PC-Card (PCMCIA) или ATA Flash
Интерфейс: параллельный

Самым старым и самым большим по размеру следует признать PC Card (ранее этот тип карт назывался PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Карта снабжена ATA контроллером. Благодаря этому обеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. В настоящее время флэш-память этого типа используется редко. PC Card бывает объемом до 2GB. Существует три типа PC Card ATA (I, II и III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все три типа обратно совместимы между собой (в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, поскольку толщина разъема у всех типов одинакова – 3,3 мм). Питание карт - 3,3В и 5В. ATA-flash как правило относится к форм фактору PCMCIA Type I.

Тип Длина Ширина Толщина Использование Type I 85,6 мм 54 мм 3,3 мм Память (SRAM, DRAM, Flash и т. д) Type II 85,6 мм 54 мм 5 мм Память, устройства ввода-вывода (модемы, сетевые карты и т. д) Type III 85,6 мм 54 мм 10,5 мм Устройства хранения данных, жёсткие диски PC-Card Flash бывают двух типов: PCMCIA Linear Flash Card и ATA Flash Card (Flash Disk). Linear встречается намного реже ATA flash и не совместим с последним. Отличие между ними состоит в том, что ATA Flash содержит в себе схему, позволяющую эмулировать обычный HDD, автоматически помечать испорченные блоки, и производить автоматическое стирание блоков.


Compact Flash (CF)
Интерфейс: параллельный, 50-ти контактный, соответствует стандарту PCMCIA ATA. Стандарт разработан компанией SanDisk в 1994 году.

Разработчики формата Compact Flash поставили цель: сохранить все преимущества карт ATA Flash, преодолев их основной недостаток - большие размеры. Конструкция карт CompactFlash обеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом. Разъёмы Compact Flash расположены на торце карты, электрически и функционально повторяя назначение контактов PCMCIA. Таким образом, чтобы установить CompactFlash в слот PCMCIA достаточно простейшего адаптера CF-PCMCIA, повторяющего своими размерами обычную PC-Card.

Карты бывают двух типов: I и II (первого и второго типа). Карты типа II толще карт типа I на 2 мм, других существенных отличий между этими картами нет. CF I можно использовать в устройствах, снабженных разъемами CF II и CF I. CF II можно использовать только в устройствах с разъемами CF II (т.е. CF II типа обратно совместим с CF I типа). Compact Flash II типа были разработаны тогда, когда возникла необходимость в картах большого объема. Сейчас необходимости в картах CF II отпала, так как CF I догнали по объему карты CF II, так что карты второго типа постепенно теряют популярность.

"Карты [CF-прим.ред.] могут работать в одном из трёх режимов: карт памяти PC Card, карт ввода-вывода PC Card, чистого IDE (ATA). В первых двух режимах карты работают с теми же интерфейсными сигналами, что и PC Card. В режиме IDE электрический интерфейс и система команд полностью совместимы со спецификацией ATA. Специально для флэш-"дисков" в систему команд ATA введена целая группа команд, начинающихся с префикса CFA (CompactFlash Association), ориентированных на специфику записи во флэш-память. Специфика заключается в том, что быстрее всего запись выполняется в чистый (стертый) блок ("сектор диска"), а перезапись требует относительно длительного стирания. (...) Дополнительные команды позволяют определять состояние секторов (чистый ли, сколько раз перезаписанный), выполнять стирание секторов и быструю запись в чистые секторы". (М. Гук, "Карты SD - твердотельные носители информации")

Карты Compact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В. В отличие от карт SmartMedia, которые существуют в двух версиях (трёх- и пяти- вольтовой), любая карта CF способна работать с любым из двух видов питания.

16 июня 2003 года была утверждена спецификация v2.0. Скорость передачи данных согласно новой спецификации может достигать 16MB/s, при этом обеспечивается обратная совместим ость - карты, выпущенные по спецификации 2.0, будут работать в старых устройствах, но с меньшей скоростью. Произведенные по современным технологиям чипы флэш-памяти могут оперировать на скоростях 5-7 MB/s, так что теоретический предел в 16 MB/s оставляет солидный запас для роста.

