Ổ đĩa flash sử dụng bộ nhớ. Bộ nhớ flash Pci nó là gì - dung lượng bộ nhớ flash

Năm mới- một kỳ nghỉ vui vẻ, tươi sáng mà tất cả chúng ta đều tổng kết một năm vừa qua, nhìn về tương lai với niềm hy vọng và tặng quà. Về vấn đề này, tôi xin cảm ơn tất cả cư dân Habr vì sự ủng hộ, giúp đỡ và quan tâm của họ trong các bài viết của tôi (, , ,). Nếu bạn chưa một lần ủng hộ bài đầu tiên thì sẽ không có những bài tiếp theo (đã 5 bài rồi)! Cảm ơn! Và tất nhiên, tôi muốn tặng một món quà dưới dạng một bài báo khoa học nổi tiếng về cách bạn có thể sử dụng thiết bị phân tích thoạt nhìn khá khắc nghiệt một cách vui vẻ, thú vị và có lợi (cả cá nhân và xã hội). Hôm nay vào đêm giao thừa tại lễ hội bàn mổ là: Ổ USB-Flash từ mô-đun A-Data và SO-DIMM SDRAM của Samsung.

Phần lý thuyết

Tôi sẽ cố gắng trình bày ngắn gọn nhất có thể để tất cả chúng ta có thời gian chuẩn bị thêm món salad Olivier cho bàn ăn ngày lễ, vì vậy một số tài liệu sẽ ở dạng liên kết: nếu muốn, bạn có thể đọc tại trang web của mình. thời gian rảnh rỗi...

Có loại ký ức nào?

Hiện tại, có rất nhiều lựa chọn để lưu trữ thông tin, một số yêu cầu nguồn điện liên tục (RAM), một số được “khâu” mãi mãi vào chip điều khiển của thiết bị xung quanh chúng ta (ROM) và một số kết hợp các phẩm chất của cả hai và những thứ khác (Hybrid). Flash, đặc biệt, thuộc về cái sau. Tưởng chừng như đó là bộ nhớ bất biến nhưng các định luật vật lý rất khó hủy bỏ và thỉnh thoảng bạn vẫn phải ghi lại thông tin trên ổ đĩa flash.

Điều duy nhất có lẽ có thể hợp nhất tất cả các loại bộ nhớ này ít nhiều là cùng một nguyên tắc hoạt động. Có một số ma trận hai chiều hoặc ba chiều chứa đầy 0 và 1 theo cách này và từ đó chúng ta có thể đọc các giá trị này hoặc thay thế chúng, tức là từ đó chúng ta có thể đọc các giá trị này hoặc thay thế chúng. tất cả điều này là sự tương tự trực tiếp của người tiền nhiệm của nó - bộ nhớ trên các vòng ferit.

Bộ nhớ flash là gì và nó có những loại nào (NOR và NAND)?

Hãy bắt đầu với bộ nhớ flash. Ngày xửa ngày xưa, ixbt nổi tiếng đã xuất bản khá nhiều về Flash là gì và 2 loại chính của loại bộ nhớ này là gì. Đặc biệt, có bộ nhớ Flash NOR (logic not-or) và NAND (logic not-and) (mọi thứ cũng được mô tả rất chi tiết), có phần khác nhau trong cách tổ chức của chúng (ví dụ: NOR là hai chiều, NAND có thể là ba chiều), nhưng chúng có một phần tử chung - bóng bán dẫn cổng nổi.

Sơ đồ biểu diễn của một bóng bán dẫn cổng nổi.

Vậy kỹ thuật kỳ diệu này hoạt động như thế nào? Điều này được mô tả cùng với một số công thức vật lý. Tóm lại, giữa cổng điều khiển và kênh mà dòng điện chạy từ nguồn đến cống, chúng ta đặt cùng một cổng nổi, bao quanh bởi một lớp điện môi mỏng. Kết quả là, khi dòng điện chạy qua một bóng bán dẫn hiệu ứng trường “đã được biến đổi” như vậy, một số electron năng lượng cao sẽ chui qua chất điện môi và cuối cùng đi vào bên trong cổng nổi. Rõ ràng là trong khi các electron chui hầm và lang thang bên trong cánh cổng này, chúng đã mất đi một phần năng lượng và thực tế không thể quay trở lại.

Lưu ý:"thực tế" - từ khóa, bởi vì không viết lại, không cập nhật ô ít nhất vài năm một lần, Flash sẽ được “đặt lại về 0” giống như RAM, sau khi tắt máy tính.

Một lần nữa chúng tôi có mảng hai chiều, phải chứa đầy các số 0 và 1. Vì phải mất khá nhiều thời gian để tích lũy điện tích trên cổng nổi nên một giải pháp khác được sử dụng trong trường hợp RAM. Ô nhớ bao gồm một tụ điện và một bóng bán dẫn hiệu ứng trường thông thường. Hơn nữa, bản thân tụ điện, một mặt, có một nguyên thủy thiết bị vật lý, nhưng mặt khác, nó được triển khai một cách không hề tầm thường trong phần cứng:

Thiết kế tế bào RAM.

Một lần nữa, ixbt có một bộ nhớ tốt dành riêng cho bộ nhớ DRAM và SDRAM. Tất nhiên, nó không quá mới mẻ nhưng những điểm cơ bản được mô tả rất tốt.

Câu hỏi duy nhất khiến tôi đau đầu là: DRAM có thể có ô đa cấp như flash không? Có vẻ như là có, nhưng vẫn...

Phần thực hành

Tốc biến

Những người đã sử dụng ổ đĩa flash khá lâu chắc hẳn đã từng thấy ổ đĩa “trần”, không có hộp đựng. Nhưng tôi vẫn sẽ đề cập ngắn gọn về các bộ phận chính của ổ flash USB:

Các thành phần chính của ổ USB Flash: 1. Đầu nối USB, 2. bộ điều khiển, 3. Bảng mạch in nhiều lớp PCB, 4. Mô-đun bộ nhớ NAND, 5. bộ dao động tần số tham chiếu thạch anh, 6. Đèn báo LED (tuy nhiên, hiện đã bật nhiều ổ flash không có nó), 7. công tắc bảo vệ ghi (tương tự, nó bị thiếu trên nhiều ổ flash), 8. chỗ trống cho chip bộ nhớ bổ sung.

Hãy đi từ đơn giản đến phức tạp. Dao động tinh thể(nói thêm về nguyên lý hoạt động). Tôi vô cùng tiếc nuối, trong quá trình đánh bóng, tấm thạch anh đã biến mất nên chúng ta chỉ có thể chiêm ngưỡng phần thân.

Vỏ dao động tinh thể

Trong lúc đó, tình cờ tôi phát hiện ra sợi gia cố bên trong PCB trông như thế nào và phần lớn các quả bóng tạo nên PCB. Nhân tiện, các sợi vẫn được xoắn lại, điều này có thể thấy rõ ở hình trên:

Gia cố sợi bên trong PCB (mũi tên màu đỏ biểu thị sợi vuông góc với vết cắt), chiếm phần lớn PCB

Và đây là phần quan trọng đầu tiên của ổ flash - bộ điều khiển:

Người điều khiển. Hình ảnh trên cùng thu được bằng cách kết hợp một số ảnh vi mô SEM

Thành thật mà nói, tôi không hiểu lắm ý tưởng của các kỹ sư khi đặt thêm một số dây dẫn vào chính con chip. Có lẽ điều này dễ thực hiện hơn và rẻ hơn từ quan điểm công nghệ.

Sau khi xử lý bức ảnh này, tôi hét lên: "Yayyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy!" và chạy quanh phòng. Vì vậy, chúng tôi trình bày với bạn sự chú ý của quy trình công nghệ 500 nm ở tất cả vinh quang của nó với các ranh giới được vẽ hoàn hảo của cống, nguồn, cổng điều khiển và thậm chí cả các điểm tiếp xúc được bảo toàn ở mức tương đối toàn vẹn:

"Ý tôi!" vi điện tử - Công nghệ điều khiển 500 nm với các đường thoát riêng lẻ (Drain), nguồn (Source) và cổng điều khiển (Cổng) được vẽ đẹp mắt

Bây giờ chúng ta chuyển sang món tráng miệng - chip nhớ. Hãy bắt đầu với những liên hệ cung cấp bộ nhớ này theo đúng nghĩa đen. Ngoài cái chính (điểm tiếp xúc “dày nhất” trong hình), còn có rất nhiều cái nhỏ. Nhân tiện, "béo"< 2 диаметров человеческого волоса, так что всё в мире относительно:

Ảnh SEM của các điểm tiếp xúc cấp nguồn cho chip nhớ

Nếu chúng ta nói về chính trí nhớ, thì thành công cũng đang chờ đợi chúng ta ở đây. Chúng tôi có thể chụp ảnh các khối riêng lẻ, ranh giới của chúng được biểu thị bằng các mũi tên. Nhìn vào hình ảnh từ độ phóng đại tối đa, hãy cố gắng căng mắt nhìn, độ tương phản này thực sự rất khó nhận ra, nhưng nó có trong hình ảnh (để rõ ràng, tôi đã đánh dấu một ô riêng biệt bằng các dòng):

Ô nhớ 1. Ranh giới khối được đánh dấu bằng mũi tên. Các dòng chỉ ra các ô riêng lẻ

Lúc đầu, đối với tôi, nó giống như một tạo tác hình ảnh, nhưng sau khi xử lý tất cả các bức ảnh của ngôi nhà, tôi nhận ra rằng đây là những cổng điều khiển kéo dài dọc theo trục tung trong một ô SLC hoặc đây là một số ô được lắp ráp trong một MLC. Mặc dù tôi đã đề cập đến MLC ở trên nhưng đây vẫn là một câu hỏi. Để tham khảo, "độ dày" của ô (tức là khoảng cách giữa hai chấm sáng ở hình dưới cùng) là khoảng 60 nm.

