Flash memory

Turinys

1. Įvadas ..3

2. Flash atmintis, kas tai?………………………5

3. Flash atminties struktūra ………………………10

4. Flash atminties arhitektūra ……………………14

5. Atminties kortos (flash kortos)…………………..19

6. Išvados…………………………29

7. Literatūra…………………………30

Įvadas

Flash atminties tehnologija atsirado maždaug prieš 20 metų. Nuo tuos dienos flash atminties sąsaja sparčiai tobulėja. Nesunku paaiškinti, kodėl flash atminčiai skiriama tiek daug dėmėsio, nes tai sparčiausiai augantis segmentas puslaidininkių rinkoje. Kasmet flash atminties rinka išauga 15%, o tai viršyja visų kitų puslaidininkių augimo normas.

Šiuo metu flash atmintį galima rasti įvairiuose skaitmeniniuose prietaisose. Ją naudoja, kaip prietaisą informacijai pernešti, kaip mikrokontrolerį kietuose diskuose (HDD) ir aatminties nuskaitymo įrenginiuose (CD-ROM), bei BIOS saugojimui personaliniuose kompiuteriose (PC). Be išvardytų, flash atmintis naudojama: spausdintuvuose, skeneriuose, vaizdo plokštėse, routeriuose, brandmaueriuose, telefonuose, elektroniniuose laikrodžiuose, užrašų knigutėse, televizoriuose, mikrobangų krosnelėse, skalbimo mašinuose ir t.t., šį sąrašą galima tęsti iki begalybės. Paskutiniu metu flash atmintis tapo labai populiari tokiose skaitmeniniuose multimedijos įtaisuose, kaip mp3 plejeriai, bei žaidimų įrenginiai. Visa tai tapo priimtina atsiradus kompaktiškiems ir galingiems procesoriams. Tačiau perkant bet kurį prietaisą, negalima atsižvelgt tik į procesoriaus pajėgumą, kadangi ne tik nuo pprocesoriaus galimybių priklauso visos sistemos našumas.

1997 metais flash kortos buvo panaudotos skaitmeniniuose vaizdo kamerose.

Pasirenkant prietaisą, svarbiausias dalykas, mano nuomone, yra darbo laikas, atsižvelgiant į prietaiso dydį ir maitinimo šaltinį. Visa tai gali priklausyti nuo atminties, kuri apsako saugojamos informacijos talpą, bbei darbo trukme be baterijų pakrovimo. Informacijos saugojimas kišeniniuose prietaisuose ribojamas energijos ištekliais. Kituose prietaisuose apskritai toks variantas netinka, kadangi vartojama nuolatos paduodama įtampa. Diskiniai kaupikliai gali saugoti informacija ir be pastovaus maitinimo šaltinio, tačiau duomenims nuskaityti ar įrašyti reikalinga elektros energija.

Grįžkim prie flash atminties. Ji neišsikrauna savaime, kadangi ji yra tvirtakūnė, ir neturi judančių dalių. Bet flash atmintis turi viena esminį trūkumą, jos kaina pakankamai aukšta, palyginus su panašios paskirties prietaisais. Tai kad flash atmintis neturi judančių dalių, tai didelis privalumas, kadangi tai didina jos patikimumą: standartiniai darbiniai apkrovimai lygus 15 gr., o trumpalaikiai gali siekt iki 2000 gr. t.y. teoriškai ji turi puikiai dirbt maksimalių kosminių perkrovimų metu, ir atlaikyt smūgį, nukritus nuo 3 metrų aukščio. Dirbant ttokiomis sąlygomis, kortos funkcionavimas garantuojamas iki 100 metų.

Kai kurie gamintojai žvelgdami į ateiti, mato didžiulę sėkmę būtent tvirtakūnių prietaisų, kaip flash atmintis, todėl rinkoje galima pastebėti daugelį konkuruojančių firmų, gaminančių šią produkciją.

2. Flash atmintis, kas tai?

Flash atmintis – išskirtinės rūšies nuo energijos nepriklausanti puslaidininkinė atmintis.

 Nuo energijos nepriklausanti – nereikalauja papildomos energijos informacijai saugoti (energija reikalinga tik informacijai įrašyti ar nuskaityti).

 Perrašoma – leidžiama turimą informaciją koreguoti ar perrašyti.

 Puslaidininkinė (tvirtakūnė) – neturinti judančių dalių (kaip HDD, CD-ROM) sudaryta integrinių mikroschemų pagrindu ((IC-Chip).

