Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Читання, запис, стирання найпростішої комірка





Розглянемо найпростішу клітину флеш-пам'яті на одному n-p-n транзисторі. Комірки подібного типу найчастіше застосовувалися під flash-пам'яттю з NOR архітектурою, а також в мікросхемах EPROM. Поведінка транзистора залежить від кількості електронів на "плаваючому" затворі. "Плаваючий" затвор відіграє ту ж роль, що і конденсатор в DRAM, тобто зберігає запрограмоване значення.

 

Рисунок.1.1 – Однорівнева і багаторівнева комірки

 

Через кілька років після випуску флеш-дисків були проведені успішні випробування мікросхем, в яких клітина зберігала вже два біта. На таку пам'ять можна було записати в два рази більше інформації. В даний час вже існують теоретичні розробки пам'яті з чотирьохбайтних комірок. У мікросхемі з MLC (MultiLevel Cell) існує різниця величин заряду, які накопичуються на "плаваючому" затворі. Завдяки цій відмінності, інформація в комірці може бути представлена різними бітовими комбінаціями, тобто на відміну від "звичайної" флеш-пам'яті, MLC здатна розрізняти більше двох величин зарядів, поміщених на "плаваючий" затвор, і, відповідно, більше число станів. При цьому кожному стану у відповідність ставиться певна комбінація значень біт. Величину заряду на затворі можна визначити вимірюванням напруги транзистора і за підсумками цього виміру уявити бітову комбінацію. В даний час багато компаній знаходяться в пошуках граничного числа біт, який здатен зберігати багаторівневий осередок. Під час запису на "плаваючий" затвор поміщається кількість заряду, відповідна необхідному стану. Від величини заряду на "плаваючому" затворі залежить порогова напруга транзистора. Граничну напруга транзистора можна виміряти при читанні і визначити по ньому записаний стан, а значить і записану послідовність біт. Мікросхеми з MLC знайшли своє застосування в технології Intel Strata flash.



Доступ до флеш-пам'яті

Розрізняють три методи доступу до мікросхеми: звичайний, пакетний і сторінковий. Всі вони використовуються в залежності від ситуації, так як відрізняються за швидкістю доступу, мають свої переваги і недоліки.

Звичайний доступ (Conventional). Довільний асинхронний доступ до комірок пам'яті. Використовується в тих ситуаціях, коли необхідно вважати малу кількість інформації з мікросхеми пам'яті.

Пакетний (Burst). Синхронний, дані читаються паралельно, блоками по 16 або 32 біта за один раз. Після читання інформації в буфер відбувається синхронізація блоків, і, в кінцевому підсумку, дані передаються вже послідовно. Перевага перед звичайним типом доступу – швидке послідовне читання даних. Недолік – повільний доступ при читанні певних осередків пам'яті.

Сторінковий (Page). За принципом нагадує пакетний вид, але дані приймаються асинхронно, блоками по 4 або 8 слів. Переваги – дуже швидкий довільний доступ в межах поточної сторінки. Недолік – відносно повільне перемикання між блоками.

Останнім часом з'явилися мікросхеми флеш-пам'яті, що дозволяють одночасний запис і стирання (RWW - Read While Write або Simultaneous R / W) в різні банки пам'яті.

Архітектура флеш-пам'яті

Існує кілька типів архітектури (організацій з'єднань між осередками) флеш-пам'яті. Найбільш поширеними в даний час є мікросхеми з організацією NOR і NAND.

Тип пам’яті NOR

Назва NOR веде свій родовід від логічної операції Not OR (не "або"): якщо хоча б один з транзисторів, підключених до лінії бітів, включений, то зчитується "0". NOR-ОR осередки працюють подібним з EPROM способом. Кожен транзистор-осередок підключений до трьох ліній: Word Line (лінія слів), Select Line (лінія вибірки) і Bit Line (лінія біт). Вибірка здійснюється шляхом подачі високої напруги на Word Line, підключену до затвору, і спостереження за різницею потенціалів між Select Line (джерело) і Bit Line (стік). Якщо на плаваючому затворі знаходилася достатня кількість електронів, то їх негативне поле перешкоджало протіканню струму між витоком і стоком, і напруга залишалася високою. Такий стан покладається в термінах флеш-пам'яті нулем, в протилежному випадку зчитується одиниця.

 

Рисунок 1.2 – Архітектура NOR

 

Інтерфейс - паралельний. Можливо як довільне читання, так і запис.

Програмування - методом інжекції "гарячих" електронів.

