Dobrý den všem!
Dnešním článkem začne nová, malá série článků věnovaných ukládání informací, různým typům pamětí, způsobům zápisu/čtení informací a všemu, co s tím souvisí 😉 A začneme zařízením známé Flash paměti .

Co je to vlastně Flash paměť? Ano, jen obyčejný mikroobvod, vzhledově se nijak neliší od ostatních. Proto může vyvstat rozumná otázka - co je uvnitř a jak obecně probíhají procesy ukládání/čtení informací.

Srdcem mnoha paměťových zařízení je tedy tranzistor s plovoucím hradlem. Nejskvělejší vynález 70. let 20. století. Jeho rozdíl od konvenčních tranzistorů s efektem pole je v tom, že mezi hradlem a kanálem, přímo v dielektriku, je další vodič - který se nazývá plovoucí hradlo. Jak to celé vypadá:

Na obrázku vidíme obvyklou bránu drain-source-gate, stejně jako další vodič umístěný v dielektriku. Pojďme zjistit, jak toto zařízení funguje.

Vytvořme potenciální rozdíl mezi odtokem a zdrojem a aplikujme kladný potenciál na bránu. co se stane potom? To je pravda, proud bude protékat tranzistorem s efektem pole od kolektoru ke zdroji. Navíc je proud dostatečně velký na to, aby „prorazil“ dielektrikum. V důsledku tohoto rozpadu některé elektrony dopadnou na plovoucí bránu. Záporně nabité plovoucí hradlo vytváří elektrické pole, které začíná bránit toku proudu v kanálu, což způsobuje vypnutí tranzistoru. A pokud vypnete napájení tranzistoru, elektrony z plovoucího hradla nikam neodejdou a jeho náboj zůstane nezměněn po mnoho let.

Ale samozřejmě existuje způsob, jak plovoucí šroub vybít. K tomu stačí přivést napětí opačného znaménka na „hlavní“ bránu, která „požene“ všechny elektrony, v důsledku čehož plovoucí brána zůstane nenabitá.

Takto se vlastně informace ukládají – pokud je na bráně záporný náboj, pak je tento stav považován za logickou jedničku a pokud náboj není, pak je to logická nula.

Vyřešili jsme ukládání informací, zbývá jen pochopit, jak můžeme číst informace z tranzistoru s plovoucí bránou. A vše je velmi jednoduché. Když je na plovoucí bráně náboj, její elektrické pole brání toku odtokového proudu. Předpokládejme, že bez nabití bychom mohli přivést napětí +5 V na „hlavní“ bránu a současně začal proudit proud v drenážním obvodu. Když je plovoucí brána nabitá, takové napětí nebude schopno způsobit tok proudu, protože elektrické pole plovoucí brány bude rušit. V tomto případě poteče proud pouze při napětí +10V (například =)). To nám dává dva prahové hodnoty napětí. A použitím například +7,5 V můžeme na základě přítomnosti nebo nepřítomnosti svodového proudu vyvodit závěr o přítomnosti nebo nepřítomnosti náboje na plovoucí bráně. Takto se čtou uložené informace.

Jak to všechno souvisí s flash pamětí? A je to velmi jednoduché – tranzistor s efektem pole s plovoucím hradlem je minimální paměťová buňka schopná uložit jeden bit informace. A každý paměťový čip se skládá z velkého množství tranzistorů uspořádaných určitým způsobem. A nyní je čas podívat se na hlavní typy pamětí Flash. Jmenovitě bych chtěl probrat paměti NOR a NAND.

Oba tyto typy pamětí jsou postaveny na bázi tranzistorů s plovoucím hradlem, kterým jsme dnes věnovali spoustu času) A zásadní rozdíl je v tom, jak jsou tyto tranzistory zapojeny.

Konstrukce NOR využívá dvourozměrnou tabulku vodičů. Vodiče se nazývají bitová linka a word line. Všechny tranzistorové kolektory jsou připojeny k bitové lince a všechna hradla jsou připojena ke slovní lince. Pro lepší pochopení se podívejme na příklad.

Předpokládejme, že potřebujeme číst informace z konkrétní buňky. Tento článek, nebo spíše tento konkrétní tranzistor, je připojen hradlem k jedné ze slovních řad a sběrač k jedné z bitových řad. Pak jednoduše přivedeme prahové napětí na řádek slova odpovídající hradlu našeho tranzistoru a přečteme jeho stav jako v příkladu, který jsme pro jeden článek sledovali výše.