Skirtumas, nuo kitų puslaidininkinių prietaisų tas, kad flash atminties ląstelė neturi kondensatorių – tipinė flash atminties ląstelė susideda tik iš vieno tranzistoriaus išskirtinės arhitektūros. Ląstelė puikiai dera su masteliu, tai pavyksta pasiekt ne tik sumažinus tranzistorių didį, bet ir dėl gebėjimo vienoje flash ląstelėje saugoti kelis bitus informacijos. Flas atmintis istoriškai siejama su ROM (Read Only Memory). Informacija flash saugo atminties ląstelėse, panašias į DRAM. Skirtingai nuo DRAM, atjungus maitinimą, informacija iš flash atminties neprapuola. Pakeitimai atminties SRAM ir DRAM flash atmintimi ne vyksta, dėl dviejų sąvybių: flash dirba gana letai ir turi ciklų perrašymo apribojimą (nuo 10.000 iki 1.000.000 skirtingom rūšim). Patikimumas/ilgaamžiškumas: informacija, įrašyta į flash atmintį, gali saugotis labai ilga laiką (nuo 20 iki 100 metų), bei turi gebėjimą išlaikyti mechaninius pažeidimus (5-10 kartų viršyjančius leistinus paprastiems diskiniam kaupikliams (HDD)). Privalumas flash atminties prieš kietuosius diskus, bei CD-ROM tas, kad flash atmintis darbo metu (10-20 kartu) mažiau naudoja energijos. Nes kietuose diskuose, bei kituose mechaniniuose įrenginiuose daugiausia energijos sunaudojama tam, kad priversti juos judeti (HDD įrašymo galvutė ir t.t.). Be to flash atmintis žymiai kompaktiškesnė už kitus mehaninius duomenų saugojimo prietaisus.

Flash atmintis istoriškai siejama su puslaidininkiniu ROM, tačiau ROM atmintimi ja laikyti negalima, nors ji turi panašią sstruktūrą. Kai kurie informacijos šaltiniai klaidingai prilygina flash atminti prie ROM. Bet flash atmintis negali būti ROM atmintimi, todėl, kad ROM (Read Only Memory) verčiama kaip atmintis skirta tik nuskaitymui. Jokios kalbos apie informacijos perrašymą net kalbos negali būti. Išpradžių šis netikslumas nebuvo pastebimas, tačiau tobulėjant technologijom, kai flash atmintis įgalėjo palaikyti iki 1 milijono perrašymo ciklų, šis faktas iškart privertė atkreipti dėmesį.

Tarp puslaidininkinių atminčių, tik du tipai priskiriami prie ROM. Tai

Mask-ROM ir PROM. Nuo jų skiriasi EPROM, EEROM ir Flash, priskiriamos: nuo energijos nepriklausančiai, perrašomai atminčiai (angl. – nonvolatile read-write memory arba NVRWM).

ROM:

ROM (Read Only Memory) – atmintis tik skaitymui, tikslus pavadinimas Mask-ROM. Veikimo principas pagrįstas adresuojamų ląstelių masyvu (matrica), kiekviena ląstelė gali koduoti vienetinį informacijos vienetą. ROM informacijos įrašymo (pagaminimo) būdas buvo šitoks, kai ant kaukės litografijos būdu yra išdeginami aliumininiai sujungimo takeliai. Jei atitinkamoj vietoj yra ar nėra takelio kodavimas būtų „0“ arba „1“. Mask-ROM skiriasi modifikacijos sudeties sudėtingumu (tik naujų mikroshemų pagaminimo būdu), bei pagaminimo ciklu (4-8 savaitės). Kadangi šis būdas turėjo daug trūkumų, bei pastoviai turėtų būti atnaujinamas, tai šios rūšies atmintis neįgavo didelio populiarumo.

Privalumai:

1. Žema kaina pagamintos užprogramuotos mikroshemos (kai turime didelę gamybos apimtį).

2. Didelis greitis pasiekiant atminties ląstelę.

3. Didelis patvarumas pagamintos mikroshemos iir atsparumas elektromagnetiniams laukams.

Ttūkumai:

1. Negalima įrašyti ir modifikuoti informaciją po pagaminimo.

2. Sudėtingas pagaminimo ciklas.

PROM – (Programmable ROM).

Duotajam atminties tipui vietoj atminties ląstelių naudojami lengvai lydomi trumpikliai. Skirtingai nuo Mask-ROM, PROM atsirado galimybė koduoti (per nauja išdegint) ląsteles turint specialų prietaisą skirtą perprogramavimui. Programuojant PROM ląstelę daromas sugriovimas (pradeginamas) išlydant trumpiklius paduodant aukštą įtampą. Tai gi PROM atmintį galima savarankiškai perprogramuoti. Tačiau PROM 1980 metais galutinai buvo išimta iš gamybos.

Privalumai:

1. Didelis patvarumas pagamintos mikroshemos ir atsparumas elektromagnetiniams laukams.

2. Galima programuoti jau pagamintą mikroshemą.

3. Didelis greitis pasiekiant atminties ląstelę.

Trūkumai:

1. Negalimas perrašymas.

2. Didelis klaibos procentas.

NVRWM:

EPROM

Skirtingi šaltiniai skirtingai verčia EPROM pavadinimą, pvz. – Erasable Programmable ROM arba Electrically Programmable ROM. Prieš įrašynėjant į EPROM reikia ištrinti visą jos turinį (atsirado galimybė perrašyti atminties turinį). Ląstelių trinimas vykdomas visai mikroshemai. Čipas apšviečiamas ultravioletiniais arba rentgeno spinduliais kelių minučių bėgyje. Mikroshemos, kurių trinimo procese buvo panaudotos ultravioletinės bangos, buvo sukurtos korporacija Intel 1971 metais, ir turi pavadinimą UV-EPROM (priešdelis UV -Ultraviolet). Ląstelė sudaryta iš kvarcinio stiklo, kurios forma primena langelį. Po trinimo proceso šie langeliai yra užklijuojami.

