Флэш-память, Виды,хар-ки,советы Опции

[Аксакал]

Флэш-память / Флеш-память (англ. Flash-Memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти.
Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов ). 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. Одним из первых флешки JetFlash в 2002 году начал выпускать тайваньский концерн Transcend.
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. Хотя работы в этих направлениях ведутся. 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.
Ещё один недостаток устройств на базе флеш-памяти по сравнению с жёсткими дисками — как ни странно, меньшая скорость. Несмотря на то, что производители SSD-накопителей заверяют, что скорость этих устройств выше скорости винчестеров, в реальности она оказывается ощутимо ниже. Конечно, SSD-накопитель не тратит подобно винчестеру время на разгон, позиционирование головок и т. п. Но время чтения, а тем более записи, ячеек флеш-памяти, используемой в современных SSD-накопителях, больше. Что и приводит к значительному снижению общей производительности. Справедливости ради следует отметить, что последние модели SSD-накопителей и по этому параметру уже вплотную приблизились к винчестерам. Однако, эти модели пока слишком дороги. Характеристики
Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 Мб/с. В основном флеш-карты имеют большой разброс скоростей и обычно маркируются в скоростях стандартного CD-привода (150 килобайт/с). Так, указанная скорость в 100× означает 100 × 150 килобайт/с = 14,65 мегабайт/с.
В основном объём чипа флеш-памяти измеряется от килобайт до нескольких гигабайт.
В 2005 году Toshiba и SanDisk представили NAND-чипы объёмом 1 Гб[], 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 8-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 году компанией начато производство этой памяти, но объёмом 4 Гб (32 Гбит).

В то же время, в декабре 2009 года, Toshiba заявила, что 64 Гб NAND память уже поставляется заказчикам, а массовый выпуск начнётся в первом квартале 2010 года.

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. 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.

[RINA]

История создания флэш памяти

Нажмите для просмотра скрытого текста

Первой энергонезависимой памятью была ROM (ПЗУ) - Read Only Memory. Из названия
становится понятно, что данный тип имеет единственный цикл записи. Он
осуществляется сразу при производстве, путем нанесения алюминиевых дорожек
между ячейками ROM литографическим способом. Наличие такой дорожки
означает 1, отсутствие 0. К сожалению, этот вид памяти не приобрел большой
популярности, так как процесс изготовления микросхемы ROM занимает
длительное время (от 4 до 8 недель). Но, как это ни
парадоксально, стоимость памяти довольно низкая (естественно, при больших
объемах производства), а информацию с нее можно стереть только молотком
или паяльной лампой. Естественно, что ROM дело не ограничилось. Возникла
острая необходимость в перезаписи памяти, а каждый раз выпускать ПЗУ с новыми
данными было дорого и нерационально. Поэтому ROM сменила PROM
(Programmable ROM). Микросхему с такой памятью можно было подвергнуть
повторному (правда, единственному) прожигу с помощью специального устройства
– программатора. Дело в том, что PROM производилась немного по другой
технологии. Дорожки между ячейками были заменены плавкими перемычками, которые
могли быть разрушены путем подачи высокого напряжения на микросхему. Таким
образом, появляется единственный цикл перезаписи.
Рождение
EPROM. Как было сказано выше, ROM и PROM относятся к виду
неперезаписываемой энергонезависимой памяти. В 1971 году Intel выпускает
совершенно новую микросхему памяти под аббревиатурой EPROM (Erasable
Programmable ROM). Такую микросхему можно было подвергать неоднократной
перезаписи путем облучения чипа рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами.
Память, стираемая ультрафиолетом, появляется немного позднее и носит
аббревиатуру UV-EPROM. В такой микросхеме имеется небольшое окошко с кварцевым
стеклом. За ним находится кристалл, который облучается ультрафиолетом. После
стирания информации это окошко заклеивают. Частичная перезапись данных
по-прежнему остается невозможной, так как рентгеновские и ультрафиолетовые
лучи изменяют все биты стираемой области в положение 1. Повторная запись данных
осуществляется также на программаторах (как в ROM и EROM). Вообще, EPROM
была основана на МОП (металл-оксид-полупроводник) транзисторах. Запись данных в
ячейки такого транзистора производилась методом лавинной инжекции заряда (о
методах записи будет сказано ниже). Этот метод давал возможность
неоднократно перезаписывать данные памяти (хотя количество циклов было
ограниченным). Таким образом, вместе с EPROM рождается поколение NVRWM, что
расшифровывается как NonVolatile Read-Write Memory. Но, несмотря на абсолютно
новую технологию, этот вид был вытеснен с рынка другими видами
памяти.

