Bună ziua tuturor!
Articolul de astăzi va marca începutul unei noi, mici serii de articole dedicate stocării informațiilor, diferitelor tipuri de memorie, metodelor de scriere/citire a informațiilor și tot ceea ce este legat de aceasta 😉 Și vom începe cu dispozitivul cunoscutei memorie Flash .

Ce este mai exact memoria flash? Da, doar un microcircuit obișnuit, care nu diferă ca aspect de oricare altul. Prin urmare, poate apărea o întrebare rezonabilă - ce se află în interior și cum au loc, în general, procesele de stocare/citire a informațiilor.

Deci, inima multor dispozitive de memorie este tranzistorul cu efect de câmp cu poartă plutitoare. Cea mai strălucită invenție a anilor 70 ai secolului XX. Diferența sa față de tranzistoarele convenționale cu efect de câmp este că între poartă și canal, chiar în dielectric, există un alt conductor - care se numește poartă plutitoare. Iată cum arată totul:

În figură vedem poarta de scurgere-sursă obișnuită, precum și un conductor suplimentar situat în dielectric. Să ne dăm seama cum funcționează acest dispozitiv.

Să creăm o diferență de potențial între scurgere și sursă și să aplicăm un potențial pozitiv la poartă. Ce se va întâmpla atunci? Așa este, curentul va curge prin tranzistorul cu efect de câmp de la scurgere la sursă. Mai mult, curentul este suficient de mare pentru a „perfora” dielectricul. Ca urmare a acestei defecțiuni, unii electroni vor cădea pe poarta plutitoare. O poartă plutitoare încărcată negativ creează un câmp electric care începe să împiedice fluxul de curent în canal, determinând oprirea tranzistorului. Și dacă opriți alimentarea tranzistorului, electronii de la poarta plutitoare nu vor merge nicăieri și încărcarea sa va rămâne neschimbată mulți ani.

Dar, desigur, există o modalitate de a descărca șurubul plutitor. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să aplicați o tensiune de semn opus porții „principale”, care va „conduce” toți electronii, drept urmare poarta plutitoare va rămâne neîncărcată.

Acesta este de fapt modul în care sunt stocate informațiile - dacă există o sarcină negativă pe poartă, atunci această stare este considerată una logică, iar dacă nu există nicio sarcină, atunci este un zero logic.

Am rezolvat stocarea informațiilor, tot ce rămâne este să înțelegem cum putem citi informațiile de la un tranzistor cu poartă flotantă. Și totul este foarte simplu. Când există o sarcină pe o poartă plutitoare, câmpul său electric împiedică curgerea curentului de scurgere. Să presupunem că, în absența încărcării, am putea aplica o tensiune de +5V porții „principale” și, în același timp, curentul a început să curgă în circuitul de scurgere. Când poarta plutitoare este încărcată, o astfel de tensiune nu va putea provoca curgerea curentului, deoarece câmpul electric al porții plutitoare va interfera cu acesta. În acest caz, curentul va curge numai la o tensiune de +10V (de exemplu =)). Acest lucru ne oferă două praguri de tensiune. Și, aplicând, de exemplu, +7,5V, putem, pe baza prezenței sau absenței curentului de scurgere, să tragem o concluzie despre prezența sau absența încărcării pe poarta plutitoare. Așa sunt citite informațiile stocate.

Cum se leagă toate acestea cu memoria flash? Și este foarte simplu - un tranzistor cu efect de câmp cu o poartă plutitoare este celula de memorie minimă capabilă să stocheze un bit de informații. Și orice cip de memorie constă dintr-un număr mare de tranzistori aranjați într-un anumit fel. Și acum este timpul să ne uităm la principalele tipuri de memorie Flash. Și anume, aș dori să discutăm despre memoria NOR și NAND.

Ambele tipuri de memorie sunt construite pe baza tranzistoarelor cu poartă flotantă, cărora le-am petrecut mult timp astăzi) Și diferența fundamentală este modul în care acești tranzistori sunt conectați.

Designul NOR folosește o masă de conductoare bidimensională. Conductorii se numesc linie de biți și linie de cuvinte. Toate drenurile de tranzistor sunt conectate la linia de biți, iar toate porțile sunt conectate la linia de cuvinte. Să ne uităm la un exemplu pentru o mai bună înțelegere.

Să presupunem că trebuie să citim informații dintr-o anumită celulă. Această celulă, sau mai degrabă acest tranzistor particular, este conectată cu poarta la una dintre liniile de cuvânt și drenul la una dintre liniile de biți. Apoi pur și simplu aplicăm o tensiune de prag liniei de cuvânt corespunzătoare porții tranzistorului nostru și citim starea acesteia ca în exemplul pe care l-am uitat chiar mai sus pentru o celulă.