Privalumai:

1. Galimybė perprogramuoti mikroshemą.

Trūkumai:

1. Nedidelis ciklų perrašymo kiekis.

2. Negalima modifikacija, kai kuriuos saugomos informacijos dalies.

3. Didelė tikimybė nesėkmingai užbaigti trinimo procesą, (perlaikyti mikroshema po ultravioletiniais spinduliais), o tai gali sumažinti

mikroshemos tarnavimo laiką, arba iš vis padaryti ja netinkama darbui.

EEPROM

(EEPROM arba Electronically EPROM) – elektriškai trinamos mikroshemos buvo pagamintos 1979 metais Intel korporacijoje. 1983 metais išėjo pirmasis 16 Kb pavyzdys, pagamintas FLOTOX tehnologija – tranzistoriai (Floating Gate Tunnel-OXide).

Pagrindinė skiriamoji sąvybė EEPROM nuo visų kitų minėtų atminties tipų: galimybė perprogramuoti arba pajungimas prie standartinės sisteminės šinos mikroprocesorinio įrenginio. EEPROM yra atskiros ląstelės trinimo galimybė, panaudojus elektros srovę. EEPROM kiekvienos ląstelės trinimas daromas automatiškai, kai į ją rašoma nauja informacija, tt.y. galima pakeisti duomenis kiekvienoje ląstelėje neliečiant kitų. Trinimo procedūra žymiai ilgesnė už įrašymo.

Privalumai:

1. Darbo resursų padidėjimas.

2. Lengvesnis darbas su įtaisu.

Trūkumai:

1. Didelė kaina.

FLASH (pilnas pavadinimas Flash Erase EEPROM)

Flash gamintoją kai kurie informacijos šaltiniai vadina Intel, 1988 metais. Tačiau flash atmintis buvo pagaminta korporacijoje Toshiba 1984 metais. Metų bėgyje buvo pagamintos 256 Kb mikroshemos flash atminties. Ir tik 1988 Intel korporacija pagamino savo varianta flash atminties.

Flash atmintyje naudojamas kiek skirtingas nuo EEPROM ląstelės tranzistoriaus tipas. Technologiškai flash atmintis ppanaši į EPROM ir EEPROM. Vienas skirtumas flash atminties yra tas, kad informacijos trinimas ląstelėse yra vykdomas visai mikroshemai arba atskiram blokui (klasteriui, puslapiui). Dažniausiai tokio bloko dydis yra 256 ar 512 baitai, tačiau kai kuriuose flash atminties rūšyse bloko ddydis siekia 256 KB. Yra mikroshemos, leidžiančios dirbti su įvairių dydžių blokais. Trinti galima, kaip bloką, taip ir visos mikroshemos sudėtį iš karto. Tokiu būdu, tam kad pakeist vieną baitą, išpradžių į buferį nuskaitomas visas blokas, kur laikomas butent tas baitas. Bloko sudėtis trinama, keičiama baito reikšmė buferyje, galiausiai daromas įrašas pakeisto buferyje bloko.

Tokia shema žymiai sumažina įrašymo greitį nedidelės apimties duomenų, tačiau žymiai paspartina nuoseklaus duomenų įrašymo būda dideliais kiekiais.

Privalumai flash atminties prieš EEPROM:

1. Žymiai didesnis nuoseklaus įrašymo greitis, dėl to, kad informacijos trinimas flash atminties vykdomas blokais.

2. Savikaina flash atminties žymiai mažesnė, dėl paprastesnės struktūros.

Trūkumai:

1. Lėtas įrašymas į laisvai pasirinktus atminties laukus.

3. Flash atminties struktūra

Flash atminties lastelės būna kaip ant vieno, taip ant dviejų tranzistorių. Kiekviena ląstelė saugo vvieną bitą informacijos ir susideda iš vieno lauko tranzistoriaus su specialia elektriškai izoliuota sritim (floating gate), galinčia saugoti krūvį daugelį metų. Esant krūviui ar jam neesant, nuo to priklauso vieno bito informacijos kodavimas.

Įrašant, krūvis perkeliamas į „plaukiojantį dangtį“ vienu iš dviejų budų, priklausomai nuo ląstelės rūšies: injekcijos metodu „karštų“ elektronų arba tuneliojant elektronus. Trinimas ląstelės sudeties (nuimant krūvį nuo „plaukiojančio dangčio“) daromas tuneliniu metodu.

Esant krūviui tranzistoriuje suprantamas kaip loginis „0“, o jo neegzistavimas – kaip loginis „1“. Šiuolaikinė flash atmintis ggaminama 0,13-0,18 mikronų procesu.

Bendri flash atminties darbo įpatumai

Išnagrinėsim paprasčiausią flash atminties ląstelę ant vieno n-p-n tranzistoriaus. Panašaus tipo ląstelės buvo naudojamos flash atmintyje su NOR arhitektūra, o taipogi EPROM mikroshemose. Tranzistoriaus darbas priklauso nuo elektronų kiekio ant „plaukiojančio dangčio“. „Plaukiojantis dangtis“ daro tokia pat įtaką kaip ir kondensatorius DRAM –uose, t.y. saugo užprogramuotą reikšmę. Krūvio perkelimas ant „plaukiojančio dangčio“ tokioje ląstelėje vyksta „karštų“ elektronų injekcija (CHE – channel hot electrons), o krūvio nuėmimas vyksta kvantomechaniniu tuneliuojamu Faulerio Nordheimo būdu (Fowler-Nordheim [FN]).

