Главная страница 1
скачать файл




Архитектура Flash-памяти

Министерство науки и образования Украины Институт социального управления экономики и права Кафедра специализированных компьютерных систем Пояснительная записка ІСУЕП 04254.009 до курсового проекта с дисциплины: «Архитектура ЭВМ» на тему: «Архитектура Flash-памяти»|Проверил: |Подготовил: ||проф. |студент III курса ||Романкевич О.М. |группы КС-14 ||ст. преп. |Крывонижко К.Н. ||Рудаков К.С. | | _____________ (оценка)«___» ________ «___» ________ _____________ _____________ (подпись) (подпись) г. Черкассы 2004 Содержание 1. Введение 3-4 1. Что такое flash- память?.............................................................. ......5-9 2. Организация flash-памяти…………………………………………10-14 3. Архитектура флэш-памяти………………………………………..14-18 4. Карты памяти (флэш-карты)………………………………………19-28 1. Вывод………………………………………………………………..29 2. Литература............................................................ ..............................30 1.Введение Технология флэш-памяти появилась около 20-ти лет назад. В конце 80-хгодов прошлого столетия флэш-память начали использовать в качествеальтернативы UV-EPROM. С этого момента интерес к флэш-памяти с каждым годомнеуклонно возрастает. Внимание, которое уделяется флэш-памяти, вполнеобъяснимо – ведь это самый быстрорастущий сегмент полупроводникового рынка.Ежегодно рынок флэш-памяти растет более чем на 15%, что превышает суммарныйрост всей остальной полупроводниковой индустрии. Сегодня флэш-память можно найти в самых разных цифровых устройствах. Еёиспользуют в качестве носителя микропрограмм для микроконтроллеров HDD и CD-ROM, для хранения BIOS в ПК. Флэш-память используют в принтерах, КПК,видеоплатах, роутерах, брандмауэрах, сотовых телефонах, электронных часах,записных книжках, телевизорах, кондиционерах, микроволновых печах истиральных машинах... список можно продолжать бесконечно. А в последниегоды флэш становится основным типом сменной памяти, используемой в цифровыхмультимедийных устройствах, таких как mp3-плееры и игровые приставки. А всеэто стало возможным благодаря созданию компактных и мощных процессоров.Однако при покупке какого-либо устройства, помещающегося в кармане, нестоит ориентироваться лишь на процессорную мощность, поскольку в спискеприоритетов она стоит далеко не на первом месте. Начало этому было положено в 1997 году, когда флэш-карты впервые сталииспользовать в цифровых фотокамерах. При выборе портативных устройств самое важное, на мой взгляд - времяавтономной работы при разумных массе и размерах элемента питания. Во многомэто от памяти, которая определяет объем сохраненного материала, и,продолжительность работы без подзарядки аккумуляторов. Возможность храненияинформации в карманных устройствах ограничивается скромными энергоресурсамиПамять, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачинапряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и безнепрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данныхтратят его за троих. Хорошим выходом оказалась флэш-память, неразряжающаяся самопроизвольно. Носители на ее основе называютсятвердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. К сожалению, флэш-память - дорогое удовольствие: средняя стоимость ее мегабайта составляет 2доллара, что в восемь раз выше, чем у SDRAM, не говоря уж о жестких дисках.А вот отсутствие движущихся частей повышает надежность флэш-памяти:стандартные рабочие перегрузки равняются 15 g, а кратковременные могутдостигать 2000 g, т. е. теоретически карта должна превосходно работать примаксимально возможных космических перегрузках, и выдержать падения стрёхметровой высоты. Причем в таких условиях гарантируется функционированиекарты до 100 лет.Многие производители вычислительной техники видят память будущегоисключительно твердотелой. Следствием этого стало практически одновременноепоявление на рынке комплектующих нескольких стандартов флэш-памяти.2.Что такое flash-память? Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемойполупроводниковой памяти. . Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи). . Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных. . Полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip). В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоитвсего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памятипрекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам вминиатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивнымнаходкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько битинформации. Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory)памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэшхранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, приотключении питания данные из флэш-памяти не пропадают. Замены памяти SRAM иDRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэшработает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству цикловперезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов).Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш-память, можетхраниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживатьзначительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельнодопустимые для обычных жёстких дисков). Основное преимущество флэш-памятиперед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-памятьпотребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии вовремя работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и другихмеханических носителях информации, большая часть энергии уходит наприведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-памятькомпактнее большинства других механических носителей. Флэш-памятьисторически произошла от полупроводникового ROM, однако ROM-памятью неявляется, а всего лишь имеет похожую на ROM организацию. Множествоисточников (как отечественных, так и зарубежных) зачастую ошибочно относятфлэш-память к ROM. Флэш никак не может быть ROM хотя бы потому, что ROM(Read Only Memory) переводится как "память только для чтения". Ни о какойвозможности перезаписи в ROM речи быть не может! Небольшая, по началу,неточность не обращала на себя внимания, однако с развитием технологий,когда флэш-память стала выдерживать до 1 миллиона циклов перезаписи, истала использоваться как накопитель общего назначения, этот недочет вклассификации начал бросаться в глаза. Среди полупроводниковой памятитолько два типа относятся к "чистому" ROM - это Mask-ROM и PROM. В отличиеот них EPROM, EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимойперезаписываемой памяти (английский эквивалент - nonvolatile read-writememory или NVRWM).ROM: . ROM (Read Only Memory) - память только для чтения. Русский эквивалент - ПЗУ (Постоянно Запоминающее Устройство). Если быть совсем точным, данный вид памяти называется Mask-ROM (Масочные ПЗУ). Память устроена в виде адресуемого массива ячеек (матрицы), каждая ячейка которого может кодировать единицу информации. Данные на ROM записывались во время производства путём нанесения по маске (отсюда и название) алюминиевых соединительных дорожек литографическим способом. Наличие или отсутствие в соответствующем месте такой дорожки кодировало "0" или "1". Mask-ROM отличается сложностью модификации содержимого (только путем изготовления новых микросхем), а также длительностью производственного цикла (4-8 недель). Поэтому, а также в связи с тем, что современное программное обеспечение зачастую имеет много недоработок и часто требует обновления, данный тип памяти не получил широкого распространения. Преимущества: 1. Низкая стоимость готовой запрограммированной микросхемы (при больших объёмах производства). 2. Высокая скорость доступа к ячейке памяти. 3. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям. Недостатки: 1. Невозможность записывать и модифицировать данные после изготовления. 2. Сложный производственный цикл. . PROM - (Programmable ROM), или однократно Программируемые ПЗУ. В качестве ячеек памяти в данном типе памяти использовались плавкие перемычки. В отличие от Mask-ROM, в PROM появилась возможность кодировать ("пережигать") ячейки при наличии специального устройства для записи (программатора). Программирование ячейки в PROM осуществляется разрушением ("прожигом") плавкой перемычки путём подачи тока высокого напряжения. Возможность самостоятельной записи информации в них сделало их пригодными для штучного и мелкосерийного производства. PROM практически полностью вышел из употребления в конце 80-х годов. Преимущества: 1. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям. 2. Возможность программировать готовую микросхему, что удобно для штучного и мелкосерийного производства. 3. Высокая скорость доступа к ячейке памяти. Недостатки: 1. Невозможность перезаписи 2. Большой процент брака 3. Необходимость специальной длительной термической тренировки, без которой надежность хранения данных была невысокойNVRWM: . EPROM Различные источники по-разному расшифровывают аббревиатуру EPROM - как Erasable Programmable ROM или как Electrically Programmable ROM (стираемые программируемые ПЗУ или электрически программируемые ПЗУ). В EPROM перед записью необходимо произвести стирание (соответственно появилась возможность перезаписывать содержимое памяти). Стирание ячеек EPROM выполняется сразу для всей микросхемы посредством облучения чипа ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами в течение нескольких минут. Микросхемы, стирание которых производится путем засвечивания ультрафиолетом, были разработаны Intel в 1971 году, и носят название UV-EPROM (приставка UV (Ultraviolet) - ультрафиолет). Они содержат окошки из кварцевого стекла, которые по окончании процесса стирания заклеивают. Достоинство: Возможность перезаписывать содержимое микросхемы Недостатки: 1. Небольшое количество циклов перезаписи. 2. Невозможность модификации части хранимых данных. 3. Высокая вероятность "недотереть" (что в конечном итоге приведет к сбоям) или передержать микросхему под УФ-светом (т.н. overerase - эффект избыточного удаления, "пережигание"), что может уменьшить срок службы микросхемы и даже привести к её полной негодности. . EEPROM (EEPROM или Electronically EPROM) - электрически стираемые ППЗУ были разработаны в 1979 году в той же Intel. В 1983 году вышел первый 16Кбит образец, изготовленный на основе FLOTOX-транзисторов (Floating Gate Tunnel-OXide - "плавающий" затвор с туннелированием в окисле). Главной отличительной особенностью EEPROM (в т.ч. Flash) от ранее рассмотренных нами типов энергонезависимой памяти является возможность перепрограммирования при подключении к стандартной системной шине микропроцессорного устройства. В EEPROM появилась возможность производить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока. Для EEPROM стирание каждой ячейки выполняется автоматически при записи в нее новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. Процедура стирания обычно существенно длительнее процедуры записи. Преимущества EEPROM по сравнению с EPROM: 1. Увеличенный ресурс работы. 