Để không bị lộ, đây là những bức ảnh tương tự từ nửa còn lại của ổ flash. Một hình ảnh hoàn toàn tương tự:

Ô nhớ 2. Ranh giới khối được đánh dấu bằng mũi tên. Các dòng chỉ ra các ô riêng lẻ

Tất nhiên, bản thân con chip không chỉ là một tập hợp các ô nhớ như vậy; bên trong nó còn có một số cấu trúc khác mà tôi không thể xác định được danh tính:

Các cấu trúc khác bên trong chip nhớ NAND

DRAM

Tất nhiên, tôi không cắt toàn bộ bo mạch SO-DIMM của Samsung mà chỉ “ngắt kết nối” một trong các mô-đun bộ nhớ bằng máy sấy tóc. Điều đáng chú ý là một trong những mẹo được đề xuất sau lần xuất bản đầu tiên đã có ích ở đây - cưa theo một góc. Do đó, để hiểu chi tiết những gì bạn đã thấy, cần phải tính đến thực tế này, đặc biệt là vì việc cắt ở góc 45 độ cũng giúp bạn có thể thu được các phần "chụp cắt lớp" của tụ điện.

Tuy nhiên, theo truyền thống, hãy bắt đầu từ những liên hệ. Thật tuyệt khi được xem một “chip” BGA trông như thế nào và bản thân mối hàn trông như thế nào:

Que hàn BGA "sứt mẻ"

Và bây giờ là lúc hét lên “Ide!” lần thứ hai, vì chúng ta đã nhìn thấy các tụ điện thể rắn riêng lẻ - các vòng tròn đồng tâm trong hình ảnh, được đánh dấu bằng các mũi tên. Họ là những người lưu trữ dữ liệu của chúng ta khi máy tính đang chạy dưới dạng điện tích trên đĩa của họ. Đánh giá qua các bức ảnh, kích thước của một tụ điện như vậy có chiều rộng khoảng 300 nm và độ dày khoảng 100 nm.

Do chip bị cắt một góc nên một số tụ điện được cắt gọn gàng ở giữa, trong khi số khác chỉ cắt bỏ “hai bên”:

Bộ nhớ DRAM tốt nhất

Nếu ai nghi ngờ những cấu trúc này là tụ điện thì bạn có thể xem một bức ảnh “chuyên nghiệp” hơn (dù không có vạch chia tỷ lệ).

Điểm duy nhất khiến tôi bối rối là các tụ điện được đặt thành 2 hàng (ảnh dưới bên trái), tức là. Hóa ra có 2 bit thông tin trên mỗi ô. Như đã đề cập ở trên, thông tin về ghi nhiều bit đã có sẵn, nhưng tôi vẫn còn nghi vấn rằng công nghệ này được áp dụng và sử dụng ở mức độ nào trong ngành công nghiệp hiện đại.

Tất nhiên, ngoài bản thân các ô nhớ, bên trong mô-đun còn có một số cấu trúc phụ trợ, mục đích của chúng tôi chỉ có thể đoán được:

Các cấu trúc khác bên trong chip bộ nhớ DRAM

Lời bạt

Ngoài những liên kết nằm rải rác trong văn bản, theo ý kiến của tôi, bài đánh giá này (thậm chí từ năm 1997), bản thân trang web (và một thư viện ảnh, nghệ thuật chip, bằng sáng chế, v.v.) và văn phòng này , thực sự tham gia vào kỹ thuật đảo ngược.

Rất tiếc, không thể tìm thấy số lượng lớn video về chủ đề sản xuất Flash và RAM, vì vậy bạn sẽ chỉ hài lòng với việc lắp ráp ổ USB Flash:

P.S.: Một lần nữa, chúc mọi người năm mới Rồng Nước Đen vui vẻ!!!
Điều này thật kỳ lạ: Tôi muốn viết một trong những bài báo đầu tiên về Flash, nhưng số phận lại quyết định khác. Hy vọng rằng ít nhất 2 bài viết tiếp theo (về các vật thể và trưng bày sinh học) sẽ được xuất bản vào đầu năm 2012. Trong khi đó, hạt giống là băng carbon:

Băng cacbon để dán các mẫu đang nghiên cứu. Tôi nghĩ băng thông thường trông tương tự.

Người hiện đại thích di động và mang theo nhiều tiện ích công nghệ cao bên mình (tiếng Anhiện ích - thiết bị), giúp cuộc sống dễ dàng hơn, nhưng có điều gì cần che giấu, khiến nó trở nên phong phú và thú vị hơn. Và chúng xuất hiện chỉ sau 10-15 năm! Thu nhỏ, nhẹ, tiện lợi, kỹ thuật số... Các tiện ích đã đạt được tất cả những điều này nhờ vào công nghệ bộ vi xử lý mới, nhưng đóng góp lớn hơn được thực hiện bởi một công nghệ lưu trữ dữ liệu đáng chú ý mà chúng ta sẽ nói đến hôm nay. Vì vậy, bộ nhớ flash.

Có ý kiến cho rằng cái tên FLASH liên quan đến loại bộ nhớ được dịch là "flash". Trên thực tế, điều này là không đúng sự thật. Một phiên bản về ngoại hình của nó cho biết, lần đầu tiên vào những năm 1989-90, Toshiba đã sử dụng từ Flash trong ngữ cảnh “nhanh, tức thời” khi mô tả các con chip mới của mình. Nhìn chung, Intel được coi là nhà phát minh, giới thiệu bộ nhớ flash với kiến trúc NOR vào năm 1988. Một năm sau, Toshiba phát triển kiến trúc NAND, kiến trúc này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay cùng với NOR tương tự trong chip flash. Trên thực tế, bây giờ chúng ta có thể nói rằng đây là hai loại bộ nhớ khác nhau có công nghệ sản xuất hơi giống nhau. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng tìm hiểu thiết kế, nguyên lý hoạt động của chúng, đồng thời xem xét các lựa chọn sử dụng thực tế khác nhau.

CŨNG KHÔNG

Với sự trợ giúp của nó, điện áp đầu vào được chuyển đổi thành điện áp đầu ra tương ứng với “0” và “1”. Chúng cần thiết vì các điện áp khác nhau được sử dụng để đọc/ghi dữ liệu trong ô nhớ. Sơ đồ tế bào được thể hiện trong hình dưới đây.

Nó đặc trưng cho hầu hết các chip flash và là một bóng bán dẫn có hai cổng cách điện: điều khiển và thả nổi. Một tính năng quan trọng của cái sau là khả năng giữ electron, nghĩa là tích điện. Ngoài ra trong tế bào còn có cái gọi là “cống” và “nguồn”. Khi lập trình giữa chúng, do tác động của trường dương lên cổng điều khiển, một kênh được tạo ra - một dòng điện tử. Một số electron do có năng lượng lớn hơn vượt qua lớp cách điện và rơi vào cổng nổi. Chúng có thể được lưu trữ trên đó trong vài năm. Một phạm vi nhất định về số lượng electron (điện tích) trên một cổng nổi tương ứng với một phạm vi logic và bất cứ điều gì lớn hơn mức này tương ứng với số 0. Khi đọc, các trạng thái này được nhận biết bằng cách đo điện áp ngưỡng của bóng bán dẫn. Để xóa thông tin, một điện áp âm cao được đặt vào cổng điều khiển và các electron từ cổng nổi sẽ di chuyển (đường hầm) đến nguồn. Trong các công nghệ của các nhà sản xuất khác nhau, nguyên tắc hoạt động này có thể khác nhau ở cách cung cấp dòng điện và dữ liệu được đọc từ tế bào. Tôi cũng muốn bạn chú ý đến thực tế là trong cấu trúc của bộ nhớ flash, chỉ có một phần tử (bóng bán dẫn) được sử dụng để lưu trữ 1 bit thông tin, trong khi ở các loại bộ nhớ dễ bay hơi, điều này đòi hỏi một số bóng bán dẫn và một tụ điện. Điều này giúp giảm đáng kể kích thước của các vi mạch được sản xuất, đơn giản hóa quy trình công nghệ và do đó giảm chi phí. Nhưng còn một bit nữa là vượt xa giới hạn: Intel đã phát hành bộ nhớ StrataFlash, mỗi ô trong đó có thể lưu trữ 2 bit thông tin. Ngoài ra, còn có các mẫu dùng thử với các ô 4 và thậm chí 9 bit! Bộ nhớ này sử dụng công nghệ tế bào đa cấp. Chúng có cấu trúc bình thường, nhưng điểm khác biệt là điện tích của chúng được chia thành nhiều cấp độ, mỗi cấp độ được gán một tổ hợp bit nhất định. Về mặt lý thuyết, có thể đọc/ghi nhiều hơn 4 bit, tuy nhiên, trên thực tế, các vấn đề nảy sinh với việc loại bỏ nhiễu và sự rò rỉ dần dần các điện tử trong quá trình lưu trữ lâu dài. Nói chung, các chip bộ nhớ dành cho tế bào hiện nay có đặc điểm là thời gian lưu trữ thông tin được tính bằng năm và số chu kỳ đọc/ghi dao động từ 100 nghìn đến vài triệu. Đặc biệt, trong số những nhược điểm, bộ nhớ flash với kiến trúc NOR đáng chú ý là khả năng mở rộng kém: không thể giảm diện tích chip bằng cách giảm kích thước của bóng bán dẫn. Tình huống này liên quan đến cách tổ chức ma trận các ô: trong kiến trúc NOR, mỗi bóng bán dẫn phải được tạo một tiếp điểm riêng lẻ. Bộ nhớ flash với kiến trúc NAND hoạt động tốt hơn nhiều về mặt này.

