Устройства для чтения и хранения информации

1.2.1.Аналоговые вычислительные машины (АВМ)

1.2.2.Электронные вычислительные машины (ЭВМ)

1.2.3.Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ)

1.2.4.Поколения ЭВМ

2 Flash - память

2.1. История

2.2. Что такое Flash - память

2.3. От ROM k Flash

2.4. Организация Flash - памяти

2.5. Общий принцип работы ячейки Flash - памяти

2.6. Архитектура Flash - памяти

2.7. Доступ к Flash - памяти

2.8. Параллельный и последовательный интерфейс

2.9. Наличие и отсутствие контроллера

2.10. Скорость работы

3. Виды карт памяти (флэш - карты)

3.1. Compact Flash (CF)

3.7. Sony Memory Stick

Список литературы

1. Основные сведения об ЭВМ

1.1 Введение

С увеличением объёма вычислений появился первый счётный переносной инструмент - “Счёты”.

В начале 17 века возникла необходимость в сложных вычислениях. потребовались счётные устройства, способные выполнять большой объём вычислений с высокой точностью. В 1642 г. французский математик Паскаль сконструировал первую механическую счётную машину - “Паскалину”.

В 1830 г. английский учёный Бэбидж предложил идею первой программируемой вычислительной машины (“аналитическая машина”). Она должна была приводиться в действие силой пара, а программы кодировались на перфокарты. Реализовать эту идею не удалось, так как было не возможно сделать некоторые детали машины.

Первый реализовал идею перфокарт Холлерит. Он изобрёл машину для обработки результатов переписи населения. В своей машине он впервые применил электричество для расчётов.

В 1930 г. американский учёный Буш изобрел дифференциальный анализатор - первый в мире компьютер.

Большой толчок в развитии вычислительной техники дала вторая мировая война. Военным понадобился компьютер, которым стал “Марк-1” - первый в мире цифровой компьютер, изобретённый в 1944 г. профессором Айкнем. В нём использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. Размеры: 15 X 2,5 м., 750000 деталей. Могла перемножить два 23-х разрядных числа за 4 с.

В 1946 г. группой инженеров по заказу военного ведомства США был создан первый электронный компьютер - “Эниак”. Быстродействие: 5000 операций сложения и 300 операций умножения в секунду.

Первая машина с хронимой программой - ”Эдсак” - была создана в 1949 г., а в 1951 г. создали машину “Юнивак” - первый серийный компьютер с хронимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная лента для записи и хранения информации.

Развитие отечественных ЭВМ

Создание одной из первых ЭВМ “Стрела” первого поколения с 3-адресной системой команд, оперативной памятью 2 Кб 43-разрядных ячеек, внешней памятью на магнитной ленте и быстродействием около 2 тыс. операций в секунду. Семейство ЭВМ первого и второго поколений «Урал» («Урал-1», «Урал-2» «Урал-16»).

В ИТМиВТ АН СССР разработана ЭВМ общего назначения «М-20» с быстродействием 20 тыс. операций в секунду. Она явилась прототипом ЭВМ «М-220», «М-222», «БЭСМ-4».

Выпуск семейства универсальных ЭВМ 2-го поколения «Минск » («Минск-2», «Минск-22», «Минск-32»). Выпуск микро-ЭВМ «Наири» Ереванского НИИ математических машин.

Выпуск семейства малых ЭВМ для инженерных расчетов «Мир» разработки Института кибернетики АН УССР Под руководством С.А. Лебедева создана одна из лучших бы стродействующих электронно-вычислительных машин 2-го поколения в мире «БЭСМ-6». Быстродействие 1 млн. операций в секунду, оперативная память 32 Кб 48-разрядных слов.

Создано семейство единой системы (ЕС) ЭВМ с быстродействием от 20 тыс. до 12 млн. операций в секунду. Аналог ЭВМ типа «1ВМ/360» (США)

В СССР выпускаются первые отечественные персональные компьютеры: «ЕС-1840». «ИСКРА-1030» и «Нейрон И9.66» (аналоги 1ВМ РС -- США).

Выпуск современных многопроцессорных универсальных ЭВМ семейства «Эльбрус» с высоким быстродействием -- десятки миллионов операций в секунду.

1.2.1.Аналоговые вычислительные машины (АВМ)

В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта).

Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.

Достоинства АВМ:

высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения электрического сигнала;

лёгкость подготовки задачи к решению;

наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения параметров исследуемых процессов во время самого исследования.