В ближайшее время будут приняты дополнения, позволяющие CF работать в режиме DMA, а в 2004 году - Ultra DMA 33, что позволит работать картам CompactFlash с быстродействием до 33 MB/s. Сегодня теоретический предел емкости для CF составляет 137 GB.

Следует заметить, что будущее CF вполне определенно благодаря тому, что в этом типе карт реализовываются давние наработки ATA, успешно прошедшие испытание временем на компьютерных жестких дисках.

CF+ IBM Microdrive:
Следует заметить, что существует устройство IBM Microdrive с интерфейсом CF II. Физически Microdrive представляет собой обычный винчестер (только очень маленький). Достоинством IBM Microdrive является его цена (1 МБайт обходится в среднем в 2 раза дешевле, чем у обычных CF). Недостатками IBM Microdrive является высокое энергопотребление и меньшая, чем у CF, надёжность. Со временем Microdrive начинает "сыпаться", и, соответственно, ёмкость его начинает падать. Кроме того, в связи с повышенным энергопотреблением IBM Microdrive работает не со всеми устройствами, предназначенными для CF II. На рынке также представлено аналогичное по функциональности IBM Microdrive устройство Iomega Click, однако, по ряду характеристик Iomega Click уступает IBM Microdrive.

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 - 5 Мбайт/с.

Размеры карты: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакты у XD расположены, так же как и у SmartMedia, на лицевой части карты. На вопросы пользователей, не будет ли проблем с такими контактами, представители компании объясняют, что с контактами такой конструкции нужно быть очень бережным и протирать их сухой тряпочкой в случае загрязнения или попадения на них влаги (единственные карты с таким "свойством", не считая SM). Как 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 производятся Toshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.


MMC (MultiMedia Card)
Интерфейс: последовательный, 7-ми контактный. Разработана в 1997 году компаниями Hitachi, SanDisk и Siemens Semiconductors (Infineon Technologies).

Карты MMC содержат 7 контактов, реально из которых используется 6, а седьмой формально считается зарезервированным на будущее. По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточка состоит из пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхема памяти, микроконтроллер и разведены контакты.

Назначение контактов MMC:
1 контакт на передачу данных (в SPI - Data out)
1 контакт на передачу команд (в SPI - Data in)
1 часы
3 на питание (2 земли и 1 питание)
1 зарезервирован (в SPI режиме - chip select)

По протоколу MMC данные и команды могут передаваться одновременно.

MultiMedia Card работает с напряжением 2.0В - 3.6В, однако спецификацией предусматриваются карты с пониженным энергопотреблением - Low Voltage MMC (напряжение 1.6В - 3.6В). Для совсем уж мобильных устройств Hitachi выпускаются укороченные карты MMC длиной всего 18мм, вместо обычных 32-х.

Карты MMC могут работать в двух режимах: MMC и SPI (Serial Peripheral Interface). Режим SPI является частью протокола MMC и используется для коммуникации с каналом SPI, который обычно используется в микроконтроллерах Motorola и других производителей.

Стандарт SPI определяет только разводку, а не весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используется подмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использования в устройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно одну). С точки зрения приложения преимущество использования режима SPI состоит в возможности использования уже готовых решений, уменьшая затраты на разработку до минимума. Недостаток состоит в потере производительности на SPI системах, по сравнению с MMC.

Кроме описанного нами обычного MMC, существуют еще несколько стандартов карт MMC, такие как: RS-MMC, HS-MMC, CP-SMMC, PIN-SMMC.

Утвержденный MMCA (MMC Association – ассоциация производителей MMC) в конце 2002 года стандарт RS-MMC (Redused Size MMC) отличается от обычной MMC только габаритами – карта приблизительно в два раза меньше обычного MMC. Размеры карт RS-MMC - 24 x 18 x 1.4 мм, вес 0,8 г.

HS -MMC – высокоскоростная (High Speed) MMC-карта у которой не 7, а 13 контактов. Размеры карты как у обычной MMC. В режиме x8 (52Mhz) скорость передачи данных в теории может достигнуть 52MBps.

Форматы CP-SMMC и PIN-SMMC мы рассмотрим позднее, в разделе SDMI-совместимые карты памяти.


