Архітектура Flash-пам'яті

Министерство науку й освіти Украины.

Інститут соціального управління економіки та права.

Кафедра спеціалізованих комп’ютерних систем.

Пояснювальна записка.

ІСУЕП 4 254.009.

до курсового проекту з дисципліни: «Архітектура ЕОМ» на тему:

«Архітектура Flash-памяти».

|Проверил: |Підготував: | |проф. |студент III курсу | |Романкевич О.М. |групи КС-14 | |ст. преп. |Крывонижко К.Н. | |Рудаков К.С. | |.

_____________.

(оцінка) «___» ________.

«___» ________ _____________.

_____________.

(подпись).

(подпись).

р. Черкаси 2004.

1. Запровадження 3−4.

1. Що таке flashпамять…

…5−9.

2. Організація flash-памяти…10−14.

3. Архітектура флэш-памяти…14−18.

4. Карти пам’яті (флэш-карты)…19−28.

1. Вывод…29.

2.

…30.

1.

Введение

.

Технологія флеш-пам'яті з’явилася близько 20-ти років як розв’язано. Наприкінці 80-х років років минулого століття флеш-пам'ять почали використовувати як альтернативи UV-EPROM. Відтоді інтерес до флеш-пам'яті з кожним роком неухильно зростає. Увага, яку приділяє флеш-пам'яті, цілком можна пояснити — але це найбільш швидкозростаючий сегмент напівпровідникового ринку. Щороку ринок флеш-пам'яті зростає понад 15%, що перевищує сумарний зростання решти напівпровідникової индустрии.

Сьогодні флеш-пам'ять можна знайти у найрізноманітніших цифрових пристроях. Її використовують як носія мікропрограм для микроконтроллеров HDD і CDROM, для зберігання BIOS в ПК. Флеш-пам'ять використав принтерах, КПК, видеоплатах, роутерах, брандмауэрах, стільникових телефонах, електронних годиннику, записниках, телевізорах, кондиціонерах, мікрохвильових печах і пральних машинах… список можна продовжувати нескінченно. На останні роки флеш стає основним типом змінній пам’яті, яка у цифрових мультимедійних пристроях, як-от mp3-плееры і ігрові приставки. А далі все стало можливим завдяки створенню компактних і потужних процесорів. Проте за купівлі ніякого устрою, помещающегося у кишені, не слід орієнтуватися тільки процессорную потужність, що у списку пріоритетів вона стоїть далеко ще не першою месте.

Початок цього було належить 1997 року, коли флэш-карты вперше стали залучити до цифрових фотокамерах.

При виборі портативних пристроїв найважливіше, мій погляд — час автономної роботи за розумних масі і розмірах елемента харчування. Багато в чому це виключно від пам’яті, що визначає обсяг збереженого матеріалу, і, тривалість роботи без підзарядки акумуляторів. Можливість зберігання інформацією кишенькових пристроях обмежується скромними енергоресурсами Пам’ять, зазвичай яка у ОЗУ комп’ютерів, вимагає постійної подачі напруги. Дискові нагромаджувачі можуть зберігати інформації і без безупинної подачі електрики, зате під час запису і зчитуванні даних витрачають його з трьох. Гарним виходом виявилася флеш-пам'ять, не разряжающаяся спонтанно. Носії її основі називаються твердотільними, оскільки мають рухомих частин. На жаль, флешпам’ять — дороге задоволення: середня вартість її мегабайта становить дві долара, що у вісім разів вище, ніж в SDRAM, а вже про жорстких дисках. І це відсутність рухомих частин підвищує надійність флеш-пам'яті: стандартні робочі перевантаження рівняються 15 g, а короткочасні можуть досягати 2000 g, т. е. теоретично карта повинна чудово працювати у максимально можливих космічних перевантаженнях, і витримати зниження економіки з трёхметровой висоти. Причому такі умови гарантується функціонування карти до 100 років. Багато виробників обчислювальної техніки бачать пам’ять майбутнього виключно твердотілої. Внаслідок цього стало практично одночасне поява над ринком комплектуючих кількох стандартів флеш-пам'яті. 2. Что таке flash-память?

Флеш-пам'ять — особливий вид енергонезалежної перезаписываемой напівпровідникової памяти.

. Энергонезависимая — яка потребує додаткової енергії для зберігання даних (енергія потрібно лише записи).

. Перезаписываемая — яка припускає зміна (перезапис) які зберігаються ній данных.

. Напівпровідникова (твердотільна) — яка містить механічно рухомих частин (як звичайні жорсткі диски чи CD), побудована з урахуванням інтегральних мікросхем (IC-Chip).

