Принцип роботи Flash-пам’яті

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

ФАКУЛЬТЕТ РИНКОВИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТА ІННОВАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТА КОМП'ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Курсова робота

ПЗ

КНУТД.10091508.011ПЗ

з дисципліни «Архітектура комп'ютерів»

на тему: «Принцип роботи Flash-пам'яті»

Виконав: ст. групи

Підпалько С.М.

Зал. книжка №

Черкаси - 2010 рік

ЗМІСТ

Вступ

1 Визначення флеш-пам'яті, загальний огляд

2 Історія винайдення

3 Принцип дії флеш-пам'яті та будова

3.1 Будова

3.2 Типи пам'яті. Пам'ять типу NOR

3.3 Пам'ять типу NAND

3.4 Принципи дії флеш пам'яті

4 Основні характеристики та області застосування

4.1 Області застосування

Висновки

Використана література

ВСТУП

Сучасне трактування поняття інформації змінюється за мірою вивчення форм прояву та усвідомлення ролі інформації в процесах пізнання і керування.

У поняття інформації, що використовується ще з часів Марка Цицерона, люди вкладали цілком певний зміст, визначаючи цим словом повідомлення про будь-що або про стан чого-небудь. У такому контексті поняття інформації нерідко використовується і дотепер. Відповідно до цього трактування під інформацією розуміють, як правило, будь-які відомості, одержувані людиною.

За мірою поглиблення наукових досліджень до природи інформаційних процесів, що протікають у технічних, біологічних і соціальних системах, з'являлися усе нові трактування поняття інформації. При цьому виникла низка принципових питань, що потребують відповіді. Чи є інформація результатом розумової діяльності людини або вона може бути присутньою і в неживій природі Як співвідносяться поняття матерії та інформації, інформації й свідомості? Ці питання в даний час є предметом пожвавлених дискусій вчених різних фахів.

Інформація - одне з фундаментальних понять науки, таких як матерія та енергія. Слово «інформація» походить від латинського слова informare - зображувати, роз'ясняти, викладати що-небудь, складати поняття про будь-що, - і від російського слова інформувати - давати відомості, про будь-що інформувати. Інформації «взагалі» не існує. Її існування пов'язують з одержувачем (споживачем), у тому числі потенційним.

Інформація зберігається у бібліотеках, архівах, базах даних, чи інших носіях інформації. Оскільки інформацію можна зберігати, перетворювати і передавати, мають бути носій інформації, передавач, канал зв'язку та приймач.

Інформація (дані) під час руху та перетворення (обробки) завжди розміщується на певних носіях. Кожний носій даних - це матеріальний об'єкт, який містить відомості, доступні лише людині, або лише ЕОМ, або одночасно і людині і ЕОМ.

Отже, носії інформації являють собою засоби реєстрації даних, які забезпечують зв'язок між інформацією та людиною, інформацією та ЕОМ, людиною та ЕОМ.

У комп'ютерних системах використовуються різноманітні види носіїв інформації. Вибір носія інформації залежить від рівня використання структурного складу технічних засобів збору, реєстрації, передачі і обробки первинних даних, а також загального рівня механізації та автоматизації задач управління. Наприклад, зі умов автоматизованої обробки економічної інформації як носія інформації можуть бути використані первинні документи, перфоркартки, перфострічки, магнітні стрічки, магнітні диски, магнітні картки і т. ін.

Усі носії інформації можна класифікувати за кількома ознаками. Так, за фізичною структурою носії інформації бувають паперові, магнітні, діелектричні, напівпровідникові; за формою подання інформації - друковані та рукописні документи, носії з магнітним записом і перфораційні; за конструктивним виконанням - довільної форми, стрічкові, карткові, дискові тощо; за можливістю використання - одноразового і багаторазового використання; за кратністю запису - із записом, що витирається, та записом, що не витирається; за способом обробки - ручні, машинні та змішаної обробки тощо.

Залежно від способу фіксування та обробки носії інформації можна умовно поділити на три групи:

1) не придатні для автоматичного вводу до ЕОМ;

2) придатні для автоматичного вводу до ЕОМ;

3) результатної інформації.