SD Card
Интерфейс: последовательный, 9-ти контактный. Формат разработан компаниями Matsushita, SanDisk, Toshiba в 2000 году.

SD-Card работает с напряжением 2,0В - 3,6В, однако спецификацией предусматриваются SDLV-карты (SD Low Voltage) с пониженным энергопотреблением (напряжение 1,6В - 3,6В), кроме того, спецификацией предусмотрены карты толщиной 1,4мм (как у MMC), без переключателя защиты от записи.

Фактически карточки SD являются дальнейшим развитием стандарта MMC. Флэш-карты SD обратно совместимы с MMC (в устройство с разъемом SD можно вставить MMC, но не наоборот).

Основные отличия от MMC:

• 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 MemoryStick Duo в устройствах, предназначенных для обычных MemoryStick, требуется специальный адаптер. Также существует модификация этого формата флэш-памяти - Memory Stick Duo MG. Карточки Duo появились в продаже с июля 2002 года.

На январской выставке Consumer Electronics Show 2003 была представлена карта MemoryStick Pro, разработанная Sony совместно с SanDisk. Новая модификация карт Sony имеет те же размеры и такое же количество контактов, как и у обычных MemoryStick. Однако карта не совместима со старыми MemoryStick (в разъеме, предназначенном для обычных MemoryStick, карточка MemoryStick Pro работать не будет, однако обратная поддержка реализована – в разъеме для карточек Pro, обычный MemoryStick читается).

Технически карточки Pro отличаются от обычных MemoryStick тем, что работают на более высокой частоте (40MHz), а данные передаются по четырем линиям, вместо одной. Кроме того, все карточки Pro "в нагрузку" поддерживают MagicGate. Пропускная способность интерфейса 160Mbps, или 20MB/s (4 линии x 40 MHz), однако с таким быстродействием карточка долго работать не может – на такой скорости способен работать только внутренний кэш, а по его заполнении карточка будет работать с пропускной способностью 15mbps.

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).

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!

Энергонезависимая память до и после флэш.

Ты наверняка не раз сталкивался с флэш-памятью, ведь именно она сейчас правит балом на рынке. Из этой статьи ты сможешь узнать ее краткую историю. Итак, годом рождения Flash является 1984-й, однако ее предки появились гораздо раньше. Поэтому предлагаю вернуться к самому началу компьютерной эпохи и посмотреть на то, как же все начиналось.

Read Only Memory.

Энергонезависимая память появилась еще в самых первых компьютерах и назвалась она ROM (Read Only Memory) или ПЗУ, как любят писать в учебниках по информатике. На ней основывались микросхемы, используемые для хранения постоянной информации, например, BIOS. Процесс изготовления подобного чипа заключался в выборочном нанесении литографическим способом соединительных перемычек между ячейками матрицы. Как несложно догадаться, наличие перемычки задавало логическую «1», а отсутствие – «0». Информация кодировалась сразу на этапе производства, и, понятно, ни о какой перезаписи тогда не шло и речи, впрочем, об этом поначалу особо и не задумывались. Несмотря на очевидные недостатки, к плюсам ROM можно было отнести приемлемую скорость работы, выдающуюся надежность и сравнительно низкую себестоимость. Постепенно, с развитием техники, стало понятно, что программное обеспечение устаревает значительно быстрее железной составляющей, а менять каждый раз прошитые микросхемы на новые оказывается делом весьма накладным. Появившееся решение получило название PROM (Programmable ROM). Новинка позволяла уже самостоятельно перезаписать информацию на микросхеме, правда всего лишь один раз и только при помощи программатора (отельного специализированного устройства). Технологически устройство памяти практически не изменилось, просто на смену жестким перемычкам пришли плавкие. При кодировании микросхемы программатор позволял разрушить выбранные перемычки, подавая на них высокое напряжение. Это решение существенно расширило пользовательские свободы, однако не решило проблемы перезаписи, а микросхема по прежнему оставалась «одноразовой».

Read-Write Memory.