Стирання - методом Тунелювання Фаулера-Нордхейма.

Переваги - швидкий довільний доступ, можливість побайтного запису. Недоліки - повільний запис і стирання.

Основні виробники: AMD, Intel, Sharp, Micron, Ti, Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi, SGS-Thomson, STMicroelectronics, SST, Samsung, Winbond, Macronix, NEC, UMC.

З двох типів має найбільший розмір осередку, а тому погано масштабується єдиний тип пам'яті, який працює на двох різних напругах. Ідеально підходить для зберігання коду програм (PC BIOS, стільникові телефони), являє собою ідеальну заміну звичайному EEPROM.

NAND

NAND є найвигіднішим, з точки зору економії простору, способом організації осередків. Транзистори підключаються до бітових ліній групами, тобто послідовно. Якщо всі групи транзисторів відкриті, включені, Bit Line заземлюється, напруга між нею і Word Line падає до нуля: спрацьовує логіка Not AND (не "і") - якщо всі елементи рівні 1, то видається 0. Правда, зчитування ускладнено внаслідок падіння напруги на гірлянді транзисторів, однак швидкість обігу підвищується за рахунок адресації відразу цілої групи бітів. При довільному доступі гідність перетворюється в недолік, і NAND-чіпи зазвичай відрізняються від NOR наявністю додаткового внутрішнього кеша. З огляду на все вищесказане, NAND-пам'ять є найбільш підходящий тип пам'яті для пристроїв, орієнтованих на блоковий обмін: MP3 плеєрів, цифрових камер і як замінник жорстких дисків.

Доступ - довільний, але невеликими блоками, які можна розглядати як кластери жорсткого диска.

Інтерфейс - послідовний, довільне читання і запис неможливий. Не дуже підходить для задач, що вимагають довільного доступу до даних.

Переваги - запис і стирання інформації здійснюються на високій швидкості, розмір блоку невеликий.

Недоліки - відносно повільний довільний доступ, неможливість побайтного запису, необхідність використовувати внутрішній кеш.

 

Рисунок 1.3 – Архітектура NOR [12]

 

Основні виробники - Toshiba, AMD / Fujitsu, Samsung, National, Mitsubishi.

Програмування - Тунелюванням Фаулера-Нордхейма, на відміну від NOR-пам'яті.

Стирання - Тунелюванням Фаулера-Нордхейма, в цьому схожість з NOR-пам'яттю.

Розвиток технології флеш-пам'яті відбувається, в основному, в області вдосконалення конструкції осередків. Так, з'явилися варіанти з двома транзисторами: один з пари є звичайним транзистором, що ізолює осередок від Word Line. Завдяки цьому вдалося позбутися від паразитних перехресних наведень, що виникають при стирання однієї зі сторінок даних, а також знизити напругу програмування. Причому другий транзистор займає зовсім небагато місця, оскільки він позбавлений функції запам'ятовування "конденсатора" і великого плаваючого затвора.

Типи карт пам'яті

Рисунок 1.4 – Compact Flash

 

Картки цього формату вперше з'явилися в 1994 р. Стандарт розробила компанія SanDisk і надала його для громадського користування без жодних додаткових ліцензійних відрахувань. У жовтні 1995 року була створена некомерційна організація Compact Flash Association (CFA). Крім, власне, призвідника, в неї увійшли IBM, Canon, Kodak, HP, Hitachi, Epson і Socket Communications. Розробники створили карти Miniature Card, але вони виявилися не дуже вдалими. Всі права на технологію були продані Centennial Technologies, яка в 2000 р оголосила про рішення випустити в світ власний формат флеш-карт під назвою Compact Linear Flash. Картка містить досить складний контролер, завдяки якому вона сумісна з адаптерами PCMCIA. Харчування може становити 3,3 або 5В. Існує два класи CompactFlash-карт, в наслідування PCMCIA названих Type I і Type II. Вони розрізняються тільки товщиною (3,3 і 5 мм) і кількістю чіпів пам'яті, які можуть в них поміститися. Стандартний розмір карти 43 x 36 мм. Одна з найбільш переваг CompactFlash полягає в електричній сумісності з IDE-інтерфейсом. Це не означає, що картку можна вставити в роз'єм, а має на увазі можливість емуляції жорсткого диска. На програмному рівні карта нічим не відрізняється від вінчестера: вона володіє всіма необхідними параметрами, такими, як кількість віртуальних циліндрів і головок. Доступ до карти виконується за допомогою стандартного переривання IRQ 14, і для роботи з CompactFlash не потрібно драйверів. Зараз випускаються карти CompactFlash об'ємом до 100 GB. Одне з головних достоїнств стандарту - специфікований вбудований контролер пам'яті, що обумовлює чітке визначення логічної структури даних.

