1 МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова» Колледж педагогического образования, информатики и права ПЦК естественнонаучных дисциплин, математики и информатики РЕФЕРАТ на тему: Изучение Флэш-памяти: Типы и принципы работы. Автор реферата: Е.Ю.Федосеева (подпись) (инициалы, фамилия) Специальность: Программирование в компьютерных системах Курс: II Группа: И-21 Зачет/незачет: Руководитель: Ю.А. Кончакова (подпись, дата) (инициалы, фамилия) г. Абакан, 2015 г.
2 Содержание Введение 3 1. История создания Flash памяти.4 2. Предназначения Flash памяти Организация flash памяти Выяснение понятий туннелирования и стирания Типы Flash -памяти 9 4. Достоинства и недостатки Достоинства Недостатки Применение Flash -памяти в цифровых устройствах Технические характеристики флэш-устройств...14 Заключение 16 Список литературы
3 7. Введение Flash -память это очень важное и очень популярное понятие в мире высоких технологий. Это тип памяти, который на длительное время сохраняет определенную информацию на своей плате, не используя при этом питания. Запоминающие устройства завоевали огромную популярность в наше время. Уже всем известные компьютерные Flash-накопители миниатюрные брелки с разъѐмом под USB. Flash-накопители превратились в универсальное средство для хранения и переноса различной информации. Без карты памяти нельзя представить цифровой фотоаппарат, или графический планшет. Так слотами для сменных флэш-карт оснащается всѐ больше мобильных телефонов, плееров и других портативных и уже даже стационарных устройств, таких как DVD проигрыватели это увеличивает их функции и даѐт пользователям больше удобства неограниченной внешней памяти. Действительно, по практичности им практически нет равных. Секретами большого успеха флэшек на рынке являются большой и часто растущий объѐм, который измеряется высокими гигабайтами; высокое быстродействие и хорошая надѐжность хранения данных; еще одим большой плюс - компактность Flash -карт; так же неприхотливость к внешней среде и отсутствие подвижных деталей; низкое энергопотребление и, наконец, удобство подключения и использования. Все это сказывается на выпуске и повсеместной доступности этих уже популярных изделий. массовом Целью написания данного реферата является: выяснение основных принципов работы, предназначения Flash -памяти и история ее создания, рассмотрение технологии изготовления. В задачи реферата входят: применение Flash -памяти в цифровых устройствах; обзор и характеристика существующих стандартов: удобство и польза Flash -карт; выяснение понятий туннелирования и стирания. 3
4 История создания Flash -памяти Первой энергонезависимой памятью была ROM (ПЗУ) - Read Only Memory. Данный тип имел единственный цикл записи. Он осуществлялся сразу при производстве, путем нанесения алюминиевых дорожек между ячейками ROM литографическим способом. Наличие такой дорожки означает 1, отсутствие 0. Этот вид памяти не приобрел большой популярности из-за того, что процесс изготовления микросхемы ROM занимает длительное время ( обычно от 4 до 8 недель). Но, стоимость памяти довольно низкая, а информацию с нее можно стереть только молотком или паяльной лампой. Вскоре возникла новая необходимость в перезаписи памяти, а каждый раз выпускать ПЗУ с новыми данными было дорого. Поэтому ROM сменила PROM (Programmable ). Микросхему с такой памятью можно было подвергнуть повторному (только единственному) прожигу с помощью программатора. PROM производилась немного по другой технологии. Дорожки между ячейками были заменены плавкими перемычками, они могли быть разрушены путем подачи высокого напряжения на микросхему. Таким образом, появился единственный цикл перезаписи. ROM и PROM относятся к виду неперезаписываемой энергонезависимой памяти. В 1971 году Intel выпускает новую микросхему памяти - EPROM (Erasable Programmable). Эту микросхему можно было подвергать неоднократной перезаписи с помощью облучения чипа рентгеновскими и ультрафиолетовыми лучами. Повторная запись данных осуществляется также на программаторах (как в ROM и EROM). Вообще, EPROM была основана на МОП (металл-оксидполупроводник) транзисторах. Запись данных в ячейки данного транзистора производилась методом лавинной инжекции заряда. Этот метод давал возможность неоднократно перезаписывать данные в памяти (хотя количество циклов было ограниченным). Вместе с EPROM рождается поколение NVRWM, что расшифровывается как NonVolatile Read-Write Memory. Но, несмотря на новую технологию, этот вид был вытеснен с продаж другими видами памяти. 4