На відміну від інших типів напівпровідникової пам’яті, осередок флешпам’яті зовсім позбавлений конденсаторів — типова осередок флеш-пам'яті полягає лише вже з транзистора особливої архітектури. Осередок флеш-пам'яті чудово масштабується, яка досягається тільки завдяки успіхам в мініатюризації розмірів транзисторів, а й завдяки конструктивним знахідкам, що дозволяє лише у осередку флеш-пам'яті зберігати кілька біт інформації. Флеш-пам'ять історично походить від ROM (Read Only Memory) пам’яті, і функціонує подібно RAM (Random Access Memory). Дані флеш зберігає у осередках пам’яті, подібних до осередки в DRAM. На відміну від DRAM, при відключенні харчування дані з флеш-пам'яті не пропадають. Заміни пам’яті SRAM і DRAM флэш-памятью немає через двох особливостей флеш-пам'яті: флеш працює істотно повільніше і має обмеження за кількістю циклів перезапису (від 10.000 до 1.000.000 до різних типів). Надёжность/долговечность: інформація, записана на флеш-пам'ять, може зберігатися дуже тривалий час (від 20 до 100 років), і спроможна витримувати значні механічні навантаження (в 5−10 разів перевищуючи гранично допустимі для звичайних жорстких дисків). Основне перевагу флеш-пам'яті перед жорсткими дисками і носіями CD-ROM у тому, що флеш-пам'ять споживає значно (приблизно 10−20 і більше разів) менше енергії у час. У пристроях CD-ROM, жорстких дисках, касетах та інших механічних носіях інформації, більшість енергії забирають приведення в рух механіки цих пристроїв. З іншого боку, флеш-пам'ять компактніші більшості інших механічних носіїв. Флеш-пам'ять історично відбулася від напівпровідникового ROM, проте ROM-памятью не є, а має схожу на ROM організацію. Безліч джерел (як вітчизняних, і закордонних) найчастіше помилково відносять флеш-пам'ять до ROM. Флеш ще може бути ROM хоча б оскільки ROM (Read Only Memory) перекладається «згадку лишень для читання ». Ні про яку можливості перезапису в ROM і бути неспроможна! Невелика, по початку, неточність не звертала він уваги, але з розвитком технологій, коли флеш-пам'ять стала витримувати до 1 мільйона циклів перезапису, і стала використовувати як нагромаджувач загального призначення, цей недолік в класифікації почав кидатися у очі. Серед напівпровідникової пам’яті лише 2 типу ставляться до «чистому «ROM — це Mask-ROM і PROM. На відміну від нього EPROM, EEPROM і Flash ставляться до класу енергонезалежної перезаписываемой пам’яті (англійський еквівалент — nonvolatile read-write memory чи NVRWM). ROM:

. ROM (Read Only Memory) — згадку лишень для читання. Російський эквивалент.

— ПЗУ (Постійно Запам’ятовуючий Пристрій). Якщо бути зовсім точним, даний вид пам’яті називається Mask-ROM (Масочные ПЗУ). Пам’ять влаштована як адресуемого масиву осередків (матриці), кожна осередок якого не може кодувати одиницю інформації. Дані на ROM записувалися під час виробництва шляхом нанесення по масці (тому й назва) алюмінієвих з'єднувальних доріжок литографическим способом. Наявність або у відповідному місці такий доріжки кодировало «0 «чи «1 ». Mask-ROM відрізняється складністю модифікації содержимого.

(лише шляхом виготовлення нових мікросхем), і навіть тривалістю виробничого циклу (4−8 тижнів). Тому, соціальній та зв’язку з, що сучасний програмне забезпечення найчастіше має багато недоробок і найчастіше потребує відновлення, даний тип пам’яті недоотримав широкого распространения.

Преимущества:

1. Низька вартість готової запрограмованої мікросхеми (на великих обсягах производства).

2. Висока швидкість доступу до осередку памяти.

3. Висока надійність готової мікросхеми і опірність електромагнітним полям.

Недостатки:

1. Неможливість записувати і модифікувати дані після изготовления.

2. Складний виробничий цикл.

. PROM — (Programmable ROM), чи одноразово Программируемые ПЗУ. Як осередків пам’яті у цьому типі пам’яті використовувалися плавкі перемички. На відміну від Mask-ROM, в PROM з’явилася можливість кодувати («пережигать ») осередки за наявності спеціального устрою для записи (программатора). Програмування осередки в PROM здійснюється руйнацією («прожигом ») плавкою перемички шляхом подачі струму високої напруги. Можливість самостійної записи інформацією них зробило їх придатними для штучного і мелкосерийного виробництва. PROM практично цілком вийшов з ужитку в конце.

80-х годов.

Преимущества:

1. Висока надійність готової мікросхеми і опірність електромагнітним полям.

2. Можливість програмувати готову мікросхему, що зручне штучного і мелкосерийного производства.

3. Висока швидкість доступу до осередку памяти.

Недостатки:

1. Неможливість перезаписи.

2. Великий відсоток брака.

3. Необхідність спеціальної тривалої термічної тренування, без якої надійність зберігання даних була невисокою NVRWM:

. EPROM.

Різні джерела по-різному розшифровують абревіатуру EPROM — как.

Erasable Programmable ROM чи як Electrically Programmable ROM.

(стираемые программируемые ПЗУ чи електрично программируемые ПЗУ).

У EPROM перед записом необхідно зробити стирання (відповідно з’явилася можливість перезаписувати вміст пам’яті). Стирання осередків EPROM виконується відразу для всієї мікросхеми у вигляді опромінення чіпа ультрафіолетовими чи рентгенівськими променями протягом декількох хвилин. Мікросхеми, стирання яких виробляється шляхом засвічування ультрафіолетом, розробили Intel в 1971 року, й носять назва UV-EPROM (приставка UV (Ultraviolet) — ультрафиолет).

Вони містять віконця з кварцевого скла, котрі за закінченні процесу стирання заклеивают.

Гідність: Можливість перезаписувати вміст микросхемы.

Недостатки:

1. Невелика кількість циклів перезаписи.

2. Неможливість модифікації частини збережених данных.

3. Висока ймовірність «недотереть «(що в результаті призведе до збоїв) чи перетримати його мікросхему під УФ-светом (т.зв. overerase — ефект надлишкового видалення, «пережигание »), що піти може зменшити термін їхньої служби мікросхеми і навіть призвести до її повної негодности.

. EEPROM (EEPROM чи Electronically EPROM) — електрично стираемые ППЗУ розробив 1979 року у тієї ж Intel. У1983 року вийшов первый.