2. Проще в обращении. Недостаток: Высокая стоимость . Flash (полное историческое название Flash Erase EEPROM): Изобретение флэш-памяти зачастую незаслуженно приписывают Intel, называя при этом 1988 год. На самом деле память впервые была разработана компанией Toshiba в 1984 году, и уже на следующий год было начато производство 256Кбит микросхем flash-памяти в промышленных масштабах. В 1988 году Intel разработала собственный вариант флэш- памяти. Во флэш-памяти используется несколько отличный от EEPROM тип ячейки- транзистора. Технологически флэш-память родственна как EPROM, так и EEPROM. Основное отличие флэш-памяти от EEPROM заключается в том, что стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определённого блока (кластера, кадра или страницы). Обычный размер такого блока составляет 256 или 512 байт, однако в некоторых видах флэш-памяти объём блока может достигать 256КБ. Следует заметить, что существуют микросхемы, позволяющие работать с блоками разных размеров (для оптимизации быстродействия). Стирать можно как блок, так и содержимое всей микросхемы сразу. Таким образом, в общем случае, для того, чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи небольших объёмов данных в произвольные области памяти, однако значительно увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями. Преимущества флэш-памяти по сравнению с EEPROM: 1. Более высокая скорость записи при последовательном доступе за счёт того, что стирание информации во флэш производится блоками. 2. Себестоимость производства флэш-памяти ниже за счёт более простой организации. Недостаток: Медленная запись в произвольные участки памяти.| |3.Организация flash-памятиЯчейки флэш-памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах.В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит изодного полевого транзистора со специальной электрически изолированнойобластью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить зарядмногие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации.При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов(зависит от типа ячейки): методом инжекции "горячих" электронов или методомтуннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с"плавающего" затвора) производится методом тунеллирования.Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", аего отсутствие - как логическая "1". Современная флэш-память обычноизготавливается по 0,13- и 0,18-микронному техпроцессу.Общий принцип работы ячейки флэш-памяти.Рассмотрим простейшую ячейку флэш-памяти на одном n-p-n транзисторе. Ячейкиподобного типа чаще всего применялись во flash-памяти с NOR архитектурой, атакже в микросхемах EPROM. Поведение транзистора зависит от количестваэлектронов на "плавающем" затворе. "Плавающий" затвор играет ту же роль,что и конденсатор в DRAM, т. е. хранит запрограммированное значение.Помещение заряда на "плавающий" затвор в такой ячейке производится методоминжекции "горячих" электронов (CHE - channel hot electrons), а снятиезаряда осуществляется методом квантомеханического туннелирования Фаулера-Нордхейма (Fowler-Nordheim [FN]).|[pic] |При чтении, в отсутствие заряда на || |"плавающем" затворе, под || |воздействием положительного поля на || |управляющем затворе, образуется || |n-канал в подложке между истоком и || |стоком, и возникает ток. ||[pic] |Наличие заряда на "плавающем" || |затворе меняет вольт-амперные || |характеристики транзистора таким || |образом, что при обычном для чтения || |напряжении канал не появляется, и || |тока между истоком и стоком не || |возникает. ||[pic] |При программировании на сток и || |управляющий затвор подаётся высокое || |напряжение (причём на управляющий || |затвор напряжение подаётся || |приблизительно в два раза выше). || |"Горячие" электроны из канала || |инжектируются на плавающий затвор и || |изменяют вольт-амперные || |характеристики транзистора. Такие || |электроны называют "горячими" за то,|| |что обладают высокой энергией, || |достаточной для преодоления || |потенциального барьера, создаваемого|| |тонкой плёнкой диэлектрика. ||[pic] |При стирании высокое напряжение || |подаётся на исток. На управляющий || |затвор (опционально) подаётся || |высокое отрицательное напряжение. || |Электроны туннелируют на исток. | Эффект туннелирования - один из эффектов, использующих волновыесвойства электрона. Сам эффект заключается в преодолении электрономпотенциального барьера малой "толщины". Для наглядности представим себеструктуру, состоящую из двух проводящих областей, разделенных тонким слоемдиэлектрика (обеднённая область). Преодолеть этот слой обычным способомэлектрон не может - не хватает энергии. Но при создании определённыхусловий (соответствующее напряжение и т.