLC способна различать более двух величин зарядов, помещённых на «плавающий» затвор, и, соответственно, большее число состояний. При этом каждому состоянию в соответствие ставится определенная комбинация значений бит.
Во время записи на «плавающий» затвор помещается количество заряда, соответствующее необходимому состоянию. От величины заряда на «плавающем» затворе зависит пороговое напряжение транзистора. Пороговое напряжение транзистора можно измерить при чтении и определить по нему записанное состояние, а значит и записанную последовательность бит.
Основные преимущества MLC микросхем:
— Более низкое соотношение $/МБ
— При равном размере микросхем и одинаковом техпроцессе «обычной» и MLC-памяти, последняя способна хранить больше информации (размер ячейки тот же, а количество хранимых в ней бит — больше)
— На основе MLC создаются микросхемы большего, чем на основе однобитных ячеек, объёма
Основные недостатки MLC:
— Снижение надёжности, по сравнению с однобитными ячейками, и, соответственно, необходимость встраивать более сложный механизм коррекции ошибок (чем больше бит на ячейку — тем сложнее механизм коррекции ошибок)
— Быстродействие микросхем на основе MLC зачастую ниже, чем у микросхем на основе однобитных ячеек
— Хотя размер MLC-ячейки такой же, как и у однобитной, дополнительно тратится место на специфические схемы чтения/записи многоуровневых ячеек
Технология многоуровневых ячеек от Intel (для NOR-памяти) носит название StrtaFlash, аналогичная от AMD (для NAND) — MirrorBit
3.2 Архитектура флэш-памяти.
Существует несколько типов архитектур (организаций соединений между ячейками) флэш-памяти. Наиболее распространёнными в настоящее время являются микросхемы с организацией NOR и NAND.
NOR (NOT OR, ИЛИ-НЕ) | |
Ячейки работают сходным с EPROM способом. Интерфейс параллельный. Произвольное чтение и запись. Преимущества: быстрый произвольный доступ, возможность побайтной записи. Недостатки: относительно медленная запись и стирание. Из перечисленных здесь типов имеет наибольший размер ячейки, а потому плохо масштабируется. Единственный тип памяти, работающий на двух разных напряжениях. Идеально подходит для хранения кода программ (PC BIOS, сотовые телефоны), идеальная замена обычному EEPROM. | |
Основные производители: AMD, Intel, Sharp, Micron, Ti, Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi, SGS-Thomson, STMicroelectronics, SST, Samsung, Winbond, Macronix, NEC, UMC. | |
Программирование: методом инжекции «горячих» электронов Стирание: туннеллированием FN | |
NAND (NOT AND, И-НЕ) | |
Доступ произвольный, но небольшими блоками (наподобие кластеров жёсткого диска). Последовательный интерфейс. Не так хорошо, как AND память подходит для задач, требующих произвольного доступа. Преимущества: быстрая запись и стирание, небольшой размер блока. Недостатки: относительно медленный произвольный доступ, невозможность побайтной записи. Наиболее подходящий тип памяти для приложений, ориентированных на блочный обмен: MP3 плееров, цифровых камер и в качестве заменителя жёстких дисков. | |
Основные производители: Toshiba, AMD/Fujitsu, Samsung, National | |
Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN | |
AND (И) | |
Доступ к ячейкам памяти последовательный, архитектурно напоминает NOR и NAND, комбинирует их лучшие свойства. Небольшой размер блока, возможно быстрое мультиблочное стирание. Подходит для потребностей массового рынка. | |
Основные производители: Hitachi и Mitsubishi Electric. | |
Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN | |
DiNOR (Divided bit-line NOR, ИЛИ-НЕ с разделёнными разрядными линиями) | |
Тип памяти, комбинирующий свойства NOR и NAND. Доступ к ячейкам произвольный. Использует особый метод стирания данных, предохраняющий ячейки от пережигания (что способствует большей долговечности памяти). Размер блока в DiNOR всего лишь 256 байт. | |
Основные производители: Mitsubishi Electric, Hitachi, Motorola. | |
Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN | |
Примечания: В настоящее время чаще всего используются память с архитектурой NOR и NAND. Hitachi выпускает многоуровневую AND-память с NAND-итерфейсом (SuperAnd или AG-AND [Assist Gate-AND]) |
Доступ к флэш-памяти
Существует три основных типа доступа:
Наиболее распространенные типы карт памяти: CompactFlash (CF) (I,II), MultiMedia Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash). Существуют и другие портативные форм-факторы флэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленных здесь.
Флэш-карты бывают двух типов: с параллельным (parallel) и с последовательным (serial) интерфейсом.
Параллельный:
Последовательный:
PC-Card (PCMCIA) или ATA Flash
Интерфейс: параллельный
Самым старым и самым большим по размеру следует признать PC Card (ранее этот тип карт назывался PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Карта снабжена ATA контроллером. Благодаря этому обеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. В настоящее время флэш-память этого типа используется редко. PC Card бывает объемом до 2GB. Существует три типа PC Card ATA (I, II и III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все три типа обратно совместимы между собой (в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, поскольку толщина разъема у всех типов одинакова – 3,3 мм). Питание карт — 3,3В и 5В. ATA-flash как правило относится к форм фактору PCMCIA Type I.
Тип | Длина | Ширина | Толщина | Использование |
Type I | 85,6 мм | 54 мм | 3,3 мм | Память (SRAM, DRAM, Flash и т. д) |
Type II | 85,6 мм | 54 мм | 5 мм | Память, устройства ввода-вывода (модемы, сетевые карты и т. д) |
Type III | 85,6 мм | 54 мм | 10,5 мм | Устройства хранения данных, жёсткие диски |
PC-Card Flash бывают двух типов: PCMCIA Linear Flash Card и ATA Flash Card (Flash Disk). Linear встречается намного реже ATA flash и не совместим с последним. Отличие между ними состоит в том, что ATA Flash содержит в себе схему, позволяющую эмулировать обычный HDD, автоматически помечать испорченные блоки, и производить автоматическое стирание блоков.
Compact Flash (CF)
Интерфейс: параллельный, 50-ти контактный, соответствует стандарту PCMCIA ATA. Стандарт разработан компанией SanDisk в 1994 году.Разработчики формата Compact Flash поставили цель: сохранить все преимущества карт ATA Flash, преодолев их основной недостаток — большие размеры. Конструкция карт CompactFlash обеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом. Разъёмы Compact Flash расположены на торце карты, электрически и функционально повторяя назначение контактов PCMCIA. Таким образом, чтобы установить CompactFlash в слот PCMCIA достаточно простейшего адаптера CF-PCMCIA, повторяющего своими размерами обычную PC-Card. Карты бывают двух типов: I и II (первого и второго типа). Карты типа II толще карт типа I на 2 мм, других существенных отличий между этими картами нет. CF I можно использовать в устройствах, снабженных разъемами CF II и CF I. CF II можно использовать только в устройствах с разъемами CF II (т.е. CF II типа обратно совместим с CF I типа). Compact Flash II типа были разработаны тогда, когда возникла необходимость в картах большого объема. Сейчас необходимости в картах CF II отпала, так как CF I догнали по объему карты CF II, так что карты второго типа постепенно теряют популярность. Карты Compact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В. В отличие от карт SmartMedia, которые существуют в двух версиях (трёх- и пяти- вольтовой), любая карта CF способна работать с любым из двух видов питания. 16 июня 2003 года была утверждена спецификация v2.0. Скорость передачи данных согласно новой спецификации может достигать 16MB/s, при этом обеспечивается обратная совместим ость — карты, выпущенные по спецификации 2.0, будут работать в старых устройствах, но с меньшей скоростью. Произведенные по современным технологиям чипы флэш-памяти могут оперировать на скоростях 5-7 MB/s, так что теоретический предел в 16 MB/s оставляет солидный запас для роста. В ближайшее время будут приняты дополнения, позволяющие CF работать в режиме DMA, а в 2004 году — Ultra DMA 33, что позволит работать картам CompactFlash с быстродействием до 33 MB/s. Сегодня теоретический предел емкости для CF составляет 137 GB. Следует заметить, что будущее CF вполне определенно благодаря тому, что в этом типе карт реализовываются давние наработки ATA, успешно прошедшие испытание временем на компьютерных жестких дисках.
SmartMedia (SSFDC– Solid State Floppy Disk Card)
Интерфейс: параллельный, 22-х контактный. Разработана в 1995 году компаниями Toshiba и Samsung.
8 из 22-х контактов карты используются для передачи данных, остальные используются для питания микросхемы, управления и несут на себе другие вспомогательные функции. Толщина карты всего лишь 0,76мм. SmartMedia — единственный формат флэш-карт (из тех, которые мы здесь рассматриваем), не имеющий встроенного контроллера. Карты SmartMedia бывают как на одном, так и на двух чипах NAND. Существует две разновидности SmartMedia: 5-и и 3-х вольтовые (внешне отличаются маркировкой и тем, с какой стороны у карты скошен угол: у 5В SmartMedia он скошен слева, а у 3,3В — справа). На карте имеется специальное углубление (в форме кружочка). Если в это место приклеить соответствующей формы токопроводящий стикер, то карта будет защищена от записи. По сравнению с другими картами флэш-памяти, в которых используется полупроводниковая память, размещённая на печатной плате вместе с контроллером и другими компонентами, SmartMedia устроена очень просто. Карта собирается без пайки и, кроме микросхемы NAND-памяти, не содержит в себе никакой другой микроэлектроники.
xD-Picture Card
Интерфейс: параллельный, 22-х контактный. Анонсирован в 30 июля 2002 года компаниями Fujifilm и Olympus.
По словам разработчиков, XD следует расшифровывать как eX treme D igital. Теоретически емкость карт xD может достигать 8ГБ. Сообщается, что скорость записи данных на xD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения — 5 Мбайт/с. Размеры карты: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакты у XD расположены, так же как и у SmartMedia, на лицевой части карты. На вопросы пользователей, не будет ли проблем с такими контактами, представители компании объясняют, что с контактами такой конструкции нужно быть очень бережным и протирать их сухой тряпочкой в случае загрязнения или попадения на них влаги (единственные карты с таким «свойством», не считая SM). Как иSmartMedia, xD не содержит контроллера. Карта разработана в качестве замены SmartMedia и продается по сравнимой со SmartMedia цене (возможно, из-за отсутствия встроенного контроллера), благо чипы для xD-Picture Card производятся Toshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.
MMC (MultiMedia Card)
Интерфейс: последовательный, 7-ми контактный. Разработана в 1997 году компаниями Hitachi, SanDisk и Siemens Semiconductors (Infineon Technologies). Карты MMC содержат 7 контактов, реально из которых используется 6, а седьмой формально считается зарезервированным на будущее. По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточка состоит из пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхема памяти, микроконтроллер и разведены контакты.