У зв'язку з швидким розвитком інформаційних технологій, що в свою чергу привело до розробки та поширення нових засобів збереження та передачі інформації, які відповідатимуть жорстким вимогам у даній сфері комп'ютерних технологій, і будуть більш швидко дійними та надійнішими, і що не менш головне мобільними та портативними. Тому в даній курсовій роботі буде розглянуто такий потенційно новий носій інформації як флеш пам'ять, що за відносно малий час свого існування зумів заполонити ринок і підняти на себе попит, ввійшовши практично в кожне життя флеш картами.

1 ВИЗНАЧЕННЯ FLASH-ПАМ'ЯТІ, ЗАГАЛЬНИЙ ОГЛЯД

Флеш пам'ять - це тип перепрограмованої комп'ютерної пам'яті, вміст якої можна очистити або змінити електричним методом. На відміну від пристроїв пам'яті з довільним зверненням і електронним очищенням (англ.: EEPROM - Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory) дії над нею виконуються в блоках, що можуть бути фізично розділеними (у перших розробках флеш пам'яті її чіп міг очищуватись лише один раз). При значно меншій ціні флеш пам'яті в порівнянні з EEPROM, вона стала домінуючою технологією, що забезпечує довготривале, енергонезалежне і достатньо надійне збереження даних. Приклади її застосування найрізноманітніші, від цифрових аудіо плеєрів, відео камер до мобільних телефонів і КПК. Флеш пам'ять також використовується в USB Флеш дисках («пальчикового типу» або «переносних дисках»), які зазвичай використовуються для збереження або просто перенесення даних між комп'ютерами. Деяку популярність вона отримала в геймерському світі, де часто використовували пам'ять типу EEPROM, або навіть залежну від живлення SDRAM для збереження інформації про прогрес гри.

Рисунок 1.1 - Пристрій флеш пам'яті з розкритим корпусом (видно власне чіп пам'яті, чіп управління та пристрої вторинного живлення й узгодження з інтерфейсом USB)

Флеш пам'ять забезпечує досить велику швидкість доступу до даних (хоча вона не настільки велика, як у DRAM) і краще витримує механічні струси, ніж вінчестери.

Ці характеристики пояснюють популярність флеш пам'яті для переносних приладів. Іншою перевагою флеш пам'яті є те, що коли вона виконана у спеціальному корпусі, стає майже неможливо зруйнувати її стандартними фізичними методами, що дає змогу витримувати високий тиск і кип'ячу воду. Сьогодні обсяги одиничних пристроїв флеш пам'яті мають значення від одиниць до десятків і сотень гігабайтів. Швидкості звернення (запису/зчитування) до сучасних пристроїв флеш пам'яті знаходиться в діапазоні між 2Мб/с і 12 Мб/с, тобто суттєво повільніші, ніж SDRAM i DDR, але швидші за деякі пристрої DVD. Надто важливим, звичайно, є те, що запис на флеш пам'ять здійснюється як на звичайний жорсткий диск, без додаткового програмного забезпечення. Звичайно, ця простота досягається за рахунок додаткового програмного забезпечення, включеного до складу сучасних ОС (Millennium , Windows 2000, XP, Vista, останніх версій Linux). Слід пам'ятати, що це програмне забезпечення відсутнє в ОС, розроблених до 2000 року, тому використання флеш пам'яті на комп'ютерах, що працюють під управлінням таких ОС, вимагає використання спеціальних драйверів, різних для кожного пристрою флеш пам'яті.

2 ІСТОРІЯ ВИНАЙДЕННЯ

Флеш пам'ять (обидва типи - NOR та NAND) була винайдена доктором Фуджіо Масуока, коли він працював на компанію Toshiba у 1984 р.