Nuskaitant, krūviui neesant, ant plaukiojančio dangčio, veikiant teigiamam laukui ant valdančiojo dangčio atsiranda n kanalas tarp ištakos ir santakos, taip atsiranda elektros srovė.

Esant krūviui ant plaukiojančio dangčio keičiasi tranzistoriaus voltamperinės harakteristikos, tokiu būdu, kad įprastu režimu kanalas neatsiranda, ir tarp ištakos ir santakos nėra elektros srovės.

Programuojant santaką ir valdantįjį dangtį paduodama aukšta įtampa (ant valdančiojo dangčio paduodama įtampa du kartus didesnė). Karšti elektronai iš kanalo injektuojasi ant plaukiojančio dangčio ir keičia tranzistoriaus voltamperines harakteristikas. Tokie elektronai vadinami „karštais“, nes jie turi labai didelę energiją, kurios pakanka įveikti potencialinį barjerą, kurį kuria plonas dielektriko sluoksnis.

Trinant, aukšta įtampa paduodama į ištaką. Į valdantįjį dangtį paduodama aukšta neigiama įtampa. Elektronai tuneliuoja į ištaką.

Tunelinis efektas – vienas iš elektrono efektų, kai naudojamos jo bbanginės savybės. Pats efektas surištas su elektrono sugebėjimu įveikti mažo storio potencialo barjerą. Kad būtų aiškiau galime įsivaizduoti struktūrą, susidedančią iš laidžių sryčių, tarp kurių yra plonas dielektriko sluoksnis (nuskurdusi srytis). Šį barjerą įveikti elektronas negali paprastu būdu, neužtenka energijos. Bet sukūrus tam tikras sąlygas (tam tikrą įtampą ir t.t.) elektronas įveikia dielektriko sluoksnį (tunelioja per barjerą) sukurdamas srovę.

Svarbu pažymeti, kad esant tuneliniam efektui, elektronas atsiranda kitoj pusej, nepereinant dielektriko. Štai toks teleportavimas.

Skirtumai tarp tunelinio Faulerio-Hordheimo (FN) ir ijekcijos „karštų“ elektronų metodų:

Channel FN tunneling – nereikalauja didelės įtampos. Ląstelės, naudojamos FN gali būti mažesnės už CHE ląsteles.

CHE injection (CHEI) – reikalauja žymiai didesnės įtampos, palyginus su FN. Tokiu būdu, reikalingas dvigubas maitinimas, tam kad dirbtų atmintis.

CHE metodu programavimas vyksta žymiai greičiau, nei FN.

Reiketų pabrėžti, kad yra ir kitų programavimo metodų, bei ląstelės trinimų, tačiau mūsų aprašyti naudojami dažniausiai.

Trinimo ir įrašymo procedūros smarkiai sudėvi flash atminties ląstelę, todėl naujose mikroshemose naudojami specialus algoritmai, optimizuojantis trinimą ir įrašymą, bei algoritmai, leidžiantys lygiai išnaudoti visas ląsteles funkcionavimo metu.

Kai kurios flash atminties ląstelės MOP tranzistorių pagrindu su plaukiančiuoju dangčiu:

Stacked Gate Cell – ląstelė su daugiasluoksniu dangčiu. Trinimo metodas – Source-Poly FN Tunneling, įrašymo metodas – Drain-Side CHE Injection.

SST CCell, arba SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology – technologijos kūrimo kompanija) – ląstelė su suskaldytų dangčiu. Trinimo metodas – Interpoly FN Tunneling, įrašymo metodas – Source-Side CHE Injection.

Two Transistor Thin Oxide Cell – dviejų tranzistorių ląstelė su plonu oksido sluoksniu. Trinomo metodas – Drain-Poly FN Tunneling, įrašymo metodas – Drain FN Tunneling.

Kitos ląstelių rūšys:

Be dažnai pasitaikančių ląstelių su plaukiojančiu dangčiu, taip pat yra ląstelės kuriuos gaminamos panaudojus SONOS – tranzistorius, kurie neturi plaukiojančio dangčio. SONOS tranzistorius primena paprastą MNOS tranzistorių. SONOS ląstelėse plaukiojančio dangčio funkciją atlieka aplink jį esantis izoliatorius, panašus į kompozitinį dielektriką ONO. SONOS – (Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) puslaidininkas – dielektrikas – nitridas – dielektrikas -puslaidininkas. Ateityje vietoj nitrido planuojama naudoti polikristalinį kremnį.

Daugiayigės ląstelės (MLC – Multi Level Cell).

Paskutiniu metu daugelis kompanijų pradėjo gamint flash atmintį, kurioje ląstelė saugo 2 bitus. Ši technologija gavo pavadinimą – MLC (multilevel cell – daugialygė ląstelė). Tačiau jau yra prototipai, kurie sugeba saugoti 4 bitų informaciją.

