Подготовьтесь к сдаче ЕГЭ интересно и эффективно!
Flash-память: что такое, описание, характеристика, как работает
1371

Flash-память: что такое, описание, характеристика, как работает

Содержание:





Flash-память – это стремительно развивающаяся технология хранения цифровых данных. Она быстрее, надёжнее и энергоэффективнее от накопителей на магнитных дисках, но недостатки (стоимость, объём) замедляют внедрение решения. В публикации рассмотрим, как работает флеш-память, что это такое. Разберёмся с её видами.

Флэш-память: что это такое

Flash-memory или флеш-память – разновидность перепрограммируемых полупроводниковых запоминающих устройств. В ней не используются механические элементы (вращающийся на подшипниках шпиндель с диском), как в случае с магнитными и оптическими видами памяти.

Ещё называется памятью для цифровых данных на базе микросхем.



Как работает флеш-память

Принцип функционирования построенных на базе микросхем запоминающих устройств базируется на МОП-транзисторах с плавающим затвором. Он расположен между p-слоем и управляющим затвором, и изолирован от них слоем диэлектрика. Благодаря этому транзистор способен долго хранить электрический заряд.

Единица или ячейка flash-памяти – транзистор. Он представлен парой полупроводников n-типа с массой свободных носителей заряда – электронов. Между ними располагается полупроводник p-типа с недостатком электронов. Он переносит электроны по так называемым дырам, где тех недостаточно, но не ток – он не пробежит из-за разности типа проводимости: электронная и дырочная.

Как работает флеш-память

Над p-полупроводником размещён управляющий или дополнительный затвор – электрод. При приложении напряжения он отталкивает дырки, притягивая электроны – формируется p-n-переход, вследствие чего через транзистор протекает ток.

Единица или ячейка flash-памяти – транзистор

Чтение и запись

Для считывания содержимого ячейки – состояния транзистора – к управляющему затвору прилагается напряжение, позволяющее определить, в ней записан логический ноль или единица. При недостатке электронов на дополнительном затворе бежит ток – это ноль, если образовался их избыток – ток не проходит – в ячейку записана единица.

Запись проходит сложнее, ведь диэлектрик мешает прохождению электронов к плавающему затвору. Для их подталкивания прикладывают повышенное положительное напряжение, и они устремляются через потенциальный барьер – слой непроводящего материала. Для удаления информации к плавающему затвору транзистора прикладывается отрицательное напряжение с меньшим потенциалом, чем при записи. Вследствие этого электроны покидают дополнительный затвор.

Определяя наличие или отсутствие заряда на плавающем затворе, контроллер «знает» о содержимом элемента памяти.



Типы флэш-памяти

Ячейки запоминающих устройств на базе микросхем могут хранить от одного до четырёх и более бит информации.

Вместимость ячейки

Однобитовые элементы памяти работают с двумя зарядами на плавающем затворе: ноль и единица. Их называют одноуровневыми – SLC. Отличаются небольшим временем записи и хорошим циклом перезаписи – свыше 100 000 повторений. Недостаток – небольшой объём.

Вследствие эволюции SLC появилась технология MLC – многоуровневая ячейка памяти. Обычно это четыре уровня заряда – два бита информации. Технология повысила плотность записи вдвое в ущерб циклам перезаписи – их число снизилось до 10 раз, время доступа возросло.

В последние годы получили развитие более продвинутые типы памяти:

  • TLC – благодаря высокой чувствительности и тончайшему управлению ячейка хранит 3 бита.

  • QLC – память хранит 4 бита в ячейке. Начала массово появляться на рынке.С ростом плотности снижается ресурс элемента памяти, растёт требование к её чувствительности.

Вместимость ячейки

Технология

Для управления ячейками управляющие затворы объединяются в так называемые линии слов, а стоки транзисторов – в линии битов.

NOR

Презентована в 1980 году. Представлена двухмерной матрицей, где проводник стоков подключён к линии битов, затворы транзистора – к линии слов.  Гарантирует быстрый доступ к содержимому любой ячейки. Применяется для хранения программ микроконтроллеров, BIOS, во встраиваемых системах.

Название происходит от английского NO-OR – логическое НЕТ ИЛИ.

NOR

При чтении значения транзистора к его управляющему затвору прикладывается напряжение, необходимое для появления проводимости. К остальным элементам памяти прилагают мизерное напряжение. Для записи сначала к управляющим затворам прикладывают сильный потенциал. Далее изменения значения ячейки на ноль на неё подают положительное напряжение, на остальные – отрицательное.

NAND

В 1987 году разработали более сложную трёхмерную структуру, где на пересечении столбов и строк образуется не ячейка, а их последовательность в третьей плоскости – пересечение образует ряд затворных цепей. Последовательное подключение транзисторов к битовой линии увеличивает плотность компоновки, но на сложности и скорости доступа к памяти отражается отрицательно.

Для считывания информации к линии прикладывают напряжение чтения, к остальным линиям – напряжение, открывающее их. Наличие разности потенциалов на линии зависит от содержимого целевого транзистора.

NAND

В 2007 году появляется 3D NAND – технология многослойного размещения транзисторов, повышающая плотность записи.

Исполнение

На основании NAND-структур создают перезаписываемые флеш-накопители. Это:
  • Твердотельные диски (SSD) – замена винчестерам. Высокоскоростные накопители без механических частей. Отличаются высокой надёжностью – менее подвержены потерям информации при падении, работе в негоризонтальном положении, воздействии сильных электромагнитных полей. К компьютеру подключаются через SATA-интерфейс или разъём М.2.

Твердотельные диски (SSD)


  • Флешки или USB-флэш-диски – портативные запоминающие устройства с USB-интерфейсом. Такие флеш-накопители применяются для переноса информации, резервного копирования, формирования загрузочных носителей.

Флешки или USB-флэш-диски


  • SD- или флэш-карты – миниатюрные накопители для цифровой техники: фотоаппараты, камеры. Для их подключения к компьютеру или ноутбуку нужен кардридер. Существует с десяток форматов SD-карт, часть из них обладает совместимостью при использовании адаптеров. Отличаются установкой примитивного контроллера, который следит за количеством циклов перезаписи ячеек.

SD- или флэш-карты

Флеш-память в ближайшее десятилетие вытеснит с рынка накопители на жёстких магнитных дисках, как флешки отправили оптические диски на свалку истории.


 

Смотри также: Внешняя память компьютера: что такое, для чего необходима и другое

Поделитесь в социальных сетях:
2 декабря 2021, 14:20


Как вы считаете, материал был полезен?

Для оценки комментариев необходимо «войти на сайт».
×
×