S NAND je vše poněkud složitější. Pokud se vrátíme k analogii s polem, paměťové buňky NAND jsou trojrozměrné pole. To znamená, že ke každé bitové lince není připojen jeden, ale několik tranzistorů, což v konečném důsledku vede ke snížení počtu vodičů a zvýšení kompaktnosti. To je právě jedna z hlavních výhod NAND paměti. Jak ale můžeme vypočítat stav určitého tranzistoru s takovou strukturou? Chcete-li porozumět procesu, zvažte schéma:

Jak je vidět z diagramu, jeden bitový řádek odpovídá několika buňkám. A důležitá vlastnost je následující: pokud je alespoň jeden z tranzistorů uzavřen, pak bude na bitovém vedení vysoké napětí. Podívej se sem:

Nízká úroveň na bitovém řádku se skutečně objeví pouze tehdy, když je celý řetězec tranzistorů otevřený (vzpomeňte si na kurz tranzistorů s efektem pole 😉).

S tím zdánlivě jasným se vracíme k naší otázce – jak vypočítat stav konkrétního tranzistoru? A k tomu nestačí jednoduše přivést prahové napětí na řádek slova (do hradla tranzistoru) a sledovat signál na bitovém řádku. Je také nutné, aby všechny ostatní tranzistory byly v otevřeném stavu. A to se děje takto: na hradlo našeho tranzistoru se přivede prahové napětí, jehož stav potřebujeme přečíst (jako v případě paměti NOR), a na hradla všech ostatních tranzistorů se přivede zvýšené napětí. v tomto řetězci tak, že bez ohledu na stav plovoucího hradla se tranzistor otevřel. A pak čtením signálu z bitového řádku zjistíme, v jakém stavu je tranzistor, který nás zajímá (ostatně všechny ostatní jsou absolutně otevřené). To je vše)

Takto dnes dopadl článek) Zjistili jsme princip fungování a hlavní typy Flash, stejně jako strukturu a princip fungování paměti NAND a NOR. Doufám, že článek bude užitečný a srozumitelný, uvidíme se brzy!

Flash paměť je typ dlouhodobé paměti pro počítače, ve které lze obsah přeprogramovat nebo elektricky vymazat. Ve srovnání s elektricky vymazatelnou programovatelnou pamětí pouze pro čtení lze operace s ní provádět v blocích, které jsou umístěny na různých místech. Flash paměť stojí mnohem méně než EEPROM, a proto se stala dominantní technologií. Zejména v situacích, kdy je vyžadováno stabilní a dlouhodobé ukládání dat. Jeho použití je povoleno v celé řadě případů: v digitálních audio přehrávačích, fotoaparátech a videokamerách, mobilních telefonech a chytrých telefonech, kde existují speciální aplikace pro Android pro paměťovou kartu. Kromě toho se také používá v USB flash discích, které se tradičně používají k ukládání informací a jejich přenosu mezi počítači. Určitou slávu si získal ve světě hráčů, kde se často používá k ukládání dat o průběhu hry.

obecný popis

Flash paměť je typ, který je schopen uchovávat informace na své desce po dlouhou dobu bez použití napájení. Kromě toho můžeme zaznamenat nejvyšší rychlost přístupu k datům a lepší odolnost proti kinetickým otřesům ve srovnání s pevnými disky. Právě díky těmto vlastnostem se stal tak oblíbeným pro zařízení napájená bateriemi a dobíjecími bateriemi. Další nepopiratelnou výhodou je, že když je flash paměť komprimována do pevné karty, je téměř nemožné ji jakýmkoliv standardním fyzickým způsobem zničit, takže odolá vařící vodě a vysokému tlaku.

Nízkoúrovňový přístup k datům

Způsob přístupu k datům uloženým ve flash paměti je velmi odlišný od konvenčních typů. Nízkoúrovňový přístup je zajištěn prostřednictvím řidiče. Konvenční RAM okamžitě reaguje na výzvy ke čtení a zápisu informací a vrací výsledky takových operací, ale design flash paměti je takový, že to trvá dlouho, než se nad tím zamyslí.

Konstrukce a princip činnosti

V současné době je rozšířená flash paměť, která je vytvořena na jednotranzistorových prvcích s „plovoucí“ bránou. To umožňuje poskytnout větší hustotu ukládání dat ve srovnání s dynamickou RAM, která vyžaduje dvojici tranzistorů a kondenzátorový prvek. V současné době je trh přesycen různými technologiemi pro konstrukci základních prvků pro tento typ médií, které jsou vyvíjeny předními výrobci. Vyznačují se počtem vrstev, způsoby záznamu a mazání informací a také organizací struktury, která je obvykle uvedena v názvu.

V současné době existuje několik nejběžnějších typů čipů: NOR a NAND. V obou jsou paměťové tranzistory připojeny k bitovým sběrnicím - paralelně a sériově. První typ má poměrně velké velikosti buněk a umožňuje rychlý náhodný přístup, což umožňuje spouštění programů přímo z paměti. Druhý je charakterizován menší velikostí buněk a také rychlým sekvenčním přístupem, což je mnohem pohodlnější, když je potřeba postavit zařízení blokového typu, kde bude uloženo velké množství informací.