MLC technologijoje naudojama analoginė atminties ląstelės prigimtis. Kaip jau žinome, vienbitė atminties ląstelė gali įgyti 2 būsenas – „0“ arba „1“. Flash atmintyje šios dvi būsenos skiriasi krūvio didžiu, kuris yra ant tranzistoriaus plaukiojančio dangčio. Skirtingai

nuo standartinės flash atminties, MLC sugeba išskirt daugiu 2 dydžių krūvius, esančius ant plaukiojančio dangčio, bei didesnį kiekį būsenų. Beto kiekvienai būsenai yra tam tikra kombinacija, bitas. Įrašymo metu ant plaukiojančio dangčio yra patalpinamas krūvio kiekis, atitinkantis tam tikrą būseną. Nuo krūvio dydžio, kuris yra ant plaukiojančio dangčio, priklauso tranzistoriaus пороговое įtampa. Пороговое įtampą tranzistoriuje galima pamatuot nuskaitymo metu, ir iš jo nustatyti užrašyta būseną, bei bitų sekos priklausomybę.

Pagrindiniai MCL mikroshemų privalumai:

 Žema kaina.

 MCL pagrindu kūriamos mikroshemos didesniu, nei vienbičių ppagrindu, tūriu.

Pagrindiniai MLC trūkumai:

 Patikimumo sumažėjimas, palyginus su vieno bito ląstelėmis, reikalingas žymiai sudetingesnis mechaniznas klaidų koregavimui (kuo daugiau bitų vienai ląstelei, tuo sudetingesnis klaidų koregavimo mechanizmas).

 Darbo greitis MLC žymiai mažesnis, nei mikroshemų vieno bito ląstelės pagrindu.

 Nors MCL ląstelės dydis toks pat, kaip ir vieno bito, tačiau papildoma vieta naudojama specifinėm shemom (nuskaitymo/įrašymo daugialigių ląstelių).

Daugialigių ląstelių tehnologija nuo Intel (NOR atminčiai) turi pavadinimą StrtaFlash, analogiška nuo AMD (NAND atminčiai) – MirrorBit.

4. Flash atminties arhitektūra

Yra keli (ląstelių sujungimai tarpusavyje) flash atminties arhitektūros ttipai. Daugiausiai paplitę šiuo metu yra mikroshemos NOR ir NAND pagrindu.

NOR (NOT OR, ARBA-NE)

Ląstelės dirba panašiu principu kaip EPROM. Lygiagreti sąsaja. Laisvas parenkamas įrašymas ir nuskaitymas.

Privalumai: greitas kreipimas į atmintį, galimas vienetinis baitų įrašymas.

Trūkumai: Labai lėtas duomenų trinimas ir įrašymas.

Iš vvisų išvardytų tipų turi didžiausią ląstelės didį, o tai iškelia nepatogumus vietos atžvilgiu.

Vienintelis atminties tipas, sugebantis dirbti dviem skirtingom įtampom.

Idealiai tinka saugoti programų kodus (PC BIOS, mobilieji telefonai), ideali pamaina paprastam EEPROM.

Pagrindiniai gamintojai:

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

Programavimas: karštųjų elektronų ijekcijos metodas.

Trinimas: tuneliuojant FN.

NAND (NOT AND, IR-NE)

Laisvosios kreipties į atmintį, bet nedideliais blokais (panašiai kaip klasteriai kietajam diske). Nuosekli sąsaja.

Privalumai: greitas įrašymas ir trinimas, nedidelis bloko dydis.

Trūkumai: Gana lėtas laisvosios kreipties į atmintį procesas, negalimas baitinis įrašymas.

Šios atminties tipas daugiau tinka: mp3 plejeriams, skaitmeninem vaizdo kamerom, bei naudojant flash atmintį vietoj kietojo disko, kaip informacijos pernešimo būdą.

Pagrindiniai gamintojai: Toshiba, AMD/Fujitsu, Samsung, National

Programavimas: tuneliuojant FN

Trinimas: tuneliuojant FN

AND (IR)

Nuoseklus kkreipimas į atminties ląsteles, primena NOR ir NAND arhitektūrą, kombinuoja jų geriausias sąvybes.

Nedidelis bloko dydis, galimas greitas multiblokinis trinimas.

Pagrindiniai gamintojai: Hitachi и Mitsubishi Electric.

Programavimas: tuneliuojant FN

Trinimas: tuneliuojant FN

DiNOR (Divided bit-line NOR, ARBA-NE su padalintom iškrovimo linijom

Atminties tipas: kombinuoja NOR ir NAND savybes.

Laisva kreiptis į ląstelės atmintį. Naudojamas įšskirtinis trinimo metodas, saugojantis ląsteles nuo perdegimo (tai įtakoja atminties ilgaamžiškumui). DiNOR bloko dydis tik 256 baitai.

Pagrindiniai gamintojai: Mitsubishi Electric, Hitachi, Motorola.

Programavimas: tuneliuojant FN

Trinimas: tuneliuojant FN

Patikslinimai: šiuo metu ddažniausiai naudojam atmintis su NOR ir NAND arhitektūra.