Недостатки АВМ:

малая точность получаемых результатов (до 10%);

алгоритмическая ограниченность решаемых задач;

ручной ввод решаемой задачи в машину;

1.2.2.Электронные вычислительные машины (ЭВМ)

В отличие от предыдущих машин в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

-высокая точность вычислений;

-универсальность;

-автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;

-разнообразие задач, решаемых ЭВМ;

-независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

-сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);

-недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;

-сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;

-требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры.

1.2.3.Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ)

АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.

В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).

1.2.4.Поколения ЭВМ

Поколения:

ЭВМ на эл. лампах, быстродействие порядка 20000 операций в секунду, для каждой машины существует свой язык программирования. (“БЭСМ”,”Стрела”).

В 1960 г. в ЭВМ были применены транзисторы, изобретённые в 1948 г., они были более надёжны, долговечны, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен заменить ~40 эл. ламп и работает с большей скоростью. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты. (“Минск-2”,”Урал-14).

В 1964 г. появились первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение. ИС - это кристалл, площадь которого 10 мм². 1 ИС способна заменить 1000 транзисторов. 1 кристалл - 30-ти тонный “Эниак”. Появилась возможность обрабатывать параллельно несколько программ.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма. (“Иллиак”,”Эльбрус”).

Синтезаторы, звуки, способность вести диалог, выполнять команды, подаваемые голосом или прикосновением.

2. Flash-память

2.1 История

1955 -- память на магнитных ядрах имеет тот же принцип чтения записи, что и MRAM

1989 -- учёные IBM сделали ряд ключевых открытий о «гигантском магниторезистивном эффекте» в тонкоплёночных структурах.

2000 -- IBM и Infeneon установили общую программу развития MRAM.

2002 -- NVE объявляет о Технологическом Обмене с Cypress Semiconductor.

2003 -- 128 кбит чип MRAM был представлен, изготовленный по 0,18 микрометров технологии.

2004

Июнь -- Infeneon анонсирует 16-Мбит опытный образец, основанный на 0,18 микрометров технологии

Сентябрь -- MRAM становится стандартным продуктом в Freescale, которая начала испытывать MRAM.

Октябрь -- Тайваньские разработчики MRAM печатают 1 Мбит элементы на TSMC.

Октябрь -- Micron бросает MRAM, обдумывает другие памяти.

Декабрь -- TSMC, NEC, Toshiba описывают новые ячейки MRAM.

Декабрь -- Renesas Technology разрабатывают Высокоскоростную, Высоконадёжную Технологию MRAM.

2005

Январь -- Cypress испытывает MRAM, использует NVE IP.

Март -- Cypress продаёт дочернюю компанию MRAM.

Июнь -- Honeywell сообщает таблицу данных для 1-Мбит радиационно-устойчивой MRAM, используя 0,15 микрометров технологию.

Август -- рекорд MRAM:

Ячейка памяти работает на 2ГГц.

Ноябрь -- Renesas Technology и Grandis сотрудничают в Разработке 65 нм MRAM, применяя Вращательно Крутящее Перемещение.

Декабрь -- Sony представляет первую лабораторию производящую вращательно-крутящее-перемещение MRAM, которая использует вращательно-поляризованный ток через туннельный магниторезистивный слой записать данные. Этот метод потребляет меньше энергии и более расширяемый чем обыкновенная MRAM. C дальнейшими преимуществами в материалах, этот процесс должен позволять для плотностей больших чем те возможные в DRAM.

Декабрь -- Freescale Semiconductor Inc. анонсирует MRAM, которая использует магниевый оксид, лучше, чем алюминиевый оксид, позволяющий делать тоньше изолирующий туннельный барьер и улучшенное битовое сопротивление в течение цикла записи, таким образом, уменьшая требуемый ток записи.

Февраль -- Toshiba и NEC анонсировали 16 Мбит чип MRAM с новой «энерго-разветвляющейся» конструкцией. Они добились частоты перемещения в 200 МБ/с, с временем цикла 34 нс -- лучшая производительность любого чипа MRAM. Они также гордятся наименьшим физическим размером в своём классе -- 78,5 квадратных миллиметров -- и низким требованием энергии 1,8 вольт.

Июль -- 10 Июля, Austin Texas -- Freescale Semiconductor начинают торговать 4-Mbit чипами MRAM, которые продаются приблизительно за $25.00 за чип.