Назначение контактов MMC: 1 контакт на передачу данных (в SPI — Data out) 1 контакт на передачу команд (в SPI — Data in) 1 часы 3 на питание (2 земли и 1 питание) 1 зарезервирован (в SPI режиме — chip select)
По протоколу MMC данные и команды могут передаваться одновременно. MultiMedia Card работает с напряжением 2.0В — 3.6В, однако спецификацией предусматриваются карты с пониженным энергопотреблением — Low Voltage MMC (напряжение 1.6В — 3.6В). Для совсем уж мобильных устройств Hitachi выпускаются укороченные карты MMC длиной всего 18мм, вместо обычных 32-х.
Карты MMC могут работать в двух режимах: MMC и SPI (Serial Peripheral Interface). Режим SPI является частью протокола MMC и используется для коммуникации с каналом SPI, который обычно используется в микроконтроллерах Motorola и других производителей. Стандарт SPI определяет только разводку, а не весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используется подмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использования в устройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно одну). С точки зрения приложения преимущество использования режима SPI состоит в возможности использования уже готовых решений, уменьшая затраты на разработку до минимума. Недостаток состоит в потере производительности на SPI системах, по сравнению с MMC. Кроме описанного нами обычного MMC, существуют еще несколько стандартов карт MMC, такие как: RS-MMC, HS-MMC, CP-SMMC, PIN-SMMC. Утвержденный MMCA (MMC Association – ассоциация производителей MMC) в конце 2002 года стандарт RS-MMC (Redused Size MMC) отличается от обычной MMC только габаритами – карта приблизительно в два раза меньше обычного MMC. Размеры карт RS-MMC — 24 x 18 x 1.4 мм, вес 0,8 г. HS -MMC – высокоскоростная (High Speed) MMC-карта у которой не 7, а 13 контактов. Размеры карты как у обычной MMC. В режиме x8 (52Mhz) скорость передачи данных в теории может достигнуть 52MBps. Форматы CP-SMMC и PIN-SMMC мы рассмотрим позднее, в разделе SDMI-совместимые карты памяти.
SD Card
Интерфейс: последовательный, 9-ти контактный. Формат разработан компаниями Matsushita, SanDisk, Toshiba в 2000 году.SD-Card работает с напряжением 2,0В — 3,6В, однако спецификацией предусматриваются SDLV-карты (SD Low Voltage) с пониженным энергопотреблением (напряжение 1,6В — 3,6В), кроме того, спецификацией предусмотрены карты толщиной 1,4мм (как у MMC), без переключателя защиты от записи.Фактически карточки SD являются дальнейшим развитием стандарта MMC. Флэш-карты SD обратно совместимы с MMC (в устройство с разъемом SD можно вставить MMC, но не наоборот).
Основные отличия от MMC:
Несколько удивляет отсутствие прямой совместимости между этими двумя видами карт (т.е. то, что SD неспособна работать по протоколу MMC). Если внимательно рассматривать спецификации обоих типов карт и не обращать внимания на то, что SD может быть толще MMC, то отсутствие такой совместимости даже удивляет, поскольку реализовать её было несложно, да и выглядело бы это очень естественно. Что наводит на мысль о том, что, хотя подобную совместимость можно было реализовать без особых трудностей, SD намеренно разработана не как расширение спецификации MMC, а как отдельный конкурирующий стандарт.
Sony Memory Stick:
Интерфейс: последовательный, 10-ти контактный. Разработана в 1998 году компанией Sony.Особенных технических инноваций в MemoryStick не заметно, разве что переключатель защиты от записи (Write Protection Switch) выполнен действительно грамотно, да контакты хорошо упрятали. До недавнего времени голубые «палочки памяти» использовалась исключительно в цифровой фото-, аудио- и видео- технике фирмы Sony. В настоящее время Sony активно продвигает свой формат, и лицензирует технологию другим производителям.
На питание у MemoryStick отведено 4 из 10 контактов, еще 2 контакта зарезервированы, один контакт используется для передачи данных и команд, один для синхронизации, один для сигнализации состояния шины (может находится в 4-х состояниях), аодин (sic!) для определения того, вставлена карта, или нет. Карта работает в полудуплексном режиме. Максимальная частота, на которой может работать карта — 20МГц. Зарезервированные контакты (по непроверенным данным) используются в устройствах на базе интерфейса MemoryStick (фотокамерах для Clie [PEGA-MSB1], модулей GPS [PEGA-MSC1]и bluetooth [PEGA-MSG1]). Существует разновидность Memory Stick — Memory Stick Magic Gate (сокращенно MG). От обычного Memory Stick, MG отличается лишь цветом (цвет карточки — белый) и поддержкой механизма «защиты авторских прав» — Magic Gate (об этой технологии подробнее будет сказано в разделе “SDMI-совместимые карты памяти”). Благодаря поддержке этой технологии карточка и получила свое название. Механизм защиты, реализованной в MG, соответствует соглашениям SDMI. Пытаясь угнаться за малым весом и размерами конкурирующих форматов (SD/MMC), в 2000 году Sony разработала ещё один формат — Memory Stick Duo. От обычного MemoryStick, Duo отличается меньшими размерами и весом. При использовании MemoryStick Duo в устройствах, предназначенных для обычных MemoryStick, требуется специальный адаптер. Также существует модификация этого формата флэш-памяти — Memory Stick Duo MG. Карточки Duo появились в продаже с июля 2002 года. На январской выставке Consumer Electronics Show 2003 была представлена карта MemoryStick Pro, разработанная Sony совместно с SanDisk. Новая модификация карт Sony имеет те же размеры и такое же количество контактов, как и у обычных MemoryStick. Однако карта не совместима со старыми MemoryStick (в разъеме, предназначенном для обычных MemoryStick, карточка MemoryStick Pro работать не будет, однако обратная поддержка реализована – в разъеме для карточек Pro, обычный MemoryStick читается).
Технически карточки Pro отличаются от обычных MemoryStick тем, что работают на более высокой частоте (40MHz), а данные передаются по четырем линиям, вместо одной. Кроме того, все карточки Pro “в нагрузку” поддерживают MagicGate. Пропускная способность интерфейса 160Mbps, или 20MB/s (4 линии x 40 MHz), однако с таким быстродействием карточка долго работать не может – на такой скорости способен работать только внутренний кэш, а по его заполнении карточка будет работать с пропускной способностью 15mbps.
Вывод: «Война стандартов» на рынке флэш-карт продолжается уже не первый год, и конца ей не видно. Производители разрабатывают все новые форматы карт, в то время как старые до сих не желают исчезать. Практически можно говорить лишь о смерти устаревшего достаточно давно стандарта SmartMedia, хотя какая ж это смерть, если карты продолжают выпускаться (пусть и остановившись в развитии), выходят новые устройства, рассчитанные именно на этот стандарт, да и старых на руках сохраняется немало. Однако некоторые тенденции уже просматриваются. В частности, продолжают терять свою долю карты CompactFlash: еще не так давно они (и поддерживающие их устройства) на рынке доминировали (по разным оценкам, доля формата составляла порядка 70-80%), в то время как сейчас они уже потеряли лидирующие позиции. Новым победителем, как многие и предсказывали, становится SecureDigital. Эти карты меньше, что упрощает их применение, интерфейс проще, конструкция надежней, скорости постоянно растут. Единственное, что мешает SD одержать безоговорочную победу — ориентация многих производителей техники на свои форматы. Впрочем, что касается последнего, то наиболее ходовые объемы в 256-512 Мбайт производителями уже освоены, а широкое распространение карт емкостью 1 Гбайт и больше не за горами.
Литература:
· Г93 Аппаратные средства IBM РС. Энциклопедия, 2-е. – СПб.: Питер, 2001 928 с.: ил. Автор – Михаил Гук
· А. Жаров Ж35 «Железо IBM 2000» Москва: «МикроАрт», 352с.
Internet:
1) www.ixbt.com/storage.shtml
2) www.itc.ua/
3) www.ak-cent.ru/?parent_id=9842
www.ronl.ru
Содержание
Введение
Что такое flash- память?
Организация flash-памяти
Архитектура флэш-памяти
Карты памяти (флэш-карты)
Вывод
Литература1.ВведениеТехнология флэш-памяти появилась около 20-ти лет назад. В конце 80-х годов прошлого столетия флэш-память начали использовать в качестве альтернативы UV-EPROM. С этого момента интерес к флэш-памяти с каждым годом неуклонно возрастает. Внимание, которое уделяется флэш-памяти, вполне объяснимо – ведь это самый быстрорастущий сегмент полупроводникового рынка.Ежегодно рынок флэш-памяти растет более чем на 15%, что превышает суммарный рост всей остальной полупроводниковой индустрии.
Сегодня флэш-память можно найти в самых разных цифровых устройствах. Её используют в качестве носителя микропрограмм для микроконтроллеров HDD и CD-ROM, для хранения BIOS в ПК. Флэш-память используют в принтерах, КПК, видеоплатах, роутерах, брандмауэрах, сотовых телефонах, электронных часах, записных книжках, телевизорах, кондиционерах, микроволновых печах и стиральных машинах... список можно продолжать бесконечно. А в последние годы флэш становится основным типом сменной памяти, используемой в цифровых мультимедийных устройствах, таких как mp3-плееры и игровые приставки. А все это стало возможным благодаря созданию компактных и мощных процессоров.Однако при покупке какого-либо устройства, помещающегося в кармане, не стоит ориентироваться лишь на процессорную мощность, поскольку в списке приоритетов она стоит далеко не на первом месте.
Начало этому было положено в 1997 году, когда флэш-карты впервые стали использовать в цифровых фотокамерах.
При выборе портативных устройств самое важное, на мой взгляд - время автономной работы при разумных массе и размерах элемента питания. Во многом это от памяти, которая определяет объем сохраненного материала, и, продолжительность работы без подзарядки аккумуляторов. Возможность хранения информации в карманных устройствах ограничивается скромными энергоресурсамиПамять, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачи напряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и без непрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данных тратят его за троих. Хорошим выходом оказалась флэш-память, не разряжающаяся самопроизвольно. Носители на ее основе называются твердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. К сожалению, флэш- память - дорогое удовольствие: средняя стоимость ее мегабайта составляет 2 доллара, что в восемь раз выше, чем у SDRAM, не говоря уж о жестких дисках.А вот отсутствие движущихся частей повышает надежность флэш-памяти: стандартные рабочие перегрузки равняются 15 g, а кратковременные могут достигать 2000 g, т. е. теоретически карта должна превосходно работать при максимально возможных космических перегрузках, и выдержать падения с трёхметровой высоты. Причем в таких условиях гарантируется функционирование карты до 100 лет.Многие производители вычислительной техники видят память будущего исключительно твердотелой. Следствием этого стало практически одновременное появление на рынке комплектующих нескольких стандартов флэш-памяти.