Cu NAND totul este ceva mai complicat. Dacă revenim la analogia matricei, celulele de memorie NAND sunt o matrice tridimensională. Adică, nu unul, ci mai mulți tranzistori sunt conectați la fiecare linie de biți, ceea ce duce în cele din urmă la o reducere a numărului de conductori și la o creștere a compactității. Acesta este tocmai unul dintre principalele avantaje ale memoriei NAND. Dar cum putem calcula starea unui anumit tranzistor cu o astfel de structură? Pentru a înțelege procesul, luați în considerare diagrama:

După cum se poate vedea din diagramă, o linie de biți corespunde mai multor celule. Și o caracteristică importantă este următoarea: dacă cel puțin unul dintre tranzistori este închis, atunci va exista o tensiune înaltă pe linia de biți. Uite aici:

Într-adevăr, un nivel scăzut pe linia de biți va apărea doar atunci când întregul lanț de tranzistori este deschis (amintiți-vă cursul despre tranzistoarele cu efect de câmp 😉).

Cu acest lucru aparent clar, revenim la întrebarea noastră - cum să calculăm starea unui anumit tranzistor? Și pentru a face acest lucru, nu este suficient să aplicați pur și simplu o tensiune de prag liniei de cuvânt (la poarta tranzistorului) și să monitorizați semnalul pe linia de biți. De asemenea, este necesar ca toate celelalte tranzistoare să fie în stare deschisă. Și acest lucru se face astfel: o tensiune de prag este aplicată la poarta tranzistorului nostru, starea căreia trebuie să citim (ca în cazul memoriei NOR) și se aplică o tensiune crescută porților tuturor celorlalți tranzistori. în acest lanț, astfel încât, indiferent de starea porții plutitoare, tranzistorul sa deschis. Și apoi, citind semnalul din linia de biți, aflăm în ce stare se află tranzistorul care ne interesează (la urma urmei, toate celelalte sunt absolut deschise). Asta e tot)

Așa a ieșit articolul de astăzi) Am descoperit principiul de funcționare și principalele tipuri de Flash, precum și structura și principiul de funcționare a memoriei NAND și NOR. Sper că articolul va fi util și de înțeles, ne vedem curând!

Memoria flash este un tip de memorie de lungă durată pentru computere în care conținutul poate fi reprogramat sau șters electric. În comparație cu memoria de doar citire programabilă ștergabilă electric, operațiunile pe aceasta pot fi efectuate în blocuri care sunt situate în locuri diferite. Memoria flash costă mult mai puțin decât EEPROM, motiv pentru care a devenit tehnologia dominantă. În special în situațiile în care este necesară stocarea stabilă și pe termen lung a datelor. Utilizarea acestuia este permisă într-o mare varietate de cazuri: în playere audio digitale, camere foto și video, telefoane mobile și smartphone-uri, unde există aplicații speciale Android pentru cardul de memorie. În plus, este folosit și în unitățile flash USB, folosite în mod tradițional pentru a salva informații și a le transfera între computere. A câștigat o oarecare faimă în lumea jucătorilor, unde este adesea folosit pentru a stoca datele despre progresul jocului.

descriere generala

Memoria flash este un tip care este capabil să stocheze informații pe placa sa pentru o lungă perioadă de timp, fără a utiliza energie. În plus, putem observa cea mai mare viteză de acces la date, precum și o rezistență mai bună la șocul cinetic în comparație cu hard disk-urile. Datorită acestor caracteristici, a devenit atât de popular pentru dispozitivele alimentate cu baterii și baterii reîncărcabile. Un alt avantaj incontestabil este că, atunci când memoria flash este comprimată într-un card solid, este aproape imposibil să o distrugi prin orice mijloace fizice standard, astfel încât să reziste la fierbere la apă și la presiune mare.

Acces la date la nivel scăzut

Modul de accesare a datelor care se află în memoria flash este foarte diferit de cel al tipurilor convenționale. Accesul la nivel scăzut este asigurat prin intermediul șoferului. RAM convențională răspunde imediat la apelurile de citire și scriere a informațiilor, returnând rezultatele unor astfel de operațiuni, dar designul memoriei flash este de așa natură încât este nevoie de timp pentru a te gândi la asta.

Proiectare și principiu de funcționare

În prezent, memoria flash este larg răspândită, care este creată pe elemente cu un singur tranzistor cu o poartă „plutitoare”. Acest lucru face posibilă asigurarea unei densități mai mari de stocare a datelor în comparație cu RAM dinamică, care necesită o pereche de tranzistori și un element condensator. În prezent, piața este plină cu diverse tehnologii pentru construirea elementelor de bază pentru acest tip de suport, care sunt dezvoltate de producători de top. Ele se disting prin numărul de straturi, metodele de înregistrare și ștergere a informațiilor, precum și prin organizarea structurii, care este de obicei indicată în nume.

În prezent, există câteva tipuri de cipuri care sunt cele mai comune: NOR și NAND. În ambele, tranzistoarele de stocare sunt conectate la magistralele de biți - în paralel și, respectiv, în serie. Primul tip are celule de dimensiuni destul de mari și permite acces rapid aleatoriu, permițând executarea programelor direct din memorie. Al doilea este caracterizat de celule de dimensiuni mai mici, precum și de acces secvențial rapid, ceea ce este mult mai convenabil atunci când este necesar să se construiască dispozitive de tip bloc în care vor fi stocate cantități mari de informații.