16Кбит зразок, виготовлений з урахуванням FLOTOX-транзисторов (Floating.

Gate Tunnel-OXide — «плаваючий «затвор з туннелированием в окисле).

Головною характерною рисою EEPROM (зокрема. Flash) від раніше розглянутих нами типів енергонезалежної пам’яті є можливість перепрограмування при підключенні до стандартної системної шині микропроцессорного устрою. У EEPROM з’явилася можливість виконувати стирання окремої осередки з допомогою електричного тока.

Для EEPROM стирання кожної осередки виконується автоматично під час запису у ній нову інформацію, тобто. можна змінити дані у будь-якій осередку, не чіпаючи інші. Процедура стирання зазвичай істотно триваліша процедури записи.

Переваги EEPROM проти EPROM:

1. Збільшений ресурс работы.

2. Простіше в обращении.

Недолік: Висока стоимость.

. Flash (повне історичну назву Flash Erase EEPROM):

Винахід флеш-пам'яті найчастіше незаслужено приписують Intel, називаючи у своїй 1988 год. На насправді пам’ять уперше було розроблена компанією Toshiba в 1984 року, вже наступного року розпочато виробництво 256Кбит мікросхем flash-памяти з промисловою масштабах. У 1988 року Intel розробила власний варіант флешпамяти.

У флеш-пам'яті використовується кілька відмінний від EEPROM тип осередкитранзистора. Технологічно флеш-пам'ять споріднена з як EPROM, так и.

EEPROM. Основне відмінність флеш-пам'яті від EEPROM у тому, що стирання вмісту осередків виконується або для всієї мікросхеми, або для певного блоку (кластера, кадру чи сторінки). Звичайний розмір такого блоку становить 256 чи 512 байт, однак у деяких видах флеш-пам'яті обсяг блоку може становити 256КБ. Слід зазначити, що є мікросхеми, дозволяють працювати з блоками різних размеров.

(для оптимізації швидкодії). Прати можна як блок, і вміст всієї мікросхеми відразу. Отже, у випадку, у тому, щоб змінити один байт, спочатку у буфер зчитується весь блок, де міститься підлягає зміни байт, стирається вміст блоку, змінюється значення байта в буфері, після чого виробляється запис зміненого в буфері блоку. Така схема істотно пригальмовує записи невеликих обсягів даних в довільні області пам’яті, проте значно збільшує швидкодія при послідовної записи даних великими порциями.

Переваги флеш-пам'яті проти EEPROM:

1. Вища швидкість записи при послідовному доступі рахунок те, що стирання інформації в флеш виробляється блоками.

2. Собівартість виробництва флеш-пам'яті нижче рахунок простіший организации.

Недолік: Повільна запис в довільні ділянки пам’яті. | | 3. Организация flash-памяти Ячейки флеш-пам'яті бувають як у одному, і двома транзисторах. У найпростішому разі кожна осередок зберігає один біт інформації та складається з одного польового транзистора зі спеціальним електрично ізольованій областю («плаваючим «затвором — floating gate), здатної зберігати заряд багато років. Наявність або відсутність заряду кодує один біт інформації. При записи заряд поміщається на плаваючий затвор однією з двох способів (залежить від типу осередки): методом инжекции «гарячих «електронів чи методом тунелювання електронів. Стирання вмісту осередки (зняття заряду з «плаваючого «затвора) виробляється методом тунеллирования. Зазвичай, наявність заряду на транзисторі сприймається як логічний «0 », а його відсутність — як логічна «1 ». Сучасна флеш-пам'ять зазвичай виготовляється за 0,13- і 0,18-микронному техпроцессу. Загальний принцип роботи осередки флеш-пам'яті. Розглянемо найпростішу осередок флеш-пам'яті однією n-p-n транзисторі. Осередки такого типу найбільше застосування знайшли у flash-памяти з NOR архітектурою, а й у мікросхемах EPROM. Поведінка транзистора залежить кількості електронів на «плавающем «затворі. «Плаваючий «затвор грає таку ж роль, як і конденсатор в DRAM, т. е. зберігає запрограмоване значення. Приміщення заряду на «плаваючий «затвор у такому осередку виробляється методом инжекции «гарячих «електронів (CHE — channel hot electrons), а зняття заряду здійснюється методом квантомеханического тунелювання ФаулераНордхейма (Fowler-Nordheim [FN]). |[pic] |Під час читання, за відсутності заряду на | | | «плавающем «затворі, під | | |впливом позитивного поля на | | |управляючому затворі, утворюється | | |n-канал в підкладці між джерелом і | | |стоком, і виникає струм. | |[pic] |Наявність заряду на «плавающем «| | |затворі змінює вольт-амперные | | |характеристики транзистора таким | | |чином, що з звичайному для читання | | |напрузі канал не з’являється, і | | |струму між джерелом і стоком не | | |виникає. | |[pic] |При програмуванні на стік і | | |управляючий затвор подається високе | | |напруга (причому на управляючий | | |затвор напруга подається | | |приблизно вдвічі вищий). | | | «Гарячі «електрони з каналу | | |инжектируются на плаваючий затвор і | | |змінюють вольт-амперные | | |характеристики транзистора. Такі | | |електрони називають «гарячими «через те,| | |що мають високої енергією, | | |достатньої задля подолання | | |потенційного бар'єра, створюваного| | |тонкої плёнкой диэлектрика. | |[pic] |При стирання високу напругу | | |подається на джерело. На управляючий | | |затвор (опціонально) подається | | |високе негативне напруга. | | |Електрони туннелируют на джерело. |.