Ve většině přenosných zařízení používá SSD typ paměti NOR. Stále oblíbenější jsou však zařízení s rozhraním USB. Používají paměti NAND. Postupně vytlačuje první.

Hlavním problémem je křehkost

První vzorky sériově vyráběných flash disků uživatele nepotěšily vysokými rychlostmi. Nyní je však rychlost zápisu a čtení informací na takové úrovni, že si můžete pustit celovečerní film nebo spustit na počítači operační systém. Řada výrobců již předvedla stroje, kde je pevný disk nahrazen flash pamětí. Tato technologie má ale velmi podstatnou nevýhodu, která se stává překážkou pro nahrazení stávajících magnetických disků tímto médiem. Díky konstrukci flash paměti umožňuje mazání a zápis informací v omezeném počtu cyklů, což je dosažitelné i pro malá a přenosná zařízení, nemluvě o tom, jak často se to děje na počítačích. Pokud používáte tento typ média jako SSD na PC, pak kritická situace přijde velmi rychle.

To je způsobeno skutečností, že takový pohon je postaven na vlastnosti tranzistorů s efektem pole uložit do „plovoucího“ hradla, jehož nepřítomnost nebo přítomnost v tranzistoru je považována za logickou jedničku nebo nulu v binárním zápisu mazání dat v paměti NAND se provádí pomocí tunelovaných elektronů metodou Fowler-Nordheim za účasti dielektrika. To nevyžaduje to, co vám umožňuje vytvářet buňky minimálních velikostí. Ale je to tento proces, který vede k buňkám, protože elektrický proud v tomto případě nutí elektrony proniknout bránou a překonat dielektrickou bariéru. Garantovaná životnost takové paměti je však deset let. K opotřebení mikroobvodu nedochází kvůli čtení informací, ale kvůli operacím k jejich vymazání a zápisu, protože čtení nevyžaduje změnu struktury buněk, ale pouze prochází elektrickým proudem.

Výrobci pamětí přirozeně aktivně pracují na zvýšení životnosti SSD disků tohoto typu: snaží se zajistit jednotnost procesů zápisu/mazání napříč buňkami pole, aby se některé neopotřebovávaly více než jiné. Pro rovnoměrné rozložení zátěže se převážně používají softwarové cesty. Například k odstranění tohoto jevu se používá technologie „vyrovnání opotřebení“. V tomto případě jsou data, která často podléhají změnám, přesunuta do adresního prostoru flash paměti, takže záznam je prováděn na různých fyzických adresách. Každý regulátor je vybaven vlastním algoritmem zarovnání, takže je velmi obtížné porovnávat účinnost různých modelů, protože detaily implementace nejsou zveřejněny. Vzhledem k tomu, že objem flash disků je každým rokem větší, je nutné používat stále efektivnější provozní algoritmy, aby byla zaručena stabilní funkce zařízení.

Odstraňování problémů

Jedním z velmi účinných způsobů, jak s tímto jevem bojovat, byla rezervace určitého množství paměti, která zajišťuje rovnoměrnost zatížení a korekci chyb pomocí speciálních algoritmů logického přesměrování pro nahrazení fyzických bloků, které vznikají při intenzivní práci s flash diskem. A aby se zabránilo ztrátě informací, buňky, které selžou, jsou zablokovány nebo nahrazeny záložními. Tato softwarová distribuce bloků umožňuje zajistit rovnoměrnost zatížení a zvýšit počet cyklů 3-5krát, ale to nestačí.

A další typy podobných disků se vyznačují tím, že se do jejich servisní oblasti zadává tabulka se souborovým systémem. Zabraňuje poruchám ve čtení informací na logické úrovni, například při chybném vypnutí nebo náhlém přerušení dodávky elektrické energie. A protože systém při použití vyměnitelných zařízení neposkytuje ukládání do mezipaměti, časté přepisování má nejškodlivější vliv na tabulku alokace souborů a obsah adresáře. A ani speciální programy pro paměťové karty nejsou schopny v této situaci pomoci. Například při jednorázovém požadavku uživatel přepsal tisíc souborů. A zdálo by se, že bloky, kde byly umístěny, jsem použil pro záznam pouze jednou. Ale oblasti služeb byly přepsány s každou aktualizací jakéhokoli souboru, to znamená, že alokační tabulky prošly touto procedurou tisíckrát. Z tohoto důvodu nejprve selžou bloky obsazené těmito daty. Technologie vyrovnávání opotřebení funguje i s takovými bloky, ale její účinnost je velmi omezená. A nezáleží na tom, jaký typ počítače používáte, flash disk selže přesně tehdy, když to tvůrce zamýšlel.