2.Что такое flash-память?Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.
. Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи).
. Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных.
. Полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip).
В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш- памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации. Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают. Замены памяти SRAM иDRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов).Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей. Флэш-память исторически произошла от полупроводникового ROM, однако ROM-памятью не является, а всего лишь имеет похожую на ROM организацию. Множество источников (как отечественных, так и зарубежных) зачастую ошибочно относят флэш-память к ROM. Флэш никак не может быть ROM хотя бы потому, что ROM(Read Only Memory) переводится как "память только для чтения". Ни о какой возможности перезаписи в ROM речи быть не может! Небольшая, по началу, неточность не обращала на себя внимания, однако с развитием технологий, когда флэш-память стала выдерживать до 1 миллиона циклов перезаписи, и стала использоваться как накопитель общего назначения, этот недочет в классификации начал бросаться в глаза. Среди полупроводниковой памяти только два типа относятся к "чистому" ROM - это Mask-ROM и PROM. В отличие от них EPROM, EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимой перезаписываемой памяти (английский эквивалент - nonvolatile read-write memory или NVRWM).ROM:
. ROM (Read Only Memory) - память только для чтения. Русский эквивалент
- ПЗУ (Постоянно Запоминающее Устройство). Если быть совсем точным, данный вид памяти называется Mask-ROM (Масочные ПЗУ). Память устроена в виде адресуемого массива ячеек (матрицы), каждая ячейка которого может кодировать единицу информации. Данные на ROM записывались во время производства путём нанесения по маске (отсюда и название) алюминиевых соединительных дорожек литографическим способом. Наличие или отсутствие в соответствующем месте такой дорожки кодировало "0" или "1". Mask-ROM отличается сложностью модификации содержимого
(только путем изготовления новых микросхем), а также длительностью производственного цикла (4-8 недель). Поэтому, а также в связи с тем, что современное программное обеспечение зачастую имеет много недоработок и часто требует обновления, данный тип памяти не получил широкого распространения.
Преимущества:
1. Низкая стоимость готовой запрограммированной микросхемы (при больших объёмах производства).
2. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.
3. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям.
Недостатки:
1. Невозможность записывать и модифицировать данные после изготовления.
2. Сложный производственный цикл.
. PROM - (Programmable ROM), или однократно Программируемые ПЗУ. В качестве ячеек памяти в данном типе памяти использовались плавкие перемычки. В отличие от Mask-ROM, в PROM появилась возможность кодировать ("пережигать") ячейки при наличии специального устройства для записи (программатора). Программирование ячейки в PROM осуществляется разрушением ("прожигом") плавкой перемычки путём подачи тока высокого напряжения. Возможность самостоятельной записи информации в них сделало их пригодными для штучного и мелкосерийного производства. PROM практически полностью вышел из употребления в конце
80-х годов.
Преимущества:
1. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям.
2. Возможность программировать готовую микросхему, что удобно для штучного и мелкосерийного производства.
3. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.
Недостатки:
1. Невозможность перезаписи
2. Большой процент брака
3. Необходимость специальной длительной термической тренировки, без которой надежность хранения данных была невысокойNVRWM:
. EPROM
Различные источники по-разному расшифровывают аббревиатуру EPROM - как
Erasable Programmable ROM или как Electrically Programmable ROM
(стираемые программируемые ПЗУ или электрически программируемые ПЗУ).
В EPROM перед записью необходимо произвести стирание (соответственно появилась возможность перезаписывать содержимое памяти). Стирание ячеек EPROM выполняется сразу для всей микросхемы посредством облучения чипа ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами в течение нескольких минут. Микросхемы, стирание которых производится путем засвечивания ультрафиолетом, были разработаны Intel в 1971 году, и носят название UV-EPROM (приставка UV (Ultraviolet) - ультрафиолет).
Они содержат окошки из кварцевого стекла, которые по окончании процесса стирания заклеивают.
Достоинство: Возможность перезаписывать содержимое микросхемы
Недостатки:
1. Небольшое количество циклов перезаписи.
2. Невозможность модификации части хранимых данных.
3. Высокая вероятность "недотереть" (что в конечном итоге приведет к сбоям) или передержать микросхему под УФ-светом (т.н. overerase - эффект избыточного удаления, "пережигание"), что может уменьшить срок службы микросхемы и даже привести к её полной негодности.
. EEPROM (EEPROM или Electronically EPROM) - электрически стираемые ППЗУ были разработаны в 1979 году в той же Intel. В 1983 году вышел первый
16Кбит образец, изготовленный на основе FLOTOX-транзисторов (Floating
Gate Tunnel-OXide - "плавающий" затвор с туннелированием в окисле).
Главной отличительной особенностью EEPROM (в т.ч. Flash) от ранее рассмотренных нами типов энергонезависимой памяти является возможность перепрограммирования при подключении к стандартной системной шине микропроцессорного устройства. В EEPROM появилась возможность производить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока.
Для EEPROM стирание каждой ячейки выполняется автоматически при записи в нее новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. Процедура стирания обычно существенно длительнее процедуры записи.
Преимущества EEPROM по сравнению с EPROM:
1. Увеличенный ресурс работы.
2. Проще в обращении.
Недостаток: Высокая стоимость
. Flash (полное историческое название Flash Erase EEPROM):
Изобретение флэш-памяти зачастую незаслуженно приписывают Intel, называя при этом 1988 год. На самом деле память впервые была разработана компанией Toshiba в 1984 году, и уже на следующий год было начато производство 256Кбит микросхем flash-памяти в промышленных масштабах. В 1988 году Intel разработала собственный вариант флэш- памяти.
Во флэш-памяти используется несколько отличный от EEPROM тип ячейки- транзистора. Технологически флэш-память родственна как EPROM, так и
EEPROM. Основное отличие флэш-памяти от EEPROM заключается в том, что стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определённого блока (кластера, кадра или страницы). Обычный размер такого блока составляет 256 или 512 байт, однако в некоторых видах флэш-памяти объём блока может достигать 256КБ. Следует заметить, что существуют микросхемы, позволяющие работать с блоками разных размеров
(для оптимизации быстродействия). Стирать можно как блок, так и содержимое всей микросхемы сразу. Таким образом, в общем случае, для того, чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи небольших объёмов данных в произвольные области памяти, однако значительно увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями.
Преимущества флэш-памяти по сравнению с EEPROM:
1. Более высокая скорость записи при последовательном доступе за счёт того, что стирание информации во флэш производится блоками.
2. Себестоимость производства флэш-памяти ниже за счёт более простой организации.
Недостаток: Медленная запись в произвольные участки памяти. 3.Организация flash-памяти
Ячейки флэш-памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах.В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации.При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов(зависит от типа ячейки): методом инжекции "горячих" электронов или методом туннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с"плавающего" затвора) производится методом тунеллирования.Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", а его отсутствие - как логическая "1". Современная флэш-память обычно изготавливается по 0,13- и 0,18-микронному техпроцессу.Общий принцип работы ячейки флэш-памяти.Рассмотрим простейшую ячейку флэш-памяти на одном n-p-n транзисторе. Ячейки подобного типа чаще всего применялись во flash-памяти с NOR архитектурой, а также в микросхемах EPROM. Поведение транзистора зависит от количества электронов на "плавающем" затворе. "Плавающий" затвор играет ту же роль, что и конденсатор в DRAM, т. е. хранит запрограммированное значение.Помещение заряда на "плавающий" затвор в такой ячейке производится методом инжекции "горячих" электронов (CHE - channel hot electrons), а снятие заряда осуществляется методом квантомеханического туннелирования Фаулера-Нордхейма (Fowler-Nordheim [FN]). [pic] При чтении, в отсутствие заряда на "плавающем" затворе, под воздействием положительного поля на управляющем затворе, образуется n-канал в подложке между истоком и стоком, и возникает ток. [pic] Наличие заряда на "плавающем" затворе меняет вольт-амперные характеристики транзистора таким образом, что при обычном для чтения напряжении канал не появляется, и тока между истоком и стоком не возникает. [pic] При программировании на сток и управляющий затвор подаётся высокое напряжение (причём на управляющий затвор напряжение подаётся приблизительно в два раза выше). "Горячие" электроны из канала инжектируются на плавающий затвор и изменяют вольт-амперные характеристики транзистора. Такие электроны называют "горячими" за то, что обладают высокой энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого тонкой плёнкой диэлектрика. [pic] При стирании высокое напряжение подаётся на исток. На управляющий затвор (опционально) подаётся высокое отрицательное напряжение. Электроны туннелируют на исток.
Эффект туннелирования - один из эффектов, использующих волновые свойства электрона. Сам эффект заключается в преодолении электроном потенциального барьера малой "толщины". Для наглядности представим себе структуру, состоящую из двух проводящих областей, разделенных тонким слоем диэлектрика (обеднённая область). Преодолеть этот слой обычным способом электрон не может - не хватает энергии. Но при создании определённых условий (соответствующее напряжение и т.п.) электрон проскакивает слой диэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток.
Важно отметить, что при туннелировании электрон оказывается "по другую сторону", не проходя через диэлектрик. Такая вот "телепортация".
Различия методов тунеллирования Фаулера-Нордхейма (FN) и метода инжекции "горячих" электронов:
Channel FN tunneling - не требует большого напряжения. Ячейки, использующие FN, могут быть меньше ячеек, использующих CHE.
CHE injection (CHEI) - требует более высокого напряжения, по сравнению с FN. Таким образом, для работы памяти требуется поддержка двойного питания.
Программирование методом CHE осуществляется быстрее, чем методом FN.
Следует заметить, что, кроме FN и CHE, существуют другие методы программирования и стирания ячейки, которые успешно используются на практике, однако два описанных нами применяются чаще всего.
Процедуры стирания и записи сильно изнашивают ячейку флэш-памяти, поэтому в новейших микросхемах некоторых производителей применяются специальные алгоритмы, оптимизирующие процесс стирания-записи, а также алгоритмы, обеспечивающие равномерное использование всех ячеек в процессе функционирования.
Некоторые виды ячеек флэш-памяти на основе МОП-транзисторов с"плавающим" затвором:
Stacked Gate Cell - ячейка с многослойным затвором. Метод стирания -Source-Poly FN Tunneling, метод записи - Drain-Side CHE Injection.