5 Через восемь лет, в 1979 году после выхода EPROM, фирма Intel разрабатывает новый вид памяти, он мог быть перезаписан частями. С помощью электрического тока становится возможным изменение данных в определенной ячейке микросхемы. Это новшество уменьшало время программирования и позволяло отказаться от внешних устройств-программаторов. Чтобы записать данные в память, достаточно было подключить к системной шине микропроцессора, это значительно упрощало работу с микросхемой. Но стоимость EEPROM была очень высокой. Это неудивительно, потому что процесс производства такой памяти был очень сложным. В отличие от предыдущего EPROM, увеличивалось количество циклов перезаписи информации. Сама флеш-память была создана задолго до появления первого USB Flash Drive. Ее история берет начало в 1984 году, когда инженер компании Toshiba Фудзио Масуока представил свою разработку на конференции IEEE в Сан- Франциско. Само название flash было придумано коллегой Масуоки, Сѐдзи Ариидзуми, который сравнил процесс стирания данных из памяти со вспышкой (англ. flash вспышка). Спустя четыре года Intel выпускает свой вариант Flashпамяти (поэтому иногда ее создание незаслуженно приписывают этой компании). Сразу после этого начался интенсивный процесс развития этого вида, хотя EEPROM еще долгое время имел популярность на рынке. 5
6 Предназначения Flash -памяти Flash -память служит для хранения обновляемых программ и данных, которые можно изменять, в самых разных системах, включая мобильные телефоны, модемы, цифровые фото и видео камеры, и многое другое. Так, в разработках сотовых телефонов параметрические блоки Flash -памяти используют для хранения номеров в телефоне (SIM-карта). Flash -память преображается электрически внутрисистемно, но подобно ПЗУ, флэш энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. Однако, Flash нельзя переписывать побайтно. Flash -память читается и записывается байт за байтом и предъявляет новое требование: ее нужно стереть перед тем, как записывать новые данные. 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. 6
7 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. При чтении, в отсутствие заряда на 7 "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 вольтамперные 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 подаѐтся высокое напряжение (причѐм на управляющий затвор напряжение подаѐтся приблизительно в два раза выше). "Горячие" электроны из канала инжектируются на плавающий затвор и изменяют вольтамперные характеристики транзистора. Такие электроны называют "горячими" за то, что обладают высокой энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого тонкой плѐнкой диэлектрика. [pic] При стирании высокое напряжение подаѐтся на исток. На управляющий затвор (опционально) подаѐтся высокое отрицательное напряжение. Электроны туннелируют на исток. Выяснение понятий туннелирования и стирания Туннелирование используется для изменения распределения электронов в плавающем затворе. К нему прикладывают электрическое напряжение от 10 до 13 Вольт. Заряд поступает со столбца до плавающего затвора и стекает на землю. Это приводит к тому, что транзистор с плавающим затвором начинает работать как электронная пушка. Возбужденные электроны проталкиваются через тонкий оксидный слой и задерживаются на противоположной стороне, тем самым добавляя ему отрицательный заряд. Эти отрицательно заряженные электроны действуют как барьер между управляющим и плавающим затворами. Устройство, называемое cell sensor (сенсор ячейки), следит за уровнем заряда, проходящего
8 через плавающий затвор. Если через затвор проходит более 50 процентов заряда, он имеет значение 1. Если проходит менее 50 процентов заряда, значение меняется на 0. В незаписанном EEPROM все затворы открыты, то есть каждая ячейка имеет значение 1. Электроны ячеек чипов Flash -памяти могут вернуться в нормальное состояние, если приложить электрическое поле с зарядом более высокого напряжения. Внутри Flash -памяти имеется встроенная схема, которая предназначена для того, чтобы подавать нужное электрическое поле на весь чип, либо на заранее определенные для него секции или блоки. Подача данного электрического поля приводит к стиранию записанной информации на участке чипа, потом можно перезаписывать информацию на этом участке. Flash -память работает намного быстрее, чем обычная память EEPROM, поскольку, вместо стирания одного бита в каждый определенный момент времени, стирается сразу целый блок или даже весь чип, после чего на этом месте информация перезаписывается. 8