Stojí za zmínku, že zvýšení kapacity mikroobvodů takových zařízení vedlo pouze k tomu, že se celkový počet cyklů zápisu snížil, protože buňky se zmenšují, takže k rozptýlení oxidu je potřeba stále menší napětí. příčky, které izolují „plovoucí bránu“. A zde je situace taková, že s nárůstem kapacity používaných zařízení se problém s jejich spolehlivostí začal stále více zhoršovat a třída paměťové karty nyní závisí na mnoha faktorech. Spolehlivost takového řešení je dána jeho technickými vlastnostmi a také aktuální situací na trhu. Kvůli tvrdé konkurenci jsou výrobci nuceni snižovat výrobní náklady jakýmikoli prostředky. Včetně kvůli zjednodušené konstrukci, použití součástek z levnější sady, oslabení kontroly nad výrobou a dalších metod. Například paměťová karta Samsung bude stát více než její méně známé analogy, ale její spolehlivost vyvolává mnohem méně otázek. Ale i zde lze jen těžko hovořit o naprosté absenci problémů a od zařízení zcela neznámých výrobců lze jen těžko čekat něco víc.

Perspektivy rozvoje

I když existují zřejmé výhody, existuje řada nevýhod, které charakterizují paměťovou kartu SD a které brání dalšímu rozšiřování jejího pole působnosti. Proto se v této oblasti neustále hledají alternativní řešení. Samozřejmě se v první řadě snaží vylepšit stávající typy flash pamětí, což nepovede k žádným zásadním změnám ve stávajícím výrobním procesu. Není proto pochyb o jediném: firmy zabývající se výrobou těchto typů pohonů se před přechodem na jiný typ pokusí využít jejich plný potenciál a budou pokračovat ve zdokonalování tradiční technologie. Například paměťová karta Sony je aktuálně dostupná v široké škále objemů, takže se předpokládá, že bude i nadále aktivně vyprodána.

Dnes na prahu průmyslové implementace však existuje celá řada technologií pro alternativní ukládání dat, z nichž některé lze implementovat ihned po nástupu příznivé situace na trhu.

Feroelektrická RAM (FRAM)

Pro zvýšení potenciálu energeticky nezávislé paměti je navržena technologie feroelektrického principu ukládání informací (Ferroelectric RAM, FRAM). Obecně se uznává, že mechanismus fungování stávajících technologií, který spočívá v přepisování dat během procesu čtení se všemi úpravami základních komponent, vede k určitému omezení rychlostního potenciálu zařízení. A FRAM je paměť vyznačující se jednoduchostí, vysokou spolehlivostí a rychlostí provozu. Tyto vlastnosti jsou nyní charakteristické pro DRAM – energeticky nezávislou paměť s náhodným přístupem, která v současnosti existuje. Zde ale přidáme i možnost dlouhodobého ukládání dat, které se vyznačuje Mezi výhody takové technologie můžeme vyzdvihnout odolnost vůči různým typům pronikajícího záření, které může být žádané u speciálních zařízení, která se používají k práci v podmínkách zvýšené radioaktivity nebo při průzkumu vesmíru. Mechanismus ukládání informací je zde implementován pomocí feroelektrického jevu. To znamená, že materiál je schopen udržet polarizaci v nepřítomnosti vnějšího elektrického pole. Každá paměťová buňka FRAM je vytvořena vložením ultratenkého filmu feroelektrického materiálu ve formě krystalů mezi pár plochých kovových elektrod, čímž se vytvoří kondenzátor. Data jsou v tomto případě uložena uvnitř krystalové struktury. A to zabraňuje efektu úniku náboje, který způsobuje ztrátu informací. Data v paměti FRAM zůstanou zachována i po vypnutí napájení.

Magnetická RAM (MRAM)

Dalším typem paměti, který je dnes považován za velmi perspektivní, je MRAM. Vyznačuje se poměrně vysokou rychlostí a energetickou nezávislostí. v tomto případě se používá tenký magnetický film umístěný na křemíkové podložce. MRAM je statická paměť. Nevyžaduje pravidelné přepisování a při vypnutí napájení nedojde ke ztrátě informací. V současné době se většina odborníků shoduje na tom, že tento typ paměti lze nazvat technologií nové generace, protože stávající prototyp vykazuje poměrně vysokou rychlost. Další výhodou tohoto řešení je nízká cena čipů. Flash paměť se vyrábí pomocí specializovaného procesu CMOS. A čipy MRAM lze vyrábět pomocí standardního výrobního procesu. Kromě toho mohou být materiály materiály používané v konvenčních magnetických médiích. Je mnohem levnější vyrábět velké množství takových mikroobvodů než všechny ostatní. Důležitou vlastností paměti MRAM je její schopnost okamžitého zapnutí. A to je zvláště cenné pro mobilní zařízení. Ve skutečnosti je u tohoto typu hodnota článku určena magnetickým nábojem, nikoli elektrickým nábojem, jako u tradiční flash paměti.