Логичным развитием идей PROM стало появление в 1971 году памяти EPROM (Erasable PROM), разработанной в лабораториях Intel. В отличие от предыдущих EPROM стала пригодной для многократной перезаписи, однако под данной многократностью понималось лишь конечное небольшое число. К тому же данные нельзя было перезаписать частично, каждый раз приходилось сначала полностью обнулять память, а затем снова прибегать к услугам программатора для записи новой информации. Чаще всего при стирании использовался ультрафиолет, облучающий кристалл через небольшое кварцевое стеклышко в верхней части микросхемы, такая разновидность памяти называлась UVEPROM (UltravioletEPROM), реже для данных целей применялись рентгеновские лучи. К сожалению, из-за несовершенства технологии, при стирании нередко возникали различные неприятности, либо память очищалась не полностью и потом при наслоении на это новых данных получалась непонятная каша, либо микросхема подвергалась излишнему воздействию ультрафиолета, в результате чего ее можно было только выбросить. Принципиально важным отличием EPROM и PROM стала совершенная новая архитектура, поэтому, несмотря на все кажущиеся различия, EPROM имела куда больше сходств с будущей флэш-памятью. Для хранения одного бита информации вместо примитивных перемычек стали использоваться специальные транзисторы (FAMOS, разработанные Intel, и затем SAMOS, разработанные Toshiba).

Следующее заслуживающее внимание событие произошло в 1979 году, когда Intel выпустил новый тип энергонезависимой – в EEPROM (Electrically EPROM). Тогда впервые появилась возможность перезаписывать память частями, при этом, по сравнению с EPROM, заметно увеличилась надежность, и повысился ресурс работоспособности. Но все-таки главным достоинством нового типа памяти стало удобство использования, наконец-то стал возможным отказ от неудобных программаторов, так как теперь запись информации осуществлялось при помощи электрического тока при обычном подключении. Новая память вызвала такой ажиотаж на рынке, что ей начали пророчить чуть ли не полное вытеснение жестких дисков, хотя, как видишь, этого до сих пор не произошло, да и в будущем ожидать подобного явно не стоит. Сначала повсеместному распространению чипов препятствовала их весьма солидная себестоимость, а затем производители споткнулись об ограниченный ресурс перезаписей и неконкурентоспособную скорость записи и чтения, в результате память EEPROM так и не смогла по своим характеристикам подобраться к жестким дискам.

Flash.