9 Типы Flash -памяти На сегодня производители выпускают накопители на Flash-памяти нескольких типов: это карты Compact Flash, SmartMedia, MultiMedia Card, SecureDigital Card,Memory Stic k и USB-ключи. Первыми накопителями на флэш-памяти, которые появились на рынке, были карты ATA Flash. Они изготавливаются в виде стандартных карт PC Card. В ATA Flash устанавливается АТА-контроллер, и при работе они имитируют IDEдиск. Карты ATA Flash не получили широкого распространения и в настоящее время используются крайне редко. Карты Compact Flash были предложены компанией SanDisk в качестве более компактной и удобной в работе альтернативы картам ATA Flash (1994 г). Все карты данного типа имеют 50- контактный параллельный интерфейс. Существуют карты CF двух типов Туре I и Туре II. Карты Туре II на два миллиметра толще и появились потому, что раньше корпуса карт первого типа не позволяли разместить внутри флэш-память большого объема для изготовления вместительных носителей CF. На данный момент такой необходимости нет и карты Туре II уже уходят с рынка. В накопители для карт Туре II можно устанавливать карты Туре I, но обратный процесс невозможен. Карты SmartMedia (SM) очень просты. В карте SM нет встроенного контроллера интерфейса и одна или две микросхемы памяти, «упакованные» в пластиковый кожух. Стандарт SM был разработан компаниями Toshiba и Samsung в 1995 г. Интерфейс этих карт SM параллельный, из 22 контактов, но из всех для передачи данных используется лишь восемь линий. Multi-Media Card (MMC) имеют 7-контактный последовательный интерфейс, разрабатываемый на частоте до 20 МГц. Внутри пластикового корпуса карты помещена микросхема флэш-памяти и контроллер ММС-интерфейса. SecureDigi-tal Card (SD) самый молодой стандарт флэш-карт, который был разработан в 2000 г. компаниями Matsushita, SanDisk и Toshiba. Фактически SD это последующее развитие ММС, поэтому карты ММС можно 9
10 устанавливать в накопители SD. Интерфейс SD 9-контактный, последовательно-параллельный, данные которых могут передаваться по одной, двум или четырем линиям одновременно, работа на частоте до 25 МГц. Карты оснащаются переключателем для защиты всего содержимого от записи. Memory Stick - Стандарт флэш-карт с 10-контактным последовательным интерфейсом, работающим на частоте до 20 МГц, так же имеет переключатель для защиты от записи. MS активно продвигается на рынок компанией Sony, которая предложила его в 1998 г. USB- Flash -память новый тип носителей Flash -памяти, появившийся на рынке совсем недавно, в 2001 г. По форме USBпамять напоминает брелок продолговатой формы, который состоит из двух половинок защитного колпачка и накопителя с USB-разъемом, внутри которого размещаются одна или две микросхемы флэш-памяти и USBконтроллер. Работать с этой очень удобно, для этого не требуется никаких дополнительных устройств. Достаточно иметь под рукой ПК с незанятым USB - портом, чтобы за пару минут запустить содержимого этого накопителя. В худшем случае нужно установить драйверы USB-памяти, в лучшем новое USB-устройство и логический диск появятся в системе автоматически. Применение USBфлэш-памяти, несомненно, более удобное решение для переноса данных, чем флэш-карты, для них не требуется дополнительных флэш-накопителей. Благодаря большой скорости, объѐму и компактным размерам USB флеш-накопители уже вытеснили с рынка дискеты. Например, компания Dell с 2003 года больше не выпускает компьютеры с дисководом гибких дисков. В данный момент выпускается очень широкий ассортимент USB флеш-накопителей, разных форм, цветов и размеров. На рынке присутствуют флешки с автоматическим шифрованием записываемых на них данных. Японская компания Solid Alliance выпускает флешки даже в виде еды. 10