Ефект тунелювання — одне із ефектів, використовують хвильові властивості електрона. Сам ефект залежить від подоланні електроном потенційного бар'єра малої «товщини ». Для наочності уявімо собі структуру, що складається з цих двох які проводять областей, розділених тонким шаром диэлектрика (обеднённая область). Подолати ця верства звичайним способом електрон неспроможна — бракує енергії. Але у створенні певних умов (відповідне напруга й т.п.) електрон проскакує шар диэлектрика (туннелирует крізь нього), створюючи ток.

Важливо, що з тунелюванні електрон виявляється «з іншого бік », не проходячи через діелектрик. Така ось «телепортація » .

Відмінності методів тунеллирования Фаулера-Нордхейма (FN) і методу инжекции «гарячих «электронов:

Channel FN tunneling — не вимагає великого напруження. Осередки, використовують FN, можуть бути меншими осередків, використовують CHE.

CHE injection (CHEI) — вимагає вищого напруги, порівняно з FN. Отже, до роботи пам’яті потрібна підтримка подвійного питания.

Програмування методом CHE здійснюється швидше, ніж методом FN.

Слід зазначити, що, крім FN і CHE, існують інші методи програмування і стирання осередки, які вдало використовуються на практиці, проте два описаних нами застосовуються частіше всего.

Процедури стирання і запис сильно зношують осередок флеш-пам'яті, у новітніх мікросхемах деяких виробників застосовуються спеціальні алгоритми, оптимізують процес стирания-записи, і навіть алгоритми, щоб забезпечити рівномірний використання всіх осередків у процесі функционирования.

Деякі види осередків флеш-пам'яті з урахуванням МОП-транзисторов з «плаваючим «затвором:

Stacked Gate Cell — осередок з багатошаровим затвором. Метод стирання — Source-Poly FN Tunneling, метод записи — Drain-Side CHE Injection.

SST Cell, чи SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology — компания-разработчик технології) — осередок з расщеплённым затвором. Метод стирання — Interpoly FN Tunneling, метод записи — Source-Side CHE Injection.

Two Transistor Thin Oxide Cell — двухтранзисторная осередок з тонким шаром окисла. Метод стирання — Drain-Poly FN Tunneling, метод записи — Drain FN Tunneling.

Інші види ячеек:

Крім найчастіше трапляються осередків з «плаваючим «затвором, є й осередки з урахуванням SONOS-транзисторов, які містять плаваючого затвора. SONOS-транзистор нагадує звичайний МНОП (MNOS) транзистор. У SONOS-ячейках функцію «плаваючого «затвора і навколишнього його ізолятора виконує композитний діелектрик ONO. Розшифровується SONOS (Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) як НапівпровідникДиэлектрик-Нитрид-Диэлектрик-Полупроводник. Замість дав назва цьому типу осередки нітриду у майбутньому планується витратити поликристаллический кремній. Багаторівневі осередки (MLC — Multi Level Cell). Останнім часом багато компаній почали випуск мікросхем флеш-пам'яті, в яких одна осередок зберігає два біта. Технологія зберігання двох і більше біт в однієї осередку отримав назву MLC (multilevel cell — багаторівнева осередок). Достеменно відомо про успішні тестах прототипів, зберігають 4 біта лише у осередку. Нині багато компаній перебувають у пошуках граничного числа біт, яке здатна зберігати багаторівнева осередок. У технології MLC використовується аналогова природа осередки пам’яті. Як відомо, звичайна однобитная осередок пам’яті може приймати два стану — «0 «чи «1 ». У флеш-пам'яті ці дві стану різняться за величиною заряду, помещённого на «плаваючий «затвор транзистора. На відміну від «звичайній «флеш-пам'яті, MLC здатна розрізняти більше двох величин зарядів, помещённых на «плаваючий «затвор, і, більше станів. У цьому кожному стану у відповідність ставиться певна комбінація значень біт. Під час запису на «плаваючий «затвор поміщається кількість заряду, відповідне необхідного стану. Від величини заряду на «плавающем «затворі залежить граничне напруга транзистора. Граничне напруга транзистора можна виміряти під час читання і побачити у ній записане стан, отже, і записану послідовність біт. Основні переваги MLC микросхем:

. Більше низька співвідношення $/МБ.

. При рівному розмірі мікросхем і однаковому техпроцессе «звичайній «і MLCпам’яті, остання здатна зберігати більше інформації (розмір осередки хоча б, а кількість які зберігаються ній біт — больше).

. За підсумками MLC створюються мікросхеми більшого, ніж основі однобітних осередків, обсягу Основні недоліки MLC:

. Зниження надёжности, проти однобитными осередками, і, необхідність вбудовувати складніший механізм корекції помилок (що більше біт на осередок — то складніше механізм корекції ошибок).

. Швидкодія мікросхем з урахуванням MLC найчастіше нижче, ніж в мікросхем з урахуванням однобітних ячеек.