NAND

Thiết kế và nguyên lý hoạt động của các tế bào của nó giống như của NOR. Mặc dù, ngoài logic, vẫn còn một điểm khác biệt quan trọng khác - kiến trúc vị trí của các ô và các điểm tiếp xúc của chúng. Không giống như trường hợp được mô tả ở trên, ở đây có một ma trận tiếp xúc, tại các giao điểm của các hàng và cột nơi đặt các bóng bán dẫn. Điều này có thể so sánh với ma trận thụ động trong màn hình :) (và NOR có thể so sánh với màn hình LCD hoạt động). Trong trường hợp bộ nhớ, cách tổ chức này tốt hơn một chút - diện tích của vi mạch có thể giảm đáng kể do kích thước của các tế bào. Nhược điểm (chắc chắn) là tốc độ hoạt động trong các hoạt động truy cập ngẫu nhiên từng byte thấp hơn so với NOR.

Ngoài ra còn có các kiến trúc như: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi), v.v. Chúng không đại diện cho bất cứ điều gì mới về cơ bản mà chỉ kết hợp các thuộc tính tốt nhất của NAND và NOR.

Tuy nhiên, dù có thể như vậy, NOR và NAND ngày nay được sản xuất bình đẳng và thực tế không cạnh tranh với nhau, vì chất lượng của chúng được sử dụng trong Những khu vực khác nhau lưu trữ dữ liệu. Điều này sẽ được thảo luận thêm...

Bộ nhớ cần ở đâu ...

Phạm vi ứng dụng của bất kỳ loại bộ nhớ flash nào phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính tốc độ và độ tin cậy của việc lưu trữ thông tin. Không gian địa chỉ của bộ nhớ NOR cho phép bạn làm việc với từng byte hoặc từ riêng lẻ (2 byte). Trong NAND, các ô được nhóm thành các khối nhỏ (tương tự như cụm ổ cứng). Từ đó, khi đọc và ghi tuần tự, NAND sẽ có lợi thế về tốc độ. Tuy nhiên, mặt khác, NAND kém hơn đáng kể trong các hoạt động truy cập ngẫu nhiên và không cho phép làm việc trực tiếp với byte thông tin. Ví dụ: để thay đổi một byte bạn cần:

đọc vào bộ đệm khối thông tin chứa nó
thay đổi byte cần thiết trong bộ đệm
viết lại khối với byte đã thay đổi

Nếu chúng tôi thêm độ trễ tìm nạp khối và truy cập vào thời gian thực hiện của các hoạt động trên, chúng tôi sẽ nhận được các chỉ báo hoàn toàn không thể cạnh tranh với NOR (lưu ý rằng điều này đặc biệt dành cho trường hợp ghi từng byte). Việc ghi/đọc tuần tự là một vấn đề khác - ở đây NAND ngược lại cho thấy các đặc tính tốc độ cao hơn đáng kể. Do đó, và cũng vì khả năng tăng dung lượng bộ nhớ mà không cần tăng kích thước của chip, đèn flash NAND đã được sử dụng như một nơi lưu trữ một lượng lớn thông tin và để truyền tải nó. Các thiết bị phổ biến nhất hiện nay dựa trên loại bộ nhớ này là ổ đĩa flash và thẻ nhớ. Đối với NOR flash, các chip có tổ chức như vậy được sử dụng làm nơi lưu trữ mã chương trình (BIOS, RAM của máy tính bỏ túi, điện thoại di động, v.v.), đôi khi được triển khai dưới dạng giải pháp tích hợp (RAM, ROM và bộ xử lý trên một mini- bo mạch, hoặc thậm chí trong một con chip). Một ví dụ điển hình cho việc sử dụng này là dự án Gumstix: một máy tính bảng đơn có kích thước bằng một thanh kẹo cao su. Chính chip NOR cung cấp mức độ tin cậy của việc lưu trữ thông tin cần thiết cho những trường hợp như vậy và các tùy chọn linh hoạt hơn để làm việc với nó. Dung lượng của flash NOR thường được đo bằng đơn vị megabyte và hiếm khi vượt quá hàng chục.

Và sẽ có một tia sáng...

Tất nhiên, flash là một công nghệ đầy hứa hẹn. Tuy nhiên, bất chấp tốc độ tăng trưởng sản xuất cao, các thiết bị lưu trữ dựa trên nó vẫn đủ đắt để cạnh tranh với ổ cứng máy tính để bàn hoặc máy tính xách tay. Về cơ bản, hiện nay phạm vi thống trị của bộ nhớ flash chỉ giới hạn ở các thiết bị di động. Như bạn hiểu, phân khúc này công nghệ thông tin không quá nhỏ. Ngoài ra, theo nhà sản xuất, việc mở rộng flash sẽ không dừng lại ở đó. Vậy xu hướng phát triển chính đang diễn ra ở khu vực này là gì?

Đầu tiên, như đã đề cập ở trên, có sự tập trung mạnh mẽ vào các giải pháp tích hợp. Hơn nữa, các dự án như Gumstix chỉ là giai đoạn trung gian trên con đường triển khai tất cả các chức năng trong một con chip.

Cho đến nay, cái gọi là hệ thống trên chip (chip đơn) là sự kết hợp của bộ nhớ flash với bộ điều khiển, bộ xử lý, SDRAM hoặc phần mềm đặc biệt trong một chip. Ví dụ, Intel StrataFlash kết hợp với phần mềm Persistent Storage Manager (PSM) giúp có thể sử dụng đồng thời dung lượng bộ nhớ cho cả việc lưu trữ dữ liệu và thực thi mã chương trình. PSM về cơ bản là một hệ thống tệp được hỗ trợ bởi Windows CE 2.1 trở lên. Tất cả điều này nhằm mục đích giảm số lượng thành phần và giảm kích thước của thiết bị di động đồng thời tăng chức năng và hiệu suất của chúng. Không kém phần thú vị và phù hợp là sự phát triển của công ty Renesas - bộ nhớ flash superAND với các chức năng quản lý tích hợp. Cho đến thời điểm này, chúng được triển khai riêng biệt trong bộ điều khiển nhưng giờ đây chúng được tích hợp trực tiếp vào chip. Đây là các chức năng giám sát các thành phần xấu, sửa lỗi (ECC - kiểm tra và sửa lỗi) và cân bằng độ hao mòn. Vì chúng hiện diện ở dạng biến thể này hay biến thể khác trong hầu hết các chương trình cơ sở có thương hiệu khác của bộ điều khiển bên ngoài, chúng ta hãy xem xét ngắn gọn về chúng. Hãy bắt đầu với các thành phần xấu. Đúng, chúng cũng được tìm thấy trong bộ nhớ flash: các con chip đã ra khỏi dây chuyền lắp ráp với trung bình lên tới 2% tế bào không hoạt động - đây là một tiêu chuẩn công nghệ phổ biến. Nhưng theo thời gian số lượng của chúng có thể tăng lên ( môi trường Không có lý do cụ thể nào để đổ lỗi cho điều này - ảnh hưởng điện từ, vật lý (lắc, v.v.) của chip flash không quá khủng khiếp). Vì vậy, như trong ổ cứng, bộ nhớ flash có dung lượng dự trữ. Nếu một khu vực xấu xuất hiện, chức năng giám sát sẽ thay thế địa chỉ của nó trong bảng phân bổ tệp bằng địa chỉ của khu vực đó từ khu vực dự phòng.

Trên thực tế, thuật toán ECC có nhiệm vụ xác định các vấn đề xấu - nó so sánh thông tin được ghi lại với thông tin được ghi thực tế. Ngoài ra, do nguồn tài nguyên của các ô có hạn (theo thứ tự vài triệu chu kỳ đọc/ghi cho mỗi ô), điều quan trọng là phải có chức năng tính toán độ hao mòn đồng nhất. Hãy để tôi kể cho bạn một trường hợp hiếm gặp nhưng phổ biến: một chiếc chìa khóa điện tử có dung lượng 32 MB, trong đó 30 MB bị chiếm dụng và một thứ gì đó liên tục được ghi vào và xóa trong không gian trống. Hóa ra là một số ô không hoạt động, trong khi những ô khác đang cạn kiệt tài nguyên. Để ngăn điều này xảy ra, trong các thiết bị có thương hiệu, không gian trống thường được chia thành các phần, mỗi phần sẽ theo dõi và ghi lại số lượng thao tác ghi.