Якщо вірити фахівцям фірми Toshiba, назва «Флеш» прийшла на думку колезі доктора Масуока - містеру Шої Аріїзумі, оскільки процеси вилучення вмісту пам'яті нагадували йому спалах фотокамери (англ.: flash). Доктор Масуока репрезентував винахід у 1984 році на зустрічі «Міжнародні Електронні Прилади» (IEDM), яка відбулася в місті Сан Хосе, Каліфорнія. Фахівці фірми Intel побачили високий потенціал цього винаходу і фірма розпочала комерційний випуск флеш пам'яті типу NOR у 1998 році. Пам'ять, що базується на NOR, має тривалі цикли запису-видалення даних, проте повноцінний адресний/інформаційний інтерфейс, який забезпечує можливість довільного звернення до будь-якої комірки, тобто реалізацію режиму RAM. Це робить її ідеальною для збереження програмного коду, який не потрібно часто оновлювати. Прикладом є зберігання BIOS комп'ютера або программного забезпечення різноманітних приладів. Цей інтерфейс витримує від 10000 до 1000000 циклів вилучення даних. Даний тип пам'яті став базою найперших переносних медіа програвачів; Compact Flash з самого початку базувався на ньому, хоча потім перейшов на дешевший варіант - NAND пам'ять. NAND флеш пам'ять, яку Toshiba представила на ISSCC у 1989 році, стала наступною. В ній швидше відбуваються цикли вилучення/запису, вона дешевша і в 10 раз міцніша за свого попередника. Проте її інтерфейс вводу/виводу надає лише послідовний доступ до даних, тобто вимагає створення файлової системи. Саме тому її можна використовувати для пристроїв запису масивів даних, таких, як PC карточки, різні карти пам'яті і, в дещо меншій мірі, для комп'ютерної пам'яті. Перша картка, що базувалась на форматі NAND була SmartMedia, після неї з'явились: MMC, Secure Digital, Memory Stick та xD-Picture карти пам'яті. Нове покоління цих форматів використовують RS-MMC, мікро та miniSD варіанти Secure Digital і нова USB-карта-пам'яті Intelligent Stick. Карти мають значно менші розміри, зазвичай менше, ніж 4 см.²

Компанія Samsung першою презентувала жорсткий диск на основі флеш пам'яті: 32-Гігабайтний флеш-вінчестер Samsung Flash SSD, це сталося 2006 року, 25 жовтня офіційно. Оскільки він мав менші розміри ніж стандартний 2,5» дюймовий Вінчестер то компанія вирішила надати йому звичайний форм-фактор. Відрізняється цей вінчестер швидкодією яка близько 50Мбайт/сек., і енергозбереженням, яке в режимі коли відсутній обмін з даними рівний 0,03 Вт. Стійкий проти ударів та потрясінь. На рис 2.2 подано внутрішній вигляд флеш-вінчестера.

Сучасна флеш-пам'ять практично не відстає по темпах розвитку від інтегральних мікросхем, наприклад, центральних процесорів - постійно здійснюється перехід на нові технології виготовлення, дозволяючи створити все більш мініатюрні пристрої, постійно знижується вартість чіпів, збільшується інформаційна ємкість накопичувачів.

Рисунок 2.2 - Внутрішній вигляд флеш-вінчестера



Рисунок 2.3 - Внутрішній вигляд флеш-вінчестера назовні, що має стандартний розмір 2,5

Проте розвиток флеш-пам'яті має свої обмеження, і згідно оцінок фахівців, до 2012 року буде досягнута межа мініатюризації мікросхем - як верхня планка називається 20-нм техпроцес. Серед можливих кандидатів на заміну звичній сьогодні флеш-пам'яті називають пам'ять на основі фазових переходів, так звану race-track-пам'ять. Втім, є і черговий новачок, який може змінити «флеш» на троні найбільш популярних пристроїв зберігання інформації. Мова йде про пам'ять на основі графена - тонких «листів» вуглецю завтовшки всього лише в декілька атомів. На даний момент дослідники «навчилися» формувати листи вуглецевої структури, товщина яких складає десять атомних шарів, і подібні структури розміщуються на кремнієвій підкладці. Відзначимо, що осадження атомів вуглецю здійснюється з газової фази. Як повідомляють розробники, професор Джеймс Тур (James Tour) з університету Райса і його колеги, експерименти стартували більше року тому, проте першу конкретну інформацію про виконану роботу дослідники опублікували зовсім недавно.

Серед основних переваг вказаної технології значиться не тільки можливість створення вкрай мініатюрних елементів пам'яті, але і дуже незначні струми, що проходять через елемент пам'яті в її «вимкненому» стані. Це дозволяє створювати елементи пам'яті, здатні зберігати значну кількість інформації - зараз розробники змогли створити флеш-пам'ять на основі багаторівневих осередків, здатних зберігати до трьох біт інформації. В майбутньому, можна буде створювати набагато більш місткі пристрої, що підвищить ємкість накопичувачів майбутнього покоління.

Втім, і останні характеристики на рівні: можливість досягнення високих швидкостей доступу до пам'яті, до 1 або 10 наносекунд, що є однаково з аналогічними показниками для SRAM-пам'яті, і навіть перевершує їх; можливість роботи в значно ширшому діапазоні температур (до двохсот градусів за шкалою Цельсія); здатність роботи в жорстких умовах під впливом радіації. Останній факт особливо важливий у разі аерокосмічної електроніки, де пристрої повинні витримувати значні навантаження - доводиться застосовувати складні системи захисту, які у разі застосування новітньої пам'яті можна буде спростити.