. Хоча розмір MLC-ячейки той самий, як і в однобитной, додатково витрачається місце на специфічні схеми чтения/записи багаторівневих осередків Технологія багаторівневих осередків від Intel (для NOR-памяти) називається StrtaFlash, аналогічна від AMD (для NAND) — MirrorBit 3.2 Архітектура флеш-пам'яті. Є кілька типів архітектур (організацій сполук між осередками) флеш-пам'яті. Найбільш распространёнными нині є мікросхеми улаштуванням NOR і NAND. |NOR (NOT OR, ИЛИ-НЕ) | |[pic] |Осередки працюють подібним з| | |EPROM способом. Інтерфейс| | |паралельний. | | |Довільне читання і | | |запис. | | |Переваги: швидкий | | |довільний доступ, | | |можливість побайтной | | |записи. | | |Недоліки: щодо | | |повільна запис і | | |стирання. | | |Із перелічених тут | | |типів має найбільший | | |розмір осередки, тому | | |погано масштабується. | | |Єдиний тип пам’яті, | | |працюючий двома різних| | |напругах. | | |Ідеально адресований | | |зберігання коду програм | | |(PC BIOS, стільникові | | |телефони), ідеальна | | |заміна звичайному EEPROM. | | |Основні виробники: | | |AMD, Intel, Sharp, | | |Micron, Ti, Toshiba, | | |Fujitsu, Mitsubishi, | | |SGS-Thomson, | | |STMicroelectronics, SST, | | |Samsung, Winbond, | | |Macronix, NEC, UMC. | | |Програмування: методом| | |инжекции «гарячих «| | |електронів | | |Стирання: | | |туннеллированием FN | |NAND (NOT AND, И-НЕ) | |[pic] |Доступ довільний, але | | |невеликими блоками | | |(на кшталт кластерів | | |жорсткого диска). | | |Послідовний | | |інтерфейс. Не гаразд,| | |як AND пам’ять підходить | | |для завдань, потребують | | |довільного доступу. | | |Переваги: швидка | | |запис і стирання, | | |невеличкий розмір блоку. | | |Недоліки: щодо | | |повільний довільний | | |доступ, неможливість | | |побайтной записи. | | |Найбільш підходящий тип | | |пам'яті для додатків, | | |орієнтованих | | |блоковий обмін: MP3 | | |плееров, цифрових камер і| | |як замінник | | |жорстких дисків. | | |Основні виробники: | | |Toshiba, AMD/Fujitsu, | | |Samsung, National | | |Програмування: | | |туннеллированием FN | | |Стирання: | | |туннеллированием FN | |AND (І) | |[pic] |Доступ до осередків пам’яті | | |послідовний, | | |архітектурно нагадує | | |NOR і NAND, комбінує | | |їх кращі властивості. | | |Невеликий розмір блоку, | | |можливо швидке | | |мультиблочное стирання. | | |Підходить задля потреб| | |масового ринку. | | |Основні виробники: | | |Hitachi і Mitsubishi | | |Electric. | | |Програмування: | | |туннеллированием FN | | |Стирання: | | |туннеллированием FN | |DiNOR (Divided bit-line NOR, ИЛИ-НЕ з разделёнными розрядними лініями) | |[pic] |Тип пам’яті, який комбінує| | |властивості NOR і NAND. | | |Доступ до осередків | | |довільний. Використовує | | |особливий метод стирання | | |даних, предохраняющий | | |осередки від перепалювання | | |(що сприяє більшої| | |довговічності пам’яті). | | |Розмір блоку в DiNOR | | |лише 256 байт. | | |Основні виробники: | | |Mitsubishi Electric, | | |Hitachi, Motorola. | | |Програмування: | | |туннеллированием FN | | |Стирання: | | |туннеллированием FN | |Примітки: Нині найчастіше використовують пам’ять з | |архітектурою NOR і NAND. Hitachi випускає багаторівневу AND-память з | |NAND-итерфейсом (SuperAnd чи AG-AND [Assist Gate-AND]) |.

Доступ до флэш-памяти Существует три основних типи доступа:

. звичайний (Conventional): довільний асинхронний доступом до осередків памяти.

. пакетний (Burst): синхронний, дані читаються паралельно, блоками по.

16 чи 32 слова. Лічені дані передаються послідовно, передача синхронізується. Перевага перед звичайним типом доступу — швидке послідовне читання даних. Недолік — повільний довільний доступ.

. посторінковий (Page): асинхронний, блоками по 4 чи 8 слів. Переваги: дуже швидкий довільний доступ не більше поточної страницы.

Недолік: щодо повільне переключення між страницами.

Примечание: Останнім часом з’явилися мікросхеми флеш-пам'яті, дозволяють одночасну запис і стирання (RWW — Read While Write чи Simultaneous R/W) у різні банки памяти.

5. Карти пам’яті (флэш-карты) Наиболее поширені типи карт пам’яті: CompactFlash (CF) (I, II), MultiMedia Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PCCard (PCMCIA чи ATA-Flash). Є й інші портативні форм-факторы флеш-пам'яті, проте зустрічаються вони значно рідше перелічених тут. Флэш-карты бувають двох типів: з паралельним (parallel) і з послідовним (serial) інтерфейсом. Параллельный:

. PC-Card (PCMCIA чи ATA-Flash).

. CompactFlash (CF).

. SmartMedia (SSFDC) Последовательный:

. MultiMedia Card (MMC).

. SD-Card (Secure Digital — Card).

. Sony Memory Stick.

PC-Card (PCMCIA) чи ATA Flash.

Интерфейс: паралельний Найдавнішим й найбільш великим за величиною можна припустити PC Card (раніше цей тип карт називався PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Карта оснащена ATA контролером. Завдяки цьому забезпечується эмуляция звичайного жорсткого диска. Нині флешпам’ять цього використовується рідко. PC Card буває обсягом до 2GB. Існує три типу PC Card ATA (I, II і III). Усі вони різняться завтовшки (3,3 5,0 і 10,5 мм відповідно). Усі три типу назад сумісні між собою (на більш товстому разъеме можна використовувати більш делікатну карту, оскільки товщина розняття в усіх типів однакова — 3,3 мм). Харчування карт — 3,3 В і 5 В. ATA-flash зазвичай належить до форм чиннику PCMCIA Type I. |Тип |Довжина |Ширина |Товщина |Використання | |Type I|85,6 мм|54 мм |3,3 мм |Пам'ять (SRAM, DRAM, Flash тощо. буд) | |Type |85,6 мм|54 мм |5 мм |Пам'ять, устрою вводу-виводу | |II | | | |(модеми, мережні карта народження і т. буд) | |Type |85,6 мм|54 мм |10,5 мм |Устрою зберігання даних, жорсткі | |III | | | |диски |.