Các cấu hình tất cả trong một phức tạp hơn hiện nay cũng được đại diện rộng rãi bởi các công ty như Intel, Samsung, Hitachi, v.v. Sản phẩm của họ là các thiết bị đa chức năng được triển khai chỉ trong một con chip (theo tiêu chuẩn, nó chứa bộ xử lý, bộ nhớ flash và SDRAM ). Chúng tập trung vào việc sử dụng trong các thiết bị di động, nơi điều quan trọng là hiệu suất cao với kích thước tối thiểu và tiêu thụ điện năng thấp. Chúng bao gồm: PDA, điện thoại thông minh, điện thoại cho mạng 3G. Hãy để tôi đưa ra một ví dụ về những phát triển như vậy - một con chip của Samsung kết hợp bộ xử lý ARM (203 MHz), bộ nhớ NAND 256 MB và 256 SDRAM. Nó tương thích với các hệ điều hành phổ biến: Windows CE, Palm OS, Symbian, Linux và có hỗ trợ USB. Do đó, dựa trên nó, có thể tạo ra các thiết bị di động đa chức năng với mức tiêu thụ điện năng thấp, có khả năng hoạt động với video, âm thanh, giọng nói và các ứng dụng sử dụng nhiều tài nguyên khác.

Một hướng khác để cải thiện đèn flash là giảm mức tiêu thụ điện năng và kích thước đồng thời tăng kích thước và tốc độ của bộ nhớ. Điều này áp dụng ở mức độ lớn hơn cho các vi mạch có kiến trúc NOR, vì với sự phát triển máy tính di động, hỗ trợ công việc trong mạng không dây, NOR flash do kích thước nhỏ và mức tiêu thụ điện năng thấp sẽ trở thành giải pháp phổ biến để lưu trữ và thực thi mã chương trình. Chip 512 Mbit NOR của cùng Renesas sẽ sớm được đưa vào sản xuất hàng loạt. Điện áp cung cấp của chúng sẽ là 3,3 V (để tôi nhắc bạn, chúng có thể lưu trữ thông tin mà không cần cung cấp dòng điện) và tốc độ ghi sẽ là 4 MB/giây. Đồng thời thời gian Intelđang trình bày sự phát triển của mình Hệ thống bộ nhớ không dây StrataFlash (LV18/LV30) - một hệ thống bộ nhớ flash phổ biến dành cho công nghệ không dây. Dung lượng bộ nhớ của nó có thể đạt tới 1 Gbit và điện áp hoạt động là 1,8 V. Công nghệ sản xuất chip là 0,13 nm, dự định chuyển sang công nghệ xử lý 0,09 nm. Trong số những đổi mới của công ty này, điều đáng chú ý là việc tổ chức chế độ hoạt động hàng loạt với bộ nhớ NOR. Nó cho phép bạn đọc thông tin không phải một byte mỗi lần mà theo khối 16 byte: sử dụng bus dữ liệu 66 MHz, tốc độ trao đổi thông tin với bộ xử lý đạt 92 Mbit/s!

Vâng, như bạn có thể thấy, công nghệ đang phát triển nhanh chóng. Rất có thể vào thời điểm bài viết này được xuất bản, một cái gì đó mới sẽ xuất hiện. Vì vậy, nếu có chuyện gì xảy ra, đừng trách tôi :) Tôi hy vọng tài liệu này thú vị với bạn.

vật lý,

Điện tử cho người mới bắt đầu

Lời nói đầu

Năm mới là một kỳ nghỉ vui vẻ, tươi sáng, nơi tất cả chúng ta tổng kết một năm vừa qua, hướng tới tương lai với niềm hy vọng và tặng quà. Về vấn đề này, tôi xin cảm ơn tất cả cư dân Habr vì sự ủng hộ, giúp đỡ và quan tâm của họ trong các bài viết của tôi (, , ,). Nếu bạn chưa một lần ủng hộ bài đầu tiên thì sẽ không có những bài tiếp theo (đã 5 bài rồi)! Cảm ơn! Và tất nhiên, tôi muốn tặng một món quà dưới dạng một bài báo khoa học nổi tiếng về cách bạn có thể sử dụng thiết bị phân tích thoạt nhìn khá khắc nghiệt một cách vui vẻ, thú vị và có lợi (cả cá nhân và xã hội). Hôm nay, vào đêm giao thừa, trên bàn mổ lễ hội có: ổ USB-Flash của A-Data và mô-đun SO-DIMM SDRAM của Samsung.

Phần lý thuyết

Có loại ký ức nào?

Bộ nhớ flash là gì và nó có những loại nào (NOR và NAND)?

Sơ đồ biểu diễn của một bóng bán dẫn cổng nổi.

Lưu ý:“Thực tế” là từ khóa, bởi vì nếu không viết lại, không cập nhật các ô ít nhất vài năm một lần, Flash sẽ “đặt lại về 0” giống như RAM, sau khi tắt máy tính.

Một lần nữa, chúng ta có một mảng hai chiều cần được lấp đầy bằng các số 0 và 1. Vì phải mất khá nhiều thời gian để tích lũy điện tích trên cổng nổi nên một giải pháp khác được sử dụng trong trường hợp RAM. Ô nhớ bao gồm một tụ điện và một bóng bán dẫn hiệu ứng trường thông thường. Hơn nữa, bản thân tụ điện một mặt có một thiết bị vật lý nguyên thủy, nhưng mặt khác, nó được triển khai một cách không hề tầm thường trong phần cứng:

Thiết kế tế bào RAM.

Một lần nữa, ixbt có một bộ nhớ tốt dành riêng cho bộ nhớ DRAM và SDRAM. Tất nhiên, nó không quá mới mẻ nhưng những điểm cơ bản được mô tả rất tốt.

Câu hỏi duy nhất khiến tôi đau đầu là: DRAM có thể có ô đa cấp như flash không? Có vẻ như là có, nhưng vẫn...

Phần thực hành

Tốc biến

Hãy đi từ đơn giản đến phức tạp. Bộ dao động tinh thể (nói thêm về nguyên lý hoạt động). Tôi vô cùng tiếc nuối, trong quá trình đánh bóng, tấm thạch anh đã biến mất nên chúng ta chỉ có thể chiêm ngưỡng phần thân.

Vỏ dao động tinh thể

Gia cố sợi bên trong PCB (mũi tên màu đỏ biểu thị sợi vuông góc với vết cắt), chiếm phần lớn PCB

Và đây là phần quan trọng đầu tiên của ổ flash - bộ điều khiển:

Người điều khiển. Hình ảnh trên cùng thu được bằng cách kết hợp một số ảnh vi mô SEM

"Ý tôi!" vi điện tử - Công nghệ điều khiển 500 nm với các đường thoát riêng lẻ (Drain), nguồn (Source) và cổng điều khiển (Cổng) được vẽ đẹp mắt

Ảnh SEM của các điểm tiếp xúc cấp nguồn cho chip nhớ

Nếu chúng ta nói về chính trí nhớ, thì thành công cũng đang chờ đợi chúng ta ở đây. Chúng tôi có thể chụp ảnh các khối riêng lẻ, ranh giới của chúng được biểu thị bằng các mũi tên. Nhìn vào hình ảnh với độ phóng đại tối đa, hãy cố gắng căng mắt nhìn, độ tương phản này thực sự rất khó nhận ra, nhưng nó vẫn có trong hình ảnh (để rõ ràng, tôi đã đánh dấu một ô riêng bằng các dòng):

Ô nhớ 1. Ranh giới khối được đánh dấu bằng mũi tên. Các dòng chỉ ra các ô riêng lẻ

Để không bị lộ, đây là những bức ảnh tương tự từ nửa còn lại của ổ flash. Một hình ảnh hoàn toàn tương tự:

Ô nhớ 2. Ranh giới khối được đánh dấu bằng mũi tên. Các dòng chỉ ra các ô riêng lẻ

Các cấu trúc khác bên trong chip nhớ NAND

DRAM

Que hàn BGA "sứt mẻ"

Do chip bị cắt một góc nên một số tụ điện được cắt gọn gàng ở giữa, trong khi số khác chỉ cắt bỏ “hai bên”:

Bộ nhớ DRAM tốt nhất

Nếu ai nghi ngờ những cấu trúc này là tụ điện thì bạn có thể xem một bức ảnh “chuyên nghiệp” hơn (dù không có vạch chia tỷ lệ).

Tất nhiên, ngoài bản thân các ô nhớ, bên trong mô-đun còn có một số cấu trúc phụ trợ, mục đích của chúng tôi chỉ có thể đoán được:

Các cấu trúc khác bên trong chip bộ nhớ DRAM

Lời bạt

Rất tiếc, không thể tìm thấy số lượng lớn video về chủ đề sản xuất Flash và RAM, vì vậy bạn sẽ chỉ hài lòng với việc lắp ráp ổ USB Flash:

Băng cacbon để dán các mẫu đang nghiên cứu. Tôi nghĩ băng thông thường trông tương tự.