3 ПРИНЦИП ДІЇ FLASH ПАМ'ЯТІ ТА БУДОВА

3.1 Будова

Фізично флеш пам'ять реалізована у вигляді стовбців та рядів ячейок, на перетині яких міститься два транзистори. Ці транзистори відділені один від одного тонким оксидним слоєм. Один із транзисторів відомий як control gate інший - floating gate, єдиний зв'язок між нимим це - control gate, існує спеціальний пристрій, що називається датчик ячейки і контролює рівень заряду приходящого через floating gate. Графічно це можна зобразить так:

Рисунок 3.1.1 - Конструктивне виконання флеш карти

Типи комірок: Stacked Gate Cell (Комірка з багатошаровим затвором). Комірка з багатошаровим затвором - найбільш старий і одночасно простий тип комірки пам'яті EEPROM. В основі її лежить польовий транзистор, що має, відмінність від класичного аналога у вигляді ще одного, так званого плаваючого затвора. Цей затвор є невід'ємною частиною всіх модифікацій flash пам'яті: він відіграє ту ж роль, що й конденсатор в DRAM, тобто зберігає запрограмоване значення. На плаваючий затвор шляхом двох квантових процесів містяться заряди з різними значеннями, які впливають на поле основного, або керуючого затвора (мал. 3.1.2).

Рисунок 3.1.2

Таким чином, стан транзистора (провідне або непровідне) залежить у цьому випадку відразу від обох баз. Плаваючий затвор ізолюється від стоку, джерела й керуючого затвора найтоншим шаром ( близько 10 нм при 1омікронному процесі виробництва) окису кремнію. Між джерелом (+) і керуючим затвором (-) прикладається напруга, яка приводить до появи електричного поля високою напруженістю 10 МВ/див. уздовж шару окиси між плаваючим затвором і джерелом. У результаті квантового ефекту туннелирования Фаулерао Нордхейма (Fowler-Nordheim) заряд із плаваючої бази перетікає до джерела. Стерте гніздо буде проводити струм («1»), тому що електричний бар'єр поля, забезпечуваного плаваючим затвором, зник.

Під час програмування напруга прикладається вже між стоком і керуючою базою. Тут плаваючий затвор заряджається «гарячими» електронами (Channel Hot Electrons - CHE), які генеруються в каналі транзистора. Ці електрони називають гарячими тому, що вони мають високу енергію, достатню, щоб подолати потенційний бар'єр, створюваний тонкою плівкою окису кремнію. Ефективність процесу програмування в даній конфігурації гнізда вкрай низка. Щоб довести справу до кінця, доводиться прибігати до високої напруги, струм між джерелом і стоком досягає 1 ma. Високі напруги, тривале протікання сильних струмів, обумовлені невисокою ефективністю, приводять до значного зниження надійності й стійкості пам'яті.

Схема внутричипових з'єднань досить проста .Фактично вона перебуває на їхньому перетинанні, що внаслідок наявності в схемі високої напруги приводить до значної перевитрати місця: лінії джерел, бітів і слів доводиться розташовувати на достатньому видаленні від інших елементів схеми, щоб забезпечити необхідний рівень ізоляції.

Ще один істотний недолік одно транзисторної комірки - схильність ефекту надлишкового видалення (overerase). Іноді плаваюча база через дефекти в шарі окисла, що утворювалися при виробництві чіпа або згодом при його експлуатації, втрачає при стиранні занадто багато електронів, які вже не може заповнити процес програмування. У результаті після декількох циклів стирання починає проявлятися позитивне електричне поле плаваючого затвора, що приводить транзистор у стан «постійно відкритий» незалежно від напруги на керуючому затворі. Відбувається заземлення стоку на бітову лінію. А це означає, що бітова лінія буде завжди видавати «1» або «0» ( залежно від типу базової логіки - NAND або NOR) і читання інших гнізд стане неможливим.