Итак, в 1984 году появилась память Flash (Flash Erase EEPROM). Этой разработке удалось совершить полноценную революцию не только на рынке энергонезависимой памяти. Конечно, флэш-память далеко не сразу вытеснила своих предшественников, решения на основе EEPROM оставались вполне актуальными в течение последующих лет пяти. Причем новая технология не пользовалась особым коммерческим успехом практически до середины 90-х годов, а ее звездный час наступил спустя более чем 15 лет – в начале нового века. Первый вариант флэш-памяти был разработан компанией Toshiba, и только в 1988 году сходное решение представила компания Intel. Flash во многом напоминал EEPROM (а, следовательно, и EPROM), конструктивное различие коснулось в основном несущих транзисторов. При этом максимально возможное количество циклов перезаписи опять не сравнялось с бесконечностью, и даже в современных моделях это ограничение находится на уровне «всего лишь» нескольких миллионов. Главное отличие flash от предшественников состояло в ином способе стирания информации: данные можно было обнулять или в определенном минимальном объеме (чаще всего берется блок размером 256 или 512 байт), или очищать сразу весь чип. Возможно, именно из-за способности мгновенно стирать данные flash-память и получила свое название, ведь для очистки EEPROM требовалось неизмеримо больше времени. На самом деле далеко не все микросхемы флэш-памяти одинаковы, правильнее будет даже сказать, что все они различны. Пожалуй, единственное, что гарантированно объединяет чипы разных производителей – это использование для хранения информации транзисторов с «плавающим» затвором (если тебя интересует более подробное описание, то рекомендую ознакомиться с информацией во врезки), в остальном же каждый производитель старается использовать собственные ноу-хау. Даже практически с самого рождения технологии существовало два принципиально разных варианта архитектуры – это NOR, разработанный Intel, и NAND от Toshiba. Как ни странно, но как таковой конкуренции между ними до сих пор не возникло и сейчас станет понятно почему. Немногим раньше появилась память NOR (Not OR), при данной реализации к каждому транзистору подводятся индивидуальные контакты. Отсюда сразу всплывают серьезный минус – становится невозможным существенно уменьшить размер самих транзисторов, а, следовательно, и увеличить суммарную емкость без изменения физических размеров чипов, поэтому стандартный объем NOR-модуля не превышает и десяти мегабайт. Зато такой подход позволяет легко оперировать с инфой побайтно, поэтому NOR обычно применяется там, где требуется хранить разнообразную программную информацию, например, в BIOS или RAM различных мобильных устройств. Память NAND (Not AND) появилось на год позже, чем NOR, в данном случае вместо отдельных используется целая сеть из продольных и поперечных контактов, где адресация каждого транзистора, как в «морском бое», задается выбором одного продольного и одного поперечного контакта. Такое решение позволило практически неограниченно повышать плотность записи информации, благодаря чему объем одного носителя стал измеряться уже гигабайтами. С другой стороны, осуществлять доступ к информации стало возможно лишь целыми блоками (содержащими определенное количество байт). В итоге банальная операция изменения одного байта стала проходить в несколько этапов, где требовалось сначала скопировать в буфер целый блок, заменить в буфере значение нужного байта, затереть в памяти данный блок и только потом записать блок с измененным байтом обратно. Производительность при побайтовой замене падает просто чудовищно, зато при последовательном чтении или записи объема, сильно превышающего размер одного блока, в лидеры вырывается уже NAND, поэтому данная память нашла свое применение в различных картах памяти и USB-брелоках, которые, в основном применяются, для работы с мультимедийными данными и переноса больших объемов информации. Спустя некоторое время появились также и гибридные решения – AND и DiNOR (Divided bit-line NOR), имеющее черты одновременно сходные как с NAND, так и с NOR-архитектурой. Первые модели флэш-памяти обладали сравнительно простой архитектурой, в частности каждый транзистор мог содержать в себе только один бит информации. И поначалу все развитие двигалось в сторону уменьшения размеров лишь самих транзисторов, однако спустя несколько лет появились разработки, позволяющие использовать одну ячейку для хранения двух и более бит. Новинка получила название MLC (Multi Level Cell), несложно подсчитать, что благодаря этому удалось увеличить объем того же чипа в N раз, где N количество бит хранимых на одном транзисторе. Функционирование MLC было основано на том, что стало возможным различать не два пороговых значения заряда, находящегося на «плавающем» затворе, а больше. Конечно, максимальное число считываемых состояний было строго ограниченным, появилась полноценная память с 4-х битными ячейками, а остальные попытки повысить это значение остались безрезультатными. Ну и как всегда в бочке меда оказалась изрядная ложка дегтя. Во-первых, с данным нововведением повысилось количество ошибок, что пришлось решать дополнительными средствами, а во-вторых, сразу упали скоростные характеристики памяти. На рынке MLC особых успехов добилась корпорация Intel со своей разработкой StrataFlash и AMD c MirrorBit. Отдельно стоит упомянуть о ставших весьма популярными в последнее время устройствах, состоящих всего из одной микросхемы, в которую встроен процессор, оперативная и флэш-память. Подобные решения особо актуальны именно сейчас, в эпоху глобальной миниатюризации всего, что только возможно, сфера их применения пока ограничивается лишь КПК и смартфонами, но возможно в скором времени лишь одна такая микросхема сможет сравниться уже и с полноценным компьютером. Даже существующие на данный момент такие системы обеспечивают уже весьма солидную производительность, достаточную для того, чтобы комфортно запустить Linux или практически любую другую мобильную операционную систему и работать с довольно серьезными приложениями. Существование подобных чипов очередной раз доказывает безграничные возможности флэш-памяти, которые в ближайшие несколько лет будут только расширяться.


Будущее флэш.