2.2 Что такое Flash - память

Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.

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

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

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

В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов - типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации.

Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают.

Замены памяти SRAM и DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов).

Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков).

Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей.

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.

2.3 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 - "энергонезависимой 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 (рис. 1). В отличие от Mask- ROM, в PROM появилась возможность кодировать ("пережигать") ячейки при наличии специального устройства для записи (программатора). Программирование ячейки в PROM осуществляется разрушением ("прожигом") плавкой перемычки путём подачи тока высокого напряжения. Возможность самостоятельной записи информации в них сделало их пригодными для штучного и мелкосерийного производства. PROM практически полностью вышел из употребления в конце 80-х годов.Преимущества: 1. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям.2. Возможность программировать готовую микросхему, что удобно для штучного и мелкосерийного производства.3. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.

Недостатки: 1. Невозможность перезаписи2. Большой процент брака3. Необходимость специальной длительной термической тренировки, без которой надежность хранения данных была невысокой

NVRWM:

· EPROM Различные источники по-разному расшифровывают аббревиатуру EPROM - как

Erasable Programmable ROM или как Electrically Programmable ROM (стираемые программируемые ПЗУ или электрически программируемые ПЗУ). В EPROM перед записью необходимо произвести стирание (соответственно появилась возможность перезаписывать содержимое памяти). Стирание ячеек EPROM выполняется сразу для всей микросхемы посредством облучения чипа ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами в течение нескольких минут. Микросхемы, стирание которых производится путем засвечивания ультрафиолетом, были разработаны Intel в 1971 году, и носят название UV-EPROM (приставка UV (Ultraviolet) - ультрафиолет). Они содержат окошки из кварцевого стекла, которые по окончании процесса стирания заклеивают.

· 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.

Преимущество:

1. Возможность перезаписывать содержимое микросхемы

Недостатки:

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 (EЕPROM 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:

1. 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: 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.

2.4 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.

2.5 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 (Fowler-Nordheim [FN]).

Эффект туннелирования - один из эффектов, использующих волновые свойства электрона. Сам эффект заключается в преодолении электроном потенциального барьера малой "толщины". Для наглядности представим себе структуру, состоящую из двух проводящих областей, разделенных тонким слоем диэлектрика (обеднённая область). Преодолеть этот слой обычным способом электрон не может - не хватает энергии. Но при создании определённых условий (соответствующее напряжение и т.п.) электрон проскакивает слой диэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток. Важно отметить, что при туннелировании электрон оказывается "по другую сторону", не проходя через диэлектрик.

Различия методов тунеллирования Фаулера-Нордхейма (FN) и метода инжекции "горячих" электронов:

· Channel FN tunneling - не требует большого напряжения. Ячейки, использующие FN, могут быть меньше ячеек, использующих CHE.

· CHE injection (CHEI) - требует более высокого напряжения, по сравнению с FN. Таким образом, для работы памяти требуется поддержка двойного питания.

· Программирование методом CHE осуществляется быстрее, чем методом FN.

Следует заметить, что, кроме FN и CHE, существуют другие методы программирования и стирания ячейки, которые успешно используются на практике, однако два описанных нами применяются чаще всего.

Процедуры стирания и записи сильно изнашивают ячейку флэш-памяти, поэтому в новейших микросхемах некоторых производителей применяются специальные алгоритмы, оптимизирующие процесс стирания-записи, а также алгоритмы, обеспечивающие равномерное использование всех ячеек в процессе функционирования.

Некоторые виды ячеек флэш-памяти на основе МОП-транзисторов с "плавающим" затвором:

· Stacked Gate Cell - ячейка с многослойным затвором. Метод стирания - Source-Poly FN Tunneling, метод записи - Drain-Side CHE Injection.

· SST Cell, или SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology - компания-разработчик технологии) - ячейка с расщеплённым затвором.

Метод стирания - Interpoly FN Tunneling, метод записи - Source-Side CHE Injection.

· Two Transistor Thin Oxide Cell - двухтранзисторная ячейка с тонким слоем окисла. Метод стирания - Drain-Poly FN Tunneling, метод записи - Drain FN Tunneling.