Bộ nhớ flash là một loại bộ nhớ lâu dài dành cho máy tính trong đó nội dung có thể được lập trình lại hoặc xóa bằng điện. So với Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình xóa được bằng điện, các thao tác trên nó có thể được thực hiện trong các khối nằm trong Những nơi khác nhau. Bộ nhớ flash có giá thấp hơn nhiều so với EEPROM, đó là lý do tại sao nó trở thành công nghệ thống trị. Đặc biệt trong những tình huống cần lưu trữ dữ liệu ổn định và lâu dài. Việc sử dụng nó được cho phép trong nhiều trường hợp: trong máy nghe nhạc kỹ thuật số, máy ảnh và máy quay video, điện thoại di động và điện thoại thông minh có ứng dụng Android đặc biệt dành cho thẻ nhớ. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong ổ flash USB, theo truyền thống được sử dụng để lưu thông tin và truyền thông tin giữa các máy tính. Nó đã đạt được một số danh tiếng trong thế giới game thủ, nơi nó thường được sử dụng để lưu trữ dữ liệu tiến trình trò chơi.

mô tả chung

Bộ nhớ flash là loại có khả năng lưu trữ thông tin trên bo mạch của nó trong thời gian dài mà không cần sử dụng nguồn điện. Ngoài ra, có thể ghi nhận tốc độ cao nhất truy cập dữ liệu cũng như khả năng chống sốc động tốt hơn so với ổ cứng. Chính nhờ những đặc điểm này mà nó đã trở nên rất phổ biến đối với các thiết bị chạy bằng pin và pin sạc. Một ưu điểm không thể phủ nhận khác là khi bộ nhớ flash được nén vào thẻ rắn, gần như không thể phá hủy nó bằng bất kỳ phương tiện vật lý tiêu chuẩn nào nên nó có thể chịu được nước sôi và áp suất cao.

Truy cập dữ liệu cấp thấp

Cách truy cập dữ liệu trong bộ nhớ flash rất khác so với cách được sử dụng cho loài phổ biến. Quyền truy cập cấp thấp được cung cấp thông qua trình điều khiển. RAM thông thường đáp ứng ngay lập tức các lệnh gọi đọc và ghi thông tin, trả về kết quả của các hoạt động đó, nhưng thiết kế của bộ nhớ flash khiến cần có thời gian để suy nghĩ về nó.

Thiết kế và nguyên lý hoạt động

Hiện tại, bộ nhớ flash rất phổ biến, được tạo ra trên các phần tử bóng bán dẫn đơn có cổng "nổi". Nhờ đó có thể cung cấp mật độ lưu trữ dữ liệu lớn hơn so với RAM động, đòi hỏi một cặp bóng bán dẫn và một phần tử tụ điện. Hiện tại, thị trường có rất nhiều công nghệ khác nhau để xây dựng các phần tử cơ bản cho loại phương tiện này, được phát triển bởi các nhà sản xuất hàng đầu. Chúng được phân biệt bởi số lớp, phương pháp ghi và xóa thông tin, cũng như cách tổ chức cấu trúc, thường được chỉ định trong tên.

Hiện nay có một số loại chip phổ biến nhất: NOR và NAND. Trong cả hai, các bóng bán dẫn lưu trữ được kết nối với các bus bit - tương ứng là song song và nối tiếp. Loại đầu tiên có kích thước ô khá lớn và cho phép truy cập ngẫu nhiên nhanh, cho phép các chương trình được thực thi trực tiếp từ bộ nhớ. Thứ hai được đặc trưng bởi kích thước tế bào nhỏ hơn, cũng như tốc độ nhanh truy cập tuần tự, điều này thuận tiện hơn nhiều khi cần xây dựng các thiết bị dạng khối nơi sẽ lưu trữ lượng lớn thông tin.

Hầu hết các thiết bị di động ổ đĩa thể rắn sử dụng loại bộ nhớ NOR. Tuy nhiên, các thiết bị có giao diện USB ngày càng trở nên phổ biến. Họ sử dụng bộ nhớ NAND. Dần dần nó thay thế cái đầu tiên.

Vấn đề chính là sự mong manh

Những mẫu ổ flash đầu tiên được sản xuất hàng loạt không làm hài lòng người dùng vì tốc độ cao. Tuy nhiên, hiện nay tốc độ ghi và đọc thông tin đã ở mức bạn có thể xem một bộ phim dài hoặc chạy trên máy tính. hệ điều hành. Một số nhà sản xuất đã trình diễn những chiếc máy có thể thay thế ổ cứng bằng bộ nhớ flash. Nhưng công nghệ này có một nhược điểm rất đáng kể, nó trở thành trở ngại cho việc thay thế các đĩa từ hiện có bằng phương tiện này. Do tính chất của thiết bị bộ nhớ flash, nó cho phép bạn xóa và ghi thông tin số lượng giới hạn chu kỳ, có thể đạt được ngay cả đối với các thiết bị nhỏ và di động, chưa kể tần suất thực hiện trên máy tính. Nếu bạn sử dụng loại phương tiện này làm ổ cứng thể rắn trên PC thì tình huống nghiêm trọng sẽ đến rất nhanh.

Điều này là do một ổ đĩa như vậy được xây dựng dựa trên đặc tính của các bóng bán dẫn hiệu ứng trường để lưu trữ trong một cổng "nổi", sự vắng mặt hoặc hiện diện của cổng này trong bóng bán dẫn được coi là logic một hoặc 0 ở dạng nhị phân. Việc xóa dữ liệu trong bộ nhớ NAND được thực hiện bằng cách sử dụng các electron xuyên hầm bằng phương pháp Fowler-Nordheim với sự tham gia của chất điện môi. Điều này không yêu cầu những gì cho phép bạn tạo các ô có kích thước tối thiểu. Nhưng chính quá trình này sẽ dẫn đến các tế bào, vì dòng điện trong trường hợp này buộc các electron xuyên qua cổng, vượt qua hàng rào điện môi. Tuy nhiên, thời hạn sử dụng được đảm bảo của bộ nhớ đó là mười năm. Sự hao mòn của vi mạch xảy ra không phải do đọc thông tin mà do các thao tác xóa và ghi nó, vì việc đọc không yêu cầu thay đổi cấu trúc của tế bào mà chỉ truyền một dòng điện.

Đương nhiên, các nhà sản xuất bộ nhớ đang tích cực làm việc để tăng tuổi thọ của ổ đĩa thể rắn loại này: họ đang cố gắng đảm bảo tính đồng nhất của quá trình ghi/xóa trên các ô của mảng, để một số không bị hao mòn nhiều hơn những ô khác. Để phân phối tải đồng đều, đường dẫn phần mềm chủ yếu được sử dụng. Ví dụ, để loại bỏ hiện tượng này, công nghệ “cân bằng hao mòn” được sử dụng. Trong trường hợp này, dữ liệu thường xuyên bị thay đổi sẽ được chuyển đến không gian địa chỉ của bộ nhớ flash, do đó việc ghi được thực hiện ở các địa chỉ vật lý khác nhau. Mỗi bộ điều khiển được trang bị thuật toán căn chỉnh riêng nên rất khó so sánh hiệu quả của các mô hình khác nhau vì chi tiết triển khai không được tiết lộ. Vì dung lượng ổ đĩa flash ngày càng lớn hơn nên cần phải sử dụng ngày càng nhiều thuật toán hiệu quảđảm bảo cho các thiết bị hoạt động ổn định.

Xử lý sự cố

Một trong những cách rất hiệu quả để chống lại hiện tượng này là dự trữ một lượng bộ nhớ nhất định, đảm bảo tính đồng nhất của tải và sửa lỗi thông qua các thuật toán chuyển hướng logic đặc biệt để thay thế các khối vật lý phát sinh trong quá trình làm việc chuyên sâu bằng ổ đĩa flash. Và để tránh mất thông tin, các ô bị lỗi sẽ bị chặn hoặc thay thế bằng các ô dự phòng. Việc phân phối các khối bằng phần mềm này giúp đảm bảo tính đồng nhất của tải, tăng số chu kỳ lên 3-5 lần, nhưng điều này là chưa đủ.

Và các loại ổ đĩa tương tự khác có đặc điểm là một bảng có hệ thống tệp được nhập vào vùng dịch vụ của chúng. Nó ngăn ngừa lỗi đọc thông tin ở mức logic, ví dụ, trong trường hợp tắt máy không chính xác hoặc gián đoạn đột ngột trong việc cung cấp năng lượng điện. Và vì hệ thống không cung cấp bộ nhớ đệm khi sử dụng thiết bị di động nên việc ghi lại thường xuyên có ảnh hưởng bất lợi nhất đến bảng phân bổ tệp và mục lục thư mục. Và ngay cả những chương trình đặc biệt dành cho thẻ nhớ cũng không thể giúp ích gì trong tình huống này. Ví dụ: trong yêu cầu một lần, người dùng đã ghi đè hàng nghìn tệp. Và có vẻ như tôi chỉ sử dụng các khối nơi chúng được đặt để ghi một lần. Nhưng các khu vực dịch vụ được viết lại với mỗi bản cập nhật của bất kỳ tệp nào, nghĩa là các bảng phân bổ đã thực hiện quy trình này hàng nghìn lần. Vì lý do này, các khối chứa dữ liệu này sẽ bị lỗi trước tiên. Công nghệ cân bằng hao mòn cũng hoạt động với các khối như vậy, nhưng hiệu quả của nó rất hạn chế. Và bất kể bạn sử dụng loại máy tính nào, ổ đĩa flash sẽ bị lỗi chính xác như người tạo đã dự định.