На сегодняшний день технология флэш продолжает активно развиваться – регулярно появляются новые модели с постоянно возрастающими характеристиками, объем продаж увеличиваются с завидной стабильностью. Вроде производителям и нечего больше желать. На самом деле это не так, похоже, что ресурс совершенствования классической памяти уже практически исчерпан, крупнейшие производители уже напрямую приблизились к тому пределу, через который привычный флэш перешагнуть уже не сможет. Даже по самым оптимистичным прогнозам эволюция флэш-памяти полностью прекратиться уже к 2010 году. Поэтому в последние годы начались активные поиски решения способного в перспективе забрать у flash пальму первенства. Очевидно, что развитие носителей должно и дальше двигаться в сторону уменьшения их физических размеров, увеличения плотности записи, повышения скоростных характеристик, понижения энергопотребления, продления ресурса работы, а, возможно, и вообще перехода на «вечные» носители. Так что предлагаю взглянуть на технологии, которые на данный момент имеют наибольшие шансы заполучить через несколько лет место под солнцем. Большие планы строят фирмы Freescale и Infineon в отношении памяти MRAM (Magnetic RAM). Эта технология основана на применении магнитной памяти, состоящей из ферромагнетика особой структуры, способного изменять свое сопротивление при изменении намагниченности. К огромным плюсам MRAM относятся неограниченный ресурс перезаписи и просто феноменальная скорость доступа. Если развитие памяти пойдет по намеченному производителями пути, то, возможно, MRAM попробует даже замахнуться и на трон классической оперативной памяти. Но, конечно, до этого пока далеко. Несмотря на то, что данные микросхемы уже вплотную приближается к коммерческому производству, они до сих пор обходятся слишком дорого, да и объемы работоспособных прототипов пока ограничены лишь 16 Мб. В качестве еще одного серьезного претендента на звание памяти будущего рассматривают технологию OUM (Ovonic Unified Memory), разрабатываемую одноименной фирмой Ovonics при активном участии Intel. Эта технология слегка напоминает принцип работы оптических перезаписываемых носителей: функционирование такой памяти основано на том, что при пропускании через халькогенидный сплав напряжения он заметно нагревается, вследствии чего переходит из кристаллического состояния в аморфное и прекращает пропускать электричество. Создав матрицу из подобных ячеек, получим примитивную модель памяти. Уже сейчас OUM превосходит флэш по максимальному количеству циклов перезаписи и опережает по времени доступа. К тому же при массовом производстве ожидается довольно низкая себестоимость, поэтому у технологии OUM есть все шансы составить достойную конкуренцию флэш-памяти. Первые пробные чипы уже появились, однако разработчикам еще только предстоит разобраться с несколькими серьезными проблемными местами. В частности, пока не решен вопрос чрезмерного нагрева при активной работе. Конечно, есть еще множество разнообразных технологий, готовящихся к предстоящей войне с flash, но, бесспорно, самыми футуристическими и многообещающими экспертам видятся нанотехнологии. Самое просто применение, которое можно найти им во флэш-памяти – это заменить «плавающий» затвор транзистора на нанокристаллы кремния. Это в перспективе позволит значительно повысить надежность хранения информации и существенно уменьшить размер ячеек, причем есть все основания полагать, что данные идеи будет реализованы, ведь за них отвечает компания Motorola, а работа над этим проектом идет уже несколько лет. В более отдаленном будущем теоретически возможно применение нанотрубок для хранения информации, например, недавно был создан полноценный транзистор на их основе, хотя, конечно, ни о каких работоспособных образках самой памяти пока не идет и речи. Вообще, освоение нанотехнологии открывает безграничные горизонты совершенствования чипов памяти и остается лишь ждать, когда они доберутся до массового рынка.


Как же оно работает?!