PC-Card Flash бувають двох типів: PCMCIA Linear Flash Card і ATA Flash Card (Flash Disk). Linear зустрічається набагато рідше ATA flash і сумісний із останнім. Різниця між ними у тому, що ATA Flash містить у собі схему, що дозволить эмулировать звичайний HDD, автоматично помічати зіпсовані блоки, і виробляти автоматичне стирання блоков.

Compact Flash (CF).

Интерфейс: паралельний, 50-ти контактний, відповідає стандарту PCMCIA ATA. Стандарт розроблений компанією SanDisk 1994 року. Розробники формату Compact Flash поставили мета: зберегти всі переваги карт ATA Flash, подолавши їхньої основної недолік — великі розміри. Конструкція карт CompactFlash забезпечує эмуляцию жорсткого диска з АТА інтерфейсом. Разъёмы Compact Flash розташовані на півметровій торці карти, електрично і функціонально повторюючи призначення контактів PCMCIA. Отже, щоб встановити CompactFlash в слот PCMCIA досить найпростішого адаптера CFPCMCIA, який повторює своїми розмірами звичайну PC-Card. Карти бувають двох типів: I і II (першого і другого типу). Карти типу II товщі карт типу I на 2 мм, інших істотної різниці між тими картами немає. CF I можна залучити до пристроях, наділених розніманнями CF II і CF I. CF II можна використовувати лише у пристроях із розніманнями CF II (тобто. CF II типу назад сумісний із CF I типу). Compact Flash II типу розробили тоді, коли потреба у картах великого об'єму. Зараз потреби у картах CF II відпала, оскільки CF I наздогнали за обсягом карти CF II, отже карти другого типу поступово втрачають популярність. Карти Compact Flash підтримують два напруги: 3.3 В і 5 В. На відміну від карт SmartMedia, що у двох версіях (трьохі п’ятивольтової), будь-яка карта CF може працювати із будь-ким із два види харчування. 16 червня 2003 року затверджена специфікація v2.0. Швидкість передачі відповідно до нової специфікації може становити 16MB/s, у своїй забезпечується зворотна сумісний ость — карти, випущені за специфікацією 2.0, будуть працювати у старих пристроях, але з не меншою швидкістю. Вироблені по сучасних технологій чіпи флеш-пам'яті можуть оперувати на швидкостях 5−7 MB/s, отже теоретичний межа в 16 MB/s залишає солідний запас для зростання. У найближчим часом буде ухвалено доповнення, дозволяють CF працювати як DMA, а 2004 року — Ultra DMA 33, що дозволить працювати картам CompactFlash з швидкодією до 33 MB/s. Сьогодні теоретичний межа ємності для CF становить 137 GB. Слід зазначити, майбутнє CF цілком точно тому, у цьому типі карт реалізовуються давні напрацювання ATA, успішно минулі випробування часом проти комп’ютерних жорстких дисках.

SmartMedia (SSFDC — Solid State Floppy Disk Card).

Интерфейс: паралельний, 22-х контактний. Розроблено в 1995 року компаніями Toshiba і Samsung. 8 з 22-х контактів карти йдуть на передачі, інші йдуть на харчування мікросхеми, управління і несуть у собі інші допоміжні функції. Товщина карти лише 0,76 мм. SmartMedia — єдиний формат флеш-карт (з тих, які ми тут розглядаємо), не має убудованого контролера. Карти SmartMedia бувають як у одному, так на двох чіпах NAND. Існує чи два різновиди SmartMedia: 5-и і 3-х вольтові (зовні відрізняються маркіруванням і тих, з якого боку у карти скошений кут: у 5 В SmartMedia він скошений зліва, а й у 3,3В — справа). На карті є спеціальне поглиблення (у вигляді кружечка). Якщо цю пам’ятку приклеїти відповідної форми токопроводящий стикер, то карта буде захищена від записи. У порівняні з іншими картами флеш-пам'яті, у яких використовується напівпровідникова пам’ять, размещённая на друкованої платі разом з контролером та інші компонентами, SmartMedia влаштована досить легко. Карта збирається без пайки та, крім мікросхеми NAND-памяти, зовсім позбавлений в собі ніхто інший микроэлектроники.

xD-Picture Card.

Интерфейс: паралельний, 22-х контактний. Анонсовано за 30 я липня 2002 року компаніями Fujifilm і Olympus. За словами розробників, XD слід розшифровувати як eXtreme Digital. Теоретично ємність карт xD може становити 8ГБ. Повідомляється, що швидкість записи даних на xD досягне 3 Мбайт/с, а швидкість читання — 5 Мбайт/с. Розміри карти: 20×25×1,7 мм. Контакти у XD розташовані, як і як і в SmartMedia, на лицьовій частині карти. На питання користувачів, не було б проблеми з такими контактами, представники компанії пояснюють, що з контактами такий конструкції треба дуже дбайливим і протирати їх сухий ганчіркою у разі забруднення чи попадения ними вологи (єдині карти з такою «властивістю », беручи до уваги SM). Як це і SmartMedia, xD зовсім позбавлений контролера. Карта розроблено у ролі заміни SmartMedia продається по порівнянною з SmartMedia ціні (можливо, через брак вмонтованого контролера), благо чіпи для xD-Picture Card виробляються Toshiba. Теоретичний межа ємності - 8GB.