În majoritatea dispozitivelor portabile, SSD-ul folosește tipul de memorie NOR. Cu toate acestea, dispozitivele cu interfață USB devin din ce în ce mai populare. Ei folosesc memorie NAND. Treptat îl înlocuiește pe primul.

Problema principală este fragilitatea

Primele mostre de unități flash produse în serie nu au mulțumit utilizatorilor cu viteze mari. Cu toate acestea, acum viteza de scriere și citire a informațiilor este la un asemenea nivel încât puteți viziona un film de lungă durată sau puteți rula un sistem de operare pe computer. O serie de producători au demonstrat deja mașini în care hard disk-ul este înlocuit cu memorie flash. Dar această tehnologie are un dezavantaj foarte semnificativ, care devine un obstacol în calea înlocuirii discurilor magnetice existente cu acest mediu. Datorită designului memoriei flash, permite ștergerea și scrierea informațiilor într-un număr limitat de cicluri, ceea ce este realizabil chiar și pentru dispozitive mici și portabile, ca să nu mai vorbim de cât de des se face acest lucru pe computere. Dacă utilizați acest tip de suport ca o unitate SSD pe un PC, atunci o situație critică va veni foarte repede.

Acest lucru se datorează faptului că o astfel de unitate este construită pe proprietatea tranzistorilor cu efect de câmp de a stoca într-o poartă „plutitoare” a cărei absență sau prezență în tranzistor este considerată una logică sau zero în scriere binară ștergerea datelor din memoria NAND se realizează folosind electroni tunelați folosind metoda Fowler-Nordheim cu participarea unui dielectric. Acest lucru nu necesită ceea ce vă permite să faceți celule de dimensiuni minime. Dar acest proces este cel care duce la celule, deoarece curentul electric în acest caz forțează electronii să pătrundă în poartă, depășind bariera dielectrică. Cu toate acestea, durata de valabilitate garantată a unei astfel de memorii este de zece ani. Uzura microcircuitului se produce nu din cauza citirii informațiilor, ci din cauza operațiunilor de ștergere și scriere a acestora, deoarece citirea nu necesită modificarea structurii celulelor, ci doar trece un curent electric.

Desigur, producătorii de memorie lucrează activ pentru creșterea duratei de viață a unităților SSD de acest tip: se străduiesc să asigure uniformitatea proceselor de scriere/ștergere în celulele matricei, astfel încât unele să nu se uzeze mai mult decât altele. Pentru a distribui în mod uniform încărcarea, sunt utilizate în mod predominant căile software. De exemplu, pentru a elimina acest fenomen, se folosește tehnologia de „nivelare a uzurii”. În acest caz, datele care sunt adesea supuse modificărilor sunt mutate în spațiul de adrese al memoriei flash, astfel încât înregistrarea se efectuează la diferite adrese fizice. Fiecare controler este echipat cu propriul algoritm de aliniere, deci este foarte dificil să se compare eficiența diferitelor modele, deoarece detaliile de implementare nu sunt dezvăluite. Deoarece volumul unităților flash devine din ce în ce mai mare în fiecare an, este necesar să se utilizeze algoritmi de operare din ce în ce mai eficienți pentru a garanta funcționarea stabilă a dispozitivelor.

Depanare

Una dintre modalitățile foarte eficiente de a combate acest fenomen a fost rezervarea unei anumite cantități de memorie, care asigură uniformitatea încărcării și corectarea erorilor prin algoritmi speciali de redirecționare logică pentru înlocuirea blocurilor fizice care apar în timpul lucrului intens cu o unitate flash. Iar pentru a preveni pierderea de informații, celulele care se defectează sunt blocate sau înlocuite cu altele de rezervă. Această distribuție software a blocurilor face posibilă asigurarea uniformității sarcinii, mărind numărul de cicluri de 3-5 ori, dar acest lucru nu este suficient.

Și alte tipuri de unități similare sunt caracterizate prin faptul că un tabel cu un sistem de fișiere este introdus în zona lor de servicii. Previne eșecurile în citirea informațiilor la nivel logic, de exemplu, în cazul unei opriri incorecte sau a unei întreruperi bruște a furnizării de energie electrică. Și, deoarece sistemul nu oferă cache atunci când se utilizează dispozitive amovibile, rescrierea frecventă are cel mai dăunător efect asupra tabelului de alocare a fișierelor și a cuprinsului directorului. Și nici programele speciale pentru carduri de memorie nu pot ajuta în această situație. De exemplu, în timpul unei solicitări unice, utilizatorul a suprascris o mie de fișiere. Și, se pare, am folosit doar o singură dată blocurile în care erau amplasate pentru înregistrare. Dar zonele de servicii au fost rescrise cu fiecare actualizare a oricărui fișier, adică tabelele de alocare au trecut prin această procedură de o mie de ori. Din acest motiv, blocurile ocupate de aceste date vor eșua mai întâi. Tehnologia de nivelare a uzurii funcționează și cu astfel de blocuri, dar eficiența sa este foarte limitată. Și nu contează ce fel de computer utilizați, unitatea flash va eșua exact când a intenționat creatorul.

