Аннотация
Пожидай Е.М. Флеш-память. Принципы
работы Челябинск: ЮУрГУ, 2011, 19стр, кол.
илл-ций 6, библиог. литературы 3 наименов.
Цель реферата - рассмотреть основные принципы работы и назначение флэш-памяти.
Задачи реферата - изучить, принцип работы флэш-памяти, проанализировать историю создания, технологию изготовления и применение в цифровых устройствах.
Оглавление
Введение
1. Краткая история создания
2. Основные принципы построения и работы флеш-памяти
3. Флеш-память: Туннелирование и стирание
4. Практика применения флэш-памяти
Заключение
Библиографический список
Введение
Флеш-память - разновидность полупроводниковой <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA> технологии электрически перепрограммируемой памяти, постоянных запоминающих устройств <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%97%D0%A3> в виде микросхем. Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объему, скорости работы и низкому энергопотреблению флэш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации.память, несмотря на некоторые недостатки, находит все более широкое применение в цифровых устройствах. Причем косвенным подтверждением широты применения и популярности flash-накопителей может служить разнообразие стандартов flash-накопителей, существующее на сегодняшний день. Хотя, с точки зрения пользователя, разнобой стандартов - существенный недостаток. Ведь как, например, обстоит дело с компакт-дисками: пришел покупатель в магазин, купил болванку для записи компьютерного диска и не переживает о ее совместимости с установленным в вычислительной системе CD-рекордером. C flash-накопителем такой номер не пройдет. Дело в том, что устройства различных производителей ориентированы на использование различных flash-накопителей, которые отнюдь не совместимы друг с другом. Вот и получается, что счастливому обладателю цифровой камеры, цифрового фотоаппарата и наладонного компьютера приходится приобретать три разные карты, хотя, по большому счету, можно было бы обойтись и одной.
флеш память стирание туннелирование
Краткая история создания
Предшественниками технологии флеш-памяти можно считать ультрафиолетово стираемые ПЗУ и электрически стираемые. Эти приборы также имели матрицу транзисторов с плавающим затвором, в которых инжекция электронов в плавающий затвор ("запись") осуществлялась созданием большой напряженности электрического поля в тонком диэлектрике. Однако площадь разводки компонентов в матрице резко увеличивалась если требовалось создать поле обратной напряженности для снятия электронов с плавающего затвора ("стирания"). Поэтому и возникло два класса устройств: в одном случае жертвовали цепями стирания получая память высокой плотности а в другом случае делали полнофункциональное устройство с гораздо меньшей емкостью.
Соответственно усилия инженеров были направлены на решение проблемы плотности компоновки цепей стирания. Они увенчались успехом изобретением инженера компании Toshiba Фудзио Масуокой в 1984 году. Название "флеш" было придумано также в Toshiba коллегой Фудзио, Сёдзи Ариидзуми, потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash). Масуока представил свою разработку на IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско, Калифорния.
В начале 1980-х Toshiba придумала флеш-память NAND, однако технология стала популярной только спустя десятилетие, вслед за появлением цифровых камер и PDA. В это время она начинает реализовываться в разных формах - от больших кредитных карт (предназначенных для использования в ранних наладонниках) до карточек CompactFlash, SmartMedia, Secure Digital, Memory Stick и xD Picture Card. Карты флэш-памяти удобны, прежде всего, тем, что в них нет подвижных частей. Кроме этого, они экономичны, прочны и относительно недороги при постоянно увеличивающемся объеме памяти. Первые карточки CF вмещали 2 Мб, сейчас же их емкость достигает 128 Гб.
В 1998 году началась эпоха USB. Неоспоримое удобство USB-девайсов сделало их практически неотъемлемой частью жизни всех ПК-пользователей. С годами они уменьшаются в физических размерах, но становятся все более емкими и дешевыми. Особенно популярны появившиеся в 2000 году "флешки", или USB thumb drives (от англ. thumb - "большой палец"), названные так за свой размер - с человечески палец. Благодаря большой емкости и маленькому размеру USB - накопители стали, пожалуй, самым лучшим носителем информации, придуманных человечеством.
На промослайде IBM/Hitachi изображен крошечный винчестер Microdrive. Появился он в 2003 году и на какое-то время завоевал сердца компьютерных пользователей. Дебютировавший в 2001 году iPod и другие медиа-плееры оснащены похожими устройствами на базе вращающегося диска, однако производители быстро разочаровались в таком накопителе: слишком уж он хрупок, энергоемок и мал по объему. Так что этот формат уже почти "похоронен".