Другие виды ячеек:

Кроме наиболее часто встречающихся ячеек с "плавающим" затвором, существуют также ячейки на основе SONOS-транзисторов, которые не содержат плавающего затвора. SONOS-транзистор напоминает обычный МНОП (MNOS) транзистор. В SONOS-ячейках функцию "плавающего" затвора и окружающего его изолятора выполняет композитный диэлектрик ONO. Расшифровывается SONOS (Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) как Полупроводник-Диэлектрик-Нитрид-Диэлектрик-Полупроводник. Вместо давшего название этому типу ячейки нитрида в будущем планируется использовать поликристаллический кремний.

Многоуровневые ячейки (MLC - Multi Level Cell).

В последнее время многие компании начали выпуск микросхем флэш-памяти, в которых одна ячейка хранит два бита (рис. 3). Технология хранения двух и более бит в одной ячейке получила название MLC (multilevel cell - многоуровневая ячейка). Достоверно известно об успешных тестах прототипов, хранящих 4 бита в одной ячейке. В настоящее время многие компании находятся в поисках предельного числа бит, которое способна хранить многоуровневая ячейка.

В технологии MLC используется аналоговая природа ячейки памяти. Как известно, обычная однобитная ячейка памяти может принимать два состояния - "0" или "1". Во флэш-памяти эти два состояния различаются по величине заряда, помещённого на "плавающий"

затвор транзистора. В отличие от "обычной" флэш-памяти, MLC способна различать более двух величин зарядов, помещённых на "плавающий" затвор, и, соответственно, большее число состояний. При этом каждому состоянию в соответствие ставится определенная комбинация значений бит.

Во время записи на "плавающий" затвор помещается количество заряда, соответствующее необходимому состоянию. От величины заряда на "плавающем" затворе зависит пороговое напряжение транзистора. Пороговое напряжение транзистора можно измерить при чтении и определить по нему записанное состояние, а значит и записанную последовательность бит.

Основные преимущества MLC микросхем:

· Более низкое соотношение $/МБ

· При равном размере микросхем и одинаковом техпроцессе "обычной" и MLC-памяти, последняя способна хранить больше информации (размер ячейки тот же, а количество хранимых в ней бит - больше)

· На основе MLC создаются микросхемы большего, чем на основе однобитных ячеек, объёма

Основные недостатки MLC:

· Снижение надёжности, по сравнению с однобитными ячейками, и, соответственно, необходимость встраивать более сложный механизм коррекции ошибок (чем больше бит на ячейку - тем сложнее механизм коррекции ошибок)

· Быстродействие микросхем на основе MLC зачастую ниже, чем у микросхем на основе однобитных ячеек

· Хотя размер MLC-ячейки такой же, как и у однобитной, дополнительно тратится место на специфические схемы чтения/записи многоуровневых ячеек

Примечания: После появления MLC, "обычные" однобайтные ячейки классифицировали как одноуровневые ячейки - Single Level Cell (SLC). SONOS-ячейки могут также хранить два бита, однако принципиально отличным от описанного нами способа.

Технология многоуровневых ячеек от Intel (для NOR-памяти) носит название StrtaFlash, аналогичная от AMD (для NAND) - MirrorBit

2.6 Архитектура флэш-памяти

Существует несколько типов архитектур (организаций соединений между ячейками) флэш-памяти. Наиболее распространёнными в настоящее время являются микросхемы с организацией NOR и NAND.

2.7 Доступ к флэш-памяти

Существует три основных типа доступа:

· обычный (Conventional): произвольный асинхронный доступ к ячейкам памяти.

· пакетный (Burst): синхронный, данные читаются параллельно, блоками по 16 или 32 слова. Считанные данные передаются последовательно, передача синхронизируется. Преимущество перед обычным типом доступа - быстрое последовательное чтение данных. Недостаток - медленный произвольный доступ.

· страничный (Page): асинхронный, блоками по 4 или 8 слов. Преимущества: очень быстрый произвольный доступ в пределах текущей страницы. Недостаток: относительно медленное переключение между страницами.

Примечание: В последнее время появились микросхемы флэш-памяти, позволяющие одновременную запись и стирание (RWW - Read While Write или Simultaneous R/W) в разные банки памяти.

2.8 Параллельный и последовательный интерфейс

Преимущества устройств с параллельным интерфейсом:

· устройства с параллельным интерфейсом способны работать быстрее, чем устройства с последовательным интерфейсом (за счёт большего количества контактов они могут передавать больше информации за единицу времени)

· устройства с параллельным интерфейсом, как правило, стоят дешевле устройств с последовательным интерфейсом такого же объёма (за счёт, опять же, более простой внутренней организации)

Однако существует один недостаток:

· за счёт того, что у устройств с параллельным интерфейсом больше контактов, обычно они тяжелее (основная масса тратится не на сами контакты, а на их разводку), и, как правило, больше по размеру.