Priėjimas prie flash atminties

Yra trys priėjimo prie atminties tipai:

• Paprastas (Conventional): laisvai parenkamas asinhroninis priėjimas prie atminties ląstelų.

• Paketinis (Burst): sinhroninis, duomenys nuskaitomi lygiagrečiai, blokais po 16 arba 32 žodžius. Nuskaityti duomenys perduodami nuosekliai, perdavimas sinhronizuojamas. Privalumas prieš paprastą priėjimo būdą tas, kad vyksta greitas nuoseklus duomenų nuskaitymas. Trūkumas: lėta laisvoji kreiptis į atmintį.

• Puslapinis (Page): asinhroninis, blokais po 4 arba 8 žodžius. Privalumai: labai greitas laisvosios kreipties į atmintį greitis. Trūkumai: gana lėtas perėjimas iš vieno puslapio į kitą.

Prielaida: paskutiniu metu atsirado flash atminties mikroshemos, kurios leidžia vienu metu įrašynėti ir trinti informaciją (RWW – Read While Write arba Simultaneous R/W).

5. Atminties kortos (flash kortos)

Daugiusiai paplitusios atminties kortos: CompactFlash (CF) (I,II), MultiMedia Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIA arba ATA-Flash).

Flash kortos gali būti 2 tipų: su lygiagrečiąja (parallel) ir nuosekliąja (serial) sąsaja.

Lygiagreti:

• PC-Card (PCMCIA arba ATA-Flash)

• CompactFlash (CF)

• SmartMedia (SSFDC)

Nuosekli:

• MultiMedia Card (MMC)

• SD-Card (Secure Digital – Card)

• Sony Memory Stick

PC-Card (PCMCIA) arba ATA Flash

Sąsaja: nuosekli

Pats seniausias ir pats didžiausias pagal didį yra PC Card (anksčiau jis vadinosi PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Korta susideda iš ATA kontrolerio. Būtent šiuo kontrolerio dėka, vyksta emuliacija paprasto kietojo disko. ŠŠiuo metu šio tipo flash atmintis naudojama labai retai. PC Card buna iki 2 GB dydžio. Yra trys tipai PC Card ATA (I, II ir III). Visi jie skiriasi storiu (3,3 5,0 ir 10,5 mm). Jungčių storis yra vienodas 3,3 mm. Maitinimas – 3,3V ir 5V.

tipas ilgis storis Skerspjuvis Panaudodojimas

Type I 85,6 mm 54 mm 3,3 mm Atmintis (SRAM, DRAM, Flash ir t.t.)

Type II 85,6 mm 54 mm 5 mm Atmintis, įvesties/išvesties įrenginiai (modemai, tinklo kortos ir t.t.)

Type III 85,6 mm 54 mm 10,5 mm Duomenų laikymo prietaisai, kietieji diskai

PC-Card Flash būna 2 tipų: PCMCIA Linear Flash Card ir ATA Flash Card (Flash Disk). Linear naudojami rečiau ATA flash ir nesuderinami su jau minėtu. Skirtumas tarp jų tas, kad ATA Flash savo sudėtyje turi shemą, leidžiančia emuliuoti paprastą kietąjį diską, automatiškai žymėti sugadintus blokus, ir automatiškai daryti tų blokų trinimą.

Compact Flash (CF)

Sąsaja: lygiagreti, 50-ties kontaktų, atitinka PCMCIA ATA standartui. Standartas pagamintas 1994 metais ScanDisk kompanija. Compact Flash kūrėjai gamindami šį produktą išsaugojo visus ATA Flash privalumus, tačiau įdėjo į ją kai kurių patobulinimų, kadangi ATA Flash trūkumas – maža talpa. CompactFlash konstrukcija leidžia emuliaciją kietojo disko su ATA sąsaja. CompactFlash lizdai yra kortos storyje, elektriškai ir funkciškai kartodami PCMCIA paskirtį. Tokiu būdu, kad įstatyti CompactFlash į slotus PCMCIA reikia paprasto adapterio CF-PCMCIA, tokio ppat dydžio, kaip PC-Card. Kortos buna 2 tipų: I ir II (pirmo ir antro tipo). II tipo kortos storesnės už I tipo kortas 2 mm, kitų skirtumų tarp jų nėra. CF I galima naudoti prietaisuose, su CF II ir CF I lizdais. CF II galima naudoti tik prietaisuose su CF II. Compact Flash II buvo sukurta tam kad išspresti mažos talpos problemą. Compact Flash kortos palaiko dviejų lygių įtampas: 3,3V ir 5V. Skirtingai nuo SmartMedia kortų, kurios yra dviejų versijų, bet kuri CF korta gali dirbti bet kurioms iš dviejų išvardytų paduodamų įtampų. Birželio 16 2003 metais išleista specifikacija v2.0. duomenų perdavimo greitis gali siekti iki 16 MB/s, beto ši specifikacija gali dirbti senesniuose prietaisuose, bet žymiai mažesniu greičiu. Panašių technologijų flash atmintis turi 5-7MB/s duomenų perdavimo greitį. Norima pagerinti CF darba ir leisti jam dirbti DMA ir Ultra DMA 33 režimais, o tai leis dirbti su CompactFlash kortomis greiciau, nes jų duomenų perdavimo greitis galės siekti net iki 33MB/s.

