Флэш-память

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

Марийский Государственный Технический Университет

Высший  колледж МарГТУ «Политехник» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по дисциплине «Электронная техника»

на тему «Флэш-память» 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                             Выполнил: ст. гр. СС-21                                                                                                                                 Трофимова Н.В.

                                                                                                             Проверил:Бусыгин Л.В.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                   Йошкар-Ола

                                                                          2011

Содержание :

Введение 

Глава 1. История  возникновения флэш- памяти

Глава 2. Принцип  действия флэш- памяти

Глава 3. Особенности  применения

Заключение

Список литературы

 

     Введение:

     Следует признать тот факт, что цифровые технологии все шире входят в нашу жизнь. За последние пять лет появилось  множество различных электронных  книг, цифровых камер, планшетных компьютеров  и другой цифровой аппаратуры. А  все это стало возможным благодаря  созданию компактных и мощных процессоров. Однако при покупке какого-либо устройства, помещающегося в кармане, не стоит  ориентироваться лишь на процессорную мощность, поскольку в списке приоритетов  она стоит далеко не на первом месте.

     При выборе портативных устройств самое  важное - время автономной работы при  разумных массе и размерах элемента питания. Во многом это от памяти, которая  определяет объем сохраненного материала, и, продолжительность работы без  подзарядки аккумуляторов. Возможность  хранения информации в карманных  устройствах ограничивается скромными  энергоресурсами Память, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачи напряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и  без непрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данных тратят его за троих. Хорошим выходом  оказалась флэш-память, не разряжающаяся  самопроизвольно. Носители на ее основе называются твердотельными, поскольку  не имеют движущихся частей. В современном  мире флеш- память далеко не дорогое  удовольствие. Многие производители  вычислительной техники видят память будущего исключительно твердотелой. Следствием этого стало практически  одновременное появление на рынке  комплектующих нескольких стандартов флэш-памяти.

     Флэш-память обладает рядом преимуществ в использовании: высокая надежность и ударопрочность, малое энергопотребление. Одним из основных преимуществ флэш-памяти является ее компактность, она используется в столь популярных сейчас портативных устройствах. К тому же, при своей компактности, флэш-память обладает достато

     Цель  и задачи данной реферативной работы сходятся в том, чтобы  изучить  историю возникновения флеш- памяти, понять принцип действия и исследовать  каково ее применение.

     Таким образом реферат состоит из трех глав. В первой главе приведена  история появления флеш- накопителей. Во второй главе изучен принцип действия. А в третьей главе указаны принципы применения флеш-памяти. 

 

     Глава 1. История возникновения  флеш-памяти

     История появления карт флэш-памяти связана  с историей мобильных цифровых устройств, которые можно носить с собой  в сумке, в нагрудном кармане  пиджака или рубашки или даже виде брелка на шее.

     Это - миниатюрные МР3-плееры, цифровые диктофоны, фото- и видеокамеры, смартфоны и  карманные персональные компьютеры - КПК, современные модели сотовых  телефонов. Небольшие по размеру, эти  устройства нуждались в расширении емкости встроенной памяти, чтобы  записывать и считывать информацию.

     Такая память должна быть универсальной и  использоваться для записи любых  видов информации в цифровой форме: звука, текста, изображений – рисунков, фотографий, видеоинформации.

     Первой  компанией, изготовившей флэш-память и  выпустившей её на рынок, стала Intel. В 1988 году был продемонстрирована флэш-память на 256 кбит, которая имела размеры  обувной коробки. Она была построена  по логической схеме NOR (в русской  транскрипции – НЕ-ИЛИ).

     NOR-флэш-память  имеет относительно медленные  скорости записи и удаления, а  число циклов записи относительно  невелико (около 100 000). Такую флэш-память  можно использовать, когда нужно  почти постоянное хранение данных  с очень редкой перезаписью,  например, для хранения операционной  системы цифровых камер и мобильных  телефонов.