Este de remarcat faptul că creșterea capacității microcircuitelor unor astfel de dispozitive a dus doar la faptul că numărul total de cicluri de scriere a scăzut, deoarece celulele devin mai mici, astfel încât este necesară din ce în ce mai puțină tensiune pentru a disipa oxidul. partiții care izolează „poarta plutitoare”. Și aici situația este astfel încât odată cu creșterea capacității dispozitivelor utilizate, problema fiabilității lor a început să se înrăutățească din ce în ce mai mult, iar clasa cardului de memorie depinde acum de mulți factori. Fiabilitatea unei astfel de soluții este determinată de caracteristicile sale tehnice, precum și de situația actuală a pieței. Din cauza concurenței acerbe, producătorii sunt nevoiți să reducă costurile de producție prin orice mijloace. Inclusiv datorită designului simplificat, utilizarea componentelor dintr-un set mai ieftin, slăbirea controlului asupra producției și a altor metode. De exemplu, un card de memorie Samsung va costa mai mult decât analogii mai puțin cunoscuți, dar fiabilitatea sa ridică mult mai puține întrebări. Dar chiar și aici este dificil să vorbim despre o absență completă a problemelor și este greu să te aștepti la ceva mai mult de la dispozitive de la producători complet necunoscuți.

Perspective de dezvoltare

Deși există avantaje evidente, există o serie de dezavantaje care caracterizează cardul de memorie SD, care împiedică extinderea în continuare a domeniului său de aplicare. De aceea există o căutare constantă de soluții alternative în acest domeniu. Desigur, în primul rând, încearcă să îmbunătățească tipurile existente de memorie flash, ceea ce nu va duce la nicio modificare fundamentală în procesul de producție existent. Prin urmare, nu există nicio îndoială cu privire la un singur lucru: companiile implicate în fabricarea acestor tipuri de unități vor încerca să își folosească întregul potențial înainte de a trece la un alt tip, continuând să îmbunătățească tehnologia tradițională. De exemplu, cardul de memorie Sony este disponibil în prezent într-o gamă largă de volume, așa că se presupune că va continua să fie epuizat în mod activ.

Cu toate acestea, astăzi, în pragul implementării industriale, există o întreagă gamă de tehnologii de stocare alternativă a datelor, dintre care unele pot fi implementate imediat la apariția unei situații favorabile de piață.

RAM ferroelectric (FRAM)

Tehnologia principiului feroelectric de stocare a informațiilor (Ferroelectric RAM, FRAM) este propusă pentru a crește potențialul memoriei nevolatile. Este general acceptat că mecanismul de funcționare al tehnologiilor existente, care constă în rescrierea datelor în timpul procesului de citire cu toate modificările componentelor de bază, duce la o anumită reținere a potențialului de viteză al dispozitivelor. Și FRAM este o memorie caracterizată prin simplitate, fiabilitate ridicată și viteză de funcționare. Aceste proprietăți sunt acum caracteristice DRAM - memorie non-volatilă cu acces aleatoriu care există în prezent. Dar aici vom adăuga și posibilitatea stocării pe termen lung a datelor, care se caracterizează prin Printre avantajele unei astfel de tehnologii, putem evidenția rezistența la diferite tipuri de radiații penetrante, care pot fi solicitate în dispozitivele speciale care sunt folosite pentru a funcționa în condiţii de radioactivitate crescută sau în explorarea spaţiului. Mecanismul de stocare a informațiilor aici este implementat prin utilizarea efectului feroelectric. Aceasta implică faptul că materialul este capabil să mențină polarizarea în absența unui câmp electric extern. Fiecare celulă de memorie FRAM este formată prin intercalarea unei pelicule ultra-subțiri de material feroelectric sub formă de cristale între o pereche de electrozi metalici plati, formând un condensator. Datele în acest caz sunt stocate în interiorul structurii cristaline. Și acest lucru previne efectul scurgerii de încărcare, care provoacă pierderea de informații. Datele din memoria FRAM sunt păstrate chiar și atunci când sursa de alimentare este oprită.

RAM magnetică (MRAM)

Un alt tip de memorie care este considerat astăzi foarte promițător este MRAM. Se caracterizează prin performanță la viteză destul de mare și independență energetică. în acest caz, se folosește o peliculă magnetică subțire plasată pe un substrat de siliciu. MRAM este memorie statică. Nu are nevoie de rescriere periodică, iar informațiile nu se vor pierde atunci când alimentarea este oprită. În acest moment, majoritatea experților sunt de acord că acest tip de memorie poate fi numit o tehnologie de ultimă generație, deoarece prototipul existent demonstrează performanțe la viteză destul de mare. Un alt avantaj al acestei soluții este costul scăzut al cipurilor. Memoria flash este fabricată folosind un proces CMOS specializat. Și cipurile MRAM pot fi produse folosind un proces de fabricație standard. Mai mult, materialele pot fi cele utilizate în medii magnetice convenționale. Este mult mai ieftin să produci cantități mari de astfel de microcircuite decât toate celelalte. O proprietate importantă a memoriei MRAM este capacitatea sa de a porni instantaneu. Și acest lucru este deosebit de valoros pentru dispozitivele mobile. Într-adevăr, la acest tip, valoarea celulei este determinată de sarcina magnetică, și nu de sarcina electrică, ca în memoria flash tradițională.