п.) электрон проскакивает слойдиэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток. Важно отметить, что при туннелировании электрон оказывается "по другуюсторону", не проходя через диэлектрик. Такая вот "телепортация". Различия методов тунеллирования Фаулера-Нордхейма (FN) и методаинжекции "горячих" электронов: Channel FN tunneling - не требует большого напряжения. Ячейки,использующие FN, могут быть меньше ячеек, использующих CHE. CHE injection (CHEI) - требует более высокого напряжения, по сравнениюс FN. Таким образом, для работы памяти требуется поддержка двойногопитания. Программирование методом CHE осуществляется быстрее, чем методом FN. Следует заметить, что, кроме FN и CHE, существуют другие методыпрограммирования и стирания ячейки, которые успешно используются напрактике, однако два описанных нами применяются чаще всего. Процедуры стирания и записи сильно изнашивают ячейку флэш-памяти,поэтому в новейших микросхемах некоторых производителей применяютсяспециальные алгоритмы, оптимизирующие процесс стирания-записи, а такжеалгоритмы, обеспечивающие равномерное использование всех ячеек в процессефункционирования. Некоторые виды ячеек флэш-памяти на основе МОП-транзисторов с"плавающим" затвором: Stacked Gate Cell - ячейка с многослойным затвором. Метод стирания -Source-Poly FN Tunneling, метод записи - Drain-Side CHE Injection. SST Cell, или SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology -компания-разработчик технологии) - ячейка с расщеплённым затвором. Методстирания - Interpoly FN Tunneling, метод записи - Source-Side CHEInjection. Two Transistor Thin Oxide Cell - двухтранзисторная ячейка с тонкимслоем окисла. Метод стирания - Drain-Poly FN Tunneling, метод записи -Drain FN Tunneling. Другие виды ячеек: Кроме наиболее часто встречающихся ячеек с "плавающим" затвором,существуют также ячейки на основе SONOS-транзисторов, которые не содержатплавающего затвора. SONOS-транзистор напоминает обычный МНОП (MNOS)транзистор. В SONOS-ячейках функцию "плавающего" затвора и окружающего егоизолятора выполняет композитный диэлектрик ONO. Расшифровывается SONOS(Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) как Полупроводник-Диэлектрик-Нитрид-Диэлектрик-Полупроводник. Вместо давшего название этомутипу ячейки нитрида в будущем планируется использовать поликристаллическийкремний.Многоуровневые ячейки (MLC - Multi Level Cell).В последнее время многие компании начали выпуск микросхем флэш-памяти, вкоторых одна ячейка хранит два бита. Технология хранения двух и более бит водной ячейке получила название MLC (multilevel cell - многоуровневаяячейка). Достоверно известно об успешных тестах прототипов, хранящих 4 битав одной ячейке. В настоящее время многие компании находятся в поискахпредельного числа бит, которое способна хранить многоуровневая ячейка.В технологии MLC используется аналоговая природа ячейки памяти. Какизвестно, обычная однобитная ячейка памяти может принимать два состояния -"0" или "1". Во флэш-памяти эти два состояния различаются по величинезаряда, помещённого на "плавающий" затвор транзистора. В отличие от"обычной" флэш-памяти, MLC способна различать более двух величин зарядов,помещённых на "плавающий" затвор, и, соответственно, большее числосостояний. При этом каждому состоянию в соответствие ставится определеннаякомбинация значений бит.Во время записи на "плавающий" затвор помещается количество заряда,соответствующее необходимому состоянию. От величины заряда на "плавающем"затворе зависит пороговое напряжение транзистора. Пороговое напряжениетранзистора можно измерить при чтении и определить по нему записанноесостояние, а значит и записанную последовательность бит.Основные преимущества MLC микросхем: . Более низкое соотношение $/МБ . При равном размере микросхем и одинаковом техпроцессе "обычной" и MLC- памяти, последняя способна хранить больше информации (размер ячейки тот же, а количество хранимых в ней бит - больше) . На основе MLC создаются микросхемы большего, чем на основе однобитных ячеек, объёмаОсновные недостатки MLC: . Снижение надёжности, по сравнению с однобитными ячейками, и, соответственно, необходимость встраивать более сложный механизм коррекции ошибок (чем больше бит на ячейку - тем сложнее механизм коррекции ошибок) . Быстродействие микросхем на основе MLC зачастую ниже, чем у микросхем на основе однобитных ячеек . Хотя размер MLC-ячейки такой же, как и у однобитной, дополнительно тратится место на специфические схемы чтения/записи многоуровневых ячеекТехнология многоуровневых ячеек от Intel (для NOR-памяти) носит названиеStrtaFlash, аналогичная от AMD (для NAND) - MirrorBit3.2 Архитектура флэш-памяти.Существует несколько типов архитектур (организаций соединений междуячейками) флэш-памяти. Наиболее распространёнными в настоящее времяявляются микросхемы с организацией NOR и NAND.|NOR (NOT OR, ИЛИ-НЕ) ||[pic] |Ячейки работают сходным с|| |EPROM способом. Интерфейс|| |параллельный. || |Произвольное чтение и || |запись. || |Преимущества: быстрый || |произвольный доступ, || |возможность побайтной || |записи. || |Недостатки: относительно || |медленная запись и || |стирание. || |Из перечисленных здесь || |типов имеет наибольший || |размер ячейки, а потому || |плохо масштабируется. || |Единственный тип памяти, || |работающий на двух разных|| |напряжениях. || |Идеально подходит для || |хранения кода программ || |(PC BIOS, сотовые || |телефоны), идеальная || |замена обычному EEPROM. || |Основные производители: || |AMD, Intel, Sharp, || |Micron, Ti, Toshiba, || |Fujitsu, Mitsubishi, || |SGS-Thomson, || |STMicroelectronics, SST, || |Samsung, Winbond, || |Macronix, NEC, UMC. || |Программирование: методом|| |инжекции "горячих" || |электронов || |Стирание: || |туннеллированием FN ||NAND (NOT AND, И-НЕ) ||[pic] |Доступ произвольный, но || |небольшими блоками || |(наподобие кластеров || |жёсткого диска). || |Последовательный || |интерфейс. Не так хорошо,|| |как AND память подходит || |для задач, требующих || |произвольного доступа. || |Преимущества: быстрая || |запись и стирание, || |небольшой размер блока. || |Недостатки: относительно || |медленный произвольный || |доступ, невозможность || |побайтной записи. || |Наиболее подходящий тип || |памяти для приложений, || |ориентированных