     Второй  тип флэш-памяти был изобретён  в 1989 году компанией Toshiba. Она построена  по логической схеме NAND (в русской  транскрипции Не-И). Новая память должна была стать менее дорогой и  более скоростной альтернативой NOR-флэш. По сравнению с NOR, технология NAND обеспечила в десять раз большее число  циклов записи, а также более высокую  скорость как записи, так и удаления данных. Да и ячейки памяти NAND имеют  в два раза меньший размер, чем  у памяти NOR, что приводит к тому, что на определённой площади кристалла  можно размещать больше ячеек памяти.

     Название "флэш" (flash) было введено фирмой Toshiba, так как имеется возможность  мгновенно стереть содержимое памяти (англ. "in a flash"). В отличие от магнитной, оптической и магнитооптической  памяти она не требует применения дисководов с использованием сложной  прецизионной механики и вообще не содержит ни одной подвижной детали. В этом состоит ее основное преимущество перед всеми остальными носителями информации и поэтому будущее - за ней. Но самым главным преимуществом  такой памяти, конечно, является сохранение данных без подачи энергии, т.е. энергонезависимость.

     Flash-память - это микросхема на кремниевом  кристалле. Она построена на  принципе сохранения электрического  заряда в ячейках памяти транзистора  в течение длительного времени  с помощью так называемого  "плавающего затвора" при  отсутствии электрического питания.  Ее полное название Flash Erase EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM) переводится как "быстро  электрически стираемое программируемое  постоянное запоминающее устройство". Ее элементарная ячейка, в которой  хранится один бит информации, представляет собой не электрический  конденсатор, а полевой транзистор  со специально электрически изолированной  областью – "плавающим затвором" (floating gate). Электрический заряд, помещенный  в эту область, способен сохраняться  в течение неограниченно долгого  времени. При записи одного  бита информации, элементарная ячейка  заряжается, электрический заряд  помещается на плавающий затвор. При стирании этот заряд снимется  с затвора и ячейка разряжается. Flash-память – энергонезависимая  память, позволяющая сохранять информацию  при отсутствии электрического  питания. Она не потребляет  энергии при хранении информации.

     Четыре  самых известных форматов флэш-памяти - CompactFlash, MultiMediaCard (MMC), SecureDigital и Memory Stick.

     CompactFlash появился в 1994 г. Он был выпущен  компанией SanDisk. Его размеры составляли 43х36х3,3 мм, а емкость составляла 16 Мб флэш-памяти. В 2006 г. было  объявлено о выпуске карт CompactFlash объемом 16 Гб.

     MultiMediaCard появился в 1997 г. Он был разработан  компаниями Siemens AG и Transcend. По сравнению  с CompactFlash карты типа MMC имели меньшие  размеры — 24x32x1,5 мм. Их применяли  в мобильных телефонах (особенно  в моделях со встроенным МР3-проигрывателем). В 2004 г. появился стандарт RS-MMC (т.е. "Reduced size MMC" — "ММС уменьшенного  размера). Карты RS-MMC имели размер 24x18x1,5 мм и могли с помощью  адаптера использоваться там,  где раньше применялись старые  карты MMC.

     Карты microSD являются на данный момент одними из самых маленьких флэш-карт —  их размеры составляют 11x15x1 мм. Основной сферой применения этих карт являются мультимедийные мобильные телефоны и коммуникаторы. Через адаптер  карты microSD можно использовать в  устройствах со слотами для флэш-носителей  стандартов miniSD и SecureDigital.

     На  сегодняшний день существует 3 вида SecureDigital –карт:

     1. Обычные карты с рабочим напряжением  2,7-3,6 В.

     2. Low Voltage – карты с пониженным  рабочим напряжением – 1,6 В.

     3. Карты miniSD, имеющие уменьшенные  до 21х20х1,4 мм размеры и массу  1 грамм, предназначенные для установки  в миниатюрные устройства (коммуникаторы,  мобильные телефоны).