SST Cell, или SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology - компания-разработчик технологии) - ячейка с расщеплённым затвором. Метод стирания - Interpoly FN Tunneling, метод записи - Source-Side CHEInjection.
Two Transistor Thin Oxide Cell - двухтранзисторная ячейка с тонким слоем окисла. Метод стирания - Drain-Poly FN Tunneling, метод записи -Drain FN Tunneling.
Другие виды ячеек:
Кроме наиболее часто встречающихся ячеек с "плавающим" затвором, существуют также ячейки на основе SONOS-транзисторов, которые не содержат плавающего затвора. SONOS-транзистор напоминает обычный МНОП (MNOS) транзистор. В SONOS-ячейках функцию "плавающего" затвора и окружающего его изолятора выполняет композитный диэлектрик ONO. Расшифровывается SONOS(Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) как Полупроводник-Диэлектрик-Нитрид-Диэлектрик-Полупроводник. Вместо давшего название этому типу ячейки нитрида в будущем планируется использовать поликристаллический кремний. Многоуровневые ячейки (MLC - Multi Level Cell).В последнее время многие компании начали выпуск микросхем флэш-памяти, в которых одна ячейка хранит два бита. Технология хранения двух и более бит в одной ячейке получила название MLC (multilevel cell - многоуровневая ячейка). Достоверно известно об успешных тестах прототипов, хранящих 4 бита в одной ячейке. В настоящее время многие компании находятся в поисках предельного числа бит, которое способна хранить многоуровневая ячейка.В технологии MLC используется аналоговая природа ячейки памяти. Как известно, обычная однобитная ячейка памяти может принимать два состояния -"0" или "1". Во флэш-памяти эти два состояния различаются по величине заряда, помещённого на "плавающий" затвор транзистора. В отличие от"обычной" флэш-памяти, MLC способна различать более двух величин зарядов, помещённых на "плавающий" затвор, и, соответственно, большее число состояний. При этом каждому состоянию в соответствие ставится определенная комбинация значений бит.Во время записи на "плавающий" затвор помещается количество заряда, соответствующее необходимому состоянию. От величины заряда на "плавающем" затворе зависит пороговое напряжение транзистора. Пороговое напряжение транзистора можно измерить при чтении и определить по нему записанное состояние, а значит и записанную последовательность бит.Основные преимущества MLC микросхем:
. Более низкое соотношение $/МБ
. При равном размере микросхем и одинаковом техпроцессе "обычной" и MLC- памяти, последняя способна хранить больше информации (размер ячейки тот же, а количество хранимых в ней бит - больше)
. На основе MLC создаются микросхемы большего, чем на основе однобитных ячеек, объёмаОсновные недостатки MLC:
. Снижение надёжности, по сравнению с однобитными ячейками, и, соответственно, необходимость встраивать более сложный механизм коррекции ошибок (чем больше бит на ячейку - тем сложнее механизм коррекции ошибок)
. Быстродействие микросхем на основе MLC зачастую ниже, чем у микросхем на основе однобитных ячеек
. Хотя размер MLC-ячейки такой же, как и у однобитной, дополнительно тратится место на специфические схемы чтения/записи многоуровневых ячеекТехнология многоуровневых ячеек от Intel (для NOR-памяти) носит названиеStrtaFlash, аналогичная от AMD (для NAND) – MirrorBit
4. Архитектура флэш-памяти.
Существует несколько типов архитектур (организаций соединений между ячейками) флэш-памяти. Наиболее распространёнными в настоящее время являются микросхемы с организацией NOR и NAND. NOR (NOT OR, ИЛИ-НЕ) [pic] Ячейки работают сходным с EPROM способом. Интерфейс параллельный. Произвольное чтение и запись. Преимущества: быстрый произвольный доступ, возможность побайтной записи. Недостатки: относительно медленная запись и стирание. Из перечисленных здесь типов имеет наибольший размер ячейки, а потому плохо масштабируется. Единственный тип памяти, работающий на двух разных напряжениях. Идеально подходит для хранения кода программ (PC BIOS, сотовые телефоны), идеальная замена обычному EEPROM. Основные производители: AMD, Intel, Sharp, Micron, Ti, Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi, SGS-Thomson, STMicroelectronics, SST, Samsung, Winbond, Macronix, NEC, UMC. Программирование: методом инжекции "горячих" электронов Стирание: туннеллированием FN NAND (NOT AND, И-НЕ) [pic] Доступ произвольный, но небольшими блоками (наподобие кластеров жёсткого диска). Последовательный интерфейс. Не так хорошо, как AND память подходит для задач, требующих произвольного доступа. Преимущества: быстрая запись и стирание, небольшой размер блока. Недостатки: относительно медленный произвольный доступ, невозможность побайтной записи. Наиболее подходящий тип памяти для приложений, ориентированных на блочный обмен: MP3 плееров, цифровых камер и в качестве заменителя жёстких дисков. Основные производители: Toshiba, AMD/Fujitsu, Samsung, National Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN AND (И) [pic] Доступ к ячейкам памяти последовательный, архитектурно напоминает NOR и NAND, комбинирует их лучшие свойства. Небольшой размер блока, возможно быстрое мультиблочное стирание. Подходит для потребностей массового рынка. Основные производители: Hitachi и Mitsubishi Electric. Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN DiNOR (Divided bit-line NOR, ИЛИ-НЕ с разделёнными разрядными линиями) [pic] Тип памяти, комбинирующий свойства NOR и NAND. Доступ к ячейкам произвольный. Использует особый метод стирания данных, предохраняющий ячейки от пережигания (что способствует большей долговечности памяти). Размер блока в DiNOR всего лишь 256 байт. Основные производители: Mitsubishi Electric, Hitachi, Motorola. Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN Примечания: В настоящее время чаще всего используются память с архитектурой NOR и NAND. Hitachi выпускает многоуровневую AND-память с NAND-итерфейсом (SuperAnd или AG-AND [Assist Gate-AND])
Доступ к флэш-памяти
Существует три основных типа доступа:
. обычный (Conventional): произвольный асинхронный доступ к ячейкам памяти.
. пакетный (Burst): синхронный, данные читаются параллельно, блоками по
16 или 32 слова. Считанные данные передаются последовательно, передача синхронизируется. Преимущество перед обычным типом доступа - быстрое последовательное чтение данных. Недостаток - медленный произвольный доступ.
. страничный (Page): асинхронный, блоками по 4 или 8 слов. Преимущества: очень быстрый произвольный доступ в пределах текущей страницы.
Недостаток: относительно медленное переключение между страницами.
Примечание: В последнее время появились микросхемы флэш-памяти, позволяющие одновременную запись и стирание (RWW - Read While Write или SimultaneousR/W) в разные банки памяти.
www.coolreferat.com
Министерство науки и образования Украины
Институт социального управления экономики и права
Кафедра специализированных компьютерных систем
Пояснительная записка
ІСУЕП 04254.009
до курсового проекта
с дисциплины: «Архитектура ЭВМ»
на тему:
«Архитектура Flash-памяти»
Проверил: | Подготовил: |
проф. Романкевич О.М. ст. преп. Рудаков К.С. | студент III курса группы КС-14 Крывонижко К.Н. |
_____________
(оценка)
«___» ________ «___» ________
_____________ _____________
(подпись) (подпись)
г. Черкассы 2004
Содержание
1. Введение… 3-4
2. Что такое flash-память?....................................................................5-9
3. Организация flash-памяти…………………………………………10-14
4. Архитектура флэш-памяти………………………………………..14-18
5. Карты памяти (флэш-карты)………………………………………19-28
6. Вывод………………………………………………………………..29
7. Литература..........................................................................................30
1.Введение
Технология флэш-памяти появилась около 20-ти лет назад. В конце 80-х годов прошлого столетия флэш-память начали использовать в качестве альтернативы UV-EPROM. С этого момента интерес к флэш-памяти с каждым годом неуклонно возрастает. Внимание, которое уделяется флэш-памяти, вполне объяснимо – ведь это самый быстрорастущий сегмент полупроводникового рынка. Ежегодно рынок флэш-памяти растет более чем на 15%, что превышает суммарный рост всей остальной полупроводниковой индустрии.
Сегодня флэш-память можно найти в самых разных цифровых устройствах. Её используют в качестве носителя микропрограмм для микроконтроллеров HDD и CD-ROM, для хранения BIOS в ПК. Флэш-память используют в принтерах, КПК, видеоплатах, роутерах, брандмауэрах, сотовых телефонах, электронных часах, записных книжках, телевизорах, кондиционерах, микроволновых печах и стиральных машинах… список можно продолжать бесконечно. А в последние годы флэш становится основным типом сменной памяти, используемой в цифровых мультимедийных устройствах, таких как mp3-плееры и игровые приставки. А все это стало возможным благодаря созданию компактных и мощных процессоров. Однако при покупке какого-либо устройства, помещающегося в кармане, не стоит ориентироваться лишь на процессорную мощность, поскольку в списке приоритетов она стоит далеко не на первом месте.
Начало этому было положено в 1997 году, когда флэш-карты впервые стали использовать в цифровых фотокамерах.
При выборе портативных устройств самое важное, на мой взгляд — время автономной работы при разумных массе и размерах элемента питания. Во многом это от памяти, которая определяет объем сохраненного материала, и, продолжительность работы без подзарядки аккумуляторов. Возможность хранения информации в карманных устройствах ограничивается скромными энергоресурсами Память, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачи напряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и без непрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данных тратят его за троих. Хорошим выходом оказалась флэш-память, не разряжающаяся самопроизвольно. Носители на ее основе называются твердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. К сожалению, флэш-память — дорогое удовольствие: средняя стоимость ее мегабайта составляет 2 доллара, что в восемь раз выше, чем у SDRAM, не говоря уж о жестких дисках. А вот отсутствие движущихся частей повышает надежность флэш-памяти: стандартные рабочие перегрузки равняются 15 g, а кратковременные могут достигать 2000 g, т. е. теоретически карта должна превосходно работать при максимально возможных космических перегрузках, и выдержать падения с трёхметровой высоты. Причем в таких условиях гарантируется функционирование карты до 100 лет.
Многие производители вычислительной техники видят память будущего исключительно твердотелой. Следствием этого стало практически одновременное появление на рынке комплектующих нескольких стандартов флэш-памяти.
2.Что такое flash-память?
Флэш-память — особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.
— Энергонезависимая — не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи).
— Перезаписываемая — допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных.
— Полупроводниковая (твердотельная) — не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip).