на || |блочный обмен: MP3 || |плееров, цифровых камер и|| |в качестве заменителя || |жёстких дисков. || |Основные производители: || |Toshiba, AMD/Fujitsu, || |Samsung, National || |Программирование: || |туннеллированием FN || |Стирание: || |туннеллированием FN ||AND (И) ||[pic] |Доступ к ячейкам памяти || |последовательный, || |архитектурно напоминает || |NOR и NAND, комбинирует || |их лучшие свойства. || |Небольшой размер блока, || |возможно быстрое || |мультиблочное стирание. || |Подходит для потребностей|| |массового рынка. || |Основные производители: || |Hitachi и Mitsubishi || |Electric. || |Программирование: || |туннеллированием FN || |Стирание: || |туннеллированием FN ||DiNOR (Divided bit-line NOR, ИЛИ-НЕ с разделёнными разрядными линиями) ||[pic] |Тип памяти, комбинирующий|| |свойства NOR и NAND. || |Доступ к ячейкам || |произвольный. Использует || |особый метод стирания || |данных, предохраняющий || |ячейки от пережигания || |(что способствует большей|| |долговечности памяти). || |Размер блока в DiNOR || |всего лишь 256 байт. || |Основные производители: || |Mitsubishi Electric, || |Hitachi, Motorola. || |Программирование: || |туннеллированием FN || |Стирание: || |туннеллированием FN ||Примечания: В настоящее время чаще всего используются память с ||архитектурой NOR и NAND. Hitachi выпускает многоуровневую AND-память с ||NAND-итерфейсом (SuperAnd или AG-AND [Assist Gate-AND]) |Доступ к флэш-памятиСуществует три основных типа доступа: . обычный (Conventional): произвольный асинхронный доступ к ячейкам памяти. . пакетный (Burst): синхронный, данные читаются параллельно, блоками по 16 или 32 слова. Считанные данные передаются последовательно, передача синхронизируется. Преимущество перед обычным типом доступа - быстрое последовательное чтение данных. Недостаток - медленный произвольный доступ. . страничный (Page): асинхронный, блоками по 4 или 8 слов. Преимущества: очень быстрый произвольный доступ в пределах текущей страницы. Недостаток: относительно медленное переключение между страницами.Примечание: В последнее время появились микросхемы флэш-памяти, позволяющиеодновременную запись и стирание (RWW - Read While Write или SimultaneousR/W) в разные банки памяти.5. Карты памяти (флэш-карты)Наиболее распространенные типы карт памяти: CompactFlash (CF) (I,II),MultiMedia Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIаили ATA-Flash). Существуют и другие портативные форм-факторыфлэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленных здесь.Флэш-карты бывают двух типов: с параллельным (parallel) и споследовательным (serial) интерфейсом.Параллельный: . PC-Card (PCMCIаили ATA-Flash) . CompactFlash (CF) . SmartMedia (SSFDC)Последовательный: . MultiMedia Card (MMC) . SD-Card (Secure Digital - Card) . Sony Memory StickPC-Card (PCMCIA) или ATаFlashИнтерфейс: параллельныйСамым старым и самым большим по размеру следует признать PC Card (ранееэтот тип карт назывался PCMCIа[Personal Computer Memory Card InternationalAssociation]). Карта снабжена ATаконтроллером. Благодаря этомуобеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. В настоящее время флэш-память этого типа используется редко. PC Card бывает объемом до 2GB.Существует три типа PC Card ATа(I, II и III). Все они отличаются толщиной(3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все три типа обратно совместимы междусобой (в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкуюкарту, поскольку толщина разъема у всех типов одинакова – 3,3 мм). Питаниекарт - 3,3В и 5В. ATA-flash как правило относится к форм фактору PCMCIAType I.|Тип |Длина |Ширина |Толщина |Использование ||Type I|85,6 мм|54 мм |3,3 мм |Память (SRAM, DRAM, Flash и т. д) ||Type |85,6 мм|54 мм |5 мм |Память, устройства ввода-вывода ||II | | | |(модемы, сетевые карты и т. д) ||Type |85,6 мм|54 мм |10,5 мм |Устройства хранения данных, жёсткие ||III | | | |диски |PC-Card Flash бывают двух типов: PCMCIаLinear Flash Card и ATаFlash Card(Flash Disk). Linear встречается намного реже ATаflash и не совместим споследним. Отличие между ними состоит в том, что ATаFlash содержит в себесхему, позволяющую эмулировать обычный HDD, автоматически помечатьиспорченные блоки, и производить автоматическое стирание блоков.Compact Flash (CF)Интерфейс: параллельный, 50-ти контактный, соответствует стандарту PCMCIAATA. Стандарт разработан компанией SanDisk в 1994 году. Разработчикиформата Compact Flash поставили цель: сохранить все преимущества карт ATAFlash, преодолев их основной недостаток - большие размеры. Конструкция картCompactFlash обеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом.Разъёмы Compact Flash расположены на торце карты, электрически ифункционально повторяя назначение контактов PCMCIA. Таким образом, чтобыустановить CompactFlash в слот PCMCIадостаточно простейшего адаптера CF-PCMCIA, повторяющего своими размерами обычную PC-Card. Карты бывают двухтипов: I и II (первого и второго типа). Карты типа II толще карт типа I на2 мм, других существенных отличий между этими картами нет. CF I можноиспользовать в устройствах, снабженных разъемами CF II и CF I. CF II можноиспользовать только в устройствах с разъемами CF II (т.е. CF II типаобратно совместим с CF I типа). Compact Flash II типа были разработанытогда, когда возникла необходимость в картах большого объема. Сейчаснеобходимости в картах CF II отпала, так как CF I догнали по объему картыCF II, так что карты второго типа постепенно теряют популярность. КартыCompact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В. В отличие от картSmartMedia, которые существуют в двух версиях (трёх- и пяти- вольтовой),любая карта CF способна работать с любым из двух видов питания. 