     Дальнейшая  миниатюризация карт памяти привела  к созданию в рамках ассоциации SD Card Association нового стандарта под названием TransFlash, размеры которого сравнимы с  размером ногтя большого пальца (11х15х1 мм, вес – около 1 грамма), что не могло не заинтересовать, прежде всего, производителей мобильных телефонов. Так карты TransFlash стали развитием  карт SecureDigital и получили название microSD.

     Кроме рассмотренных форматов на рынке  миниатюрных флэш-носителей можно  найти карты MMC, PC Card, xD Picture, Smart Media и Memory Stick. Остановимся на каждом из них  поподробнее.

     PC Card – карта, вызывающая неоднозначное  впечатление у современного пользователя. И связано это, прежде всего,  с её достаточно большими по  современным меркам размерами  (85,6х54 мм).  Однако великолепная  механическая прочность и высокая  скорость передачи информации  позволили этим картам завоевать  большую популярность у немногочисленных  владельцев ноутбуков и ПК 90-х  годов. Сегодня слотами для  подобных карт всё ещё оснащаются  некоторые модели ноутбуков и  цифровых камер, но всё же  всеобщее стремление к миниатюризации  берёт своё и данный формат  карт памяти уходит на задний  план.

     SmartMedia  - единственное достоинство карт  памяти данного формата их  толщина, которая составляет 0,76 мм  при длине 45 мм и ширине 37 мм. По остальным пунктам  она  полностью проигрывает другим  носителям. Во-первых, решение разработчиков  не размещать на самой карте  элементов управления (контроллер), привело к большим проблемам  совместимости. В частности, отсутствие  контроллёра принуждало производителей  использовать свой собственный  формат хранения данных, который  в последствии воспринимался  лишь отдельным оборудованием.  Во-вторых, не впечатляет ни объём  карт (max 128 Мбайт), ни скорость передачи  данных (не более 1,2 Мбайт/с).

     xD-Picture Card – формат, разработанный совместно  компаниями Olympus и Fuji специально  для цифровых камер. Карты данного  стандарта поражают своими размерами  и техническими характеристиками. Их габариты составляют 20 x 25 x 1,7 мм  при весе около 2 грамм, максимальный  объём памяти ограничен 8 Гбайтами, а скорость передачи данных  составляет до 5 Мбайт/с.  Единственный  недостаток – отсутствие, как  и в случае с SmartMedia, интегрированного  контроллёра. 

Глава 2. . Принцип действия флэш- памяти

     Принцип работы полупроводниковой технологии флеш-памяти основан на изменении  и регистрации электрического заряда в изолированной области (кармане) полупроводниковой структуры.

     Изменение заряда («запись» и «стирание») производится приложением между затвором и  истоком большого потенциала чтобы  напряженность электрического поля в тонком диэлектрике между каналом  транзистора и карманом оказалась  достаточна для возникновения туннельного эффекта. Для усиления эффекта тунеллирования электронов в карман при записи применяется небольшое ускорение электронов путем пропускания тока через канал полевого транзистора.

     Чтение  выполняется полевым транзистором, для которого карман выполняет роль затвора. Потенциал плавающего затвора изменяет пороговые характеристики транзистора что и регистрируется цепями чтения.

     Эта конструкция снабжается элементами которые позволяют ей работать в  большом массиве таких же ячеек.

     Рис. 1 . Разрез транзистора с плавающим  затвором

 

 

     Рис. 2. Программирование флеш-памяти

 

 

     Рис. 3. Стирание флеш-памяти

     NOR и NAND приборы

     Различаются методом соединения ячеек в массив и алгоритмами чтения-записи.

     Конструкция NOR использует классическую двумерную матрицу проводников («строки» и «столбцы») в которой на пересечении установлено по одной ячейке. При этом проводник строк подключался к стоку транзистора, а столбцов к второму затвору. Исток подключался к общей для всех подложке. В такой конструкции было легко считать состояние конкретного транзистора подав положительное напряжение на один столбец и одну строку.