Ovonic Unified Memory (OUM)

Dalším typem paměti, na kterém mnoho společností aktivně pracuje, je jednotka SSD založená na amorfních polovodičích. Je založen na technologii změny fáze, která je podobná principu záznamu na běžné disky. Zde se fázový stav látky v elektrickém poli mění z krystalického na amorfní. A tato změna přetrvává i při absenci napětí. Taková zařízení se liší od tradičních optických disků tím, že k zahřívání dochází v důsledku působení elektrického proudu, nikoli laseru. Čtení se v tomto případě provádí kvůli rozdílu v odrazivosti látky v různých stavech, který je vnímán snímačem diskové jednotky. Teoreticky má takové řešení vysokou hustotu ukládání dat a maximální spolehlivost a také zvýšený výkon. Maximální počet přepisovacích cyklů je zde vysoký, k čemuž je v tomto případě použit flash disk o několik řádů pozadu.

Chalkogenidová RAM (CRAM) a Phase Change Memory (PRAM)

Tato technologie je také založena na principu, že v jedné fázi látka použitá v nosiči působí jako nevodivý amorfní materiál a ve druhé slouží jako krystalický vodič. Přechod paměťové buňky z jednoho stavu do druhého se provádí v důsledku elektrických polí a zahřívání. Takové čipy se vyznačují odolností vůči ionizujícímu záření.

Informační vícevrstvá karta s potiskem (Info-MICA)

Provoz zařízení postavených na základě této technologie se provádí na principu tenkovrstvé holografie. Informace se zaznamenávají následovně: nejprve se vytvoří dvourozměrný obraz a přenese se na hologram pomocí technologie CGH. Data se čtou fixací laserového paprsku na okraj jedné ze zaznamenaných vrstev, které slouží jako optické vlnovody. Světlo se šíří podél osy, která je rovnoběžná s rovinou vrstvy a vytváří výstupní obraz odpovídající dříve zaznamenané informaci. Počáteční data lze získat kdykoli díky algoritmu zpětného kódování.

Tento typ pamětí je ve srovnání s polovodičovými pamětmi příznivý díky skutečnosti, že poskytuje vysokou hustotu záznamu, nízkou spotřebu energie a také nízké náklady na paměťová média, bezpečnost životního prostředí a ochranu před neoprávněným použitím. Taková paměťová karta ale neumožňuje přepisování informací, takže může sloužit pouze jako dlouhodobé úložiště, náhrada papírových médií nebo alternativa k optickým diskům pro distribuci multimediálního obsahu.

Co je to Flash paměť?

Flash paměť/USB disk nebo flash paměť je miniaturní paměťové zařízení používané jako dodatečné paměťové médium pro informace. Zařízení se připojuje k počítači nebo jinému čtecímu zařízení přes USB rozhraní.

Jednotka USB flash je navržena tak, aby ji bylo možné opakovaně číst po stanovenou životnost, která se obvykle pohybuje od 10 do 100 let. Do paměti flash můžete zapisovat omezený počet opakování (asi milion cyklů).

Flash paměť je považována za spolehlivější a kompaktnější ve srovnání s pevnými disky (HDD), protože nemá žádné pohyblivé mechanické části. Toto zařízení je poměrně široce používáno při výrobě digitálních přenosných zařízení: foto a videokamery, hlasové záznamníky a MP3 přehrávače, PDA a mobilní telefony. Spolu s tím se Flash Memory používá k ukládání firmwaru v různých zařízeních, jako jsou modemy, PBX, skenery, tiskárny nebo routery. Snad jedinou nevýhodou moderních USB disků je jejich relativně malý objem.

Historie flash paměti

První flash paměť se objevila v roce 1984, vynalezl ji inženýr společnosti Toshiba Fujio Masuoka, jehož kolega Shoji Ariizumi porovnal princip fungování tohoto zařízení s fotografickým bleskem a poprvé jej nazval „blesk“. Veřejná prezentace Flash Memory se uskutečnila v roce 1984 na Mezinárodním semináři elektronických zařízení konaném v San Franciscu v Kalifornii, kde se Intel začal o tento vynález zajímat. O čtyři roky později její specialisté vydali první komerční flash procesor. Největšími výrobci flash disků na konci roku 2010 byly Samsung, který zaujímal 32 % tohoto trhu, a Toshiba – 17 %.