16 июня2003 года была утверждена спецификация v2.0. Скорость передачи данныхсогласно новой спецификации может достигать 16MB/s, при этом обеспечиваетсяобратная совместим ость - карты, выпущенные по спецификации 2.0, будутработать в старых устройствах, но с меньшей скоростью. Произведенные посовременным технологиям чипы флэш-памяти могут оперировать на скоростях 5-7MB/s, так что теоретический предел в 16 MB/s оставляет солидный запас дляроста. В ближайшее время будут приняты дополнения, позволяющие CF работатьв режиме DMA, а в 2004 году - Ultra DMа33, что позволит работать картамCompactFlash с быстродействием до 33 MB/s. Сегодня теоретический пределемкости для CF составляет 137 GB. Следует заметить, что будущее CF вполнеопределенно благодаря тому, что в этом типе карт реализовываются давниенаработки ATA, успешно прошедшие испытание временем на компьютерных жесткихдисках.SmartMedia (SSFDC – Solid State Floppy Disk Card)Интерфейс: параллельный, 22-х контактный. Разработана в 1995 годукомпаниями Toshiba и Samsung.8 из 22-х контактов карты используются для передачи данных, остальныеиспользуются для питания микросхемы, управления и несут на себе другиевспомогательные функции. Толщина карты всего лишь 0,76мм. SmartMedia -единственный формат флэш-карт (из тех, которые мы здесь рассматриваем), неимеющий встроенного контроллера. Карты SmartMedia бывают как на одном, таки на двух чипах NAND. Существует две разновидности SmartMedia: 5-и и 3-хвольтовые (внешне отличаются маркировкой и тем, с какой стороны у картыскошен угол: у 5В SmartMedia он скошен слева, а у 3,3В - справа). На картеимеется специальное углубление (в форме кружочка). Если в это местоприклеить соответствующей формы токопроводящий стикер, то карта будетзащищена от записи. По сравнению с другими картами флэш-памяти, в которыхиспользуется полупроводниковая память, размещённая на печатной плате вместес контроллером и другими компонентами, SmartMedia устроена очень просто.Карта собирается без пайки и, кроме микросхемы NAND-памяти, не содержит всебе никакой другой микроэлектроники.xD-Picture CardИнтерфейс: параллельный, 22-х контактный. Анонсирован в 30 июля 2002 годакомпаниями Fujifilm и Olympus.По словам разработчиков, XD следует расшифровывать как eXtreme Digital.Теоретически емкость карт xD может достигать 8ГБ. Сообщается, что скоростьзаписи данных на xD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения - 5Мбайт/с. Размеры карты: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакты у XD расположены, так жекак и у SmartMedia, на лицевой части карты. На вопросы пользователей, небудет ли проблем с такими контактами, представители компании объясняют, чтос контактами такой конструкции нужно быть очень бережным и протирать ихсухой тряпочкой в случае загрязнения или попадения на них влаги(единственные карты с таким "свойством", не считая SM). Как и SmartMedia,xD не содержит контроллера. Карта разработана в качестве замены SmartMediaи продается по сравнимой со SmartMedia цене (возможно, из-за отсутствиявстроенного контроллера), благо чипы для xD-Picture Card производятсяToshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.MMC (MultiMedia Card)Интерфейс: последовательный, 7-ми контактный. Разработана в 1997 годукомпаниями Hitachi, SanDisk и Siemens Semiconductors (InfineonTechnologies). Карты MMC содержат 7 контактов, реально из которыхиспользуется 6, а седьмой формально считается зарезервированным на будущее.По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточка состоитиз пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхемапамяти, микроконтроллер и разведены контакты. Назначение контактов MMC: 1 контакт на передачу данных (в SPI - Data out) 1 контакт на передачу команд (в SPI - Data in) 1 часы 3 на питание (2 земли и 1 питание) 1 зарезервирован (в SPI режиме - chip select)По протоколу MMC данные и команды могут передаваться одновременно.MultiMedia Card работает с напряжением 2.0В - 3.6В, однако спецификациейпредусматриваются карты с пониженным энергопотреблением - Low Voltage MMC(напряжение 1.6В - 3.6В). Для совсем уж мобильных устройств Hitachiвыпускаются укороченные карты MMC длиной всего 18мм, вместо обычных 32-х.Карты MMC могут работать в двух режимах: MMC и SPI (Serial PeripheralInterface). Режим SPI является частью протокола MMC и используется длякоммуникации с каналом SPI, который обычно используется в микроконтроллерахMotorola и других производителей. Стандарт SPI определяет только разводку,а не весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используетсяподмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использованияв устройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычноодну). С точки зрения приложения преимущество использования режима SPIсостоит в возможности использования уже готовых решений, уменьшая затратына разработку до минимума. Недостаток состоит в потере производительностина SPI системах, по сравнению с MMC. Кроме описанного нами обычного MMC,существуют еще несколько стандартов карт MMC, такие как: RS-MMC, HS-MMC, CP-SMMC, PIN-SMMC. Утвержденный MMCа(MMC Association – ассоциацияпроизводителей MMC) в конце 2002 года стандарт RS-MMC (Redused Size MMC)отличается от обычной MMC только габаритами – карта приблизительно в двараза меньше обычного