MMC

У листопаді 1997 р компанії Siemens і SanDisk анонсували MMC. Стандарт був спочатку "вільним", таким же, як CompactFlash, позбавленим будь-яких ліцензійних обмежень. Розмір карти всього 24 x 32 x 1,4 мм, важать карти всього 165 грам. Швидкість передачі даних дорівнює 20 MBps. Ці модулі пам'яті працюють при напругах 3,3 або 2,7 В і струмі до 35 мА, що й обумовлює низьке енергоспоживання. У 1998 р сформувався альянс MMCA (MultiMedia Card Association), який об'єднав промоутерів нової технології.

 

Рисунок 1.5 – Архітектура MVC

 

SmartMedia

 

Рисунок 1.6 – Зовнішній вигляд SM

 

Стандарт був розроблений в 1995 р компанією Toshiba, а його просуванням займається організація SSFDC Forum, в рядах якої чимало відомих компаній. До речі, SSFDC (Solid State Floppy Disk Card) можна перевести як "твердотільна дискета". Слід зазначити, що багато виробників роблять флеш-карти відразу трьох основних типів: Compact Flash, SmartMedia і MultiMediaCard. На відміну від Compact Flash, карти SmartMedia (SM) не забезпечені вбудованим контролером, що, за задумом творців, має знижувати їх вартість. Крім того, SМ мають менші розміри (37x45x0,76 мм) і масу (до 2 г). За популярністю SM сперечаються з CF, а разом з ним обидва ці стандарти охоплюють більше половини ринку флеш-карт. Робочі напруги у SM такі ж, як і у CF, але зазвичай використовується 3,3 В. Максимальна ємність карт, оголошена виробниками, зокрема компаніями EMTEC і Delkin, становить 128 Мбайт. Через відсутність внутрішнього контролера для роботи з цими картами неможливо застосувати пасивний перехідник, а зчитувачі для них вартують близько 50 дол. На жаль, SМ не дешевше, ніж CF.

 

Рисунок 1.7 – Memory Stick

 

Колись Sony змусила комп'ютерну індустрію вибрати як змінних носіїв свої 3,5-дюймові флоппі-дисководи, а тепер вона вирішила подбати про своїх позиції і на аудіо ринку, для чого розробила новий стандарт флеш-карт Memory Stick (MS).

Ці 10-контактні пристрої розмірами 21,5x50x2,8 мм і масою 4 г стали опорою цифрової імперії Sony, яка встановлює їх в свої цифрові плеєри, фотоапарати і відеокамери, також іграшки та інші пристрої. Карти пам'яті Memory Stick мають ємність до 16 Гб, а в деяких підверсій, Memory Stick Select, застосовувалися два банки по 128 Мб на жодній карті.

 

Рисунок 1.8 – SecureDigital

 

Розмір карти - 24 x 32 x 2,1 мм, що практично відповідає параметрам Magic Stick Duo. На даний момент анонсовані вироби ємністю від 8 до 512 MB при максимумі 16 GB. Швидкість запису, що типово для флеш-карт, істотно залежить від обсягу і, отже, кількості використовуваних чіпів. Стандартна швидкість запису становить 2 MBps, але починаючи з 512 MB носіїв, вона зростає багаторазово до 10 MBps. Карти оснащені механічним перемикачем захисту від запису, на зразок засувки "read-only" у флоппі-дисків. Кожна SD-карта містить два контролера: введення / виведення і підтримки системи кодування. Роз'єм складається з дев'яти контактів, чотири з яких призначені для передачі даних, один використовується для передачі команд і ще один відведено під синхросигнал.

USB флеш-накопичувач

USB флеш-накопичувач - носій інформації, що використовує флеш-пам'ять для зберігання даних і підключається до комп'ютера чи іншого пристрою, що зчитує через стандартний роз'єм USB.