Jak funguje USB disk?

Všechny informace zapsané na flash disk a uložené v jeho poli, které se skládá z tranzistorů s plovoucím hradlem nazývaných buňky. V konvenčních jednoúrovňových buňkových zařízeních si každá buňka „pamatuje“ pouze jeden bit dat. Některé nové čipy s víceúrovňovými buňkami (víceúrovňová buňka nebo tříúrovňová buňka) jsou však schopny uložit větší množství informací. V tomto případě musí být na plovoucí hradlo tranzistoru použit jiný elektrický náboj.

Klíčové vlastnosti USB disku

Kapacita aktuálně dostupných flash disků se pohybuje od několika kilobajtů až po stovky gigabajtů.

V roce 2005 představili specialisté ze společností Toshiba a SanDisk procesor NAND, jehož celkový objem byl 1 GB. Při vytváření tohoto zařízení použili víceúrovňovou technologii buněk, kde je tranzistor schopen uložit několik bitů dat pomocí různého elektrického náboje na plovoucí hradlo.

V září následujícího roku Samsung představil veřejnosti 4gigabajtový čip vyvinutý na základě 40nm technologického procesu a na konci roku 2009 oznámili technologové Toshiby vytvoření 64GB flash disku, který byl spuštěna do sériové výroby začátkem příštího roku.

V létě 2010 proběhla prezentace prvního 128GB USB disku v historii lidstva, složeného z šestnácti 8GB modulů.

V dubnu 2011 Intel a Micron oznámily vytvoření 8GB MLC NAND flash čipu s plochou 118 mm, téměř poloviční velikosti podobných zařízení, jejichž sériová výroba začala na konci roku 2011.

Typy paměťových karet a flash disků

Používá se především v profesionální video a fotozařízení, protože má poměrně velké rozměry (43x36x3,3 mm), v důsledku čehož je dosti problematické instalovat Compact Flash slot do mobilních telefonů nebo MP3 přehrávačů. Zároveň je karta považována za málo spolehlivou a také nemá vysokou rychlost zpracování dat. Maximální povolená kapacita Compact Flash aktuálně dosahuje 128 GB a rychlost kopírování dat se zvýšila na 120 MB/s.

Multimediální karta RS-MMC/Reduced Size- paměťová karta, která má poloviční délku než standardní MMC karta - 24x18x1,4 mm a váží asi 6 gramů. Všechny ostatní vlastnosti a parametry běžné MMC karty přitom zůstávají zachovány. Chcete-li používat karty RS-MMC, musíte použít adaptér.

MMCmicro- miniaturní paměťová karta o rozměrech pouhých 14x12x1,1 mm určená pro mobilní zařízení. Chcete-li jej použít, musíte použít standardní slot MMC a speciální adaptér.

Přestože jsou parametry a rozměry 32x24x2,1 mm velmi podobné MMC kartě, nelze tuto kartu použít se standardním MMC slotem.

Vysoká kapacita SDHC/SD je vysokokapacitní paměťová karta SD, kterou moderní uživatelé znají jako SD 1.0, SD 1.1 a SD 2.0 (SDHC). Tato zařízení se liší maximálním množstvím dat, které na ně lze uložit. Jsou zde tedy kapacitní omezení v podobě 4 GB pro SD a 32 GB pro SDHC. Karta SDHC je však zpětně kompatibilní s SD. Obě možnosti jsou k dispozici ve třech formátech fyzické velikosti: standardní, mini a mikro.

microSD/Micro Secure Digital karta- jedná se o nejkompaktnější vyměnitelné flash paměťové zařízení od roku 2011, jeho rozměry jsou 11x15x1 mm, což umožňuje použití na mobilních telefonech, komunikátorech apod. Přepínač ochrany proti zápisu je umístěn na microSD-SD adaptéru a max. možná kapacita karty je 32 GB.

Memory Stick Micro/M2- paměťová karta, jejíž formát velikostí konkuruje microSD, ale výhoda zůstává u zařízení Sony.

Základní design zařízení zůstal nezměněn od roku 1995, kdy se flash disky poprvé začaly vyrábět v průmyslovém měřítku. Aniž bychom zacházeli do detailů, USB flash karta se skládá ze tří klíčových prvků: * USB konektor - každému dobře známý konektor, který je rozhraním mezi flash diskem a počítačovým systémem, ať už se jedná o systém osobního počítače, multimediální centrum nebo dokonce i autorádio; * řadič paměti je velmi důležitým prvkem obvodu. Propojuje paměť zařízení s USB konektorem a řídí přenos dat v obou směrech; * Paměťový čip je nejdražší a nejdůležitější součástí USB flash karty. Určuje množství informací uložených na kartě a rychlost čtení/zápisu dat. Co se může v tomto schématu změnit? V zásadě nic, ale moderní průmysl poskytuje několik možností pro takové schéma; kombinace eSATA a USB konektorů, dva USB konektory.

