Flash-память. 
Характеристика запоминающих флеш-устройств

Флэш-память — особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой 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 состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации. Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают. Замены памяти SRAM и.

DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов).

Надёжность/долговечность: информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5−10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10−20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей. Флэш-память исторически произошла от полупроводникового ROM, однако ROM-памятью не является, а всего лишь имеет похожую на ROM организацию. Множество источников (как отечественных, так и зарубежных) зачастую ошибочно относят флэш-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 какой возможности 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, и стала использоваться как накопитель общего назначения, этот недочет в классификации начал бросаться в глаза. Среди полупроводниковой памяти только два типа относятся к «чистому» ROM — это Mask-ROM и PROM. В отличие от них EPROM, EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимой перезаписываемой памяти (английский эквивалент — nonvolatile read-write memory 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 невысокой

NVRWM:EPROM.

Различные источники по-разному расшифровывают аббревиатуру EPROM — как Erasable Programmable ROM или как Electrically Programmable ROM (стираемые программируемые ПЗУ или электрически программируемые ПЗУ). флеш память диск накопитель 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). 3 стр 44].

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 флэшпамяти.

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.