11 Достоинства и недостатки Достоинства Для хранения данных не требуется какой-либо дополнительной энергии, то есть flash-память - энергонезависимое устройство. Энергия требуется для записи данных, так как совсем без затрат тут не обойтись. По сравнению с компакт-дисками или дискетами затрат энергии при работе с flash-устройством гораздо меньше. Поэтому flash-память является очень экономной с точки зрения затрат энергии. Для записи данных на flash-микросхему требуется в раз меньше энергии, чем при тех же действиях с компакт-дисками или дискетой. Flash-микросхема позволяет многократно (но не бесконечно) перезаписывать данные. То есть flash-память, это перезаписываемое устройство для хранения данных. Накопитель на основе flashмикросхем не содержит в себе никаких движущихся механических узлов и устройств, так как это твердотельная память. Flash-устройства отличаются устойчивостью к механическим воздействиям: нет механики, значит нечему и ломаться. Например, flash-накопитель способен выдержать удары в раз более сильные, чем те, которые просто убивали бы компьютерный винчестер. И не только выдержать, но даже работать в условиях тряски и жесткого избиения. Компактность еще одно важное преимущество накопителей на flash-памяти, которое предопределило использование flash-устройств в разнообразных малогабаритных гаджетах и устройствах. Информация, записанная на флэш-память, как правило, может храниться очень длительное время (от 10, а по некоторым данным, и до 100 лет). Получается, что flash-микросхема является устройством для долговременного хранения данных. Недостатки flash-память стоит дороже, чем дискеты, компакт-диски или компьютерные винчестеры. Flash-память работает намного медленнее, чем оперативная память на основе микросхем SRAM и DRAM. И даже по сравнению с жестким диском flashнакопитель является аутсайдером. Например, средняя скорость считывания данных с 11
12 flash-накопителя составляет 5 Mб/с, а записи 3 Mб/с. В то же время жесткий диск может обмениваться данными со скоростью до 30 Mб/с. Еще одним серьезнейшим недостатком, который уже упоминался выше является ограничение flash-памяти по количеству циклов перезаписи. Предел колеблется от до циклов для различных типов микросхем. И даже если миллион операций записи/стирания это немало, наличие физического предела использования микросхемы памяти считается серьезным недостатком flashустройств. 12
13 Применение Flash -памяти в цифровых устройствах Благодаря таким свойствам как компактность, низкая себестоимость, хорошая механическая прочность, высокая скорость работы и низкое энергопотребление флэш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и различных носителях информации. В видео и фотокамерах, в диктофонах, в MP3- плеерах, в мобильных телефонах, смартфонах и коммуникаторах. Этот тип памяти практически полностью завоевал почти все области бытовой и промышленной электроники. Если телевизор "запоминает" номер программы и параметры настройки даже после того, как его выключили от электрической розетки, значит в нем обязательно присутствует микросхема флэш-памяти. 13
14 Технические характеристики флэш-устройств Скорость записи чтения. 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). Указанная скорость в 100 означает КБ/с = КБ/с = МБ/с. Объѐм памяти - одна из главных характеристик флэш-устройств. В основном объѐм чипа флеш-памяти измеряется от килобайт до нескольких гигабайт. При возможности записи и хранения на накопители такого большого объема информации все большую роль играет скорость ее воспроизведения. Обычно, скорость записи составляет 5-7 мб/сек., а скорость чтения в полтора раза больше. Скорость чтения/записи зависит еще от специфики самой информации. Не важно, за сколько десятых секунды нужный файл передастся на компьютер. Другое дело копирование музыкальных коллекций или фильмов. Запись одного фильма займет больше времени. В 2005 году некоторые компании, которые изготовливают флэш-устройства, представили NAND чипы объѐмом 1 ГБ, выполненные по технологии многоуровневых ячеек, где один транзистор хранит несколько бит, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе. Для увеличения объѐма в устройствах часто применяется массив из нескольких чипов. К 2007 году флэш-устройства и карты памяти уже имели объѐм от 512 МБ до 64 ГБ. Самый большой объѐм устройств составлял 4 ТБ. Преимущество флэш-карт очевидно и в надежности хранения данных. Информация, записанная на флэш-память, способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жѐстких дисков). Кроме этого, она очень компактна. Размер Flаsh-карты составляет от 20 до 40 мм в длину и ширину, толщина от 3 мм, а вес от 2,2 грамм. Современная Flаsh -память выдерживает до операций записи на сектор. Если каждый день пользователь будет полностью перезаписывать содержимое Flаsh -устройства, то диск выдержит десятки лет. Но при использовании его в качестве рабочего, 14