Điều đáng chú ý là việc tăng công suất của vi mạch thiết bị tương tự chỉ dẫn đến việc giảm tổng số chu kỳ ghi khi các ô ngày càng nhỏ hơn, đòi hỏi ít điện áp hơn để tiêu tán các phân vùng oxit cô lập cổng nổi. Và ở đây, tình hình là với việc tăng dung lượng của các thiết bị được sử dụng, vấn đề về độ tin cậy của chúng ngày càng trở nên trầm trọng hơn và loại thẻ nhớ giờ đây phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Độ tin cậy của giải pháp như vậy được xác định bởi các tính năng kỹ thuật của nó, cũng như tình hình thị trường hiện tại. Do cạnh tranh khốc liệt, các nhà sản xuất buộc phải giảm chi phí sản xuất bằng mọi cách. Bao gồm do thiết kế đơn giản hóa, việc sử dụng các thành phần từ bộ rẻ hơn, làm suy yếu khả năng kiểm soát sản xuất và các phương pháp khác. Ví dụ: thẻ nhớ Samsung sẽ có giá cao hơn so với các loại thẻ tương tự ít được biết đến hơn, nhưng độ tin cậy của nó đặt ra ít câu hỏi hơn nhiều. Nhưng ngay cả ở đây cũng khó nói về sự vắng mặt hoàn toàn vấn đề và thật khó để mong đợi gì hơn từ các thiết bị từ các nhà sản xuất hoàn toàn không rõ tên tuổi.

Triển vọng phát triển

Mặc dù có những ưu điểm rõ ràng nhưng cũng có một số nhược điểm đặc trưng khiến thẻ nhớ SD không thể sử dụng được. mở rộng hơn nữa các lĩnh vực ứng dụng của nó. Đó là lý do tại sao luôn có sự tìm kiếm các giải pháp thay thế trong lĩnh vực này. Tất nhiên, trước hết họ cố gắng cải thiện các loại hiện có bộ nhớ flash, điều này sẽ không dẫn đến bất kỳ thay đổi cơ bản nào trong quy trình sản xuất hiện có. Vì vậy, không còn nghi ngờ gì nữa chỉ có một điều: các công ty sản xuất loại ổ đĩa này sẽ cố gắng phát huy hết tiềm năng trước khi chuyển sang loại khác, tiếp tục cải tiến công nghệ truyền thống. Ví dụ: thẻ nhớ Sony hiện có sẵn với nhiều loại dung lượng nên người ta cho rằng nó sẽ tiếp tục được bán hết.

Tuy nhiên, ngày nay, trước ngưỡng cửa triển khai công nghiệp, có rất nhiều công nghệ để lưu trữ dữ liệu thay thế, một số trong đó có thể được triển khai ngay khi tình hình thị trường thuận lợi bắt đầu.

RAM sắt điện (FRAM)

Công nghệ RAM sắt điện (FRAM) được đề xuất nhằm tăng công suất bộ nhớ không bay hơi. Người ta thường chấp nhận rằng cơ chế hoạt động của các công nghệ hiện có, bao gồm việc ghi lại dữ liệu trong quá trình đọc với tất cả các sửa đổi của các thành phần cơ bản, dẫn đến hạn chế nhất định về tiềm năng tốc độ của thiết bị. Và FRAM là bộ nhớ có đặc điểm là đơn giản, độ tin cậy cao và tốc độ hoạt động. Các thuộc tính này hiện là đặc trưng của DRAM - bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên không thay đổi hiện đang tồn tại. Nhưng ở đây chúng tôi cũng sẽ bổ sung thêm khả năng lưu trữ dữ liệu lâu dài, được đặc trưng bởi Một trong những ưu điểm công nghệ tương tự chống lại các loại khác nhau bức xạ xuyên thấu, có thể được yêu cầu trong thiết bị đặc biệt, được sử dụng để hoạt động trong điều kiện phóng xạ tăng cao hoặc trong thám hiểm không gian. Cơ chế lưu trữ thông tin ở đây được thực hiện thông qua việc sử dụng hiệu ứng sắt điện. Nó ngụ ý rằng vật liệu có thể duy trì sự phân cực khi không có điện trường bên ngoài. Mỗi ô nhớ FRAM được hình thành bằng cách kẹp một màng vật liệu sắt điện siêu mỏng ở dạng tinh thể giữa một cặp điện cực kim loại phẳng, tạo thành một tụ điện. Dữ liệu trong trường hợp này được lưu trữ bên trong cấu trúc tinh thể. Và điều này ngăn ngừa hiện tượng rò rỉ điện tích gây mất thông tin. Dữ liệu trong bộ nhớ FRAM được giữ lại ngay cả khi tắt nguồn điện.

RAM từ tính (MRAM)

Một loại bộ nhớ khác được cho là rất có triển vọng hiện nay là MRAM. Nó được đặc trưng bởi hiệu suất tốc độ khá cao và độc lập về năng lượng. V. trong trường hợp nàyđóng vai trò như một màng từ tính mỏng được đặt trên đế silicon. MRAM là bộ nhớ tĩnh. Nó không cần phải viết lại định kỳ và thông tin sẽ không bị mất khi tắt nguồn. Hiện tại, hầu hết các chuyên gia đều đồng ý rằng loại bộ nhớ này có thể được gọi là công nghệ thế hệ tiếp theo, vì nguyên mẫu hiện tại cho thấy hiệu suất tốc độ khá cao. Một ưu điểm khác của giải pháp này là giá thấp khoai tây chiên. Bộ nhớ flash được sản xuất bằng quy trình CMOS chuyên dụng. Và chip MRAM có thể được sản xuất bằng quy trình sản xuất tiêu chuẩn. Hơn nữa, các vật liệu này có thể là những vật liệu được sử dụng trong các phương tiện từ tính thông thường. Việc sản xuất số lượng lớn vi mạch như vậy sẽ rẻ hơn nhiều so với tất cả những loại vi mạch khác. Tài sản quan trọng Bộ nhớ MRAM là tức thời. Và điều này đặc biệt có giá trị đối với các thiết bị di động. Thật vậy, ở loại này, giá trị của ô được xác định bởi điện tích từ chứ không phải bởi điện tích như trong bộ nhớ flash truyền thống.

Bộ nhớ hợp nhất buồng trứng (OUM)

Một loại bộ nhớ khác mà nhiều công ty đang tích cực nghiên cứu là ổ cứng thể rắn dựa trên chất bán dẫn vô định hình. Nó dựa trên công nghệ chuyển pha, tương tự như nguyên lý ghi trên đĩa thông thường. Ở đây trạng thái pha của một chất trong điện trường thay đổi từ tinh thể sang vô định hình. Và sự thay đổi này vẫn tồn tại ngay cả khi không có căng thẳng. Các thiết bị như vậy khác với các đĩa quang truyền thống ở chỗ hiện tượng nóng lên xảy ra do hoạt động dòng điện, không phải tia laser. Việc đọc trong trường hợp này được thực hiện do sự khác biệt về độ phản xạ của chất ở các trạng thái khác nhau, được cảm biến ổ đĩa cảm nhận được. Về mặt lý thuyết, giải pháp như vậy có mật độ lưu trữ dữ liệu cao và độ tin cậy tối đa, cũng như tăng hiệu suất. Ở đây, số chu kỳ ghi lại tối đa là cao, trong đó máy tính được sử dụng, ổ đĩa flash trong trường hợp này bị tụt lại phía sau vài bậc độ lớn.

RAM Chalcogenide (CRAM) và Bộ nhớ thay đổi pha (PRAM)

Công nghệ này cũng dựa trên sự chuyển pha, khi ở một pha, chất được sử dụng trong chất mang hoạt động như một vật liệu vô định hình không dẫn điện, và trong pha thứ hai, nó đóng vai trò là chất dẫn tinh thể. Sự chuyển đổi của ô nhớ từ trạng thái này sang trạng thái khác được thực hiện nhờ điện trường và nhiệt độ. Những con chip như vậy được đặc trưng bởi khả năng chống bức xạ ion hóa.

Thẻ in nhiều lớp thông tin (Info-MICA)

Hoạt động của các thiết bị được chế tạo trên cơ sở công nghệ này được thực hiện theo nguyên tắc chụp ảnh ba chiều màng mỏng. Thông tin được ghi lại như sau: đầu tiên, hình ảnh hai chiều được hình thành và chuyển sang ảnh ba chiều bằng công nghệ CGH. Dữ liệu được đọc bằng cách cố định chùm tia laser vào cạnh của một trong các lớp được ghi, đóng vai trò là ống dẫn sóng quang. Ánh sáng truyền dọc theo một trục song song với mặt phẳng của lớp, tạo thành hình ảnh đầu ra tương ứng với thông tin được ghi trước đó. Dữ liệu ban đầu có thể được lấy bất cứ lúc nào nhờ thuật toán mã hóa ngược.

Loại bộ nhớ này được so sánh thuận lợi với bộ nhớ bán dẫn do nó cung cấp mật độ ghi cao, mức tiêu thụ điện năng thấp cũng như chi phí phương tiện lưu trữ thấp, an toàn môi trường và bảo vệ khỏi việc sử dụng trái phép. Nhưng thẻ nhớ như vậy không cho phép ghi lại thông tin, vì vậy nó chỉ có thể đóng vai trò lưu trữ lâu dài, thay thế cho phương tiện giấy hoặc thay thế cho đĩa quang để phân phối nội dung đa phương tiện.

Bộ nhớ flash là một loại bộ nhớ ghi lại không bay hơi bán dẫn ở trạng thái rắn.