Ovonic Unified Memory (OUM)

Un alt tip de memorie la care multe companii lucrează în mod activ este o unitate SSD bazată pe semiconductori amorfi. Se bazează pe tehnologia de schimbare de fază, care este similară cu principiul înregistrării pe discuri convenționale. Aici starea de fază a unei substanțe într-un câmp electric se schimbă de la cristalin la amorf. Și această schimbare persistă chiar și în absența tensiunii. Astfel de dispozitive diferă de discurile optice tradiționale prin faptul că încălzirea are loc datorită acțiunii curentului electric mai degrabă decât a unui laser. Citirea în acest caz se realizează datorită diferenței de reflectivitate a substanței în diferite stări, care este percepută de senzorul unității de disc. Teoretic, o astfel de soluție are o densitate mare de stocare a datelor și o fiabilitate maximă, precum și o performanță sporită. Numărul maxim de cicluri de rescriere este mare, pentru care se folosește un computer, în acest caz, rămâne în urmă cu câteva ordine de mărime.

RAM cu calcogenă (CRAM) și memorie cu schimbare de fază (PRAM)

Această tehnologie se bazează și pe principiul că într-o fază substanța utilizată în purtător acționează ca un material amorf neconductor, iar în a doua servește ca un conductor cristalin. Tranziția unei celule de memorie de la o stare la alta se realizează datorită câmpurilor electrice și încălzirii. Astfel de cipuri se caracterizează prin rezistență la radiațiile ionizante.

Informații-Card imprimat cu mai multe straturi (Info-MICA)

Funcționarea dispozitivelor construite pe baza acestei tehnologii se realizează conform principiului holografiei cu peliculă subțire. Informațiile sunt înregistrate după cum urmează: în primul rând, se formează o imagine bidimensională și se transferă într-o hologramă folosind tehnologia CGH. Datele sunt citite prin fixarea fasciculului laser pe marginea unuia dintre straturile înregistrate, care servesc drept ghiduri de undă optice. Lumina se propagă de-a lungul unei axe care este paralelă cu planul stratului, formând o imagine de ieșire corespunzătoare informațiilor înregistrate mai devreme. Datele inițiale pot fi obținute în orice moment datorită algoritmului de codare inversă.

Acest tip de memorie se compară favorabil cu memoria semiconductoare datorită faptului că oferă o densitate mare de înregistrare, un consum redus de energie, precum și un cost scăzut al suportului de stocare, siguranță a mediului și protecție împotriva utilizării neautorizate. Dar un astfel de card de memorie nu permite rescrierea informațiilor, așa că poate servi doar ca stocare pe termen lung, un înlocuitor pentru suportul de hârtie sau o alternativă la discurile optice pentru distribuirea conținutului multimedia.

Ce este memoria flash?

Memorie flash/unitate USB sau memorie flash este un dispozitiv de stocare în miniatură folosit ca mediu de stocare suplimentar pentru informații. Dispozitivul se conectează la un computer sau alt dispozitiv de citire printr-o interfață USB.

O unitate flash USB este proiectată pentru a fi citită în mod repetat pe o durată de viață specificată, care variază de obicei între 10 și 100 de ani. Puteți scrie în memoria flash de un număr limitat de ori (aproximativ un milion de cicluri).

Memoria flash este considerată mai fiabilă și mai compactă în comparație cu hard disk-urile (HDD), deoarece nu are părți mecanice în mișcare. Acest dispozitiv este utilizat pe scară largă în producția de dispozitive portabile digitale: camere foto și video, înregistratoare de voce și playere MP3, PDA-uri și telefoane mobile. Odată cu aceasta, memoria flash este folosită pentru a stoca firmware în diverse echipamente, cum ar fi modemuri, PBX-uri, scanere, imprimante sau routere. Poate singurul dezavantaj al unităților USB moderne este volumul lor relativ mic.

Istoria memoriei flash

Prima memorie flash a apărut în 1984, a fost inventată de inginerul Toshiba Fujio Masuoka, al cărui coleg Shoji Ariizumi a comparat principiul de funcționare al acestui dispozitiv cu un bliț foto și a numit-o prima dată „flash”. Prezentarea publică a memoriei flash a avut loc în 1984 la Seminarul Internațional de Dispozitive Electronice desfășurat în San Francisco, California, unde Intel a devenit interesat de această invenție. Patru ani mai târziu, specialiștii săi au lansat primul procesor flash comercial. Cei mai mari producători de unități flash la sfârșitul anului 2010 au fost Samsung, ocupând 32% din această piață, și Toshiba - 17%.

Cum funcționează o unitate USB?