через восемь лет, в 1979 году после выхода EPROM, фирма Intel
разрабатывает новый вид памяти, которая могла быть перезаписана частями. С
помощью электрического тока становилось возможным изменение данных в
определенной ячейке микросхемы. Это нововведение уменьшало время
программирования, а также позволяло отказаться от внешних
устройств-программаторов. Для записи данных память достаточно было
подключить к системной шине микропроцессора, что значительно упрощало работу с
микросхемой. За удовольствие надо платить... Поэтому стоимость EEPROM была
высокой. Это неудивительно, так как технологии производства такой памяти
были очень сложными. В отличие от предыдущего EPROM, увеличивалось
количество циклов перезаписи информации. Наконец в 1984 году компания Toshiba
разрабатывает принципиально новый вид памяти под названием Flash. Через четыре
года Intel выпускает свой вариант Flash-памяти (поэтому иногда ее создание
незаслуженно приписывают этой компании). Но обо всем по порядку. Flash-память
была создана в 1984 году. Сразу после этого начался интенсивный процесс развития
этого вида, а на ее предшественницу торжественно забили (хотя EEPROM еще долгое
время рулил на рынке). Устройство Flash имеет довольно сложную структуру. Дело в
том, что процессы перепрожига микросхемы базируются на законах квантовой
механики. В самом простом случае ячейка Flash состоит из одного полевого
транзистора. Элемент включает в себя специальную электрически
изолированную область, называемую "плавающим затвором". Этот термин возник из-за
того, что потенциал этой области не является стабильным, что позволяет
накапливать в ней электроны (именно здесь и хранится вся информация памяти).
Выше "плавающего" находится управляющий затвор, который является неотъемлемой
частью при процессе записи/стирания данных памяти. Эта область напрямую
соединена с линией слов. Перпендикулярно этой линии располагается линия битов,
которая соединена со стоком (при записи данных из этой области транзистора
появляется поток электронов). Сток разделяется с истоком специальной подложкой,
которая не проводит электрический ток. Запись данных во Flash происходит методом
инжекции "горячих" электронов, а стирание – методом туннелирования
Фаулера-Нордхейма (Jox=A*E^2*exp(-Eo/E), где Jox – туннельный ток
инжекции, А – константы, E – напряженность электрического поля).

----------------------------------------------------------

Что такое flash-память?

Нажмите для просмотра скрытого текста

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 потреблинет 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, б ольшая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей.

Итак, благодаря низкому энергопотреблению, компактности, долговечности и относительно высокому быстродействию, флэш-память идеально подходит для использования в качестве накопителя в таких портативных устройствах, как: цифровые фото- и видео камеры, сотовые телефоны, портативные компьютеры, MP3-плееры, цифровые диктофоны, и т.п.

Примечание: Мы рассматриваем только "чистую" флэш-память с числом циклов чтения/записи более 10000. Кроме "чистого" flash существуют OTP (One Time Programmable) - память с единственным циклом записи, и MTP (Multiple Time Programmable) - до 10000 циклов. Кроме количества допустимых циклов записи/стирания принципиальной разницы между MTP и Flash нет. OTP существенно отличается от этих типов архитектурно.

От ROM к Flash



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).
Примечание: всё, правда,
встает на свои места, если, как утверждают сейчас некоторые специалисты, не
считать RAM и ROM акронимами. Тогда RAM будет эквивалентом "энергозависимой
памяти", а ROM - "энерго независимой памяти".
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 годовПреимущества: 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 перезаписи2. Большой процент брака3. 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.EPROM от Intel была основана
на МОП-транзисторах с лавинной инжекцией заряда (FAMOS - Floating Gate Avalanche
injection Metal Oxide Semiconductor, русский эквивалент - ЛИЗМОП). В первом
приближении такой транзистор представляет собой конденсатор с очень малой
утечкой заряда. Позднее, в 1973 году, компания Toshiba разработала ячейки на
основе SAMOS (Stacked gate Avalanche injection MOS, по другой версии - Silicon
and Aluminum MOS) для EPROM памяти, а в 1977 году Intel разработала свой вариант
SAMOS.В EPROM стирание приводит все биты стираемой области в одно
состояние (обычно во все единицы, реже - во все нули). Запись на EPROM, как и в
PROM, также осуществляется на программаторах (однако отличающихся от
программаторов для PROM). В настоящее время EPROM практически полностью
вытеснена с рынка EEPROM и Flash.Достоинство: Возможность
перезаписывать содержимое микросхемыНедостатки: 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 (E?PROM
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.

"Что в имени тебе моем?"



Если мы посмотрим в англо-русский словарь, то
среди прочих увидим следующие переводы слова flash: короткий кадр (фильма),
вспышка, пронестись, мигание, мелькание, отжиг (стекла).
Флэш-память получила свое название благодаря
тому, как производится стирание и запись данного вида памяти.
Основное объяснение:

Название было дано компанией Toshiba во время
разработки первых микросхем флэш-памяти (в начале 1980–х) как характеристика
скорости стирания микросхемы флэш-памяти "in a flash" - в мгновение
ока.
Два других (менее правдоподобных)
объяснения:

Процесс записи на флэш-память по-английски
называется flashing (засвечивание, прожигание) - такое название осталось в
наследство от предшественников флэш-памяти.
В отличие от EEPROM, запись/стирание данных во флэш-памяти
производится блоками-кадрами (flash - короткий кадр [фильма])
Встречающиеся в отечественной
литературе попытки объяснить происхождение названия флэш-памяти как
характеристику высокого быстродействия данного типа памяти (переводя слово flash
как вспыхнуть, пронестись, короткий промежуток времени) следует признать
несостоятельными, хотя и не лишёнными здравого смысла. Действительно, применение
блочной схемы стирания позволяет в большинстве случаев добиться увеличения
скорости записи.По материалам:
!!! Скрытая ссылка !!! Зарегистрируйтесь, чтобы её увидеть!