15 количество циклов записи может измеряться десятками и сотнями в день, в зависимости от используемой программы. Средний срок службы Flаsh -устройств, определяемый их производителями 10 лет. Также некоторые флэш-устройства имеют встроенный контроллер, который производит обнаружение и исправление ошибок и старается равномерно использовать ресурс перезаписи флеш-памяти. 15
16 Заключение В заключении можно сказать, что Flash-память на данный момент является очень удобной и полезной, объединяющая в себе черты, которые присущи одновременно и постоянной и оперативной памяти. С помощью flash-памяти можно увеличить объем у многих малогабаритных запоминающий устройств. Это обеспечивает их пользователей различными возможностями по хранению данных, их размер ограничен только количеством имеющихся в наличии flashнакопителей. 16
17 Список литературы 1. Дмитриев А. Принцип работы флэш-памяти // Hobbyits.com февраля [Электронный ресурс]. URL: (Дата обращения: ). 2. Мигачев И. Флэш-память: типы и принципы // Bestreferat.ru сентября [Электронный ресурс]. URL: 421.html (Дата обращения: ). 3. Билецкий П. Flash память // Библиофонд марта [Электронный ресурс]. URL: (Дата обращения: ). 4. Трегубова Е. Флэш-память. Принципы работы // allbest ноября [Электронный ресурс]. URL: ml (Дата обращения: ). 5. Достов В. Как работают флэш-карты // Guru.ua августа [Электронный ресурс]. URL: (Дата обращения: ). 6. Кузьмин А. flash память // А. Кузьмин. М.: Изд-во Горячая линия телеком, стр. 7. Флэш-память // Википедия сентября [Электронный ресурс]. URL: (Дата обращения: ). 8. Наконечный А. Флэш-память// А. Наконечный. М.: Изд-во Электронные книги, с. 9. Кожемяко А. Карта памяти SanDisk Ultra microsdxc 200 ГБ и некоторые другие сопутствующие вопросы // IXBT.com ноября [Электронный ресурс]. URL: (Дата обращения: ). 10. Мигачев И.Б. Флэш-память // Ремонт и настройка ПК октября [Электронный ресурс]. URL: (Дата обращения: ). 17
docplayer.ru
1.Флэш-память
Следуетпризнать тот факт, что цифровые технологии все шире входят в нашу жизнь. Запоследние пять лет появилось множество различных МРЗ-плееров, камер, карманныхкомпьютеров и другой цифровой аппаратуры. А все это стало возможным благодаря созданиюкомпактных и мощных процессоров. Однако при покупке какого-либо устройства,помещающегося в кармане, не стоит ориентироваться лишь на процессорнуюмощность, поскольку в списке приоритетов она стоит далеко не на первом месте.
При выборе портативных устройств самое важное, на мой взгляд — времяавтономной работы при разумных массе и размерах элемента питания. Во многом этоот памяти, которая определяет объем сохраненного материала, и,продолжительность работы без подзарядки аккумуляторов. Возможность храненияинформации в карманных устройствах ограничивается скромными энергоресурсамиПамять, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачинапряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и без непрерывнойподачи 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 движущихсячастей. К сожалению, флэш-память — дорогое удовольствие: средняя стоимость еемегабайта составляет 2 доллара<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[1],что в восемь раз выше, чем у SDRAM, не говоря уж о жестких дисках. А вототсутствие движущихся частей повышает надежность флэш-памяти: стандартныерабочие перегрузки равняются 15 g, а кратковременные могут достигать 2000 g, т.е. теоретически карта должна превосходно работать при максимально возможныхкосмических перегрузках, и выдержать падения с трёхметровой высоты. Причем втаких условиях гарантируется функционирование карты до 100 лет.
Многие производители вычислительной техники видят память будущегоисключительно твердотелой. Следствием этого стало практически одновременноепоявление на рынке комплектующих нескольких стандартов флэш-памяти.
1.1.Compact FlashЭтот стандарт был предложен в 1994 г. компанией SanDisk, а в 1995 г.его стала продвигать ассоциация CFA, созданная такими крупнымикомпаниями, как Hewlett-Packard, Hitachi, IBM, Motorola и др. Сейчас в неевходят уже более 165 фирм.
