Flash-память и принципы работы, Рефераты из Информатика

Скачай Flash-память и принципы работы и еще Рефераты в формате PDF Информатика только на Docsity! Содержание Введение............................................................................................................3 1. История создания Flash –памяти.................................................................4 2. Предназначения Flash –памяти....................................................................6 2.1. Организация flash памяти...................................................................6 2.2. Выяснение понятий туннелирования и стирания….......................7 3. Типы Flash -памяти........................................................................................9 4. Достоинства и недостатки............................................................................11 2.3. Достоинства.........................................................................................11 2.4. Недостатки...........................................................................................11 5. Применение Flash -памяти в цифровых устройствах................................13 6. Технические характеристики флэш-устройств..........................................14 Заключение…....................................................................................................16 Список литературы...........................................................................................17 10 Введение Flash -память – это очень важное и очень популярное понятие в мире высоких технологий. Это тип памяти, который на длительное время сохраняет определенную информацию на своей плате, не используя при этом питания. Запоминающие устройства завоевали огромную популярность в наше время. Уже всем известные компьютерные Flash-накопители – миниатюрные брелки с разъѐмом под USB. Flash-накопители превратились в универсальное средство для хранения и переноса различной информации. Без карты памяти нельзя представить цифровой фотоаппарат, или графический планшет. Так слотами для сменных флэш-карт оснащается всѐ больше мобильных телефонов, плееров и других портативных и уже даже стационарных устройств, таких как DVD проигрыватели – это увеличивает их функции и даѐт пользователям больше удобства неограниченной внешней памяти. Действительно, по практичности им практически нет равных. Секретами большого успеха флэшек на рынке являются большой и часто растущий объѐм, который измеряется высокими гигабайтами; высокое быстродействие и хорошая надѐжность хранения данных; еще одим большой плюс - компактность Flash -карт; так же неприхотливость к внешней среде и отсутствие подвижных деталей; низкое энергопотребление и, наконец, удобство подключения и использования. Все это сказывается на массовом выпуске и повсеместной доступности этих уже популярных изделий. Целью написания данного реферата является: выяснение основных принципов работы, предназначения Flash -памяти и история ее создания, рассмотрение технологии изготовления. В задачи реферата входят: применение Flash -памяти в цифровых устройствах; обзор и характеристика существующих стандартов: удобство и польза Flash -карт; выяснение понятий туннелирования и стирания. Предназначения Flash -памяти Flash -память служит для хранения обновляемых программ и данных, которые можно изменять, в самых разных системах, включая мобильные телефоны, модемы, цифровые фото и видео камеры, и многое другое. Так, в разработках сотовых телефонов параметрические блоки Flash -памяти используют для хранения номеров в телефоне (SIM-карта). Flash -память преображается электрически внутрисистемно, но подобно ПЗУ, флэш энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. Однако, Flash нельзя переписывать побайтно. Flash -память читается и записывается байт за байтом и предъявляет новое требование: ее нужно стереть перед тем, как записывать новые данные. Организация flash-памяти Ячейки флэш-памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах. В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации. При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции "горячих" электронов или методом туннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с "плавающего" затвора) производится методом тунеллирования. Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", а его отсутствие - как логическая "1". Современная флэш-память обычно изготавливается по 0,13- и 0,18-микронному техпроцессу. Общий принцип работы ячейки флэш-памяти. Рассмотрим простейшую ячейку флэш-памяти на одном n-p-n транзисторе. Ячейки подобного типа чаще всего применялись во flash-памяти с NOR архитектурой, а также в микросхемах EPROM. Поведение транзистора зависит от количества электронов на "плавающем" затворе. "Плавающий" затвор играет ту же роль, что и конденсатор в DRAM, т. е. хранит запрограммированное значение. Помещение заряда на "плавающий" затвор в такой ячейке производится методом инжекции "горячих" электронов (CHE - channel hot electrons), а снятие заряда осуществляется методом квантомеханического туннелирования Фаулера- Нордхейма. При чтении, в отсутствие заряда на "плавающем" затворе, под воздействием положительного поля на управляющем затворе, образуется n-канал в подложке между истоком и стоком, и возникает ток. Наличие заряда на "плавающем" затворе меняет вольт- амперные характеристики транзистора таким образом, что при обычном для чтения напряжении канал не появляется, и тока между истоком и стоком не возникает. При программировании на сток и управляющий затвор подаѐтся высокое напряжение (причѐм на управляющий затвор напряжение подаѐтся приблизительно в два раза выше). "Горячие" электроны из канала инжектируются на плавающий затвор и изменяют вольт- амперные характеристики транзистора. Такие электроны называют "горячими" за то, что обладают высокой энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого тонкой плѐнкой диэлектрика. [pic] При стирании высокое напряжение подаѐтся на исток. На управляющий затвор (опционально) подаѐтся высокое отрицательное напряжение. Электроны туннелируют на исток. Выяснение понятий туннелирования и стирания Туннелирование используется для изменения распределения электронов в плавающем затворе. К нему прикладывают электрическое напряжение от 10 до 13 Вольт. Заряд поступает со столбца до плавающего затвора и стекает на землю. Это приводит к тому, что транзистор с плавающим затвором начинает работать как электронная пушка. Возбужденные электроны проталкиваются через тонкий оксидный слой и задерживаются на противоположной стороне, тем самым добавляя ему отрицательный заряд. Эти отрицательно заряженные электроны действуют как барьер между управляющим и плавающим затворами. Устройство, называемое cell sensor (сенсор ячейки), следит за уровнем заряда, проходящего устанавливать в накопители SD. Интерфейс SD — 9-контактный, последовательно-параллельный, данные которых могут передаваться по одной, двум или четырем линиям одновременно, работа на частоте до 25 МГц. Карты оснащаются переключателем для защиты всего содержимого от записи. Memory Stick - Стандарт флэш-карт с 10-контактным последовательным интерфейсом, работающим на частоте до 20 МГц, так же имеет переключатель для защиты от записи. MS активно продвигается на рынок компанией Sony, которая предложила его в 1998 г. USB- Flash -память — новый тип носителей Flash -памяти, появившийся на рынке совсем недавно, в 2001 г. По форме USB- память напоминает брелок продолговатой формы, который состоит из двух половинок — защитного колпачка и накопителя с USB-разъемом, внутри которого размещаются одна или две микросхемы флэш-памяти и USB- контроллер. Работать с этой очень удобно, для этого не требуется никаких дополнительных устройств. Достаточно иметь под рукой ПК с незанятым USB - портом, чтобы за пару минут запустить содержимого этого накопителя. В худшем случае нужно установить драйверы USB-памяти, в лучшем — новое USB-уст- ройство и логический диск появятся в системе автоматически. Применение USB- флэш-памяти, несомненно, более удобное решение для переноса данных, чем флэш-карты, для них не требуется дополнительных флэш-накопителей. Благодаря большой скорости, объѐму и компактным размерам USB флеш-накопители уже вытеснили с рынка дискеты. Например, компания Dell с 2003 года больше не выпускает компьютеры с дисководом гибких дисков. В данный момент выпускается очень широкий ассортимент USB флеш-накопителей, разных форм, цветов и размеров. На рынке присутствуют флешки с автоматическим шифрованием записываемых на них данных. Японская компания Solid Alliance выпускает флешки даже в виде еды. Достоинства и недостатки Достоинства Для хранения данных не требуется какой-либо дополнительной энергии, то есть flash-память - энергонезависимое устройство. Энергия требуется для записи данных, так как совсем без затрат тут не обойтись. По сравнению с