В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации. Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают. Замены памяти SRAM и DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов). Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей. Флэш-память исторически произошла от полупроводникового ROM, однако ROM-памятью не является, а всего лишь имеет похожую на ROM организацию. Множество источников (как отечественных, так и зарубежных) зачастую ошибочно относят флэш-память к ROM. Флэш никак не может быть ROM хотя бы потому, что ROM (Read Only Memory) переводится как «память только для чтения». Ни о какой возможности перезаписи в ROM речи быть не может! Небольшая, по началу, неточность не обращала на себя внимания, однако с развитием технологий, когда флэш-память стала выдерживать до 1 миллиона циклов перезаписи, и стала использоваться как накопитель общего назначения, этот недочет в классификации начал бросаться в глаза. Среди полупроводниковой памяти только два типа относятся к «чистому» ROM — это Mask-ROM и PROM. В отличие от них EPROM, EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимой перезаписываемой памяти (английский эквивалент — nonvolatile read-write memory или NVRWM).
ROM:
NVRWM:
Главной отличительной особенностью EEPROM (в т.ч. Flash) от ранее рассмотренных нами типов энергонезависимой памяти является возможность перепрограммирования при подключении к стандартной системной шине микропроцессорного устройства. В EEPROM появилась возможность производить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока. Для EEPROM стирание каждой ячейки выполняется автоматически при записи в нее новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. Процедура стирания обычно существенно длительнее процедуры записи.Преимущества EEPROM по сравнению с EPROM: 1. Увеличенный ресурс работы. 2. Проще в обращении.Недостаток: Высокая стоимость
Изобретение флэш-памяти зачастую незаслуженно приписывают Intel, называя при этом 1988 год. На самом деле память впервые была разработана компанией Toshiba в 1984 году, и уже на следующий год было начато производство 256Кбит микросхем flash-памяти в промышленных масштабах. В 1988 году Intel разработала собственный вариант флэш-памяти. Во флэш-памяти используется несколько отличный от EEPROM тип ячейки-транзистора. Технологически флэш-память родственна как EPROM, так и EEPROM. Основное отличие флэш-памяти от EEPROM заключается в том, что стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определённого блока (кластера, кадра или страницы). Обычный размер такого блока составляет 256 или 512 байт, однако в некоторых видах флэш-памяти объём блока может достигать 256КБ. Следует заметить, что существуют микросхемы, позволяющие работать с блоками разных размеров (для оптимизации быстродействия). Стирать можно как блок, так и содержимое всей микросхемы сразу. Таким образом, в общем случае, для того, чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи небольших объёмов данных в произвольные области памяти, однако значительно увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями.Преимущества флэш-памяти по сравнению с EEPROM: 1. Более высокая скорость записи при последовательном доступе за счёт того, что стирание информации во флэш производится блоками. 2. Себестоимость производства флэш-памяти ниже за счёт более простой организации.Недостаток: Медленная запись в произвольные участки памяти.
Ячейки флэш-памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах.
В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью («плавающим» затвором — floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации.
При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции «горячих» электронов или методом туннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с «плавающего» затвора) производится методом тунеллирования.
Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический «0», а его отсутствие — как логическая «1». Современная флэш-память обычно изготавливается по 0,13- и 0,18-микронному техпроцессу.
Общий принцип работы ячейки флэш-памяти.
Рассмотрим простейшую ячейку флэш-памяти на одном n-p-n транзисторе. Ячейки подобного типа чаще всего применялись во flash-памяти с NOR архитектурой, а также в микросхемах EPROM. Поведение транзистора зависит от количества электронов на «плавающем» затворе. «Плавающий» затвор играет ту же роль, что и конденсатор в DRAM, т. е. хранит запрограммированное значение. Помещение заряда на «плавающий» затвор в такой ячейке производится методом инжекции «горячих» электронов (CHE — channel hot electrons), а снятие заряда осуществляется методом квантомеханического туннелирования Фаулера-Нордхейма (Fowler-Nordheim [FN]).
При чтении, в отсутствие заряда на «плавающем» затворе, под воздействием положительного поля на управляющем затворе, образуется n-канал в подложке между истоком и стоком, и возникает ток. | |
Наличие заряда на «плавающем» затворе меняет вольт-амперные характеристики транзистора таким образом, что при обычном для чтения напряжении канал не появляется, и тока между истоком и стоком не возникает. | |
При программировании на сток и управляющий затвор подаётся высокое напряжение (причём на управляющий затвор напряжение подаётся приблизительно в два раза выше). «Горячие» электроны из канала инжектируются на плавающий затвор и изменяют вольт-амперные характеристики транзистора. Такие электроны называют «горячими» за то, что обладают высокой энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого тонкой плёнкой диэлектрика. | |
При стирании высокое напряжение подаётся на исток. На управляющий затвор (опционально) подаётся высокое отрицательное напряжение. Электроны туннелируют на исток. |
Эффект туннелирования — один из эффектов, использующих волновые свойства электрона. Сам эффект заключается в преодолении электроном потенциального барьера малой «толщины». Для наглядности представим себе структуру, состоящую из двух проводящих областей, разделенных тонким слоем диэлектрика (обеднённая область). Преодолеть этот слой обычным способом электрон не может — не хватает энергии. Но при создании определённых условий (соответствующее напряжение и т.п.) электрон проскакивает слой диэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток.
Важно отметить, что при туннелировании электрон оказывается «по другую сторону», не проходя через диэлектрик. Такая вот «телепортация».
Различия методов тунеллирования Фаулера-Нордхейма (FN) и метода инжекции «горячих» электронов:
Channel FN tunneling — не требует большого напряжения. Ячейки, использующие FN, могут быть меньше ячеек, использующих CHE.
CHE injection (CHEI) — требует более высокого напряжения, по сравнению с FN. Таким образом, для работы памяти требуется поддержка двойного питания.
Программирование методом CHE осуществляется быстрее, чем методом FN.
Следует заметить, что, кроме FN и CHE, существуют другие методы программирования и стирания ячейки, которые успешно используются на практике, однако два описанных нами применяются чаще всего.
Процедуры стирания и записи сильно изнашивают ячейку флэш-памяти, поэтому в новейших микросхемах некоторых производителей применяются специальные алгоритмы, оптимизирующие процесс стирания-записи, а также алгоритмы, обеспечивающие равномерное использование всех ячеек в процессе функционирования.
Некоторые виды ячеек флэш-памяти на основе МОП-транзисторов с «плавающим» затвором:
Stacked Gate Cell — ячейка с многослойным затвором. Метод стирания — Source-Poly FN Tunneling, метод записи — Drain-Side CHE Injection.
SST Cell, или SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology — компания-разработчик технологии) — ячейка с расщеплённым затвором. Метод стирания — Interpoly FN Tunneling, метод записи — Source-Side CHE Injection.
Two Transistor Thin Oxide Cell — двухтранзисторная ячейка с тонким слоем окисла. Метод стирания — Drain-Poly FN Tunneling, метод записи — Drain FN Tunneling.
Другие виды ячеек:
Кроме наиболее часто встречающихся ячеек с «плавающим» затвором, существуют также ячейки на основе SONOS-транзисторов, которые не содержат плавающего затвора. SONOS-транзистор напоминает обычный МНОП (MNOS) транзистор. В SONOS-ячейках функцию «плавающего» затвора и окружающего его изолятора выполняет композитный диэлектрик ONO. Расшифровывается SONOS (Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) как Полупроводник-Диэлектрик-Нитрид-Диэлектрик-Полупроводник. Вместо давшего название этому типу ячейки нитрида в будущем планируется использовать поликристаллический кремний.
Многоуровневые ячейки (MLC — Multi Level Cell).
В последнее время многие компании начали выпуск микросхем флэш-памяти, в которых одна ячейка хранит два бита. Технология хранения двух и более бит в одной ячейке получила название MLC (multilevel cell — многоуровневая ячейка). Достоверно известно об успешных тестах прототипов, хранящих 4 бита в одной ячейке. В настоящее время многие компании находятся в поисках предельного числа бит, которое способна хранить многоуровневая ячейка.
В технологии MLC используется аналоговая природа ячейки памяти. Как известно, обычная однобитная ячейка памяти может принимать два состояния — «0» или «1». Во флэш-памяти эти два состояния различаются по величине заряда, помещённого на «плавающий» затвор транзистора. В отличие от «обычной» флэш-памяти, MLC способна различать более двух величин зарядов, помещённых на «плавающий» затвор, и, соответственно, большее число состояний. При этом каждому состоянию в соответствие ставится определенная комбинация значений бит.
Во время записи на «плавающий» затвор помещается количество заряда, соответствующее необходимому состоянию. От величины заряда на «плавающем» затворе зависит пороговое напряжение транзистора. Пороговое напряжение транзистора можно измерить при чтении и определить по нему записанное состояние, а значит и записанную последовательность бит.
Основные преимущества MLC микросхем:
— Более низкое соотношение $/МБ
— При равном размере микросхем и одинаковом техпроцессе «обычной» и MLC-памяти, последняя способна хранить больше информации (размер ячейки тот же, а количество хранимых в ней бит — больше)
— На основе MLC создаются микросхемы большего, чем на основе однобитных ячеек, объёма
Основные недостатки MLC:
— Снижение надёжности, по сравнению с однобитными ячейками, и, соответственно, необходимость встраивать более сложный механизм коррекции ошибок (чем больше бит на ячейку — тем сложнее механизм коррекции ошибок)
— Быстродействие микросхем на основе MLC зачастую ниже, чем у микросхем на основе однобитных ячеек
— Хотя размер MLC-ячейки такой же, как и у однобитной, дополнительно тратится место на специфические схемы чтения/записи многоуровневых ячеек
Технология многоуровневых ячеек от Intel (для NOR-памяти) носит название StrtaFlash, аналогичная от AMD (для NAND) — MirrorBit
3.2 Архитектура флэш-памяти.
Существует несколько типов архитектур (организаций соединений между ячейками) флэш-памяти. Наиболее распространёнными в настоящее время являются микросхемы с организацией NOR и NAND.