MMC (MultiMedia Card).

Интерфейс: послідовний, 7-ї контактний. Розроблено 1997 року компаніями Hitachi, SanDisk і Siemens Semiconductors (Infineon Technologies). Карти MMC містять 7 контактів, реально у тому числі використовується 6, а сьомий формально вважається зарезервированным у майбутнє. По стандарту MMC може працювати на частотах до 20МГц. Картка полягає з пластикової оболонки, та друкованої плати, де розташована мікросхема пам’яті, микроконтроллер і розведені контакты.

Призначення контактів MMC:

1 контакт передати даних (в SPI — Data out).

1 контакт передати команд (в SPI — Data in).

1 часы.

3 харчування (2 землі і одну питание).

1 зарезервований (в SPI режимі - chip select) По протоколу MMC дані і команди можуть передаватися одночасно. MultiMedia Card працює із напругою 2.0В — 3.6 В, проте спецификацией передбачаються карти зі зниженим енергоспоживанням — Low Voltage MMC (напруга 1.6В — 3.6В). Для і геть мобільних пристроїв Hitachi випускаються укорочені карти MMC завдовжки лише 18 мм, замість звичайних 32-х. Карти MMC можуть працювати у двох режимах: MMC і SPI (Serial Peripheral Interface). Режим SPI є частиною протоколу MMC і використовується для комунікації з каналом SPI, який звичайно використовують у микроконтроллерах Motorola та інших виробників. Стандарт SPI визначає лише розведення, а чи не весь протокол передачі. Через це в MMC SPI використовується підмножина команд протоколу MMC. Режим SPI призначений від використання в пристроях, що використовують небагато карт пам’яті (зазвичай одну). З погляду докладання перевагу використання режиму SPI полягає у можливості використання що готові рішень, зменшуючи витрати розробці до мінімуму. Недолік полягає у втрати продуктивності на SPI системах, проти MMC. Крім описаного нами звичайного MMC, є ще кілька стандартів карт MMC, такі як: RS-MMC, HS-MMC, CPSMMC, PIN-SMMC. Затверджений MMCA (MMC Association — асоціація виробників MMC) наприкінці 2002 року стандарт RS-MMC (Redused Size MMC) відрізняється від звичної MMC лише габаритами — карта приблизно два рази менше звичайного MMC. Розміри карт RS-MMC — 24×18×1.4 мм, вагу 0,8 р. HSMMC — високошвидкісна (High Speed) MMC-карта що має не 7, а 13 контактів. Розміри карти як в звичайній MMC. У режимі x8 (52Mhz) швидкість передачі теоретично може сягнути 52MBps. Формати CP-SMMC і PINSMMC ми розглянемо пізніше, розділ SDMI-совместимые карти памяти.

SD Card.

Интерфейс: послідовний, 9 балів контактний. Формат розроблений компаніями Matsushita, SanDisk, Toshiba 2000 року. SD-Card працює із напругою 2,0В — 3,6 В, проте спецификацией передбачаються SDLV-карты (SD Low Voltage) зі зниженим енергоспоживанням (напруга 1,6В — 3,6В), крім того, спецификацией передбачені карти завтовшки 1,4 мм (як в MMC), без перемикача захисту від записи. Фактично картки SD є подальшим розвитком стандарту MMC. Флэш-карты SD назад сумісні з MMC (в пристрій з розніманням SD можна вставити MMC, але з навпаки). Основна особливість від MMC:

. У порівняні з MMC, в SD на 2 контакту більше. Обидва нових контакту використовують як додаткові лінії передачі, а той контакт, що у MMC був декларовано як зарезервований, в SD використовується передачі даних. Отже, проти MMC, де дані передаються по одному-єдиному контакту, в SD дані можуть передаватися по 4-му контактам одночасно (число ліній, якими передаються дані, то, можливо одно 1, 2 і 4, причому кількість використовуваних ліній можна динамічно змінювати). Ця особливість переводить карту з розряду карт з суто послідовним інтерфейсом до розряду карт з последовательно-параллельным интерфейсом.

. На відміну від MMC, SD спочатку відповідає угодам SDMI (тобто. карти SD містять т.зв. механізмом захисту авторських прав). Найімовірніше, саме з на цій причині карта народження і отримали свою назву: SD-Card ;

SecureDigital Card. Безліч значень слова Secure перебуває у діапазоні дієслів [охороняти, убезпечити, замикати, опановувати, досягати, брати під варту] і прикметників [спокійний, безпечний, надійний, застрахований]. Digital, певне, слід розуміти, як цифровий, бо як правильно перевести все разом я пропоную подумати вам самим.

. На картці присутній перемикач захисту від записи — write protection switch (як у дискетах).

. MMC за специфікацією дбає про частотах до 20МГц, SD на частотах до.

25МГц.

. У режимі SPI карти SD працюють за протоколу SD-Card, а чи не по протоколу.

MMC.

. Додано один додатковий внутрішній регістр, частина інших дещо відрізняються аналогічних в MMC.

. Зазвичай картка кілька товщі і тяжче MMC.