Краткий обзор существующих стандартов flash-памяти.
Основными на сегодняшний день стандартами являются: PC-Card, Compact Flash, Memory Stick, Smart Media, Multimedia Card, SD Card, xD-Picture Card.Card (или на прежний манер PCMCIA - Personal Computer Memory Card International Association) - самый старый стандарт карт памяти, построенных на базе flash-устройств. Собственно и сам PCMCIA-слот когда-то создавался специально для обеспечения возможности подключения к компьютеру внешнего накопителя. Первый вариант стандарта появился в 1991 г. Всего существует 3 разновидности PCMCIA-устройств: Type I, II и III. Соответственно, и PC-Card выпускаются в трех различных форм-факторах, причем все три близки по своим габаритам к размерам пластиковой банковской карты, а отличаются лишь толщиной - самым “худым” является устройство Type I (толщина - 3,3 мм), а самым “упитанным” - PCMCIA-карта Type III (толщина - 10,5 мм).
Стандарт PC-card обеспечивает полную физическую и электрическую совместимость карт Type I, II и III сверху вниз. То есть в слот Type III можно вставить карты Type II и Type I, а вот наоборот не получится - размеры не позволяют. Большим удобством PCMCIA-устройств является и то, что благодаря “древности” этого вида накопителей, драйверы для работы с PC-Card по умолчанию устанавливаются при инсталляции MS Windows. Благодаря АТА-контроллеру, устройство работает в режиме эмуляции обычного жесткого диска, и операционная система “видит” карту flash-памяти стандарта PC-Card как обычный сменный накопитель. Правда, в настольную систему для работы с внешним PCMCIA-накопителем придется устанавливать специальный “картоприемник”. Такой считыватель карт подключается на старых машинах через PCI-слот, что не очень удобно. В более современных системах кард-ридер-адаптер подключается к USB-разъему - и это гораздо удобнее. Зато PCMCIA-разъемом по умолчанию оборудуются многие ноутбуки.
И все же, несмотря на то что PC-Card является надежной и хорошо отработанной технологией, популярность накопителей этого формата падает. Причина в немалых (по современным меркам, конечно) габаритахCard. В настоящее время PCMCIA-накопители применяются в ноутбуках и некоторых профессиональных моделях цифровых фотоаппаратов (вроде Nikon D3). Со специальным переходником PC-Card могут работать и с компьютерами семейства Pocket PC и Handheld PC, но это уже вчерашний день.карты стандарта Compact Flash впервые были представлены публике в 1994 г. компанией SanDisk, а в 1995 г. начала свою деятельность Compact Flash Association (CFA), которая занялась продвижением нового стандарта в жизнь.
Учредителями ассоциации выступили такие столпы радиоэлектронной промышленности, как Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Motorola, Canon, Eastman Kodak Company, SanDisk, Seiko Epson и ряд других компаний. Сейчас число членов CFA приближается к двум сотням, а карточки Compact Flash являются, очевидно, самым распространенным и недорогим типом сменной flash-памяти. На сегодня карты этого стандарта используются в фото - и видеотехнике Canon, Nikon, Minolta, Olympus, Pentax, Ricoh, Kodak, Agfa, Jenoptic, Casio и многих других изделиях менее известных производителей.
Основная задача, которая ставилась при разработке стандарта: сохранив преимущества карт с интерфейсом АТА (PC-Card), существенно уменьшить их размеры. И задача эта была успешно решена. Можно говорить о том, что именно с Compact Flash устройств началась эра портативных цифровых устройств, многие из которых и по сей день обладают слотами для подключения карт Compact Flash. Стандарт включает 2 типоразмера - Type I и II. Различия, как и в случае с PCMCIA-устройствами, в толщине карточек. В форм-факторе CF Type I выпускаются карты flash-памяти, а в форм-факторе CF Type II - разнообразная периферия для цифровой техники (модемы, миниатюрные винчестеры, приемники системы спутникового позиционирования GPS и так далее).
В карты CompactFlash встроен контроллер, который берет на себя функции по управлению flash-устройством, что не требует размещения дополнительных микросхем в самом портативном цифровом устройстве и упрощает конструкцию слота. Благодаря такому решению добавление CF-слота почти не сказывается на стоимости гаджета. Кстати, существуют и специальные переходники Compact Flash - PC-Сard, которые позволяют использовать карты Compact Flash в устройствах, оборудованных PCMCIA-разъемами.