компакт-дисками или дискетами затрат энергии при работе с flash-устройством гораздо меньше. Поэтому flash-память является очень экономной с точки зрения затрат энергии. Для записи данных на flash-микросхему требуется в 10-20 раз меньше энергии, чем при тех же действиях с компакт-дисками или дискетой. Flash-микросхема позволяет многократно (но не бесконечно) перезаписывать данные. То есть flash-память, это перезаписываемое устройство для хранения данных. Накопитель на основе flash- микросхем не содержит в себе никаких движущихся механических узлов и устройств, так как это твердотельная память. Flash-устройства отличаются устойчивостью к механическим воздействиям: нет механики, значит нечему и ломаться. Например, flash-накопитель способен выдержать удары в 10-20 раз более сильные, чем те, которые просто ―убивали‖ бы компьютерный винчестер. И не только выдержать, но даже работать в условиях тряски и жесткого ―избиения‖. Компактность – еще одно важное преимущество накопителей на flash-памяти, которое предопределило использование flash-устройств в разнообразных малогабаритных гаджетах и устройствах. Информация, записанная на флэш-память, как правило, может храниться очень длительное время (от 10, а по некоторым данным, и до 100 лет). Получается, что flash-микросхема является устройством для долговременного хранения данных. Недостатки flash-память стоит дороже, чем дискеты, компакт-диски или компьютерные винчестеры. Flash-память работает намного медленнее, чем оперативная память на основе микросхем SRAM и DRAM. И даже по сравнению с жестким диском flash- накопитель является аутсайдером. Например, средняя скорость считывания данных с Технические характеристики флэш-устройств Скорость записи чтения. Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 МБ/с. В основном флеш-карты имеют большой разброс скоростей и обычно маркируются в скоростях стандартного CD-привода (150 КБ/ с). Указанная скорость в 100 означает 100 × 150 КБ/с = 15 000 КБ/с = 14.65 МБ/с. Объѐм памяти - одна из главных характеристик флэш-устройств. В основном объѐм чипа флеш-памяти измеряется от килобайт до нескольких гигабайт. При возможности записи и хранения на накопители такого большого объема информации все большую роль играет скорость ее воспроизведения. Обычно, скорость записи составляет 5-7 мб/сек., а скорость чтения в полтора раза больше. Скорость чтения/записи зависит еще от специфики самой информации. Не важно, за сколько десятых секунды нужный файл передастся на компьютер. Другое дело – копирование музыкальных коллекций или фильмов. Запись одного фильма займет больше времени. В 2005 году некоторые компании, которые изготовливают флэш-устройства, представили NAND чипы объѐмом 1 ГБ, выполненные по технологии многоуровневых ячеек, где один транзистор хранит несколько бит, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе. Для увеличения объѐма в устройствах часто применяется массив из нескольких чипов. К 2007 году флэш-устройства и карты памяти уже имели объѐм от 512 МБ до 64 ГБ. Самый большой объѐм устройств составлял 4 ТБ. Преимущество флэш-карт очевидно и в надежности хранения данных. Информация, записанная на флэш-память, способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жѐстких дисков). Кроме этого, она очень компактна. Размер Flаsh-карты составляет от 20 до 40 мм в длину и ширину, толщина от 3 мм, а вес – от 2,2 грамм. Современная Flаsh -память выдерживает до 100 000 операций записи на сектор. Если каждый день пользователь будет полностью перезаписывать содержимое Flаsh -устройства, то диск выдержит десятки лет. Но при использовании его в качестве рабочего, количество циклов записи может измеряться десятками и сотнями в день, в зависимости от используемой программы. Средний срок службы Flаsh -устройств, определяемый их производителями – 10 лет. Также некоторые флэш-устройства имеют встроенный контроллер, который производит обнаружение и исправление ошибок и старается равномерно использовать ресурс перезаписи флеш-памяти. Заключение В заключении можно сказать, что Flash-память на данный момент является очень удобной и полезной, объединяющая в себе черты, которые присущи одновременно и постоянной и оперативной памяти. С помощью flash-памяти можно увеличить объем у многих малогабаритных запоминающий устройств. Это обеспечивает их пользователей различными возможностями по хранению данных, их размер ограничен только количеством имеющихся в наличии flash- накопителей.