Модули памяти Compact Flash (CF) представляют собой модификациюPC-карт. Правда, они меньше по объему и имеют всего 50 контактов вместо 68, ноих можно подключать в разъемы PCMCIA через пассивный переходник бездополнительного ПО. Устройства CF делятся на два типа, внешне различающихсятолщиной. Размеры CF типа I — 36,4x42,8x3,3 мм, a CF типа II имеют ту жеплощадь, но их толщина больше — 5 мм. Карты типа II несовместимы с разъемамитипа I, тогда как для карт типа I подходят порты обоих видов.
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.
Максимальная емкость карт типа I составляет 256 Мбайт (у компаний PQI иDelkin), а карт типа II — 512 Мбайт (у фирмы SiliconTech).Причём ценаэкспоненциально зависит от размера модуля. Например, SiliconTech за своюполугигабайтную микросхему типа II требует 1608 долл., а наиболее выгодные покритерию «доллар за мегабайт» 128- и 256-Мбайтные карты стоят от 205и 420 долл. соответственно. Память типа I дороже, чем типа II, так как у нее тоже число микросхем надо вмещать в меньший объем.
Стандарт Compact Flash уже довольно давно представлен на рынке, поэтомупри покупке камеры, работающей с картами CF, можно не сомневаться, что удастсянайти совместимый по памяти МРЗ-плеер и не придется иметь дело с картами разныхвидов. Для совмещения карты данного типа с ноутбуком достаточно купить за 10долл. переходник для разъема PCMCIA.
1.2.SmartMediaСтандарт SmartMedia, или SSFDC был разработан в 1995 г. компаниейToshiba, а его продвижением занимается организация SSFDC Forum, в рядах которойнемало известных компаний. SSFDC (Solid State Floppy Disk Card) можно перевестикак «твердотельная дискета». Следует отметить, что многиепроизводители делают флэш-карты сразу трех основных типов: Compact Flash,SmartMedia и MultiMediaCard.
В отличие от Compact Flash, карты SmartMedia (SM) не снабженывстроенным контроллером, что, по замыслу создателей, должно снижать их стоимость.Кроме того, SM имеют меньшие размеры (37x45x1,76 мм) и массу (до 2 г). Попопулярности SM спорят с CF, а вместе с ним оба этих стандарта охватывают болееполовины рынка флэш-карт.
Рабочие напряжения у SM такие же, как и у CF, но обычно используется3,3 В. Максимальная емкость карт, объявленная производителями, в частностикомпаниями ЕМТЕС и Delkin, составляет 128 Мбайт, и стоит около 250 долл… Из-заотсутствия внутреннего контроллера для работы с этими картами невозможноприменить пассивный переходник, а считыватели для них стоят около 50 долл. SM обычно используются в цифровых камерах иМРЗ-плеерах, а вот в КПК — практически никогда.
1.3.MultiMediaCardЭтот стандарт предложили в 1997 г. компании Infineon Technologies(подразделение Siemens) и SanDisk, а продвигает его ассоциация ММСА, состоящаяиз 80 компаний (Infineon, Nokia, Ericsson, Hitachi, SanDisk, Motorolaи др.).
Карты ММС еще меньше, чем рассмотренные выше, — 32x24x1,4 мм, да ивесят они всего 1,5 г. Поэтому и предназначены в основном для ультрапортативныхустройств, особенно актуальны они в КПК, сотовых телефонах и электронныхзаписных книжках.
Эти модули памяти работают при напряжениях 3,3 или 2,7 В и токе до 35мА, что и обусловливает низкое энергопотребление.
Максимальная емкость ММС, представленных на Российском рынке,составляет 64 Мбайт, и стоит около 130 долл. Этот же объем оказался наиболеевыгодным по соотношению «доллар за мегабайт».
Сейчас стандарт ММС уже достаточно популярен, и примером тому можетслужить его поддержка КПК Cassiopea EM-500
1.4.Secure DigitalКомпания Matsushita Electronic (известная под торговой маркойPanasonic) вместе с SanDisk и Toshiba разработали стандарт, в котором учлипоследние веяния времени. Чтобы предотвратить несанкционированное копирование,носители Secure Digital (SD) снабжены средствами защиты от незаконногокопирования.
Размеры карт — 32x24x2,1 мм. Разъемы для них совместимы с модулями ММС.Пока стандарт только начал завоевывать рынок, но производители обещают уже вэтом году довести емкость карт SD до 256 Мбайт.