Toate informațiile scrise pe o unitate Flash și stocate în matricea acesteia, care constă din tranzistori cu poartă flotantă numite celule. În dispozitivele cu celule convenționale cu un singur nivel, fiecare celulă „își amintește” doar un bit de date. Cu toate acestea, unele cipuri noi cu celule cu mai multe niveluri (celulă cu mai multe niveluri sau celulă cu trei niveluri) sunt capabile să stocheze o cantitate mai mare de informații. În acest caz, trebuie utilizată o altă sarcină electrică pe poarta plutitoare a tranzistorului.

Caracteristicile cheie ale unei unități USB

Capacitatea unităților flash disponibile în prezent variază de la câțiva kilobytes la sute de gigabytes.

În 2005, specialiștii de la Toshiba și SanDisk au prezentat un procesor NAND, al cărui volum total era de 1 GB. La crearea acestui dispozitiv, ei au folosit tehnologia celulară cu mai multe niveluri, în care un tranzistor este capabil să stocheze mai mulți biți de date folosind o sarcină electrică diferită pe o poartă plutitoare.

În septembrie a anului următor, Samsung a prezentat publicului un cip de 4 gigaocteți dezvoltat pe baza unui proces tehnologic de 40 nm, iar la sfârșitul anului 2009, tehnologii Toshiba au anunțat crearea unei unități flash de 64 GB, care a fost lansată în producție de masă la începutul anului viitor.

În vara anului 2010 a avut loc prezentarea primei unități USB de 128 GB din istoria omenirii, formată din șaisprezece module de 8 GB.

În aprilie 2011, Intel și Micron au anunțat crearea unui cip flash MLC NAND de 8 GB cu o suprafață de 118 mm, aproape jumătate din dimensiunea dispozitivelor similare, a cărui producție în masă a început la sfârșitul anului 2011.

Tipuri de carduri de memorie și unități flash

Este folosit în principal în echipamentele video și foto profesionale, deoarece are dimensiuni destul de mari (43x36x3,3 mm), drept care este destul de problematică instalarea unui slot Compact Flash în telefoane mobile sau playere MP3. În același timp, cardul este considerat nu foarte fiabil și, de asemenea, nu are o viteză mare de procesare a datelor. Capacitatea maximă admisă a Compact Flash ajunge în prezent la 128 GB, iar viteza de copiere a datelor a crescut la 120 MB/s.

RS-MMC/Card Multimedia de dimensiuni reduse- un card de memorie care are jumătate din lungimea unui card MMC standard - 24x18x1,4 mm și cântărește aproximativ 6 grame. În același timp, toate celelalte caracteristici și parametri ai unui card MMC obișnuit sunt păstrate. Pentru a utiliza carduri RS-MMC, trebuie să utilizați un adaptor.

MMCmicro- un card de memorie miniatural cu dimensiunile de doar 14x12x1,1 mm si conceput pentru dispozitive mobile. Pentru a-l folosi, trebuie să utilizați un slot MMC standard și un adaptor special.

În ciuda faptului că parametrii și dimensiunile de 32x24x2,1 mm sunt foarte asemănătoare cu cardul MMC, acest card nu poate fi utilizat cu un slot MMC standard.

Capacitate mare SDHC/SD este un card de memorie SD de mare capacitate, cunoscut utilizatorilor moderni ca SD 1.0, SD 1.1 și SD 2.0 (SDHC). Aceste dispozitive diferă în ceea ce privește cantitatea maximă de date care poate fi stocată pe ele. Astfel, există restricții de capacitate sub formă de 4 GB pentru SD și 32 GB pentru SDHC. Cu toate acestea, cardul SDHC este compatibil cu SD. Ambele opțiuni vin în trei formate de dimensiune fizică: standard, mini și micro.

card microSD/Micro Secure Digital- acesta este cel mai compact dispozitiv de memorie flash detașabil din 2011, dimensiunile lui sunt 11x15x1 mm, ceea ce îi permite să fie utilizat pe telefoane mobile, comunicatoare etc. Comutatorul de protecție la scriere se află pe adaptorul microSD-SD, iar maximul capacitatea posibilă a cardului este de 32 GB.

Memory Stick Micro/M2- un card de memorie al cărui format concurează ca dimensiune cu microSD, dar avantajul rămâne la dispozitivele Sony.

Designul de bază al dispozitivului a rămas neschimbat din 1995, când unitățile flash au început să fie produse la scară industrială. Fără a intra în detalii, un card USB flash este format din trei elemente cheie: * Conector USB - un conector bine cunoscut de toată lumea, care este o interfață între o unitate flash și un sistem informatic, fie că este un sistem de computer personal, un centru multimedia sau chiar și un radio auto; * controlerul de memorie este un element foarte important al circuitului. Conectează memoria dispozitivului cu conectorul USB și gestionează transferul de date în ambele direcții; * Cipul de memorie este cea mai scumpă și importantă parte a unui card USB flash. Determină cantitatea de informații stocate pe card și viteza de citire/scriere a datelor. Ce se poate schimba în această schemă? Nimic în principiu, dar industria modernă oferă mai multe opțiuni pentru o astfel de schemă; combinație de conectori eSATA și USB, doi conectori USB.