MMC. Размеры карт RS-MMC - 24 x 18 x 1.4 мм, вес 0,8г. HS -MMC – высокоскоростная (High Speed) MMC-карта у которой не 7, а 13контактов. Размеры карты как у обычной MMC. В режиме x8 (52Mhz) скоростьпередачи данных в теории может достигнуть 52MBps. Форматы CP-SMMC и PIN-SMMC мы рассмотрим позднее, в разделе SDMI-совместимые карты памяти.SD CardИнтерфейс: последовательный, 9-ти контактный. Формат разработан компаниямиMatsushita, SanDisk, Toshiba в 2000 году. SD-Card работает с напряжением2,0В - 3,6В, однако спецификацией предусматриваются SDLV-карты (SD LowVoltage) с пониженным энергопотреблением (напряжение 1,6В - 3,6В), крометого, спецификацией предусмотрены карты толщиной 1,4мм (как у MMC), безпереключателя защиты от записи. Фактически карточки SD являются дальнейшимразвитием стандарта MMC. Флэш-карты SD обратно совместимы с MMC (вустройство с разъемом SD можно вставить MMC, но не наоборот).Основные отличия от MMC: . По сравнению с MMC, в SD на 2 контакта больше. Оба новых контакта используются как дополнительные линии передачи данных, а тот контакт, который в MMC был декларирован как зарезервированный, в SD используется для передачи данных. Таким образом, по сравнению с MMC, где данные передаются по одному-единственному контакту, в SD данные могут передаваться по 4-м контактам одновременно (число линий, по которым передаются данные, может быть равно 1, 2 и 4, причём количество используемых линий можно динамически изменять). Эта особенность переводит карту из разряда карт с чисто последовательным интерфейсом в разряд карт с последовательно-параллельным интерфейсом. . В отличие от MMC, SD изначально соответствует соглашениям SDMI (т.е. карты SD содержат т.н. механизм защиты авторских прав). Скорее всего, именно по этой причине карты и получили свое название: SD-Card - SecureDigital Card. Множество значений слова Secure находится в диапазоне глаголов [охранять, обезопасить, запирать, овладевать, достигать, брать под стражу] и прилагательных [спокойный, безопасный, надёжный, застрахованный]. Digital, видимо, следует понимать как цифровой, а как правильно перевести всё вместе я предлагаю подумать вам самим. . На карточке присутствует переключатель защиты от записи - write protection switch (как на дискетах) . MMC по спецификации работает на частотах до 20МГц, SD на частотах до 25МГц. . В режиме SPI карты SD работают по протоколу SD-Card, а не по протоколу MMC. . Добавлен один дополнительный внутренний регистр, часть остальных несколько отличаются от аналогичных в MMC. . Обычно карточка несколько толще и тяжелее MMC. . За счёт более толстой пластиковой оболочки, улучшена стойкость карты к статическим разрядам (ESD Tolerance).Несколько удивляет отсутствие прямой совместимости между этими двумя видамикарт (т.е. то, что SD неспособна работать по протоколу MMC). Есливнимательно рассматривать спецификации обоих типов карт и не обращатьвнимания на то, что SD может быть толще MMC, то отсутствие такойсовместимости даже удивляет, поскольку реализовать её было несложно, да ивыглядело бы это очень естественно. Что наводит на мысль о том, что, хотяподобную совместимость можно было реализовать без особых трудностей, SDнамеренно разработана не как расширение спецификации MMC, а как отдельныйконкурирующий стандарт.Sony Memory Stick:Интерфейс: последовательный, 10-ти контактный. Разработана в 1998 годукомпанией Sony. Особенных технических инноваций в MemoryStick не заметно,разве что переключатель защиты от записи (Write Protection Switch) выполнендействительно грамотно, да контакты хорошо упрятали. До недавнего времениголубые "палочки памяти" использовалась исключительно в цифровой фото-,аудио- и видео- технике фирмы Sony. В настоящее время Sony активнопродвигает свой формат, и лицензирует технологию другим производителям.На питание у MemoryStick отведено 4 из 10 контактов, еще 2 контактазарезервированы, один контакт используется для передачи данных и команд,один для синхронизации, один для сигнализации состояния шины (можетнаходится в 4-х состояниях), а один (sic!) для определения того, вставленакарта, или нет. Карта работает в полудуплексном режиме. Максимальнаячастота, на которой может работать карта - 20МГц. Зарезервированныеконтакты (по непроверенным данным) используются в устройствах на базеинтерфейса MemoryStick (фотокамерах для Clie [PEGA-MSB1], модулей GPS [PEGA-MSC1]и bluetooth [PEGA-MSG1]). Существует разновидность Memory Stick -Memory Stick Magic Gate (сокращенно MG). От обычного Memory Stick, MGотличается лишь цветом (цвет карточки - белый) и поддержкой механизма"защиты авторских прав" - Magic Gate (об этой технологии подробнее будетсказано в разделе “SDMI-совместимые карты памяти”). Благодаря поддержкеэтой технологии карточка и получила свое название. Механизм защиты,реализованной в MG, соответствует соглашениям SDMI. Пытаясь угнаться замалым весом и размерами конкурирующих форматов (SD/MMC), в 2000 году Sonyразработала ещё один формат - Memory Stick Duo. От обычного MemoryStick,Duo отличается меньшими размерами и весом. При использовании MemoryStickDuo в устройствах, предназначенных для обычных MemoryStick, требуетсяспециальный адаптер. Также существует модификация этого формата флэш-памяти- Memory Stick Duo MG. Карточки Duo появились в продаже с июля 2002 года.