Šiandien teorinis CF talpos dydis siekia 137 GB.

SmartMedia (SSFDC – Solid State Floppy Disk Card)

Sąsaja: lygiagreti, 22 kontaktai. Pagaminta 1995 metais kompanijomis Toshiba ir Samsung.

8 iš 22 – jų kontaktų skirti duomenims perduoti, kiti naudojami

mikroshemom maitinti, valdimui, bei kitoms pagalbinėms funkcijoms. Kortos storis tik 0,76 mm. SmartMedia – vienintelis flash atminties formatas (iš tų kurias mes jau nagrinėjom) neturintis įtaisyto kontrolerio. SmartMedia kortos būna vieno ir dviejų cipų NAND. Šių kortų yra dvi rūšys: 3 ir 5 voltų (beto jos skiriasi vizualiai – 5V, nupjautas kairysis, 3 V, nupjautas dešinysis viršutinis kampas). Korta turi specialią ovalo formos įdūbą. Jei į šią vietą priklijuoti srovę praleidžiantį stikerį, tai korta bus apsaugota nuo įrašymo. Palyginus su kkitomis flash atminties kortomis, kuriose naudojama puslaidininkinė atmintis, SmartMedia pagaminta labia paprastai. Korta renkama be katalogo, yra viena NAND mikroshema, daugiau jokios kitos elektronikos ji neturi.

xD-Picture Card

Sąsaja: lygiagreti, 22 kontaktų, pagamintas 2002 metais kompanijomis Fujifilm ir Olympus.

xD – eXtreme Digital. Teoriškai šių kortų dydis gali siekti 8 GB. Duomenų įrašymo greitis gali siekti 3 MB/s, o nuskaitymo greitis 5 MB/s. Kortos matmenys: 20 х 25 х 1,7 mm. Kontaktai išdėstyti taip pat, kaip SmartMedia, ant viršutinės kortos dalies. Kaip iir SmartMedia,, xD neturi kontrolerio. Korta sudaryta, kaip pakaitalas SmartMedia, ir parduodama tokia pat kaina. xD- Picture Card čipus gamina Toshiba.

MMC (MultiMedia Card)

Sąsaja: nuosekli, 7 kontaktai. Pagaminta 1997 metais kompanijomis Hitachi, SanDisk ir Siemens Semiconductors (Infineon Technologies). MMC kortos tturi 7 kontaktus, realiai iš kurių naudojami tik 6, o septintas yra įžeminimas. Standartinė MMC gali dirbti 20MHz dažnių diapazone. Kortelė susideda iš plastikinio dangčio spausdintinės plokštelės, ant kurios yra atminties mikrosnema, mikrokontroleris ir kontaktai.

MMC Kontaktų paskirtis:

1 kontaktas duomenims perduoti (į SPI – Data out)

1 kontaktas perduoti komandas (į SPI – Data in)

1 laikrodis

3 maitinimui (2 įžeminimai ir 1 maitinimas)

1 užrezervuotas (SPI režime – chip select)

Per MMC protokolą komandos ir duomenys gali būti perduomami vienu metu.

MultiMedia Card dirba su 2-3,6V įtampa, specifikacijoje numatomos kortos dirbančios su žemesne įtampa – Low Voltage MMC (įtampa1.6 – 3.6V). Mobiliem prietaisam gaminamos trumpesnes kortos MMC tik 18 mm, vietoj standartinių 32 mm. MMC kortos gali dirbti dviem režimais: MMC ir SPI ((Serial Peripheral Interface). Režimas SPI yra protokolo MMC dalimi ir naudojamas telekomunikacijai su SPI kanalu, kuris dažniausiai naudojamas Motorolos mikrokontroleriuose. SPI režimas reikalingas naudojant prietaisus, kurie naudoja nedidelį kiekį atminties kortų (dažniau vieną). Vietoj standartinio MMC, yra dar keli jos standartai: RS-MMC, HS-MMC, CP-SMMC, PIN-SMMC. RC-MMC (Redused Size MMC) pagaminta 2002 metais, skiriasi nuo MMC tik dydžiu. Korta dvigubai mažesnė už MMC. Kortų dydžiai RS-MMC – 24 x 18 x 1.4 mm, svoris 0,8 gr. HS – MMC – greita ((High Speed) MMC-turi ne 7, o 13 kontaktų. MMC gali dirbti 52MHz dažnių diapazone. Teoriškai duomenų perdavimo greitis gali siekti iki 52MB/s. formatai CP-SMMC ir PIN-SMMC.

SD Card

Sąsaja: nuosekli, 9 kontaktai. Pagaminta 2000 metais kompanijomis Matsushita, SanDisk, Toshiba. SD-Card dirba su 2-3,6V įtampa, specifikacijoje numatomos kortos dirbančios su žemesne įtampa – Low Voltage MMC (įtampa1.6 – 3.6V), bei storis 1,4 mm (kaip ir MMC), nėra jungiklio apsaugančio nuo įrašymo. SD kortos kitaip sakant yra patobulintos MMC kortos. Flash kortos SD galima įstatyti į MMC kortos slotus, bet neatvirkščiai.