1 -- USB konektor; 2 -- mikrokontrolér; 3 -- kontrolní body; 4 -- flash paměťový čip; 5 -- křemenný rezonátor; 6 -- LED; 7 -- přepínač "ochrany proti zápisu"; 8 -- prostor pro přídavný paměťový čip.

Princip fungování

Flash paměť ukládá informace do pole tranzistorů s plovoucím hradlem nazývaných buňky. V tradičních zařízeních s jednoúrovňovými buňkami (anglicky single-level cells, SLC) může každá z nich uložit pouze jeden bit. Některá nová zařízení s víceúrovňovými buňkami (MLC; triple-level cell, TLC) mohou uložit více než jeden bit pomocí různých úrovní elektrického náboje na plovoucí hradle tranzistoru.

Typy flash pamětí

ANI

Tento typ paměti flash je založen na prvku NOR, protože v tranzistoru s plovoucím hradlem nízké hradlové napětí označuje jedničku.

Tranzistor má dvě hradla: řídicí a plovoucí. Ten je zcela izolovaný a je schopen zadržet elektrony po dobu až 10 let. Buňka má také odtok a zdroj. Při programování s napětím se na řídicí bráně vytvoří elektrické pole a vznikne tunelový efekt. Některé elektrony tunelují vrstvou izolátoru a dosáhnou plovoucí brány. Náboj na plovoucí bráně mění "šířku" kanálu odtokového zdroje a jeho vodivost, která se používá pro čtení.

Programovací a čtecí buňky mají velmi rozdílnou spotřebu energie: flash paměťová zařízení spotřebovávají poměrně hodně proudu při zápisu, zatímco při čtení je spotřeba energie nízká.

Pro vymazání informací se na řídicí hradlo přivede vysoké záporné napětí a elektrony z plovoucího hradla se přesunou (tunelem) ke zdroji.

V architektuře NOR musí být každý tranzistor připojen k samostatnému kontaktu, což zvětšuje velikost obvodu. Tento problém je vyřešen pomocí architektury NAND.

NAND

Typ NAND je založen na prvku NAND. Princip činnosti je stejný, liší se od typu NOR pouze umístěním článků a jejich kontaktů. V důsledku toho již není nutné provádět individuální kontakt s každou buňkou, takže velikost a náklady na čip NAND lze výrazně snížit. Také zápis a mazání je rychlejší. Tato architektura však neumožňuje přístup k libovolné buňce.

Architektury NAND a NOR nyní existují paralelně a vzájemně si nekonkurují, protože se používají v různých oblastech ukládání dat.

Zařízení pro ukládání dat jsou určena pro ukládání elektronických informací. V závislosti na konstrukčních vlastnostech jsou rozděleny do několika typů, z nichž nejběžnější jsou flash disky. Rozšířily se díky svým malým fyzickým rozměrům a působivému objemu, který jim umožňuje uložit velké množství souborů. Při nákupu flash disku se však každý uživatel dostal do situace, kdy využitelná kapacita disku neodpovídala tomu, co deklaroval výrobce. Proč k této situaci dochází?

Definice Flash paměti

Flash paměť je jedním z typů moderních zařízení pro ukládání informací, která je založena na technologii elektrického programování, která umožňuje získat z technologického hlediska zcela kompletní řešení pro záznam a ukládání elektronických informací.
Běžní uživatelé používají termín „flash paměť“ pro klasifikaci velké kategorie zařízení pro ukládání informací, která jsou vyráběna pomocí této technologie. Hlavní výhody této kategorie zařízení pro ukládání dat jsou:

— Malé rozměry;
- Nízké náklady;
— Vynikající odolnost proti mechanickému poškození;
— Velký objem;
— Vysoká rychlost čtení dat;
- Malá spotřeba energie.

Díky všem výše uvedeným výhodám našel tento typ paměti široké uplatnění při výrobě různých elektronických vychytávek, ale i externích zařízení pro ukládání dat. Existují však také významné nevýhody, které flash paměti mají. Mezi hlavní patří křehkost provozu a zvýšená citlivost na elektrostatické výboje.

A co množství paměti, kterou mohou mít moderní flash disky? Na tuto otázku neexistuje jednoznačná odpověď, protože ještě před několika lety se zdálo být limitem 128 gigabajtů a dnes nikoho nepřekvapí flash disky schopné uložit jeden terabajt informací. A to zdaleka není limit.