Рассмотрим принцип работы флэш-памяти на примере одной простейшей ячейки, состоящей из одного транзистора, отвечающего за хранение одного бита информации. Определение значения бита осуществляется в зависимости от количества электронов на так называемом «плавающем» затворе, соответственно наличие заряда обычно определяет логический «0», а отсутствие «1». «Плавающий» затвор окружен слоем диэлектрика, поэтому находящиеся на нем электроны просто так не могут покинуть его границы, благодаря этому и обеспечивается долговременная сохранность данных. Помимо «плавающего» затвора в транзисторе также предусмотрены управляющий затвор и две специальные области – сток и исток, назначение которых станет понятно чуть позже. Для того чтобы на «плавающем» затворе появился заряд, на сток подается высокое напряжение, а при этом на управляющий затвор подается напряжение примерно в два раза большее. В результате электроны обретают довольно высокую энергию и, преодолевая до этого неприступную преграду в виде диэлектрика, попадают на «плавающий» затвор. Для «удаления» заряда высокое напряжение теперь подается на исток, благодаря чему электроны аналогичным образом покидают «плавающий» затвор и переходят в область истока. Данные считываются следующим образом: на управляющий затвор подается положительное напряжение и, если заряд на «плавающем» затворе отсутствует, то в подложке между истоком и стоком возникает ток, что определяется на истоке, что в свою очередь, как раз и означает логическую «1». Если же заряд присутствует, то тока не возникает, что, соответственно, означает «0»
По материалам: !!! Скрытая ссылка !!! Зарегистрируйтесь, чтобы её увидеть!

<H4 align=left>1. Программирование ячейки</H4>






Электроны в канале получают высокое дрейфовое ускорение, и при напряженности электрического поля выше ~100 kV/cm их кинетическая энергия не успевает рассеяться на атомах кристаллической решетки, что приводит к их «разогреву». В результате большее число электронов становится способным преодолеть потенциальный барьер диэлектрика (рис. 2), и, при наличии «инжектирующего» электрического поля (положительный потенциал приложен к управляющему затвору) — накапливаться на плавающем затворе ячейки.








Такой механизм переноса заряда используется в большом количестве моделей микросхем Flash-памяти. В более поздних разработках в качестве механизма записи использован эффект туннелирования Фаулера-Норхейма, ранее применявшийся только для стирания запоминающих ячеек.


2. Стирание ячейки
Туннелирование Фаулера-Нордхейма — переход электронов в плавающий затвор при смещении потенциального барьера электрическим полем. Поле возникает при приложении разницы потенциалов между управляющим затвором (-) и истоком (+) (рис.3).











В результате в области истока образуется «канал», по которому происходит стекание заряда с плавающего затвора за счет туннельного перехода через потенциальный барьер (рис. 4).









3. Надежность
Как видно из приведенных схем, токи заряда и разряда плавающего затвора ячейки сконцентрированы в локальной области изолирующего затвор диэлектрика. Зависимость плотности тока от напряженности поля показана на рис. 5.























Уменьшение окна порогового напряжения (напряжение, при котором образуется ток стока при считывании) приводит к снижению вероятности достоверного считывания состояния ячейки, что при использовании коррекции ошибок записи дает увеличение времени программирования при использовании повторных операций с верификацией. В предельном случае деградации туннельного диэлектрика наступает так называемый пробой — слой SiO₂ перестает выполнять свои изолирующие функции, так как из-за накопления большого числа дефектов потенциальный барьер перехода Si/SiO₂ снижается до уровня, недостаточного для удержания заряда на плавающем затворе. «Окно порогового напряжения» закрывается, ячейка перестает программироваться, оставаясь в некотором стабильном состоянии. Таким образом, одним из важнейших ограничений надежности Flash-архитектуры является ограниченный ресурс ячеек по числу циклов записи-стирания.


4. Программные методы повышения надежности
Над изучением процессов деградации MOS структур работают специалисты многих исследовательских центров, и результаты этих исследований внедряются разработчиками новых структур Flash-памяти с целью постоянного улучшения надежности этого вида устройств. Основные пути снижения скорости деградации ячеек — улучшение качества материалов и повышение точности технологий, а также разработка новых конструкций ячеек и матриц, содержащих меньшее количество «тонких мест», присущих ранним разработкам. Тем не менее достичь идеального качества в массовом производстве на сегодняшний день не представляется возможным, а наличие стрессовых механизмов деградации туннельного диэлектрика, помимо обычных тепловых (диффузии и миграции примесей), снижает надежность устройств Flash-памяти по сравнению с другими микроэлектронными структурами с высокой степенью интеграции. Поэтому для получения накопителей, пригодных для реальной работы, применяются технологии не только физического уровня, но и программные алгоритмы, призванные обеспечить приемлемую надежность хранения данных.