Крім ефекту надлишкового видалення, однотранзисторна пам'ять піддається й усім іншим недолікам, властивим flash даного типу.. В основному, вони пов'язані з порушеннями в окисному шарі: повільне стікання заряду (slow leaking bits) зниження, що викликає, швидкості читання й навіть бітові помилки; з іншого боку, захват заряду (нагромадження надлишкового негативного заряду на плаваючому затворі) приводять до погіршення часу стирання й програмування. Порушення шару окисла в деяких випадках спричиняє поява «залипаючих» бітів (stuck bits) - комірок, що швидко втрачають або, навпаки, що не бажають ні за яких умов уступати свій заряд. Утішає тільки, що в не дуже запущених випадках час «лікує» дефекти, що виникають після захвата заряду. Останній поступово «розсмоктується», і гніздо вертається у свій нормальний стан. Проблеми доставляє й група ефектів, пов'язаних з перехресним впливом операцій читання, стирання й програмування на сусідні гнізда й цілі області чіпа.

Two Transistor Thin Oxide Cell (комірка двох транзисторна з тонким шаром окису)

Це двухтранзисторна комірка з тонким шаром окисла. Другий транзистор дозволяє позбутися багатьох недоліків, властивих однотранзисторним коміркам Другий транзистор (Рис. 3.1.3.) використовується для ізоляції гнізда від бітової лінії.

Рисунок 3.1.3

Надмірні вимоги до виробничого процесу й займаній комірці простору компенсуються зникненням проблем, пов'язаних з надлишковим видаленням, коли одна комірка блокує роботу всіх інших на загальній бітовій лінії. Напруги стирання й програмування трохи знижені за рахунок формування невеликої зони більш тонкого шару оксиду кремнію (8,5 нм). Струм програмування досягає всього 10 pa - значний крок уперед у порівнянні з вищеописаним типом (1 Мa). У двухтранзисторній комірці всі операції із плаваючим затвором засновані на ефекті тунелювання. Щоб запрограмувати комірку, негативна висока напруга подається на керуючий затвор (електрони тунелюють на плаваючий затвор), а щоб стерти - позитивне подається на стік (електрони тунелюють із плаваючого затвора на стік).

Економія у двухтранзисторній конфігурації досягається за рахунок комірки, що належать одній лінії, утворюючи сторінку. Завдяки такій внутрішній організації реалізується операція посторінкового запису й читання. Далі, незважаючи на те, що на ілюстраціях обоє транзисторів виглядають однаковими по розміру, насправді це далеко не так. Розміри запам'ятовувального транзистора диктуються необхідністю нагромадження на його плаваючому затворі заряду необхідної величини.

3.2 Типи пам'яті. Пам'ять типу NOR

В булевій алгебрі означає заперечення «ИЛИ».Режим читання NOR пам'яті подібний до читання зі звичайної пам'яті, доступ забезпечується через шини адреси та даних, тому пам'ять типу NOR може бути використана як пам'ять типу XIP (execute-in-place), а це означає що вона для операції читання подібна до ROM пам'яті, прив'язуючись до конкретних адрес. Сумістимість з архітектурою фон-Нейманівскої машини робить її придатною, як вже було зазначено, для зберігання програм, які виконуються безпосередньо з неї. Флеш пам'ять NOR не має системи впорядкування внутрішніх дефектних блоків, тому тоді, коли флеш блок втрачає свою внутрішню структуру, тоді або програма, яка використовує його, повинна вчинити деякі дії, або пристій зупиняє роботу. Спеціальні команди записуються на першу сторінку адресної пам'яті. Ці команди визначають Загальний Стандартний інтерфейс (CFI), заснований фірмою Intel. Крім використання в ролі ROM, на NOR пристроях пам'яті можуть, звичайно, бути утворені пристрої з файловими структурами і тоді вона може використовуватись у будь-якому приладі. Протее є файлові системи, створені на пристроях NOR, зазвичай дуже повільні в режимі запису, якщо порівнювати із файловими системами, які побудовані на NAND пристроях.