 Palyginus su MMC, SD turi dveis kontaktais daugiau. Šie 2 kontaktai naudojami kaip linijos duomenims perduoti, o tas kontaktas, kuris MMC buvo užrezervuotas, SD jį naudoja taip pat duomenims perduoti. Tai gi, jei MMC duomenis perduodami per vieną kontaktą, tai SD 4-iais kontaktais vienu metu (linijų skaičius per kurias pereina duomenys gali būti lygios 1,2 ir 4, beto linijų skaičių galima dinamiškai keisti). Šis kortų ypatumas perkelia iš nuoseklios į lygiagrečiąją sąsają turinčias savybes. SD kortos turi mehanizmą apsauganti gamintojo autorines teises. Gal todėl korta turi tokį pavadinimą – SD-Card – SecureDigital Card.

 Kortelėje yra jungiklis, kuris skirtas apsaugoti nuo įrašymo – write protection switch (kaip diskėtėse).

 MMC dirba 20MHz dažnių diapazone, SD- 25MHz ddažnių diapazone.

 SPI režime SD kortos dirba SD-Card protokolu, bet ne MMC protokolu.

 Pridėtas papildomas vidinis registras.

 Kortelė kiek storesnė ir sunkesnė už MMC.

 Turi storą plastikinį apvalkalą, kuris apsaugo kortą nuo statinės įtampos (ESD Tolerance).

Sony Memory Stick:

Sąsaja: nuosekli, 10 kontaktų. Pagaminta 1998 metais SONY kompanijoje. Kažkokių įšryškėjančių sąvybių prieš kitas kortas MemoryStick neturi. Šio tipo atmintį SONY firma panaudojo skaitmeninėje garso, vaizdo, foto technikoje. Maitinimui skirti 4 iš 10 kontaktų, dar 2 kontaktai užrezervuoti, vienas kontaktas naudojamas duomenims ir komandoms perduoti, sinhronizavimui, vienas šinos būsenos signalizavimui (gali būti vienoje iš 4 būsenų), ir vienas (sic!), kad sužinoti ar korta įstatyta. Korta dirba pusiau dupleksniam rezime. Maksimalus kortos veikimo dažnis iki 20MHz. Užrezervuoti kontaktai naudojami prietaisuose su bazine sąsaja MemoryStick (foto kameruose Clie [PEGA-MSB1], moduliuose GPS [PEGA-MSC1] ir bluetooth [PEGA-MSG1]).

Yra keletas rūšių Memory Stick – Memory Stick Magic Gate (MG). Nuo paprasčiausio Memory Stick, MG skiriasi tik spalva (kortelės spalva-balta) ir autorines teises saugančiu mehanizmu – Magic Gate.

Patobulintas variantas buvo išleistas 2000 metais SONY kompanija. Jis vadinasi – Memory Stick Duo. Jis skiriasi nuo įprasto Memory Stick svoriu ir dydžiu. Naudojant MemoryStick Duo prietaisuose, reikalingas specialus adapteris. Beto yra modifikuotas modelis MemoryStick Duo MG. Duo kortelės pirmą kartą buvo pristatytos 2003 mmetais sausio mėnesį Consumer Electronics Show parodoje, bendradarbiaujant SONY ir ScanDisk. Nauja modifikacija turi tuos pačius privalumus kaip ir MemoryStick.

Techninės kortelės Pro skiriasi nuo MemoryStick tuo, kad dirba žymiai aukštesnio dažnio diapazone (40MHz), o duomenys perduodami 4-mis linijomis, vietoj vienos. Duomenų perdavimo greitis iki 20MB/s (dirbant 4-rioms linijoms), tačiau dirbti pastoviai tokiu pajegumu kortelė negali, tokiu greičiu gali dirbti tik vidinis kešas, o jam uzsipildžius, kortelė dirbs su 15MB/s pralaidumu.

Вывод: «Война стандартов» на рынке флэш-карт продолжается уже не первый год, и конца ей не видно. Производители разрабатывают все новые форматы карт, в то время как старые до сих не желают исчезать. Практически можно говорить лишь о смерти устаревшего достаточно давно стандарта SmartMedia, хотя какая ж это смерть, если карты продолжают выпускаться (пусть и остановившись в развитии), выходят новые устройства, рассчитанные именно на этот стандарт, да и старых на руках сохраняется немало. Однако некоторые тенденции уже просматриваются. В частности, продолжают терять свою долю карты CompactFlash: еще не так давно они (и поддерживающие их устройства) на рынке доминировали (по разным оценкам, доля формата составляла порядка 70-80%), в то время как сейчас они уже потеряли лидирующие позиции. Новым победителем, как многие и предсказывали, становится SecureDigital. Эти карты меньше, что упрощает их применение, интерфейс

проще, конструкция надежней, скорости постоянно растут. Единственное, что мешает SD одержать безоговорочную победу — ориентация многих производителей техники на свои форматы. Впрочем, что касается последнего, то наиболее ходовые объемы в 256-512 Мбайт производителями уже освоены, а широкое распространение карт емкостью 1 Гбайт и больше не за горами.

Literatūra:

• 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.

Internetas:

1) http://www.ixbt.com/storage.shtml

2) http://www.itc.ua/

3) http://www.ak-cent.ru/?parent_id=9842