На январской выставке Consumer Electronics Show 2003 была представленакарта MemoryStick Pro, разработанная Sony совместно с SanDisk. Новаямодификация карт Sony имеет те же размеры и такое же количество контактов,как и у обычных MemoryStick. Однако карта не совместима со старымиMemoryStick (в разъеме, предназначенном для обычных MemoryStick, карточкаMemoryStick Pro работать не будет, однако обратная поддержка реализована –в разъеме для карточек Pro, обычный MemoryStick читается).Технически карточки Pro отличаются от обычных MemoryStick тем, что работаютна более высокой частоте (40MHz), а данные передаются по четырем линиям,вместо одной. Кроме того, все карточки Pro “в нагрузку” поддерживаютMagicGate. Пропускная способность интерфейса 160Mbps, или 20MB/s (4 линии x40 MHz), однако с таким быстродействием карточка долго работать не может –на такой скорости способен работать только внутренний кэш, а по егозаполнении карточка будет работать с пропускной способностью 15mbps. Вывод: «Война стандартов» на рынке флэш-карт продолжается уже не первыйгод, и конца ей не видно. Производители разрабатывают все новые форматыкарт, в то время как старые до сих не желают исчезать. Практически можноговорить лишь о смерти устаревшего достаточно давно стандарта SmartMedia,хотя какая ж это смерть, если карты продолжают выпускаться (пусть иостановившись в развитии), выходят новые устройства, рассчитанные именно наэтот стандарт, да и старых на руках сохраняется немало. Однако некоторыетенденции уже просматриваются. В частности, продолжают терять свою долюкарты CompactFlash: еще не так давно они (и поддерживающие их устройства)на рынке доминировали (по разным оценкам, доля формата составляла порядка70-80%), в то время как сейчас они уже потеряли лидирующие позиции. Новымпобедителем, как многие и предсказывали, становится SecureDigital. Этикарты меньше, что упрощает их применение, интерфейс проще, конструкциянадежней, скорости постоянно растут. Единственное, что мешает SD одержатьбезоговорочную победу — ориентация многих производителей техники на своиформаты. Впрочем, что касается последнего, то наиболее ходовые объемы в 256-512 Мбайт производителями уже освоены, а широкое распространение картемкостью 1 Гбайт и больше не за горами.Литература: . Г93 Аппаратные средства IBM РС. Энциклопедия, 2-е. – СПб.: Питер, 2001 928 с.: ил. Автор – Михаил Гук . А. Жаров Ж35 "Железо IBM 2000" Москва: "МикроАрт", 352с. Internet: 1) http://www.ixbt.com/storage.shtml 2) http://www.itc.ua/ 3) http://www.ak-cent.ru/?parent_id=9842----------------------- Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 2 ІСУЕП 04254.009 Разраб.Крывонижко К.Н. Провер.Рудаков К.С. Реценз. Н. Контр. Утверд.Романкевич Архитектура Flash-памяти Лит. Листов 30 ІСУЕП ІСУЕП 04254.009 15 Лист Дата Подпись № докум. Лист ІСУЕП 04254.009 4 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. ІСУЕП 04254.009 3 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. Изм. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 5 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 6 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 7 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 8 ІСУЕП 04254.009 ІСУЕП 04254.009 9 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. ІСУЕП 04254.009 14 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. ІСУЕП 04254.009 16 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. ІСУЕП 04254.009 17 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. ІСУЕП 04254.009 17 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. ІСУЕП 04254.009 13 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. ІСУЕП 04254.009 11 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. ІСУЕП 04254.009 10 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 19 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 21 НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 22 НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 26 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 28 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 20 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 18 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 14 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 27 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 22 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 21 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 23 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 24 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 25 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 12 ІСУЕП 04254.009 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 29 ІСУЕП 04254.009 ІСУЕП 04254.009 30 Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм.
скачать файл



Смотрите также:
Архитектура Flash-памяти
251.37kb.
Греция удивительная страна, давшая миру так много, как никакая другая. Европейская архитектура, наука, искусство, философия, право, навигация и многое другое началось с античной Эллады
227.82kb.
Экспериментальное изучение памяти у детей с речевыми нарушениями Организация и анализ результатов исследования
194.54kb.
Классическая архитектура ЭВМ
22.02kb.
Дни памяти святых в алфавитном порядке
2886.06kb.
Архитектура компьютеров
46.56kb.
Архитектура есть изобретательство
63.58kb.
Законы Хаммурапи Финикийские мореплаватели. Древнееврейское царство Библия как исторический источник
25.46kb.
Правила проведения испытаний в магистратуру по факультету Садоводства и ландшафтной архитектуры
15.43kb.
Архитектура квантовых компьютеров
226.55kb.
Архитектура Брунеллески в период Раннего Возрождения
13.96kb.
Архитектура Высокого Возрождения
68.87kb.