Как и в технологии накопителей на магнитных дисках, во Flash-накопителях применяется алгоритм трансляции реальных «физических» адресов в доступные через стандартизованный интерфейс «логические» адреса. С одной стороны, такое преобразование позволяет работать с накопителем в рамках распространенных стандартов без применения специализированного ПО, а с другой, призвано обеспечить прозрачный для пользователя дефект-менеджмент и выравнивание «износа» ячеек памяти, обладающих ограниченным ресурсом.

В распространенных накопителях (USB Flash drives, картах памяти стандартов CF, SD и др.) данная функция выполняется встроенным программным обеспечением (firmware) контроллера накопителя, в картах памяти стандартов SmartMedia, xD — возлагается на ПО устройства, в котором эта карта применяется. В общем случае трансляция производится путем выборки адресов физических блоков по хранимым на той же микросхеме таблицам соответствия (рис. 8).






В отличии от HDD микросхема памяти — устройство не механическое, скорость передачи блоков данных не зависит от их расположения, и выборка блоков может быть действительно произвольной. Конкретная реализация алгоритма трансляции определяется только фантазией авторов firmware контроллера, и на практике встречаются самые разнообразные варианты, от простых до довольно сложных.

Однако все алгоритмы объединяет один общий недостаток: призванные обеспечить равномерную загрузку всех исправных ячеек памяти, они порождают новое «узкое место» — сами таблицы трансляции. Так как для выравнивания нагрузки необходимо изменять порядок следования блоков (например, на место постоянно используемых под FAT начальных логических блоков подставлять разные физические), таблицы транслятора должны постоянно обновляться. В то же время они должны оставаться доступными контроллеру, то есть находиться на раз и навсегда определенном месте.

Таким образом, блоки, содержащие таблицы трансляции, подвергаются более интенсивному износу, чем блоки, содержащие пользовательскую информацию. Для уменьшения такого износа также используются специальные алгоритмы, но тут уже нет такой свободы действий, как с произвольно доступными блоками из пользовательской области. Результатом же ошибки в служебном блоке может стать, в зависимости от реализации ПО контроллера, как искажение пользовательской информации, так и полная недоступность адресного пространства накопителя через стандартный интерфейс. Часто такая неисправность может быть устранена форматированием накопителя с помощью специализированных утилит, распространяемых изготовителем, но находившаяся на нем информация при этом будет безвозвратно потеряна.

При необходимости восстановления информации с накопителя в случае появления дефектов в пользовательской области, а также при нарушениях структур файловой системы применимы те же технологии, которые используются при восстановлении информации с HDD. В случае же нарушений в служебной области микросхемы ситуация выглядит примерно так же, как и при неисправности контроллера — адресное пространство накопителя становится полностью недоступным, и общедоступные методы неприменимы.

Подробнее о методиках восстановления информации с Flash-накопителей можно узнать в разделе «Восстановление информации с Flash-накопителей» нашего сайта

По материалам:http://www.q-lab.ru/ru_flash.sht

Причин поломок flash достаточно много. Мы опишем основные причины выхода их
из строя , приводящие к невозможности считать данные , записанные на flash.

Состояние flash носителя

Причины выхода из строя

*Flash определяется компьютером, но данные недоступны-Нарушение логической структуры данных.
Это может произойти в результате:
- вирусной атаки, когда страдают системные сектора , либо конкретные файлы;
- при сбоях по питанию при записи информации на flash;
- при некорректном извлечении flash из компьютера

*Flash определяется компьютером, но данные недоступны-Появление bad - блоков (по аналогии с жескими дисками ).
Часто страдают системные сектора , содержащие информацию о расположении файлов и директорий.

*Flash не определяется компьютером-Механическое повреждение .
Самым "травмоопасным" является интерфейсный разъем flash - ки. Происходит разрыв контактов, повреждение элементов, микросхем.

*Flash не определяется компьютером-Электрический пробой.
Выгорает контролер и др элементы.

*Flash может определяться, или не определяется компьютером,-В результате различных причин (неправильные действия пользователя или скачка напряжения) обнуление ячеек микросхемы памяти.

http://torg.mail.ru/article/4853/