NOR (NOT OR, ИЛИ-НЕ) | |
Ячейки работают сходным с EPROM способом. Интерфейс параллельный. Произвольное чтение и запись. Преимущества: быстрый произвольный доступ, возможность побайтной записи. Недостатки: относительно медленная запись и стирание. Из перечисленных здесь типов имеет наибольший размер ячейки, а потому плохо масштабируется. Единственный тип памяти, работающий на двух разных напряжениях. Идеально подходит для хранения кода программ (PC BIOS, сотовые телефоны), идеальная замена обычному EEPROM. | |
Основные производители: AMD, Intel, Sharp, Micron, Ti, Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi, SGS-Thomson, STMicroelectronics, SST, Samsung, Winbond, Macronix, NEC, UMC. | |
Программирование: методом инжекции «горячих» электронов Стирание: туннеллированием FN | |
NAND (NOT AND, И-НЕ) | |
Доступ произвольный, но небольшими блоками (наподобие кластеров жёсткого диска). Последовательный интерфейс. Не так хорошо, как AND память подходит для задач, требующих произвольного доступа. Преимущества: быстрая запись и стирание, небольшой размер блока. Недостатки: относительно медленный произвольный доступ, невозможность побайтной записи. Наиболее подходящий тип памяти для приложений, ориентированных на блочный обмен: MP3 плееров, цифровых камер и в качестве заменителя жёстких дисков. | |
Основные производители: Toshiba, AMD/Fujitsu, Samsung, National | |
Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN | |
AND (И) | |
Доступ к ячейкам памяти последовательный, архитектурно напоминает NOR и NAND, комбинирует их лучшие свойства. Небольшой размер блока, возможно быстрое мультиблочное стирание. Подходит для потребностей массового рынка. | |
Основные производители: Hitachi и Mitsubishi Electric. | |
Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN | |
DiNOR (Divided bit-line NOR, ИЛИ-НЕ с разделёнными разрядными линиями) | |
Тип памяти, комбинирующий свойства NOR и NAND. Доступ к ячейкам произвольный. Использует особый метод стирания данных, предохраняющий ячейки от пережигания (что способствует большей долговечности памяти). Размер блока в DiNOR всего лишь 256 байт. | |
Основные производители: Mitsubishi Electric, Hitachi, Motorola. | |
Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN | |
Примечания: В настоящее время чаще всего используются память с архитектурой NOR и NAND. Hitachi выпускает многоуровневую AND-память с NAND-итерфейсом (SuperAnd или AG-AND [Assist Gate-AND]) |
Доступ к флэш-памяти
Существует три основных типа доступа:
Наиболее распространенные типы карт памяти: CompactFlash (CF) (I,II), MultiMedia Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash). Существуют и другие портативные форм-факторы флэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленных здесь.
Флэш-карты бывают двух типов: с параллельным (parallel) и с последовательным (serial) интерфейсом.
Параллельный:
Последовательный:
PC-Card (PCMCIA) или ATA Flash
Интерфейс: параллельный
Самым старым и самым большим по размеру следует признать PC Card (ранее этот тип карт назывался PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Карта снабжена ATA контроллером. Благодаря этому обеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. В настоящее время флэш-память этого типа используется редко. PC Card бывает объемом до 2GB. Существует три типа PC Card ATA (I, II и III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все три типа обратно совместимы между собой (в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, поскольку толщина разъема у всех типов одинакова – 3,3 мм). Питание карт — 3,3В и 5В. ATA-flash как правило относится к форм фактору PCMCIA Type I.
Тип | Длина | Ширина | Толщина | Использование |
Type I | 85,6 мм | 54 мм | 3,3 мм | Память (SRAM, DRAM, Flash и т. д) |
Type II | 85,6 мм | 54 мм | 5 мм | Память, устройства ввода-вывода (модемы, сетевые карты и т. д) |
Type III | 85,6 мм | 54 мм | 10,5 мм | Устройства хранения данных, жёсткие диски |
PC-Card Flash бывают двух типов: PCMCIA Linear Flash Card и ATA Flash Card (Flash Disk). Linear встречается намного реже ATA flash и не совместим с последним. Отличие между ними состоит в том, что ATA Flash содержит в себе схему, позволяющую эмулировать обычный HDD, автоматически помечать испорченные блоки, и производить автоматическое стирание блоков.
Compact Flash (CF)
Интерфейс: параллельный, 50-ти контактный, соответствует стандарту PCMCIA ATA. Стандарт разработан компанией SanDisk в 1994 году.Разработчики формата Compact Flash поставили цель: сохранить все преимущества карт ATA Flash, преодолев их основной недостаток — большие размеры. Конструкция карт CompactFlash обеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом. Разъёмы Compact Flash расположены на торце карты, электрически и функционально повторяя назначение контактов PCMCIA. Таким образом, чтобы установить CompactFlash в слот PCMCIA достаточно простейшего адаптера CF-PCMCIA, повторяющего своими размерами обычную PC-Card. Карты бывают двух типов: I и II (первого и второго типа). Карты типа II толще карт типа I на 2 мм, других существенных отличий между этими картами нет. CF I можно использовать в устройствах, снабженных разъемами CF II и CF I. CF II можно использовать только в устройствах с разъемами CF II (т.е. CF II типа обратно совместим с CF I типа). Compact Flash II типа были разработаны тогда, когда возникла необходимость в картах большого объема. Сейчас необходимости в картах CF II отпала, так как CF I догнали по объему карты CF II, так что карты второго типа постепенно теряют популярность. Карты Compact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В. В отличие от карт SmartMedia, которые существуют в двух версиях (трёх- и пяти- вольтовой), любая карта CF способна работать с любым из двух видов питания. 16 июня 2003 года была утверждена спецификация v2.0. Скорость передачи данных согласно новой спецификации может достигать 16MB/s, при этом обеспечивается обратная совместим ость — карты, выпущенные по спецификации 2.0, будут работать в старых устройствах, но с меньшей скоростью. Произведенные по современным технологиям чипы флэш-памяти могут оперировать на скоростях 5-7 MB/s, так что теоретический предел в 16 MB/s оставляет солидный запас для роста. В ближайшее время будут приняты дополнения, позволяющие CF работать в режиме DMA, а в 2004 году — Ultra DMA 33, что позволит работать картам CompactFlash с быстродействием до 33 MB/s. Сегодня теоретический предел емкости для CF составляет 137 GB. Следует заметить, что будущее CF вполне определенно благодаря тому, что в этом типе карт реализовываются давние наработки ATA, успешно прошедшие испытание временем на компьютерных жестких дисках.
SmartMedia (SSFDC– Solid State Floppy Disk Card)
Интерфейс: параллельный, 22-х контактный. Разработана в 1995 году компаниями Toshiba и Samsung.
8 из 22-х контактов карты используются для передачи данных, остальные используются для питания микросхемы, управления и несут на себе другие вспомогательные функции. Толщина карты всего лишь 0,76мм. SmartMedia — единственный формат флэш-карт (из тех, которые мы здесь рассматриваем), не имеющий встроенного контроллера. Карты SmartMedia бывают как на одном, так и на двух чипах NAND. Существует две разновидности SmartMedia: 5-и и 3-х вольтовые (внешне отличаются маркировкой и тем, с какой стороны у карты скошен угол: у 5В SmartMedia он скошен слева, а у 3,3В — справа). На карте имеется специальное углубление (в форме кружочка). Если в это место приклеить соответствующей формы токопроводящий стикер, то карта будет защищена от записи. По сравнению с другими картами флэш-памяти, в которых используется полупроводниковая память, размещённая на печатной плате вместе с контроллером и другими компонентами, SmartMedia устроена очень просто. Карта собирается без пайки и, кроме микросхемы NAND-памяти, не содержит в себе никакой другой микроэлектроники.
xD-Picture Card
Интерфейс: параллельный, 22-х контактный. Анонсирован в 30 июля 2002 года компаниями Fujifilm и Olympus.
По словам разработчиков, XD следует расшифровывать как eX treme D igital. Теоретически емкость карт xD может достигать 8ГБ. Сообщается, что скорость записи данных на xD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения — 5 Мбайт/с. Размеры карты: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакты у XD расположены, так же как и у SmartMedia, на лицевой части карты. На вопросы пользователей, не будет ли проблем с такими контактами, представители компании объясняют, что с контактами такой конструкции нужно быть очень бережным и протирать их сухой тряпочкой в случае загрязнения или попадения на них влаги (единственные карты с таким «свойством», не считая SM). Как иSmartMedia, xD не содержит контроллера. Карта разработана в качестве замены SmartMedia и продается по сравнимой со SmartMedia цене (возможно, из-за отсутствия встроенного контроллера), благо чипы для xD-Picture Card производятся Toshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.
MMC (MultiMedia Card)
Интерфейс: последовательный, 7-ми контактный. Разработана в 1997 году компаниями Hitachi, SanDisk и Siemens Semiconductors (Infineon Technologies). Карты MMC содержат 7 контактов, реально из которых используется 6, а седьмой формально считается зарезервированным на будущее. По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточка состоит из пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхема памяти, микроконтроллер и разведены контакты.
Назначение контактов MMC: 1 контакт на передачу данных (в SPI — Data out) 1 контакт на передачу команд (в SPI — Data in) 1 часы 3 на питание (2 земли и 1 питание) 1 зарезервирован (в SPI режиме — chip select)
По протоколу MMC данные и команды могут передаваться одновременно. MultiMedia Card работает с напряжением 2.0В — 3.6В, однако спецификацией предусматриваются карты с пониженным энергопотреблением — Low Voltage MMC (напряжение 1.6В — 3.6В). Для совсем уж мобильных устройств Hitachi выпускаются укороченные карты MMC длиной всего 18мм, вместо обычных 32-х.
Карты MMC могут работать в двух режимах: MMC и SPI (Serial Peripheral Interface). Режим SPI является частью протокола MMC и используется для коммуникации с каналом SPI, который обычно используется в микроконтроллерах Motorola и других производителей. Стандарт SPI определяет только разводку, а не весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используется подмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использования в устройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно одну). С точки зрения приложения преимущество использования режима SPI состоит в возможности использования уже готовых решений, уменьшая затраты на разработку до минимума. Недостаток состоит в потере производительности на SPI системах, по сравнению с MMC. Кроме описанного нами обычного MMC, существуют еще несколько стандартов карт MMC, такие как: RS-MMC, HS-MMC, CP-SMMC, PIN-SMMC. Утвержденный MMCA (MMC Association – ассоциация производителей MMC) в конце 2002 года стандарт RS-MMC (Redused Size MMC) отличается от обычной MMC только габаритами – карта приблизительно в два раза меньше обычного MMC. Размеры карт RS-MMC — 24 x 18 x 1.4 мм, вес 0,8 г. HS -MMC – высокоскоростная (High Speed) MMC-карта у которой не 7, а 13 контактов. Размеры карты как у обычной MMC. В режиме x8 (52Mhz) скорость передачи данных в теории может достигнуть 52MBps. Форматы CP-SMMC и PIN-SMMC мы рассмотрим позднее, в разделе SDMI-совместимые карты памяти.