. За рахунок гладшою пластикової оболонки, поліпшено стійкість карти до статичним розрядам (ESD Tolerance). Кілька дивує відсутність прямий сумісності між двома видами карт (тобто. те, що SD нездатна працювати за протоколом MMC). Якщо уважно розглядати специфікації обох типів карток і не звертати увагу те, що SD то, можливо товщі MMC, то відсутність такий сумісності навіть дивує, оскільки реалізувати її було нескладно, та й виглядало б це дуже природно. Що на думка, що, хоча таку сумісність можна було реалізувати без особливих проблем, SD свідомо розроблена не як розширення специфікації MMC, бо як окремий конкуруючий стандарт. Sony Memory Stick: Інтерфейс: послідовний, десятьох контактний. Розроблено 1998 року компанією Sony. Особливих технічних інновацій в MemoryStick не помітно, хіба що для перемикач захисту від записи (Write Protection Switch) виконано справді грамотно, так контакти добре засадили. Донедавна блакитні «палички пам’яті «використовувалася тільки у цифровий фото-, аудіоі відеотехніці фірми Sony. Нині Sony активно просуває свій формат, і ліцензує технологію іншим виробникам. На харчування в MemoryStick відведено 4 з десяти контактів, ще 2 контакту зарезервовані, один контакт використовується передачі даних, і команд, один для синхронізації, один для сигналізації стану шини (може перебуває у 4-х станах), а один (sic!) визначення того, вставлена карта, чи ні. Карта працює у полудуплексном режимі. Максимальна частота, де може працювати карта — 20МГц. Зарезервовані контакти (за даними) використовують у пристроях з урахуванням інтерфейсу MemoryStick (фотокамерах для Clie [PEGA-MSB1], модулів GPS [PEGAMSC1]и bluetooth [PEGA-MSG1]). Існує різновид Memory Stick — Memory Stick Magic Gate (скорочено MG). Від звичайного Memory Stick, MG відрізняється лише кольором (колір картки — білий) і механізму «захисту авторських прав «- Magic Gate (про цю технології докладніше буде йдеться у розділі «SDMI-совместимые карти пам’яті»). Завдяки підтримці цій технології картка і має свою назву. Механізм захисту, реалізованої в MG, відповідає угодам SDMI. Намагаючись встигнути за малим вагою і розмірами конкуруючих форматів (SD/MMC), 2000 року Sony розробила ще одне формат — Memory Stick Duo. Від звичайного MemoryStick, Duo відрізняється меншими розмірами і вагою. З використанням MemoryStick Duo в пристроях, виділені на звичайних MemoryStick, потрібно спеціальний адаптер. Існує також модифікація цього формату флеш-пам'яті - Memory Stick Duo MG. Картки Duo з’явилися торік у продажу з липня 2002 року. На січневої виставці Consumer Electronics Show 2003 було представлено карта MemoryStick Pro, розроблена Sony що з SanDisk. Нова модифікація карт Sony має самі розміри і так само кількість контактів, як і в звичайних MemoryStick. Проте карта несумісна з колишніми MemoryStick (в разъеме, призначений для звичайних MemoryStick, картка MemoryStick Pro працювати нічого очікувати, проте зворотна підтримка реалізована — в разъеме для карток Pro, звичайний MemoryStick читається). Технічно картки Pro від звичайних MemoryStick тим, що працює більш високої частоті (40MHz), а дані передаються щодо чотирьох лініях, замість однієї. З іншого боку, все картки Pro «на додачу» підтримують MagicGate. Пропускна здатність інтерфейсу 160Mbps, чи 20MB/s (4 лінії x 40 MHz), але з таким швидкодією картка довго працювати неспроможна — за показ такої швидкості здатний працювати лише внутрішній кеш, а, по його заповненні картка працюватиме з пропускною здатністю 15mbps.

Висновок: «Війна стандартів» над ринком флеш-карт триває не перший рік, і кінця їй немає. Виробники розробляють дедалі нові формати карт, тоді як старі досі не бажають зникати. Практично можна говорити лише про «смерть застарілого досить давно стандарту SmartMedia, хоч яка то смерть, якщо карти продовжують випускатися (хоча й зупинившись у розвитку), виходять нові устрою, розраховані саме у цей стандарт, та й старих на руках зберігається чимало. Утім, деякі тенденції вже проглядаються. Зокрема, продовжують втрачати земельну частку карти CompactFlash: ще дуже давно вони (і підтримують їх устрою) над ринком домінували (за оцінками, частка формату становила близько 70−80%), тоді як тепер вони вже втратили лідируючі позиції. Новим переможцем, як чимало й передбачали, стає SecureDigital. Ці карти менше, що спрощує їх застосування, інтерфейс простіше, конструкція надійніше, швидкості постійно зростають. Єдине, що заважає SD здобути беззастережну перемогу — орієнтація багатьох виробників техніки за свої формати. Втім, останнє, та найбільш ходові обсяги в 256- 512 Мбайт виробниками вже освоєно, а стала вельми поширеною карт ємністю 1 Гбайт і большє нє за горами.

. Г93 Апаратні кошти IBM РС. Енциклопедія, 2-ге. — СПб.: Пітер, 2001.

928 з.: мул. Автор — Михайло Гук.

. А. Жаров Ж35 «Залізо IBM 2000 «Москва: «МикроАрт », 352с.

Internet:

1) internet.

2) internet.

3) internet.

———————————;

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Разраб.

Крывонижко К.Н.

Провер.

Рудаков К.С.

Реценз.

М. Контр.

Утверд.

Романкевич.

Архітектура Flash-памяти.

Лит.

Листов.

ІСУЕП.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

Изм.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

НАЗВА ДОКУМЕНТА.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

НАЗВА ДОКУМЕНТА.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.

ІСУЕП 4 254.009.

ІСУЕП 4 254.009.

Лист.

Дата.

Подпись.

№ докум.

Лист.

Изм.