Рисунок 3.2.1 - Архітектура типу пам'яті NOR

Рисунок 3.2.2 - Структура ячейки в пам'яті типу NOR

Рисунок 3.2.3 - Схема типу пам'яті NOR

3.3 Пам'ять типу NAND

В булевій алгебрі означає заперечення «И».І відрізняється хіба, що логічною схемою, показаною на рис. 3.1.7.Пристрої флеш пам'яті типу NAND також не можуть забезпечити принцип «миттєвий запис» (XIP) через інші конструкційні принципи. Доступ до цієї пам'яті може бути здійснений методом блокових пристроїв, таких як вінчестери та карти пам'яті. Розмір блоків зазвичай має 512 або 2048 байт. В кожному блоці зарезервовано деяку кількість байт (зазвичай від 12 до 16), які зберігають дані про помилки і контрольну суму блоку. Прилади типу NAND зазвичай залежать від програмної обробки блоків. Це означає, що коли зчитують логічний блок, він прив'язується до фізичного блоку, і якщо прилад має деяку кількість блоків, встановлених за своїми межами, вони встановлюються зі зміщенням, компенсуючи втрату дефектних блоків і зберігають первинну і вторинну таблиці прив'язки. Методи виправлення помилок та визначення контрольної суми зазвичай виявляють помилку, якщо один біт в блоці записано (відтворено) помилково. Коли це трапляється, блок позначається якпоганий в таблиці логічного розміщення, і його вміст (ще непошкоджений) копіюється в новий блок,а таблиця логічного розміщення знову змінюється. Якщо у пам'яті пошкоджено більш, ніж 1 біт, тоді вміст блоку практично втрачений, тобто стає неможливо відновити оригінальний вміст. Деякіприлади можуть навіть постачатись в комплекті з вже запрограмованою таблицею поганих блоківвід виробника, оскільки іноді просто неможливо виробити безпомилкові пам'яті типу NAND. Перший, вільний від помилок фізичний блок (блок № 0) завжди гарантує свою читабельність і не може бути пошкодженим. З цього випливає, що всі життєво важливі вказівники для розподілення пам'яті і впорядкування поганих блоків приладу повинні бути розміщені всередині цього блоку(зазвичай вказівник на погані таблиці блоків, і т.д.).

Якщо прилад використовується, щоб завантажувати ОС, цей блок повинен містити Таблицю завантаження (англ.: Master Boot Record).Для запуску програмного забезпечення з пам'яті NAND використовується стратегія віртуальної пам'яті: вміст пам'яті спочатку u1085 нумерується, або просто копіюється в розподілену пам'ять RAM, івже звідти виконується.З цієї ж причини деякі системи будуть використовувати комбінації пам'ятей NOR та NAND, деменша NOR пам'ять використовуватиметься як програмний ROM, а більша NAND пам'ять має файлову структуру.

Рисунок 3.3.1 - Логічна схема типу пам'яті

Рисунок 3.3.2 - Архітектура пам'яті NAND

3.4 Принцип дії флеш пам'яті

Флеш пам'ять зберігає інформацію в масиві комірок, кожна з яких може бути бістабільним плаваючим затвором. Найновіші пристрої (інколи їх ще називають багатозарядними пристроями) можуть містити в комірці більше ніж 1 біт, використовуючи два або більше рівнів електричних зарядів, розташованих у просторі плаваючого затвору комірки. У флеш пам'яті типу NOR кожна комірка схожа на звичайний метал-оксидний напівпровідниковий польовий транзистор (англ.: MOSFET), але у ній є не один затвор, а два.

Як і будь-який інший польовий транзистор, вони мають керуючий затвор (КЗ), а, окрім нього, ще й плаваючий затвор (ПЗ), замкнений всередині оксидного шару. ПЗ розташований між КЗ і підкладкою.

Оскільки ПЗ відокремлений власним шаром оксиду, то будь-які електрони, що потрапляють на нього, одразу потрапляють в пастку, що дозволяє зберігати дані. Захоплені плаваючим затвором електрони змінюють (практично компенсують) електричне поле керуючого затвору, що змінює порогову напругу (Vп) затвору. Коли з комірки «зчитують» дані, до КЗ прикладають певну напругу, в залежності від якої в каналі транзистора протікатиме або не протікатиме електричний струм. Ця напруга залежить від Vп комірки, яка в свою чергу визначається кількістю захоплених плаваючим затвором електронів.

Величина порогової напруги зчитується і перекодовується в одиницю або нуль. Якщо плаваючий затвор може мати кілька зарядових станів, то зчитування відбувається за допомогою вимірювання сили струму в каналі транзистора.

Для запису інформації в комірку NOR необхідно зарядити плаваючий затвор. Цього досягають, пропускаючи через канал транзистора сильний струм, при якому виникають електрони, що мають достатню енергію для подолання оксидного шару.