Уже анонсирован выпуск в формате SD модемов и других периферийныхустройств. А возможность защиты авторских прав позволила продавцам выпустить впродажу книги и песни на этих носителях.
1.5.Memory StickНекогда Sony заставила компьютерную индустрию выбрать в качествесменных носителей свои 3,5-дюймовые флоппи-дисководы, а теперь она решилапозаботиться о своих позициях и на аудиорынке, для чего разработала новыйстандарт флэш-карт Memory Stick
(MS). Эти 10-контактные устройства. размерами 21,5x50x2,8 мм и массой4 г стали опорой цифровой империи Sony, которая устанавливает их в своицифровые плееры, фотоаппараты и видеокамеры, также игрушки и другие устройства.
В апреле этого (2001) года была выпущена новая, 128-Мбайт модель MS стоимостью249 долл. Также существует разновидность MS MagicGate (с защитой отнесанкционированного копирования), предназначенная для плееров. В настоящеевремя стандарт Memory Stick поддерживается почти исключительно устройствамипроизводства концерна Sony. Из-за такой неуниверсальности они и не получили широкого распространения.
2.СчитывателиДля быстрого и удобного обмена информацией между флэш-картами икомпьютером используются считыватели. Они различаются способом и интерфейсомподключения к ПК, а также скоростными характеристиками.
2.1ВнешниесчитывателиЭти устройства могут подключаться через USB, LPT, и FireWire(IEEE1394) интерфейсы. Ониотличаются друг от друга только скоростными показателями. Скорость самогомедленного из них – подключаемого через параллельный порт, может достигать0,34Мбайт/с – при записи, и 0,62Мбайт/с – при чтение данных. У моделей суниверсальным последовательным портом эти показатели составляют 0,46 и0,77Мбайт/с. А вот FireWireсчитыватель оставил далеко позади всех своих конкурентов.Устройства с данным интерфейсом способны “запоминать” информацию на скорости до 0,7Мбайт/с, и выдавать её в трираза быстрее — 2,1Мбайт/с. Также большим плюсом является способность некоторыхмоделей работать ни с одним, а с несколькими стандартами флэш-памяти.
2.2.ВнутренниесчитывателиПодобные устройства вставляются в 3,5-дюймовый отсек системного блока,и подключаются к ATAинтерфейсу. К достоинствам считывателей данногокласса относятся высокая скорость(0,52 Мбайт/с и 1Мбайт/с) и отсутствиепосторонних устройств на столе. А к недостаткам – то он занимает отсексистемного блока, и IDEканал.
2.3.Считыватели — переходникиЭтот класс устройств позволяет подключить флэш-карту к компьютеру черездисковод. При этом используется переходник внешне похожий на 3,5-дюймовуюдискету(или PC-карту для ноутбуков). Карта памяти вставляется вадаптер, который впоследствии размещается в дисководе. Использование PCMCIA-адаптеровдаёт неплохие результаты, скорость передачи достигает 1Мбайт/с. А прииспользовании флоппи-дисковода она недотягивает и до отметки 36 Кбайт/с. И этопри том что FDD(FlashPath)-адаптер стоит дорожелюбого другого считывателя.
О г л а в л е н и е:
1.Флэш-память 1
1.1.Compact Flash 2
1.2.SmartMedia 3
1.3.MultiMediaCard 3
1.4.SecureDigital 4
1.5.MemoryStick 4
2.Считыватели 5
2.1Внешние считыватели 5
2.2.Внутренние считыватели 5
2.3.Считыватели– переходники 6
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">[1]
-Здесь и далее ценыприведены на лето 2001 года, и на момент прочтения реферата они могут несоответствовать действительности.www.ronl.ru
ФЛЭШ-ПАМЯТЬ
Вступление Считыватели Заключение
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: способ или интерфейсом подключения к ПК; скоростными характеристиками. Внутренние считыватели Эти устройства вставляются в 3,5-дюймовый отсек системного блока, и подключаются к ATA интерфейсу Достоинства: высокая скорость: 0,52 Мбайт/с и 1Мбайт/с отсутствие посторонних устройств на столе. 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: скорость передачи достигает 1Мбайт/с. 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 Размеры CF имеют ту же площадь, что и тип I, однако толщина больше - 5 мм. Максимальная емкость составляет 512 Мбайт (у фирмы SiliconTech). SiliconTech за свою полугигабайтную микросхему требует 1608 долл. 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: Рабочее напряжение используется 3,3 В. Максимальная емкость картсоставляет 128 Мбайт, и стоит около 250 долл.. 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
Ключевые слова страницы: как, скачать, бесплатно, без, регистрации, смс, реферат, диплом, курсовая, сочинение, ЕГЭ, ГИА, ГДЗ
referatzone.com
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
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.