SD Card
Интерфейс: последовательный, 9-ти контактный. Формат разработан компаниями Matsushita, SanDisk, Toshiba в 2000 году.SD-Card работает с напряжением 2,0В — 3,6В, однако спецификацией предусматриваются SDLV-карты (SD Low Voltage) с пониженным энергопотреблением (напряжение 1,6В — 3,6В), кроме того, спецификацией предусмотрены карты толщиной 1,4мм (как у MMC), без переключателя защиты от записи.Фактически карточки SD являются дальнейшим развитием стандарта MMC. Флэш-карты SD обратно совместимы с MMC (в устройство с разъемом SD можно вставить MMC, но не наоборот).
Основные отличия от MMC:
Несколько удивляет отсутствие прямой совместимости между этими двумя видами карт (т.е. то, что SD неспособна работать по протоколу MMC). Если внимательно рассматривать спецификации обоих типов карт и не обращать внимания на то, что SD может быть толще MMC, то отсутствие такой совместимости даже удивляет, поскольку реализовать её было несложно, да и выглядело бы это очень естественно. Что наводит на мысль о том, что, хотя подобную совместимость можно было реализовать без особых трудностей, SD намеренно разработана не как расширение спецификации MMC, а как отдельный конкурирующий стандарт.
Sony Memory Stick:
Интерфейс: последовательный, 10-ти контактный. Разработана в 1998 году компанией Sony.Особенных технических инноваций в MemoryStick не заметно, разве что переключатель защиты от записи (Write Protection Switch) выполнен действительно грамотно, да контакты хорошо упрятали. До недавнего времени голубые «палочки памяти» использовалась исключительно в цифровой фото-, аудио- и видео- технике фирмы Sony. В настоящее время Sony активно продвигает свой формат, и лицензирует технологию другим производителям.
На питание у MemoryStick отведено 4 из 10 контактов, еще 2 контакта зарезервированы, один контакт используется для передачи данных и команд, один для синхронизации, один для сигнализации состояния шины (может находится в 4-х состояниях), аодин (sic!) для определения того, вставлена карта, или нет. Карта работает в полудуплексном режиме. Максимальная частота, на которой может работать карта — 20МГц. Зарезервированные контакты (по непроверенным данным) используются в устройствах на базе интерфейса MemoryStick (фотокамерах для Clie [PEGA-MSB1], модулей GPS [PEGA-MSC1]и bluetooth [PEGA-MSG1]). Существует разновидность Memory Stick — Memory Stick Magic Gate (сокращенно MG). От обычного Memory Stick, MG отличается лишь цветом (цвет карточки — белый) и поддержкой механизма «защиты авторских прав» — Magic Gate (об этой технологии подробнее будет сказано в разделе “SDMI-совместимые карты памяти”). Благодаря поддержке этой технологии карточка и получила свое название. Механизм защиты, реализованной в MG, соответствует соглашениям SDMI. Пытаясь угнаться за малым весом и размерами конкурирующих форматов (SD/MMC), в 2000 году Sony разработала ещё один формат — Memory Stick Duo. От обычного MemoryStick, Duo отличается меньшими размерами и весом. При использовании MemoryStick Duo в устройствах, предназначенных для обычных MemoryStick, требуется специальный адаптер. Также существует модификация этого формата флэш-памяти — Memory Stick Duo MG. Карточки Duo появились в продаже с июля 2002 года. На январской выставке Consumer Electronics Show 2003 была представлена карта MemoryStick Pro, разработанная Sony совместно с SanDisk. Новая модификация карт Sony имеет те же размеры и такое же количество контактов, как и у обычных MemoryStick. Однако карта не совместима со старыми MemoryStick (в разъеме, предназначенном для обычных MemoryStick, карточка MemoryStick Pro работать не будет, однако обратная поддержка реализована – в разъеме для карточек Pro, обычный MemoryStick читается).
Технически карточки Pro отличаются от обычных MemoryStick тем, что работают на более высокой частоте (40MHz), а данные передаются по четырем линиям, вместо одной. Кроме того, все карточки Pro “в нагрузку” поддерживают MagicGate. Пропускная способность интерфейса 160Mbps, или 20MB/s (4 линии x 40 MHz), однако с таким быстродействием карточка долго работать не может – на такой скорости способен работать только внутренний кэш, а по его заполнении карточка будет работать с пропускной способностью 15mbps.
Вывод: «Война стандартов» на рынке флэш-карт продолжается уже не первый год, и конца ей не видно. Производители разрабатывают все новые форматы карт, в то время как старые до сих не желают исчезать. Практически можно говорить лишь о смерти устаревшего достаточно давно стандарта SmartMedia, хотя какая ж это смерть, если карты продолжают выпускаться (пусть и остановившись в развитии), выходят новые устройства, рассчитанные именно на этот стандарт, да и старых на руках сохраняется немало. Однако некоторые тенденции уже просматриваются. В частности, продолжают терять свою долю карты CompactFlash: еще не так давно они (и поддерживающие их устройства) на рынке доминировали (по разным оценкам, доля формата составляла порядка 70-80%), в то время как сейчас они уже потеряли лидирующие позиции. Новым победителем, как многие и предсказывали, становится SecureDigital. Эти карты меньше, что упрощает их применение, интерфейс проще, конструкция надежней, скорости постоянно растут. Единственное, что мешает SD одержать безоговорочную победу — ориентация многих производителей техники на свои форматы. Впрочем, что касается последнего, то наиболее ходовые объемы в 256-512 Мбайт производителями уже освоены, а широкое распространение карт емкостью 1 Гбайт и больше не за горами.
Литература:
· Г93 Аппаратные средства IBM РС. Энциклопедия, 2-е. – СПб.: Питер, 2001 928 с.: ил. Автор – Михаил Гук
· А. Жаров Ж35 «Железо IBM 2000» Москва: «МикроАрт», 352с.
Internet:
1) www.ixbt.com/storage.shtml
2) www.itc.ua/
3) www.ak-cent.ru/?parent_id=9842
www.ronl.ru
Санкт-Петербургский Государственный Университет Информационных Технологий Механики и Оптики
Flash память
Работу выполнил:
Студент гр. 2751
Билецкий П.А
История
Флэш-память была открыта Фудзи Масуока (Fujio Masuoka), когда он работал в Toshiba в 1984 году. Имя «флеш» было придумано также в Toshiba коллегой Фудзи, Шойи Ариизуми (Shoji Ariizumi), потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash). Масуока представил свою разработку на IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско, Калифорния. Intel увидела большой потенциал в изобретении и в 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип NOR типа.
NAND типфлеш-памятибыланонсирован Toshiba в 1989 годуна International Solid-State Circuits Conference. У него была больше скорость записи и меньше площадь чипа.
Стандартизацией чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Текущим стандартом считается спецификация ONFI версии 1.0, выпущенная в 28 декабря 2006 года. Группа ONFI поддерживается крупнейшими производителями NAND чипов: Intel, Micron Technology и Sony.
Типы флешь носителей
В настоящее время на рынке существует огромное множество флэш-дисков: SD, MMC, CompactFlash Type I и II, Memory Stick, Memory Stick Duo, TransFlash, miniSD, microSD, RS-MMC, SmartMedia, MiniDisk и др. Многообразие форматов объясняется тем, что все мобильные устройства предъявляют «свои» особенные требования к возможностям накопителя. Ниже описаны основные типы флэш-памяти, их характеристики и особенности восстановления данных с этих носителей.
CompactFlash — выпущен еще в 1994 году компанией SanDisk и является одними из самых популярных флэш-накопителей. Недостатком являются «большие» размеры (42,8 x 36,4 x 3,3 мм). Всего существует два типа карт CompactFlash: CF Type I, CF Type II, причем отличаются они лишь толщиной корпуса: 3,3 против 5мм соответственно. Скоро планируется выпуск CompactFlash 3.0.
SD (Secure Digital) — разработан компаниями SanDisk, Panasonic и Toshiba. Главное отличие SD заключается в использовании шифрования данных, что обеспечивает защиту данных от несанкционированного копирования или перезаписи, но создает дополнительные проблемы при восстановлении данных. Размер 32x24x2,1 мм.
MMC (MultiMediaCard) — разработан компаниями SanDisk и Siemens. Имеют полную совместимость с картами формата SD. В каждой MMC есть собственный контроллер памяти. Размер 32x24x1,4 мм.
RS-MMС (Reduced Size MMC) — также известны как MMCmobile. Они отличаются от MMC лишь уменьшенными размерами и используются в основном в мобильных телефонах. Размер 24х18х1,4 мм.
MicroSD, MiniSD — отличаются от SD card уменьшенными габаритами, соответственно, меньшей емкостью, и сниженным напряжением питания. Сфера применения та же, что и у RS-MMC. Между собой MiniSD и MicroSD отличаются только размерами - 21х20х1,8мм и 11х15х1 мм.
Memory Stick — раработка корпорации Sony. Карта имеет фирменную технологию MagicGate для защиты информации от несанкционированного доступа. Размер 50x21,5x2,8 мм.
Memory Stick Duo — следующийэтапразвития Memory Stick. Уменьшились размеры (31х20х1,6 мм) и энергопотребление. В остальном полностью аналогична обычной MS.
SmartMedia – разработка компании Toshiba. Особенностями данного стандарта можно считать очень низкое энергопотребление и отсутствие собственного контроллера. Размер 45,1х37х0,76 мм.
xD Picture (Extreme Digital) — разработка компаний FujiFilm и Olympus для замены устаревшего формата SmartMedia. Применяться данные карты будут преимущественно в цифровых фотоаппаратах этих компаний. Размер 25х20х1,7мм.
IBM Microdrive — разработка компании IBM. Попытка продвинуть на рынок принципиально новое решение. За основу взят прототип обычного жесткого диска. Следовательно, при потере данных их восстановление – аналогично восстановлению информации с обычного винчестера. Размер 32х24х5 мм.
USB-брелки — представляют собой самый распространенный флэш-накопитель. Из-за большого разброса по емкости, габариты накопителей значительно отличаются. Потеря данных обычно возникает при включении в USB порт работающего компьютера. Наиболее простой стандарт с точки зрения восстановления данных.
Принцип действия
Флеш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (англ. cell). В традиционных устройствах с одноуровневыми ячейками (англ. single-level cell, SLC), каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками (англ. multi-level cell, MLC) могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора.
NOR
В основе этого типа флеш-памяти лежит НЕ‑ИЛИ элемент (англ. NOR), потому что в транзисторе с плавающим затвором низкий уровень электронов обозначает единицу.
Транзистор имеет два изолированных затвора: управляющийся и плавающий. Последний способен удерживать электроны в течении нескольких лет. В ячейке имеются так же сток и исток. При программировании между ними, вследствие воздействия положительного поля на управляющем затворе, появляется поток электронов. Некоторые из электронов, благодаря наличию большей энергии, преодолевают слой изолятора и попадают на плавающий затвор, где и будут храниться. При чтении низкий уровень заряда на плавающем затворе соответствует единице, а заряд выше порогового значения — нулю.