Для очищення плаваючого затвору від електронів (стирання даних) до керуючого затвору прикладають значну напругу, яка створює сильне електричне поле. Захоплені плаваючим затвором електрони висмоктуються цим полем, тунелюючи через оксидний шар. У приладах з однотипною напругою (теоретично всі чіпи, які доступні нам на сьогоднішній день) ця висока напруга створюється генератором підкачки заряду.

Більшість сучасних компонентів NOR пам'яті розділені на сегменти, які часто називають блоками чи секторами. Всі комірки пам'яті в блоці повинні бути очищені одночасно. NAND пам'ять використовує тунельну інжекцію для запису і тунельний випуск для вилучення.Більшість запам'ятовуючих приладів, які відомі як USB флешки, побудовані з використанням NAND технології. Можна графічно, за допомогою рисунка зобразить етап запису та стирання.

Рисунок 3.4.1 - Стирання на флешку з допомогою

флеш пам'ять карта



Рисунок 3.4.2 - Запис на флешку з допомогою тунельного ефекту тунельного ефекту

4. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ

Швидкість. Флеш пам'ять доступна з кількома швидкостями запису і зчитування даних. Деякі визначають швидкість приблизно в 2Мб/с, 12 Мб/с, і т.д. Проте інші карточки просто мають рейтинг 100x, 130x, 200x, і т.д. Для таких карток за 1x беруть швидкість 150 Кб/с. Це була швидкість, якою могли передавати інформацію перші CD прилади, і її запозичили флеш картки пам'яті. Хоча коли порівнювати 100x карточку до карточки, яка передає зі швидкістю в 12 Мб/с використовують наступні перетворення:

150 КБ * 100 = 15000 Кб/с

Щоб перетворити Кб в Мб, ділимо на 1024:

15000 Кб / 1024 = 14.65 Мб/с

Насправді 100x картки на 2.65 Мб/с швидші, ніж картки, які вимірюються у швидкості в 12 Мб/с.

Таблиця 4.1 - Особливості деяких карт пам'яті

Тип карти	Переваги	Особливості
PC Card Type 1	великий обсяг, висока швидкість читання/запису	може вставлятися в слот ноутбука, великий розмір,
Mini Card	маленьке енергоспоживання, невеликий розмір	невеликий обсяг, низька швидкість читання/запису
Compactflash Type 1	висока швидкість передачі даних, невелика ціна, великий ресурс працездатності	вбудований контролер
Compactflash Type II	ті ж, що й в Compact flash Турі I
Smartmedia	компактність, ціна	невеликий ресурс роботи й обсяг
IBM Microdrive	великий обсяг при маленькому розмірі	мініатюрний жорсткий диск
Multimedia Card		«закритий» стандарт
SD Card	висока швидкість запису/ читання, сумісність по розніму з картою Multimedia	має криптозахист від несанкціонованого
Dataplay	великий обсяг	мініатюрний DVD-R диск, одноразовий запис

4.1 Області застосування

Флеш карти застосовуються у цифрових фото та відео камерах. Мобільних телефонах, ігорвих консолях ноутбуках, КПК, як місця для прошивки програм (наприклад BIOS), та в інших сферах. Одна й та сама карта пам'яті може використовуватись у різних пристроях за допомогою різних адаптерів.

Це наглядно видно з рисунку 4.1.1.

Обмеження застосування флеш пам'яті. Якщо порівнювати з вінчестером, обмеженням є той факт, що флеш пам'ять має принципово скінченну кількість циклів запису-вилучення (більшість комерційно доступних флеш продуктів гарантують 1 мільйон програмних циклів), тому це потрібно мати на увазі при переміщенні програм, розрахованих на використання з вінчестера (наприклад операційні системи, програмні засоби, які здійснюють свопування або буферизацію) на флеш пристрої, або призначати для свопування, пейджингу область на вінчестері.

Найбільшою поширеною причиною втрати даних картки флеш пам'яті є те, що її витягують із пристрою, коли дані ще знаходяться у кеш-пам'яті і реального запису не відбулось.

Ситуація погіршується, якщо використовувати несумісні файлові системи (наприклад - NTFS на вінчестері і3 FAT32 на флеш картці), тому що в цих випадках може бути втраченим не тільки файл, що безпосередньо записується (модифікується), а й зруйнована вся файлова система флеш-картки.



