Флэш-память

    Содержание

    Введение 

    Что такое flash- память?

    Организация flash-памяти

    Архитектура флэш-памяти

    Карты памяти (флэш-карты)

    Вывод

    Литература 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.Введение 

    Технология  флэш-памяти появилась около 20-ти лет  назад. В конце 80-х годов прошлого столетия флэш-память начали использовать в качестве альтернативы UV-EPROM. С  этого момента интерес к флэш-памяти с каждым годом неуклонно возрастает. Внимание, которое уделяется флэш-памяти, вполне объяснимо – ведь это самый  быстрорастущий сегмент полупроводникового рынка. 
Ежегодно рынок флэш-памяти растет более чем на 15%, что превышает суммарный рост всей остальной полупроводниковой индустрии.

    Сегодня флэш-память можно найти в самых  разных цифровых устройствах. Её используют в качестве носителя микропрограмм  для микроконтроллеров HDD и CD- 
ROM, для хранения BIOS в ПК. Флэш-память используют в принтерах, КПК, видеоплатах, роутерах, брандмауэрах, сотовых телефонах, электронных часах, записных книжках, телевизорах, кондиционерах, микроволновых печах и стиральных машинах... список можно продолжать бесконечно. А в последние годы флэш становится основным типом сменной памяти, используемой в цифровых мультимедийных устройствах, таких как mp3-плееры и игровые приставки. А все это стало возможным благодаря созданию компактных и мощных процессоров. 
Однако при покупке какого-либо устройства, помещающегося в кармане, не стоит ориентироваться лишь на процессорную мощность, поскольку в списке приоритетов она стоит далеко не на первом месте.

    Начало  этому было положено в 1997 году, когда  флэш-карты впервые стали использовать в цифровых фотокамерах.

    При выборе портативных устройств самое  важное, на мой взгляд - время автономной работы при разумных массе и размерах элемента питания. Во многом это от памяти, которая определяет объем  сохраненного материала, и, продолжительность  работы без подзарядки аккумуляторов. Возможность хранения информации в  карманных устройствах ограничивается скромными энергоресурсами 
Память, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачи напряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и без непрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данных тратят его за троих. Хорошим выходом оказалась флэш-память, не разряжающаяся самопроизвольно. Носители на ее основе называются твердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. К сожалению, флэш- память - дорогое удовольствие: средняя стоимость ее мегабайта составляет 2 доллара, что в восемь раз выше, чем у SDRAM, не говоря уж о жестких дисках. 
А вот отсутствие движущихся частей повышает надежность флэш-памяти: стандартные рабочие перегрузки равняются 15 g, а кратковременные могут достигать 2000 g, т. е. теоретически карта должна превосходно работать при максимально возможных космических перегрузках, и выдержать падения с трёхметровой высоты. Причем в таких условиях гарантируется функционирование карты до 100 лет. 
Многие производители вычислительной техники видят память будущего исключительно твердотелой. Следствием этого стало практически одновременное появление на рынке комплектующих нескольких стандартов флэш-памяти. 
 

    2.Что  такое flash-память? 

    Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.

    . Энергонезависимая - не требующая  дополнительной энергии для хранения  данных (энергия требуется только  для записи).

    . Перезаписываемая - допускающая изменение  (перезапись) хранимых в ней данных.

    . Полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически движущихся  частей (как обычные жёсткие диски  или CD), построенная на основе  интегральных микросхем (IC-Chip).

    В отличие от многих других типов полупроводниковой  памяти, ячейка флэш- памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего  из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря  успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной  ячейке флэш-памяти хранить несколько  бит информации. Флэш-память исторически  происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и  функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие  от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают. Замены памяти SRAM и 
DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов). 
Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей. Флэш-память исторически произошла от полупроводникового ROM, однако ROM-памятью не является, а всего лишь имеет похожую на ROM организацию. Множество источников (как отечественных, так и зарубежных) зачастую ошибочно относят флэш-память к ROM. Флэш никак не может быть ROM хотя бы потому, что ROM 
(Read Only Memory) переводится как "память только для чтения". Ни о какой возможности перезаписи в ROM речи быть не может! Небольшая, по началу, неточность не обращала на себя внимания, однако с развитием технологий, когда флэш-память стала выдерживать до 1 миллиона циклов перезаписи, и стала использоваться как накопитель общего назначения, этот недочет в классификации начал бросаться в глаза. Среди полупроводниковой памяти только два типа относятся к "чистому" ROM - это Mask-ROM и PROM. В отличие от них EPROM, EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимой перезаписываемой памяти (английский эквивалент - nonvolatile read-write memory или NVRWM). 
ROM:

    . 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  невысокой 
NVRWM:

    . 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.