Trochu historie

Za první zařízení pro ukládání dat v této kategorii jsou považovány pevné disky, u kterých byl proces záznamu prováděn pomocí elektrických výbojů a mazání pomocí ultrafialového světla. Jako paměťové prvky v takových médiích byly použity LED tranzistory s plovoucí bránou. Informace těchto permanentních paměťových zařízení byla reprezentována ve formě elektrického výboje, který byl připojen k dielektriku. Hlavním problémem těchto zařízení byla velmi velká plocha elektroinstalace, která byla zmenšena až v roce 1984. Tehdy se objevily první moderní flash disky.

Princip činnosti

Záznam a ukládání informací elektronicky na flash disky probíhá registrací a změnou elektrického náboje LED tranzistorů. Tento proces je založen na principu tunelového efektu, ke kterému dochází mezi zdrojem elektřiny a pohyblivým hradlem tranzistoru. Pro zvýšení účinnosti tohoto procesu se využívá urychlení elektronů. Čtení zaznamenaných informací se provádí pomocí tranzistorů s efektem pole. Pro realizaci práce s velkým počtem informačních buněk jsou v návrhu flash paměti implementovány speciální prvky. Malé fyzické rozměry disků této třídy a velké množství paměti je dosaženo díky malým rozměrům všech elektronických prvků obsažených v těchto zařízeních.

NOR a NAND zařízení

Tyto prvky se liší v závislosti na metodě, která je základem implementace velkého množství zdrojů pro ukládání elektrických nábojů, a také na technologii pro záznam a čtení informací. Zařízení kategorie NOR jsou vytvořena na základě dvourozměrné polovodičové matice, na jejímž průsečíku je použit jeden článek. V procesu zápisu a čtení elektronických informací je jeden výstup buňky v kontaktu s tranzistorem a druhý je v kontaktu s hradlem sloupců. Zdroj je v kontaktu se substrátem, který funguje jako spojovací článek pro všechny prvky flash disku. Tato konstrukce umožňuje napájet jeden tranzistor, který uchovává potřebnou část informací.

Na rozdíl od struktury NOR fungují zařízení třídy NAND na principu trojrozměrného pole. Pohony s těmito zařízeními jsou vytvořeny na stejném typu matice, s jedinou výjimkou, že na průsečíku tranzistorů není založen jeden, ale sloupec po sobě jdoucích buněk. Na jednom průsečíku tak může být umístěn velký počet hradlových obvodů, což umožňuje výrazně zvýšit počet prvků zahrnutých do základu zařízení pro ukládání informací. To však vede k významné komplikaci algoritmu pro přístup k elektronickým prvkům, které uchovávají elektronický náboj, a také procesu zápisu a čtení informací. Přesto i přes složitější konstrukci mají flash disky vyvinuté na těchto zařízeních podstatně větší kapacitu.

Zařízení SLC a MLC

Některá zařízení používaná při výrobě flash paměťových zařízení jsou schopna současně ukládat několik bitů informací namísto pouze jednoho. Toho je dosaženo zvýšením počtu nábojů, které může plovoucí hradlo tranzistorů současně uložit. Taková zařízení se nazývají vícebitová nebo víceúrovňová a v technické dokumentaci jsou označena jako MLC. Stojí za zmínku, že navzdory výhodám v provozu mají nižší náklady, existuje však také negativní stránka, například menší zdroj přepisovacích cyklů, což výrazně snižuje jejich životnost.

Audio paměť

Jak se technologický pokrok vyvíjel a zařízení MLC byla vynalezena, technici přišli s myšlenkou převést analogový signál na elektrický signál a poté jej zaznamenat do flash paměťové buňky. Tato myšlenka byla uvedena do praxe a nejvýraznějším příkladem jsou různé dětské hračky, které dokážou reprodukovat zvuky.

Technologická omezení

Během provozu flash paměti jsou informace pravidelně zapisovány a čteny. Náklady na energii pro oba tyto procesy jsou přitom velmi rozdílné. K zápisu elektronických dat do buňky je potřeba více elektřiny než k jejich čtení.

Zdroj pro záznam a ukládání informací

V procesu umístění elektrického náboje do tranzistorového článku dochází k nevratným změnám ve struktuře těchto prvků. Každý tranzistor má zase omezený počet cyklů zápisu. Maximální počet cyklů závisí na použitých výrobních technologiích a také na použitých dílech. To je vysvětleno skutečností, že není možné řídit elektrický náboj umístěný v plovoucí bráně, proto se při použití pohonu poškodí struktura tranzistoru a elektrický náboj se ztrácí.

Stejný trend je pozorován v maximální době, po kterou lze uložit náboj. V průměru lze elektronické informace uchovávat na flash discích 10 až 20 let, nicméně tato období se mohou lišit v závislosti na technologiích a prvcích použitých při výrobě.