5. Карты памяти (флэш-карты)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:. PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash)
. CompactFlash (CF)
. SmartMedia (SSFDC)Последовательный:
. MultiMedia Card (MMC)
. SD-Card (Secure Digital - Card)
. Sony Memory Stick
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 InternationalAssociation]). 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
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 PCMCIAATA. Стандарт разработан компанией SanDisk в 1994 году. Разработчики формата Compact Flash поставили цель: сохранить все преимущества карт ATAFlash, преодолев их основной недостаток - большие размеры. Конструкция картCompactFlash 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 на2 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 картыCF II, так что карты второго типа постепенно теряют популярность. КартыCompact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В. В отличие от картSmartMedia, которые существуют в двух версиях (трёх- и пяти- вольтовой), любая карта CF способна работать с любым из двух видов питания. 16 июня2003 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 5-7MB/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 картамCompactFlash 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 eXtreme Digital.Теоретически емкость карт xD может достигать 8ГБ. Сообщается, что скорость записи данных на xD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения - 5Мбайт/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 и SmartMedia, 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 производятсяToshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.
MMC (MultiMedia Card)
Интерфейс: последовательный, 7-ми контактный. Разработана в 1997 году компаниями Hitachi, SanDisk и Siemens Semiconductors (InfineonTechnologies). 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 PeripheralInterface). Режим SPI является частью протокола MMC и используется для коммуникации с каналом SPI, который обычно используется в микроконтроллерахMotorola 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 компаниямиMatsushita, SanDisk, Toshiba в 2000 году. SD-Card работает с напряжением2,0В - 3,6В, однако спецификацией предусматриваются SDLV-карты (SD LowVoltage) 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:
. По сравнению с MMC, в SD на 2 контакта больше. Оба новых контакта используются как дополнительные линии передачи данных, а тот контакт, который в MMC был декларирован как зарезервированный, в SD используется для передачи данных. Таким образом, по сравнению с MMC, где данные передаются по одному-единственному контакту, в SD данные могут передаваться по 4-м контактам одновременно (число линий, по которым передаются данные, может быть равно 1, 2 и 4, причём количество используемых линий можно динамически изменять). Эта особенность переводит карту из разряда карт с чисто последовательным интерфейсом в разряд карт с последовательно-параллельным интерфейсом.
. В отличие от MMC, SD изначально соответствует соглашениям SDMI (т.е. карты SD содержат т.н. механизм защиты авторских прав). Скорее всего, именно по этой причине карты и получили свое название: SD-Card -
SecureDigital Card. Множество значений слова Secure находится в диапазоне глаголов [охранять, обезопасить, запирать, овладевать, достигать, брать под стражу] и прилагательных [спокойный, безопасный, надёжный, застрахованный]. Digital, видимо, следует понимать как цифровой, а как правильно перевести всё вместе я предлагаю подумать вам самим.
. На карточке присутствует переключатель защиты от записи - write protection switch (как на дискетах)
. MMC по спецификации работает на частотах до 20МГц, SD на частотах до
25МГц.
. В режиме SPI карты SD работают по протоколу SD-Card, а не по протоколу
MMC.
. Добавлен один дополнительный внутренний регистр, часть остальных несколько отличаются от аналогичных в MMC.
. Обычно карточка несколько толще и тяжелее MMC.
. За счёт более толстой пластиковой оболочки, улучшена стойкость карты к статическим разрядам (ESD Tolerance).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), а один (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 MemoryStickDuo 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 старымиMemoryStick (в разъеме, предназначенном для обычных MemoryStick, карточкаMemoryStick 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” поддерживаютMagicGate. Пропускная способность интерфейса 160Mbps, или 20MB/s (4 линии x40 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 порядка70-80%), 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) http://www.ixbt.com/storage.shtml
2) http://www.itc.ua/
3) http://www.ak-cent.ru/?parent_id=9842
bukvasha.ru