Рисунок 4.1.1 - Одну й ту саму карту можна використати в багатьох пристроях

Рисунок 4.1.2 - Спеціалізована флеш картка, призначена для буферизації даних ОС Vista, у кутовому виконанні, встановлена як напівпостійний пристрій на переносний комп'ютер

Рисунок 4.1.3 - Завантаження файлової системи флеш картки (знімного пристрою з файловою структурою)

В деяких випадках можливо відновити інформацію з флеш пам'яті, але ця операція, як і звичайне форматування картки, вимагає спеціалізованого програмного забезпечення, тому слід завжди строго дотримуватись вказаного на рис.4.1.4 алгоритму роботи.

Рисунок 4.1.4 (А) - Необхідно виконати «безопасное извлечения устройства»( Розмонтування пристрою зовнішньої пам'яті)



Рисунок 4.1.4 (Б) - Флешку можна виймати з USB

Різноманіття сучасних виконань флеш пам'яті включає вироби досить широкого цінового діапазону - від сорока до тисячі і більше гривень. Вартість визначається не тільки ємністю і швидкодією, але й деякими іншими, специфічними якостями, зокрема розмірами, масою, міцністю корпусу тощо. Деякі сучасні пристрої показано на рис.4.1.5.

Рисунок .4.1.5.

А) Флеш картки для фотоапаратів, телефонів тощо (механічна міцність мінімальна, розраховані на використання в складі пристрою).

Б) Бюджетний варіант - USB 2.0, читання - 10 MByte/s, запис - 3 MByte/s, маса 8г.

В) Покращений захист: масивний алюмінієвий корпус, водонепроникний до 200 м глибини, стійкий до високих температур, швидкості: читання 34 MByte/s, , запису - 28 MByte/s, программа шифрування TrueCrypt 4.3.

Передові виробники влеш пам'яті:

Samsung,?Intel, ?Atmel,?Qimonda,? STMicroelectronics,? Spansion,? Sharp Corporation,? Toshiba, ?Sandisk,? Micron, Technology,? SimpleTech,? Kingston Technology, ?Hynix,? Winbond,? Excel Semiconductor,? SST, ?Macronix,?Lexar,? Eon Silicon Solution Inc. (ESSI),? AMIC Technology.

ВИСНОВКИ

У даній курсовій роботі було детально розглянуто такий засіб збереження інформації як флеш пам'ять. А саме історію винайдення, будова та принципи роботи, типи пам'яті, їх відмінності один від одного та схожості. Для прикладу та підтвердження теоретичної частини були використані ілюстрації, які наглядно демонструють будову, чи умовно зображають технологічні процеси які виконуються при роботі даного виду пам'яті, що краще допомагають зрозуміти матеріал. Також розглянуто галузі застосування флеш пам'яті та недоліки, які вона має, частково був зроблений аналіз на перспективи розвитку флеш пам'яті. Так як розвиток цього атрибуту може призвести до зникнення жорстких дисків комп'ютера з рухомими частинами, тоді ж збільшиться швидкість обміну (читання та запис) інформації, зменшиться енергоспоживання ЕОМ, що не менш важливо, але в свою чергу призведе до нових, погано ще вивчених, чи навіть частково відомих проблем. Викладений матеріал курсової прекрасно пояснює таку велику популярність flash - пам'яті і дає змогу зрозуміти її роботу, що дозволить користувачеві більш повноцінно та ефективніше нею користуватись, що в сучасному насиченому інформацією світі є обов'язковою вимогою. Як варіант є така можливість у зацікавленого читача. Що він з цієї теми розвине іншу не менш цікаву, як тема вирішення проблем з флеш пам'яттю, її програмування, відновлення втрачених даних, але її без даних що є в цій роботі розвивати не має сенсу.

Отже, після більш - менш детального розгляду порівняно нового засобу збереження інформації флеш пам'яті, що майже досягла своєї вершини і невпинно розвивається далі, можливо у іншому технологічному виконанні та чи принципу дії, можна сміливо пророкувати те, що в недалекому майбутньому усі цифрові архіви через ряд переваг цієї пам'яті, серед яких і стійкість до механічних навантажень, вологи (в стані не використання), та довгого строку збереження без перезапису будуть зберігатись саме на ній.

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1. С.Э. Зелинський «Современная цифровая техника» Харьков: Фолио, 2006.

2. В.В. Лапінський, В.М. Франчук НПУ імені М.П. Драгоманова Статті про flash пам'ять.

3. Таненбаум Э.С. «Архитектура комп'ютера» изд. Питер, 2006 г.

4. Журнал «Компьютер» №7-8 2008 рік.

Размещено на Allbest.ru