1 -- conector USB; 2 -- microcontroler; 3 -- puncte de control; 4 -- chip de memorie flash; 5 -- rezonator de cuarț; 6 -- LED; 7 -- comutator „protecție la scriere”; 8 -- spațiu pentru un cip de memorie suplimentar.

Principiul de funcționare

Memoria flash stochează informații într-o serie de tranzistori cu poartă flotantă numite celule. În dispozitivele tradiționale cu celule cu un singur nivel (celule un singur nivel în engleză, SLC), fiecare dintre ele poate stoca doar un bit. Unele dispozitive noi cu celule cu mai multe niveluri (MLC; celulă cu trei niveluri, TLC) pot stoca mai mult de un bit prin utilizarea diferitelor niveluri de sarcină electrică pe poarta plutitoare a unui tranzistor.

Tipuri de memorie flash

NICI

Acest tip de memorie flash se bazează pe o poartă NOR deoarece într-un tranzistor cu poartă flotantă, o tensiune de poartă scăzută denotă una.

Tranzistorul are două porți: de control și flotant. Acesta din urmă este complet izolat și este capabil să rețină electronii până la 10 ani. Celula are, de asemenea, un dren și o sursă. La programarea cu tensiune, se creează un câmp electric la poarta de control și apare un efect de tunel. Unii electroni traversează stratul izolator și ajung la poarta plutitoare. Sarcina de pe poarta plutitoare modifică „lățimea” canalului sursă de scurgere și conductivitatea acestuia, care este utilizată pentru citire.

Celulele de programare și citire au un consum de energie foarte diferit: dispozitivele de memorie flash consumă destul de mult curent la scriere, în timp ce consumul de energie este scăzut la citire.

Pentru a șterge informațiile, o tensiune negativă mare este aplicată la poarta de control, iar electronii de la poarta plutitoare se deplasează (tunel) către sursă.

În arhitectura NOR, fiecare tranzistor trebuie conectat la un contact individual, ceea ce mărește dimensiunea circuitului. Această problemă este rezolvată folosind arhitectura NAND.

NAND

Tipul NAND se bazează pe elementul NAND. Principiul de funcționare este același; diferă de tipul NOR doar prin amplasarea celulelor și a contactelor acestora. Ca urmare, nu mai este necesar să faceți un contact individual cu fiecare celulă, astfel încât dimensiunea și costul cipului NAND pot fi reduse semnificativ. De asemenea, scrierea și ștergerea sunt mai rapide. Cu toate acestea, această arhitectură nu permite accesul la o celulă arbitrară.

Arhitecturile NAND și NOR există acum în paralel și nu concurează între ele, deoarece sunt utilizate în diferite domenii de stocare a datelor.

Dispozitivele de stocare a datelor sunt destinate stocării de informații electronice. În funcție de caracteristicile lor de design, acestea sunt împărțite în mai multe tipuri, dintre care cele mai comune sunt unitățile flash. S-au răspândit pe scară largă datorită dimensiunilor lor fizice reduse și volumului impresionant, care le permite să stocheze un număr mare de fișiere. Cu toate acestea, la achiziționarea unei unități flash, fiecare utilizator s-a confruntat cu o situație în care capacitatea utilizabilă a unității nu corespundea cu ceea ce a fost declarat de producător. De ce apare această situație?

Definiţia Flash Memory

Memoria flash este unul dintre tipurile de dispozitive moderne de stocare a informațiilor, care se bazează pe tehnologia de programare electrică, care vă permite să obțineți o soluție complet completă, din punct de vedere tehnologic, de înregistrare și stocare a informațiilor electronice.
Utilizatorii obișnuiți folosesc termenul „memorie flash” pentru a clasifica o categorie mare de dispozitive de stocare a informațiilor care sunt fabricate folosind această tehnologie. Principalele avantaje ale acestei categorii de dispozitive de stocare a datelor sunt:

— Dimensiuni mici;
- Cost scăzut;
— Rezistență excelentă la deteriorarea mecanică;
- Volum mare;
— Viteză mare de citire a datelor;
- Consum redus de putere.

Datorită tuturor avantajelor de mai sus, acest tip de memorie și-a găsit aplicație largă în producția de diverse gadget-uri electronice, precum și dispozitive externe de stocare a datelor. Cu toate acestea, există și dezavantaje semnificative pe care le are memoria flash. Principalele sunt fragilitatea funcționării și sensibilitatea crescută la descărcări electrostatice.

Dar cantitatea de memorie pe care o pot avea unitățile flash moderne? Nu există un răspuns cert la această întrebare, deoarece în urmă cu doar câțiva ani 128 de gigaocteți păreau a fi limita, iar astăzi nimeni nu este surprins de unitățile flash capabile să stocheze un terabyte de informații. Și aceasta este departe de limită.