Характеристики и файловые системы
Характеристики
Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 Мб/с. В основном флеш-карты имеют большой разброс скоростей и обычно маркируются в скоростях стандартного CD-привода (150 Кб/с). Так указанная скорость в 100x означает 100 × 150 Кб/с = 15 000 Кб/с= 14.65 Мб/с.
В основном объём чипа флеш-памяти измеряется от килобайт до нескольких гигабайт.
В 2005 году Toshiba и SanDisk представили NAND чипы объёмом 1 Гб, выполненных по технологии многоуровневых ячеек, где один транзистор может хранить несколько бит, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе.
Компания Samsung в сентябре 2006 года представила 8 Гб чип, выполненный по 40-нм технологическому процессу. В конце 2007 года Samsung сообщила о создании первого в мире MLC (multi-level cell) чипа флеш-памяти типа NAND, выполненного по 30-нм технологическому процессу. Ёмкость чипа также составляет 8 Гб. Ожидается, что в массовое производство чипы памяти поступят в 2009 году.
Для увеличения объёма в устройствах часто применяется массив из нескольких чипов. В основном на середину 2007 года USB устройства и карты памяти имеют объём от 512 Мб до 15 Гб. Самый большой объём USB устройств составляет 128 Гб.
Файловые системы
Основное слабое место флеш-памяти — количество циклов перезаписи. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что ОС часто записывает данные в одно и то же место. Например, часто обновляется таблица файловой системы, так что первые сектора памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволяет существенно продлить срок работы памяти.
Применение
Флеш-память наиболее известна применением в USB флеш-носителях (англ. USB flash drive). В основном применяется NAND тип памяти, которая подключается через USB по интерфейсу USB mass storage device (USB MSC). Данный интерфейс поддерживается всеми ОС современных версий.
Благодаря большой скорости, объёму и компактным размерам USB флеш-носители полностью вытеснили с рынка дискеты. Например, компания Dell с 2003 года перестала выпускать компьютеры с дисководом гибких дисков.
В данный момент выпускается широкий ассортимент USB флеш-носителей, разных форм и цветов. На рынке присутствуют флешки с автоматическим шифрованием записываемых на них данных. Японская компания Solid Alliance даже выпускает флешки в виде еды.
Есть специальные дистрибутивы GNU/Linux и версии программ, которые могут работать прямо с USB носителей, например, чтобы пользоваться своими приложениями в интернет-кафе.
Список литературы:
http://ru.wikipedia.org
http://moikompas.ru
http://yandex.ru
nreferat.ru
Содержание.
Вступление. *
Считыватели. *
Заключение. *
Считывали.
Вступление.
При рассмотрении современной жизни необходимо отметить тот факт, что без цифровых технологий она уже не мыслима.
Благодаря созданию мощных процессоров стало возможным использовать такие, уже обыденные вещи, как компьютер, цифровые плееры, карманные записные книжки, ноутбуки и т.д.
Но опираться на мощность самого процессора уже не стоит. Сегдня это уже не основной показатель эффективности. Для портативных устройств главным сегодня является также и время автономной работы при оптимальных размерах самого устройства и конечно же веса элемента питания. И вот здесь уже хочется отметить, что эти параметры в основном зависят от памяти, которая определяет объем сохраненного материала, и, продолжительность работы без подзарядки аккумуляторов.
А вот память, в свою очередь, требует постоянной подачи напряжения. Данную проблему вроде – бы решают дисковые накопители, которые могут сохранять информацию и без непрерывной подачи электричества, однако при записи и считывании данных тратят его за троих.
Оптимальным является использование флэш-памяти. Основным достоинством является то, что она не разряжающаяся самопроизвольно. Носители на ее основе не имеют движущихся частей и называются твердотельными. И этот факт повышает надежность флэш-памяти: стандартные рабочие перегрузки равняются 15 g, а кратковременные могут достигать 2000 g, т. е. теоретически карта должна превосходно работать при максимально возможных космических перегрузках, и выдержать падения с трёхметровой высоты. Причем в таких условиях гарантируется функционирование карты до 100 лет.
Здесь появляется еще одна проблема, ведь флэш-память - дорогое удовольствие: средняя стоимость ее мегабайта составляет 2 доллара .
Считыватели.
Считыватели используются для быстрого и удобного обмена информацией между флэш-картами и компьютером.
Из их характеристик:
Внутренние считыватели
Эти устройства вставляются в 3,5-дюймовый отсек системного блока, и подключаются к ATA интерфейсу.
Достоинства:
Недостаткам:
- эти считывали занимает отсек системного блока и IDE канал.
Считыватели - переходники
С помощью таких устройств можно подключить карту памяти к компьютеру через дисковод. Для данного процесса используется переходник внешне похожий на 3,5-дюймовую дискету.
Флэш - карта вставляется в адаптер, размещенный в дисководе. Достоинства:
Недостатки:
- при использовании флоппи-дисковода скорость недотягивает и до отметки 36 Кбайт/с при том, что FlashPath-адаптер стоит дороже любого другого считывателя.
Внешние считыватели.
Внешние считыватели подключаются через USB, LPT, и FireWire(IEEE1394) интерфейсы. Их главным отличием является скорость.
Подключаемый через параллельный порт считыватель является самым медленным и может достигать скорости в 0,34Мбайт/с при записи и 0,62Мбайт/с при чтение данных.
Считыватели с универсальным последовательным портом достигать скорости в 0,46Мбайт/с при записи и 0,77Мбайт/с при чтение данных.
Самым оперативным является FireWire считыватель. Устройства с данным интерфейсом способны записать информацию на скорости до 0,7Мбайт/с, и считывать её со скоростью 2,1Мбайт/с.
Заключение.
В заключении отметим, что в последнее время отмечается появление на рынке комплектующих нескольких стандартов флэш-памяти. Вот и рассмотрим несколько видов данной памяти.
Compact Flash стандарт был предложен в 1994 г. компанией SanDisk, а в 1995 г. его стала продвигать ассоциация CFA, созданная такими крупными компаниями, как Hewlett-Packard, Hitachi, IBM, Motorola и др.
Модули памяти это стандарта представляют собой модификацию PC-карт. Правда, они меньше по объему и имеют всего 50 контактов вместо 68, но их можно подключать в разъемы PCMCIA через пассивный переходник без дополнительного программного обеспечения.
Устройства CF делятся на два типа:
1) Размеры CF - 36,4x42,8x3,3 мм. Максимальная емкость составляет 256 Мбайт (у компаний PQI и Delkin). Память этого типа дороже, чем типа II, так как у нее то же число микросхем надо вмещать в меньший объем.
Из технических характеристик: для работы модули CF используют напряжение 3,3 или 5 В и ток до 100 мА. В итоге, по утверждению производителей, они потребляют в 20 раз меньше энергии, нежели стандартные жесткие диски, так что не нужно часто заменять батарейки.
Ну и отметим, что карты типа II несовместимы с разъемами типа I, тогда как для карт типа I подходят порты обоих видов.
SmartMedia с тандарт или SSFDC был разработан в 1995 г. компанией Toshiba, а его продвижением занимается организация SSFDC Forum, в рядах которой немало известных компаний. SSFDC (Solid State Floppy Disk Card) можно перевести как "твердотельная дискета".
Основным отличием карты SmartMedia (SM) от Compact Flash является то, что первая не снабжена встроенным контроллером, что, по замыслу создателей, должно снижать их стоимость.
К тому же SM имеют меньшие размеры (37x45x1,76 мм) и массу (до 2 г). По популярности SM спорят с CF, а вместе с ним оба этих стандарта охватывают более половины рынка флэш-карт.
Из технических характеристик SM:
Из недостатков можно отметить то, что из-за отсутствия внутреннего контроллера для работы с этими картами невозможно применить пассивный переходник, а считыватели для них стоят около 50 долл.
SM обычно используются в цифровых камерах и МРЗ-плеерах, а вот в КПК - практически никогда.
MultiMediaCard стандарт предложили в 1997 г. компании Infineon Technologies (подразделение Siemens) и SanDisk, а продвигает его ассоциация ММСА, состоящая из 80 компаний (Infineon, Nokia, Ericsson, Hitachi, SanDisk, Motorola и др.).
Размеры ММС составляют 32x24x1,4 мм, вес - 1,5 г. Поэтому и предназначены в основном для ультра портативных устройств, особенно актуальны они в КПК, сотовых телефонах и электронных записных книжках.
Имеется два рабочих напряжения: 3,3 или 2,7 В при токе до 35 мА, что и обусловливает низкое энергопотребление.
Максимальная емкость ММС, представленных на Российском рынке, составляет 64 Мбайт, и стоит около 130 долл. Этот же объем оказался наиболее выгодным по соотношению "доллар за мегабайт".
Следует отметить, что многие производители делают флэш-карты сразу трех основных типов: Compact Flash, SmartMedia и MultiMediaCard.
Компания Matsushita Electronic (известная под торговой маркой Panasonic) вместе с SanDisk и Toshiba разработали стандарт Secure Digital , в котором учли последние веяния времени. Чтобы предотвратить несанкционированное копирование, носители Secure Digital (SD) снабжены средствами защиты от незаконного копирования.
SD имеет размеры карт - 32x24x2,1 мм. Разъемы для них совместимы с модулями ММС. Пока стандарт только начал завоевывать рынок, но производители обещают уже в этом году довести емкость карт SD до 256 Мбайт.
Сегодня уже анонсирован выпуск в формате SD модемов и других периферийных устройств. А возможность защиты авторских прав позволила продавцам выпустить в продажу книги и песни на этих носителях.
Компания Sony разработала новый стандарт флэш-карт Memory Stick (MS). Эти 10-контактные устройства размерами 21,5x50x2,8 мм и массой 4 г стали опорой цифровой империи Sony, которая устанавливает их в свои цифровые плееры, фотоаппараты и видеокамеры, также игрушки и другие устройства.
Совсем недавно года была выпущена новая модель MS емкостью 128-Мбайт и стоимостью 249 долл. Также существует разновидность MS MagicGate (с защитой от несанкционированного копирования), предназначенная для плееров. В настоящее время стандарт Memory Stick поддерживается почти исключительно устройствами производства концерна Sony. Из-за такой не универсальности они и не получили широкого распространения.
Ну и в самом конце отметим, что большим плюсом считывателей является их способность некоторых моделей работать ни с одним, а с несколькими стандартами флэш-памяти.
referat.store