Nó có thể được đọc bao nhiêu lần tùy thích, nhưng nó chỉ có thể được ghi vào bộ nhớ đó trong một số lần giới hạn (tối đa - khoảng một triệu chu kỳ). Bộ nhớ flash rất phổ biến và có thể chịu được khoảng 100 nghìn chu kỳ ghi lại - nhiều hơn mức mà một đĩa mềm hoặc CD-RW có thể chịu được.

Không chứa các bộ phận chuyển động nên không giống như ổ cứng, đáng tin cậy và nhỏ gọn hơn.

Do tính nhỏ gọn, chi phí thấp và tiêu thụ điện năng thấp nên bộ nhớ flash được sử dụng rộng rãi trong thiết bị cầm tay, hoạt động bằng pin và ắc quy - máy ảnh kỹ thuật số và máy quay video, máy ghi âm kỹ thuật số, Máy nghe nhạc MP3, PDA, điện thoại di động, cũng như điện thoại thông minh và thiết bị liên lạc. Ngoài ra, nó còn được sử dụng để lưu trữ tích hợp phần mềm trong các thiết bị khác nhau (bộ định tuyến, tổng đài mini, máy in, máy quét), các bộ điều khiển khác nhau.

Gần đây, nó cũng đã trở nên phổ biến đèn flash USB chìa khóa thông minh (ổ flash, ổ USB, đĩa USB), thực tế đã thay thế đĩa mềm và CD.

Vào cuối năm 2008, nhược điểm chính khiến các thiết bị dựa trên bộ nhớ flash bị loại khỏi thị trường Đĩa cứng, là tỷ lệ giá/khối lượng cao, vượt quá thông số này đối với ổ cứng gấp 2-3 lần. Về vấn đề này, dung lượng của ổ đĩa flash không quá lớn. Mặc dù công việc theo những hướng này đang được tiến hành. Quy trình công nghệ trở nên rẻ hơn và cạnh tranh ngày càng gay gắt. Nhiều công ty đã công bố phát hành ổ SSD có dung lượng từ 256 GB trở lên.

Một nhược điểm khác của các thiết bị dựa trên bộ nhớ flash so với ổ cứng là tốc độ thấp hơn. Mặc dù thực tế là các nhà sản xuất ổ SSD đảm bảo rằng tốc độ của các thiết bị này cao hơn tốc độ của ổ cứng, nhưng thực tế nó lại thấp hơn đáng kể. Tất nhiên, ổ SSD không tốn thời gian như ổ cứng cho việc ép xung, định vị đầu, v.v. Nhưng thời gian cần thiết để đọc và thậm chí nhiều hơn để ghi, các ô nhớ flash được sử dụng trong SSD hiện đạiổ đĩa, nhiều hơn nữa. Điều này dẫn đến hiệu suất tổng thể giảm đáng kể. Công bằng mà nói, cần lưu ý rằng mẫu mã mới nhấtỔ SSD vốn đã rất gần với ổ cứng ở thông số này. Tuy nhiên, những mô hình này vẫn còn quá đắt.

Vào tháng 2 năm 2009, việc phân phối ổ flash USB có dung lượng 512Gb đã bắt đầu. Mô hình nàyđã được bán ở Moscow. Chi phí ước tính của một mô hình như vậy cho người tiêu dùng cuối cùng được lên kế hoạch là khoảng 250 USD, điều này khiến một ổ đĩa flash như vậy trở thành một đối thủ cạnh tranh rõ ràng. ổ cứng gắn ngoài. Ổ flash có kích thước nhỏ gọn, giao tiếp USB 2.0, tốc độ đọc 11MB/giây. và 10MB/giây. để ghi âm. Nội dung [xóa]

Nguyên lý hoạt động

Lập trình bộ nhớ flash

Xóa bộ nhớ flash

Bộ nhớ flash lưu trữ thông tin trong một mảng bóng bán dẫn cổng nổi được gọi là ô. Trong các thiết bị truyền thống có ô cấp đơn (ô cấp đơn tiếng Anh, SLC), mỗi ô chỉ có thể lưu trữ một bit. Một số thiết bị tế bào đa cấp (MLC) mới có thể lưu trữ nhiều hơn một bit bằng cách sử dụng các mức điện tích khác nhau trên cổng nổi của bóng bán dẫn.

Loại bộ nhớ flash này dựa trên phần tử NOR vì trong bóng bán dẫn cổng nổi, điện áp thấp ở cổng biểu thị một.

Transistor có hai cổng: điều khiển và thả nổi. Loại thứ hai được cách ly hoàn toàn và có khả năng giữ lại các electron lên đến 10 năm. Tế bào cũng có một cống và một nguồn. Khi lập trình với điện áp, một điện trường được tạo ra ở cổng điều khiển và xảy ra hiệu ứng đường hầm. Một số electron chui qua lớp cách điện và kết thúc ở cổng nổi, nơi chúng sẽ ở lại. Điện tích trên cổng nổi làm thay đổi "chiều rộng" của kênh nguồn thoát nước và độ dẫn điện của nó, được sử dụng để đọc.

Các ô lập trình và đọc có mức tiêu thụ điện năng rất khác nhau: các thiết bị bộ nhớ flash tiêu thụ khá nhiều dòng điện khi ghi, trong khi mức tiêu thụ năng lượng thấp khi đọc.

Để xóa thông tin, một điện áp âm cao được đặt vào cổng điều khiển và các electron từ cổng nổi sẽ di chuyển (đường hầm) đến nguồn.

Trong kiến trúc NOR, mỗi bóng bán dẫn phải được kết nối với một tiếp điểm riêng, điều này làm tăng kích thước của mạch. Vấn đề này được giải quyết bằng kiến trúc NAND.

Loại NAND dựa trên phần tử NAND. Nguyên lý hoạt động là như nhau, nó khác với loại NOR chỉ ở vị trí của các ô và các điểm tiếp xúc của chúng. Do đó, không còn cần thiết phải cung cấp một điểm tiếp xúc riêng lẻ cho từng ô, do đó kích thước và giá thành của chip NAND có thể giảm đáng kể. Ngoài ra, ghi và xóa nhanh hơn. Tuy nhiên, kiến trúc này không cho phép truy cập vào một ô tùy ý.

Kiến trúc NAND và NOR hiện tồn tại song song và không cạnh tranh với nhau vì chúng được sử dụng trong các lĩnh vực lưu trữ dữ liệu khác nhau.

Câu chuyện

Bộ nhớ flash được Fujio Masuoka phát minh khi ông đang làm việc tại Toshiba vào năm 1984. Cái tên "flash" cũng được đồng nghiệp của Fuji, Shoji Ariizumi đặt ra tại Toshiba, vì quá trình xóa nội dung trong bộ nhớ khiến ông liên tưởng đến đèn flash. Masuoka trình bày thiết kế của mình tại Hội nghị Thiết bị Điện tử Quốc tế IEEE 1984 (IEDM), được tổ chức tại San Francisco, California. Intel nhìn thấy tiềm năng to lớn trong phát minh này và cho ra mắt chip flash NOR thương mại đầu tiên vào năm 1988.

Bộ nhớ flash NAND được Toshiba công bố vào năm 1989 tại Hội nghị Mạch thể rắn Quốc tế. Nó có tốc độ ghi nhanh hơn và diện tích chip nhỏ hơn.

Vào cuối năm 2008, công ty dẫn đầu về sản xuất bộ nhớ flash là Samsung (31% thị trường) và Toshiba (19% thị trường, bao gồm cả các nhà máy chung với Sandisk). (Dữ liệu theo iSupply tính đến Q4"2008). Việc tiêu chuẩn hóa chip nhớ flash NAND được thực hiện bởi Nhóm làm việc về giao diện flash NAND mở (ONFI). Tiêu chuẩn hiện tại là đặc tả ONFI phiên bản 1.0, được phát hành vào ngày 28 tháng 12 năm 2006 Nhóm ONFI được hỗ trợ bởi các đối thủ Samsung và Toshiba trong sản xuất chip NAND: Intel, Hynix và Micron Technology.

Đặc trưng

Một số thiết bị có bộ nhớ flash có thể đạt tốc độ lên tới 100 MB/s. Nói chung, thẻ flash có nhiều tốc độ khác nhau và thường được đánh dấu ở tốc độ của ổ đĩa CD tiêu chuẩn (150 Kb/s). Vì vậy, tốc độ được chỉ định là 100x có nghĩa là 100 H 150 Kb/s = 15.000 Kb/s = 14,65 Mb/s.

Về cơ bản, dung lượng của chip nhớ flash được đo từ kilobyte đến vài gigabyte.

Năm 2005, Toshiba và SanDisk giới thiệu chip NAND 1GB sử dụng công nghệ tế bào đa cấp, trong đó một bóng bán dẫn có thể lưu trữ nhiều bit bằng cách sử dụng các mức điện tích khác nhau trên một cổng nổi.

Vào tháng 9 năm 2006, Samsung giới thiệu chip 8 GB được sản xuất bằng công nghệ xử lý 40 nm. Vào cuối năm 2007, Samsung công bố tạo ra chip nhớ flash NAND MLC (multi-level cell) đầu tiên trên thế giới, được sản xuất bằng công nghệ xử lý 30 nm. Dung lượng chip cũng là 8 GB. Chip nhớ dự kiến sẽ được sản xuất hàng loạt vào năm 2009.