Puțină istorie

Primele dispozitive de stocare a datelor din această categorie sunt considerate a fi hard disk-uri, în care procesul de înregistrare a fost efectuat folosind descărcări electrice și ștergere cu ajutorul luminii ultraviolete. Tranzistoarele LED cu poartă plutitoare au fost folosite ca elemente de stocare în astfel de medii. Informațiile acestor dispozitive de stocare permanente au fost reprezentate sub forma unei descărcări electrice, care a fost atașată unui dielectric. Principala problemă a acestor dispozitive a fost suprafața foarte mare de cablare, care a fost redusă abia în 1984. Atunci au apărut primele unități flash moderne.

Principiul de funcționare

Înregistrarea și stocarea electronică a informațiilor pe unități flash are loc prin înregistrarea și modificarea sarcinii electrice a tranzistoarelor LED. Acest proces se bazează pe principiul efectului de tunel, care are loc între sursa de electricitate și poarta în mișcare a tranzistorului. Pentru a crește eficiența acestui proces, se utilizează accelerația electronică. Citirea informațiilor înregistrate se realizează folosind tranzistori cu efect de câmp. Pentru a implementa lucrul cu un număr mare de celule de informații, elemente speciale sunt implementate în designul memoriei flash. Dimensiunile fizice mici ale unităților din această clasă și cantitatea mare de memorie sunt obținute datorită dimensiunii reduse a tuturor elementelor electronice incluse în aceste dispozitive.

Dispozitive NOR și NAND

Aceste elemente diferă în funcție de metoda care stă la baza implementării unei game largi de surse pentru stocarea sarcinilor electrice, precum și de tehnologia de înregistrare și citire a informațiilor. Dispozitivele din categoria NOR sunt create pe baza unei matrice semiconductoare bidimensionale, la intersecția căreia se folosește o celulă. În procesul de scriere și citire a informațiilor electronice, o ieșire a celulei este în contact cu tranzistorul, iar a doua este în contact cu poarta coloanelor. Sursa este în contact cu substratul, care acționează ca o legătură de legătură pentru toate elementele unității flash. Acest design vă permite să furnizați energie unui tranzistor, care stochează partea necesară a informațiilor.

Spre deosebire de structura NOR, dispozitivele din clasa NAND funcționează pe principiul unei matrice tridimensionale. Unitățile cu aceste dispozitive sunt create pe același tip de matrice, cu singura excepție că la intersecția tranzistorilor se bazează nu una, ci o coloană de celule consecutive. Astfel, un număr mare de circuite de poartă poate fi amplasat la o intersecție, ceea ce face posibilă creșterea semnificativă a numărului de elemente incluse în baza dispozitivelor de stocare a informațiilor. Totuși, acest lucru duce la o complicație semnificativă a algoritmului de accesare a elementelor electronice care stochează încărcare electronică, precum și a procesului de scriere și citire a informațiilor. Cu toate acestea, în ciuda designului mai complex, unitățile flash dezvoltate pe aceste dispozitive au o capacitate semnificativ mai mare.

Dispozitive SLC și MLC

Unele dispozitive utilizate în producția de dispozitive de stocare flash sunt capabile să stocheze simultan mai multe biți de informații în loc de doar unul. Acest lucru se realizează prin creșterea numărului de încărcări pe care poarta plutitoare a tranzistoarelor le poate stoca simultan. Astfel de dispozitive sunt numite multi-bit sau multi-level, iar în documentația tehnică sunt desemnate ca MLC. Este demn de remarcat faptul că, în ciuda avantajelor în funcționare, acestea au un cost mai mic, cu toate acestea, există și o latură negativă, de exemplu, o resursă mai mică de cicluri de rescriere, care le reduce semnificativ durata de viață.

Memorie audio

Pe măsură ce progresul tehnologic s-a dezvoltat și au fost inventate dispozitivele MLC, tehnicienii au venit cu ideea de a converti un semnal analogic într-un semnal electric și apoi de a-l înregistra într-o celulă de memorie flash. Această idee a fost pusă în practică, iar exemplul cel mai frapant sunt diversele jucării pentru copii care pot reproduce sunete.

Limitări tehnologice

În timpul funcționării memoriei flash, informațiile sunt scrise și citite în mod regulat. În același timp, costurile energetice pentru ambele procese sunt foarte diferite. Pentru a scrie date electronice într-o celulă, este nevoie de mai multă electricitate decât pentru a o citi.

Resursă de înregistrare și stocare a informațiilor

În procesul de plasare a unei sarcini electrice într-o celulă de tranzistor, apar modificări ireversibile în structura acestor elemente. La rândul său, fiecare tranzistor are un număr limitat de cicluri de scriere. Numărul maxim de cicluri depinde de tehnologiile de fabricație utilizate, precum și de piesele utilizate. Acest lucru se explică prin faptul că este imposibil să controlați sarcina electrică plasată în poarta plutitoare, prin urmare, pe măsură ce este utilizată unitatea, structura tranzistorului este deteriorată și sarcina electrică se pierde.

Aceeași tendință se observă în timpul maxim pentru care o încărcare poate fi stocată. În medie, informațiile electronice pot fi stocate pe unități flash timp de 10 până la 20 de ani, totuși, aceste perioade pot varia în funcție de tehnologiile și elementele utilizate în producție.