Так как устройства с параллельным и последовательным интерфейсом находятся в разных "весовых" категориях они практически не конкурируют между собой (маловероятно, что медленные flash с последовательным интерфейсом смогут вытеснить быстрые с параллельным).

Хотя в результате наших размышлений мы пришли к выводу, что устройства с параллельным и последовательным интерфейсом на данном этапе развития технологий между собой не могут серьезно конкурировать, всё же можно пойти несколько дальше, и тогда мы увидим, что не всё так однозначно, как кажется на первый взгляд.

Современные технологии двигаются в сторону уменьшения количества используемых контактов, причём их уменьшение далеко не всегда отрицательно сказывается на скорости передачи данных. Достаточно вспомнить уже давно ставшую стандартом последовательную шину USB. Большая часть современной периферии выпускается именно под неё. Данные по USB передаются намного быстрее, чем по старенькому параллельному LPT.

В настоящее время передавать данные по последовательному интерфейсу можно почти так же быстро, как и по параллельному. Для этого существует несколько приемов, среди которых передача данных с более высокой частотой и модулирование сигнала. Кроме того, часто дешевле добавить несколько дополнительных логических схем в микросхему, чем тратиться на дорогостоящие контакты в разъёме.

Однако для устройств, функционирующих на невысоких частотах, для повышения быстродействия всё же необходимо определённое распараллеливание данных.

2.9 Наличие и отсутствие контроллера

Наличие контроллера позволяет распараллеливать последовательно полученные данные, а, значит, создавать карты с последовательным интерфейсом. Как правило, в микроконтроллер встраивается небольшой буфер чтения/записи, позволяющий ускорить доступ к памяти, логический блок коррекции ошибок ECC, блок управления дефектными секторами флэш-памяти и др. Наличие контроллера упрощает коммуникацию между флэш-картой и устройством, в котором она используется.

Флэш-карты выпускаются в большом количестве, так что контроллеры для них стоят недорого и незначительно влияют на окончательную стоимость карты, кроме того, в большинстве случаев, встроенный во флэш карту микроконтроллер упрощает и удешевляет производителям оборудования проектирование устройства, которое будет взаимодействовать с флэш-картой.

Отсутствие контроллера позволяет несколько уменьшить конечную стоимость флэш-карты, уменьшить её габариты, вес, и распоряжаться памятью так, как это удобно разработчикам устройств использующих флэш-память, однако все заботы о целостности данных, хранящихся на флэшке, ложатся на само устройство. Так что в устройство приходится встраивать свой собственный контроллер, реализующий ECC и другие функции. Это явно не способствует стандартизации форматов данных, сохраняемых на карте. Так, например, информацию, записанную на одном устройстве на карту SmartMedia, далеко не всегда удаётся прочитать на другом.

2.10 Скорость работы

Часто на картах можно встретить условное обозначение скорости работы карты - Х12, Х24... Что это такое? А всё очень просто - для облегчения жизни пользователям компании-производители flash-карт решили представлять скорость работы своих продуктов в скоростной характеристике приводов CD-ROM. Таким образом, flash-карта с заявленной скоростью Х12 будет работать как привод CD-ROM X12, то есть (150kbps х 12)=1800 КБ/с, то есть примерно 1,76 МБ/с. Соответственно, Х24 будет работать со скоростью (150kbps х 24)=3600 КБ/с, или 3,5 МБ/с.

3 Виды карт памяти (флэш-карты)

Наиболее распространенные типы карт памяти:

CompactFlash (CF) (I,II), MultiMedia Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash). Существуют и другие портативные форм-факторы флэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленных здесь.

Как уже упоминалось раньше, флэш-карты бывают двух типов: с параллельным (parallel) и с последовательным (serial) интерфейсом.

Параллельный:

PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash) CompactFlash (CF) SmartMedia (SSFDC)

Последовательный:

MultiMedia Card (MMC) SD-Card (Secure Digital - Card)

Sony Memory Stick 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.

Таблица.

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.

3.1 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 пре-

имущества 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 совместимость - 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.

3.2 CF+ IBM Micro drive

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.

3.3 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.

3.4 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.

3.5 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.

3.6 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.

3.7 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 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.