Что касается энергопотребления, то, в соответствии со стандартом, существуют карты Compact Flash, рассчитанные на напряжение питание 5 В и 3,3 В. При этом CF-слот в состоянии корректно поддерживать устройства обоих типов, однако 5-вольтовые карты являются устаревшими и проигрывают своим низковольтным собратьям в энергосбережении, что важно для малогабаритных цифровых устройств.
Отдельного упоминания заслуживают устройства, продвигаемые под маркой Compact Flash IBM Microdrive (стандарт Compact Flash II). В отличие от своих собратьев, построенных на основе flash-микросхем, изделие IBM является самым настоящим микровинчестером, размещенным в стандартном корпусе устройства Compact Flash II. Несомненный плюс - большой объем накопителя, а безусловный минус - как и обычный винчестер, такая “память" боится тряски и ударов. Memory Stick - формат flash-карт памяти, разработанный в 1998 г. компанией Sony, которой принадлежат и все права на этот стандарт. Соответственно, карты памяти Memory Stick применяются в первую очередь в карманных компьютерах, MP3-плейерах, цифровых фотоаппаратах и видеокамерах производства именно этой японской компании. Продвигая свою продукцию, Sony неизменно отмечает малые габариты собственного детища и наличие особого переключателя, предотвращающего случайное стирание хранящейся на карте информации. Стандартные Memory Stick представляют собой 10-контактные карты с последовательным интерфейсом, очертаниями напоминающие пластинку жевательной резинки. Sony продвигает 3 типа карт: Memory Stick, Memory Stick Magic Gate (MG) и Memory Stick Duo.
Memory Stick Magic Gate (MG) - это карты с внедренной технологией защиты авторских прав MagicGate. Правда, насколько подобное нужно пользователям, как правило, приобретающим цифровые устройства для удовлетворения собственных нужд - не совсем понятно. Внешне карточки отличаются цветом: обычные карточки голубые, а Magic Gate - белые.
Что касается карт с приставкой Duo, то они отличаются меньшими размерами (1/3 от стандартной длины) и весом, а также могут иметь модификацию MG. Однако для использования карточек Duo в устройствах стандарта Memory Stick необходим специальный адаптер. На это надо обращать внимание при покупке карты памяти, например, для цифровой видеокамеры или фотоаппарата Sony. В остальном каких-то серьезных преимуществ перед другими стандартами карты Memory Stick не имеют, подчеркивая разве что оригинальность Sony, которая не стала пользоваться готовыми решениями и создала свой стандарт.
Стандарт SmartMedia является торговым наименованием устройств, обозначаемых так же, как SSFDC - Solid State Floppy Disk Card. То есть, говоря по-русски, SSFDC - это “твердотельная дискета”. Карточки указанного стандарта имеют габариты 37x45x0.76 мм и весят 2 г. При этом максимальный теоретический объем памяти карточки SmartMedia, определяемый спецификацией стандарта, составляет 8 Gb.
Стандарт был разработан в 1995 г. компанией Toshiba, а его продвижением занимается организация SSFDC Forum, в рядах которой немало известных компаний: кроме самой Toshiba, еще Fuji, Matsushita, Phison Electronics Corp и другие. В отличие от Compact Flash, в картах SmartMedia (SM) отсутствует встроенный контроллер, что, по замыслу создателей, должно снижать их стоимость (логично предположить, что пропорционально этому увеличивается стоимость устройств, способных работать с картами SmartMedia). Кстати, из-за отсутствия контроллера в самой карте для работы со SmartMedia невозможно применять пассивные переходники, а считыватели карт обойдутся покупателю по цене от $30 до $50.
Рабочие напряжения у SmartMedia такие же, как и у Compact Flash, то есть 5 В и 3,3 В. При этом следует обратить внимание на особенность: в отличие от Compact Flash, оборудование, предназначенное для работы со SmartMedia, не всегда может работать с картами обоих типов. Поэтому, чтобы сделать различие между картами наглядным, у SmartMedia-накопителей, работающих при напряжении 5 В, срезан левый верхний уголок, а у их “коллег”, функционирующих при напряжении питания 3,3 В, отсутствует правый верхний уголок. Правда “пожиратели энергии" на 5 В сейчас уже не выпускаются. До недавнего времени максимальная емкость карт составляла 128 Мb, однако на сегодняшний день в продаже уже есть устройства объемом в 256 Мb (в частности, изделия SanDisk и Viking).