Để tăng âm lượng, các thiết bị thường sử dụng một dãy nhiều chip. Về cơ bản, tính đến giữa năm 2007, các thiết bị USB và thẻ nhớ có dung lượng từ 512 MB đến 64 GB. Dung lượng lớn nhất của thiết bị USB là 1 TB.

Hệ thống tập tin

Điểm yếu chính của bộ nhớ flash là số chu kỳ ghi lại. Tình hình còn trở nên tồi tệ hơn do hệ điều hành thường xuyên ghi dữ liệu vào cùng một vị trí. Ví dụ: bảng hệ thống tệp được cập nhật thường xuyên, do đó, các vùng bộ nhớ đầu tiên sẽ sử dụng hết nguồn cung cấp của chúng sớm hơn nhiều. Phân phối tải có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ của bộ nhớ.

Để giải quyết vấn đề này, các hệ thống tệp đặc biệt đã được tạo: JFFS2 và YAFFS cho GNU/Linux và exFAT cho Microsoft Windows.

Ổ đĩa flash USB và thẻ nhớ, chẳng hạn như SecureDigital và CompactFlash, có bộ điều khiển tích hợp giúp phát hiện và sửa lỗi cũng như cố gắng sử dụng đồng đều tài nguyên ghi lại bộ nhớ flash. Trên các thiết bị như vậy, việc sử dụng một hệ thống tệp đặc biệt là vô nghĩa và để có khả năng tương thích tốt hơn, FAT thông thường được sử dụng.

Ứng dụng

Thẻ flash các loại khác nhau (khớp được hiển thị để ước tính kích thước)

Bộ nhớ flash được biết đến nhiều nhất nhờ việc sử dụng nó trong các ổ flash USB. đèn flash USB lái xe). Loại bộ nhớ chính được sử dụng là NAND, được kết nối qua giao diện USB Khối lượng USB thiết bị lưu trữ (USB MSC). Giao diện này được hỗ trợ bởi tất cả các hệ điều hành hiện đại.

Nhờ vào tốc độ cao Với dung lượng và kích thước nhỏ gọn, ổ flash USB đã thay thế hoàn toàn đĩa mềm trên thị trường. Ví dụ, Dell đã ngừng sản xuất máy tính có ổ đĩa mềm vào năm 2003.

Hiện nay, có rất nhiều loại ổ flash USB được sản xuất với nhiều hình dạng và màu sắc khác nhau. Có những ổ đĩa flash trên thị trường với mã hóa tự động dữ liệu được ghi trên chúng. Công ty Solid Alliance của Nhật Bản thậm chí còn sản xuất ổ đĩa flash dưới dạng thực phẩm.

Có những bản phân phối GNU/Linux đặc biệt và các phiên bản chương trình có thể hoạt động trực tiếp từ ổ USB, chẳng hạn như để sử dụng các ứng dụng của bạn trong quán cà phê Internet.

Công nghệ ReadyBoost Windows Vista có khả năng sử dụng ổ flash USB hoặc bộ nhớ flash đặc biệt được tích hợp trong máy tính để tăng hiệu suất. Bộ nhớ flash cũng là nền tảng cho thẻ nhớ, chẳng hạn như SecureDigital (SD) và Memory Stick, được sử dụng tích cực trong các thiết bị di động (máy ảnh, điện thoại di động). Cùng với các thiết bị lưu trữ USB, bộ nhớ flash chiếm phần lớn thị trường phương tiện lưu trữ di động.

Loại bộ nhớ NOR thường được sử dụng nhiều hơn trong bộ nhớ BIOS và ROM của các thiết bị, chẳng hạn như modem DSL, bộ định tuyến, v.v. Bộ nhớ flash cho phép bạn dễ dàng cập nhật chương trình cơ sở của thiết bị, trong khi tốc độ và dung lượng ghi không quá quan trọng đối với các thiết bị đó .

Khả năng thay thế ổ cứng bằng bộ nhớ flash hiện đang được xem xét tích cực. Do đó, tốc độ bật máy tính sẽ tăng lên và việc không có các bộ phận chuyển động sẽ làm tăng tuổi thọ sử dụng. Ví dụ, trong XO-1, một “máy tính xách tay giá 100 USD” đang được tích cực phát triển cho các nước thuộc thế giới thứ ba, thay vì ổ cứng Bộ nhớ flash 1 GB sẽ được sử dụng. Giới hạn phân phối giá cao trên mỗi GB và thời hạn sử dụng ngắn hơn ổ cứng do số chu kỳ ghi hạn chế.

Các loại thẻ nhớ

Có một số loại thẻ nhớ được sử dụng trong điện thoại di động.

MMC (Thẻ đa phương tiện): thẻ ở định dạng MMC có kích thước nhỏ - 24x32x1,4 mm. Được phát triển bởi SanDisk và Siemens. MMC chứa bộ điều khiển bộ nhớ và có khả năng tương thích cao với nhiều loại thiết bị. Trong hầu hết các trường hợp, thẻ MMC được hỗ trợ bởi các thiết bị có khe cắm SD.
RS-MMC (Thẻ đa phương tiện có kích thước giảm): Thẻ nhớ có chiều dài bằng một nửa thẻ MMC tiêu chuẩn. Kích thước của nó là 24x18x1,4 mm và trọng lượng khoảng 6 g, tất cả các đặc điểm khác không khác với MMC. Để đảm bảo khả năng tương thích với chuẩn MMC khi sử dụng thẻ RS-MMC, cần có bộ chuyển đổi.
DV-RS-MMC (Thẻ đa phương tiện kích thước giảm điện áp kép): Thẻ nhớ DV-RS-MMC có nguồn điện kép (1,8 và 3,3 V) có tính năng giảm mức tiêu thụ điện năng, điều này sẽ cho phép điện thoại di động của bạn hoạt động lâu hơn một chút. Kích thước thẻ giống như RS-MMC, 24x18x1,4 mm.
MMCmicro: thẻ nhớ thu nhỏ dành cho thiết bị di động với kích thước 14x12x1,1 mm. Phải sử dụng bộ chuyển đổi để đảm bảo khả năng tương thích với khe cắm MMC tiêu chuẩn.

Thẻ SD (Thẻ kỹ thuật số an toàn): Được hỗ trợ bởi SanDisk, Panasonic và Toshiba. Tiêu chuẩn SD là sự phát triển hơn nữa của tiêu chuẩn MMC. Về kích thước và đặc điểm, thẻ SD rất giống với MMC, chỉ dày hơn một chút (32x24x2,1 mm). Sự khác biệt chính so với MMC là công nghệ bảo vệ bản quyền: thẻ có tính năng bảo vệ bằng mật mã chống lại việc sao chép trái phép, tăng cường bảo vệ thông tin khỏi bị xóa hoặc phá hủy do vô tình và công tắc bảo vệ ghi cơ học. Mặc dù có sự giống nhau về tiêu chuẩn, thẻ SD không thể được sử dụng trong các thiết bị có khe cắm MMC.
SD (Trans-Flash) và SDHC (Dung lượng cao): Cái gọi là thẻ SD cũ. Trans-Flash và SDHC (Dung lượng cao) mới và các thiết bị đọc của chúng khác nhau về giới hạn dung lượng lưu trữ tối đa, 2GB cho Trans-Flash và 32GB cho Dung lượng cao. Đầu đọc SDHC tương thích ngược với SDTF, nghĩa là thẻ SDTF sẽ được đọc mà không gặp vấn đề gì trong đầu đọc SDHC, nhưng trong thiết bị SDTF, chỉ có 2GB dung lượng SDHC lớn hơn sẽ được nhìn thấy hoặc sẽ không được đọc. Người ta cho rằng định dạng TransFlash sẽ được thay thế hoàn toàn bằng định dạng SDHC. Cả hai định dạng phụ có thể được trình bày ở bất kỳ định dạng vật lý nào trong ba định dạng vật lý. kích cỡ (Tiêu chuẩn, mini và micro).
miniSD (Thẻ kỹ thuật số an toàn mini): Chúng khác với thẻ Kỹ thuật số an toàn tiêu chuẩn ở kích thước nhỏ hơn 21,5x20x1,4 mm. Để đảm bảo thẻ hoạt động trong các thiết bị được trang bị khe cắm SD thông thường, bộ chuyển đổi sẽ được sử dụng.
microSD (Micro Secure Digital Card): hiện tại (2008) là loại nhỏ gọn nhất thiết bị di động bộ nhớ flash (11x15x1mm). Chúng được sử dụng chủ yếu trong điện thoại di động, thiết bị liên lạc, v.v., do tính nhỏ gọn của chúng, chúng có thể mở rộng đáng kể bộ nhớ của thiết bị mà không làm tăng kích thước của thiết bị. Công tắc chống ghi nằm trên bộ chuyển đổi microSD-SD.

MS Duo (Memory Stick Duo): tiêu chuẩn này bộ nhớ được phát triển và hỗ trợ bởi Sony. Vỏ khá bền. Hiện tại đây là điều tuyệt vời nhất kỷ niệm thân yêu trong số tất cả những gì được trình bày. Memory Stick Duo được phát triển trên cơ sở tiêu chuẩn Memory Stick được sử dụng rộng rãi của Sony và được phân biệt bởi kích thước nhỏ (20x31x1,6 mm).