 

Рисунок1.9 – Пристрій типового USB Flash Drive (на прикладі вироби фірми «Saitek»:

1 – USB-роз'єм, 2 - мікроконтролер; 3 - контрольні точки; 4 - мікросхема флеш-пам'яті; 5 - кварцовий резонатор; 6 - світлодіод; 7 - перемикач «захист від запису»; 8 - місце для додаткової мікросхеми пам'яті

 

USB флеш-накопичувачі зазвичай знімні і перезаписувані. Розмір - близько 5 см, вага - менше 60 м Отримали велику популярність в 2000-му році через компактність, легкість перезапису файлів і великого обсягу пам'яті (від 32 МБ до 256 ГБ [1]). Основне призначення USB-накопичувачів - зберігання, перенесення і обмін даними, резервне копіювання, завантаження операційних систем (LiveUSB) і ін.

Застосування флеш-пам'яті

Флеш-диски застосовуються в системах управління промисловим обладнанням, в гарячих цехах і на відкритому повітрі, в умовах постійних ударів, трясіння, вібрації, забрудненої атмосфери. Системи управління, що встановлюються на залізничному, водному транспорті (вібрація, підвищена вологість) або на літальних апаратах (швидка зміна висоти і температури, великі перевантаження), немислимі без таких пристроїв. І, звичайно, в космічних системах (перевантаження, невагомість, енергоспоживання) у флеш-дисків немає конкурентів. Ситуація на вітчизняному ринку ФД укладається в рамках загальносвітових тенденцій. Велика частина продукції, що поставляється споживається в промисловій сфері для автоматизації виробництва. З іншого боку, PCMCIA-карти на основі флеш-пам'яті для портативних комп'ютерів, хоча і пропонуються, але не набули широкого поширення. Мікросхеми флеш-пам'яті можуть працювати при температурах від -50 до 80 градусів, вологості повітря від 8 до 95 відсотків, витримувати ударне навантаження до 1000g, вібраційне навантаження до 15g. Час напрацювання на відмову у флеш-пам'яті близько 1000 годин (сюди входить час запису і стирання), а термін зберігання даних обчислюється десятками років. Флеш-пам'ять застосовується практично у всіх сучасних пристроях: стільникових телефонах, портативних комп'ютерах, mp3-плеєрах, цифрових відеокамер і фотоапаратах і багатьох інших. Флеш-пам'ять використовується в будь-яких комп'ютерних комплектуючих: мікросхеми BIOS на материнській платі, прошивки різних пристроїв (CD-Rom, відеокарта, звукова карта, модем). Модеми з мікросхемами флеш-пам'яті можуть приймати і відправляти дані навіть при вимкненому комп'ютері. Флеш-пам'ять розроблена і застосовується для того, щоб спростити роботу системи, в якій вона застосовується, а також підвищити її продуктивність. За рахунок оновлення інформації через флеш-пам'ять система (наприклад, модем, звукова карта і т.д.) в набагато меншому ступені використовує оперативну пам'ять комп'ютера. Тим самим підвищується продуктивність не тільки одного приладу, але і всього комп'ютера в цілому. Використання мікросхем флеш-пам'яті також дозволяє знизити вартість обладнання. Флеш-пам'ять, використовуючи блокову архітектуру, повністю замінила собою мікросхеми..

Типи ушкоджень

Відновлення флеш-диска може знадобитися в разі механічних, електричних, теплових, логічних ушкоджень і руйнування внутрішньої структури.

Механічні пошкодження

До пошкоджень даного типу відносяться будь-які, зовні помітні, пошкодження, а саме: пошкодження корпусу, зміни геометрії роз'єму, тріщини, деформації та інше.

На сьогоднішній день існує два способи відновлення інформації з фізично пошкодженої флеш-карти. Перший з них полягає у визначенні компонента, який вийшов з ладу, і його заміні на новий. Але оскільки запасні частини для флеш-карт не випускаються, новий елемент береться з пристрою-донора тієї ж моделі. Після заміни у флеш-карти відновлюється працездатність, тому спеціалісту залишається тільки скопіювати дані, що містяться на ній, на сторонній носій. У цього способу є кілька недоліків. По-перше, він можливий не у всіх випадках. По-друге, для його реалізації необхідно знайти нову флеш-карту, ідентичну пошкодженій. Причому донор буде непридатний для подальшого використання. Другий спосіб полягає в випоюванні з флеш-карти мікросхеми пам'яті і читанні інформації з неї безпосередньо за допомогою спеціального програматора. Після цього проводиться дешифрування лічених даних. Справа в тому, що кожен виробник флеш-карт використовує власний формат запису інформації, тому просто так витягти дані не вийде. Заключний етап - відновлення в разі необхідності цілісності пошкоджених файлів. Даний спосіб дуже критичний до професіоналізму виконавця, а також наявності необхідного апаратного та програмного забезпечення.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.