Как прошить флэш-память

Обновлено: 03.07.2024

Флэш-память – это технология хранения данных, основанная на высокоскоростной электрически программируемой памяти. Скорость флэш-памяти получила свое название: она записывает данные и выполняет произвольные операции ввода-вывода во флэш-памяти.

Флэш-память использует тип энергонезависимой памяти, называемой флэш-памятью. Энергонезависимая память не требует питания для поддержания целостности хранимых данных, поэтому даже при отключении питания вы не потеряете свои данные. Другими словами, энергонезависимая память не «забудет» сохраненные данные при выключении диска.

Флэш-память использует ячейки памяти для хранения данных. Ячейки с ранее записанными данными должны быть стерты перед записью новых данных. Флэш-хранилище также может быть нескольких видов: от простых USB-накопителей до корпоративных массивов на основе флэш-памяти.

Твердотельный накопитель и жесткий диск

Поскольку в флэш-накопителе используется технология интегральных схем, это твердотельная технология, то есть в нем нет движущихся частей. Когда флэш-технология используется для хранения корпоративных данных, термин "флеш-накопитель" или "флеш-массив" часто используется как синоним твердотельного накопителя (SSD).

Технология SSD отличается от технологии жестких дисков (HDD) — другого основного типа компьютерных хранилищ, который используется с 1950-х годов. В отличие от твердотельных накопителей, для хранения данных на жестких дисках используются вращающиеся диски, двигатели и головки чтения/записи, использующие магнетизм для хранения данных на вращающемся диске.

Flash Storage в центре обработки данных

Флэш-хранилище предлагает уникальные преимущества для предприятий, которые борются с быстрорастущими объемами данных и медленным и непредсказуемым доступом к данным. По мере того, как решения для хранения данных на флэш-дисках становятся все более доступными по сравнению с вращающимися дисками, предприятия теперь могут реализовать преимущества флэш-памяти в любом масштабе, в том числе:

Ускоренная работа приложений. Часто это первое преимущество, о котором думают люди, когда думают о вспышке. Обладая в 20 раз большей производительностью по сравнению с технологией жестких дисков, флэш-память может ускорить стандартные корпоративные приложения, такие как Oracle Database, MS-SQL, SAP и VDI, а также аналитику больших данных, например базы данных Hadoop и NoSQL. Скорость флэш-памяти позволяет клиентам получать доступ к информации быстрее и эффективнее. Это позволяет ИТ-персоналу больше сосредоточиться на стратегических бизнес-целях, а не на незапланированных противопожарных учениях. И это позволяет бизнесу извлекать выгоду из новых возможностей, результатов и рынков с повышенной производительностью и более быстрым выходом на рынок.
Улучшение экономичности центра обработки данных. С развитием технологий флэш-памяти высокой плотности современные решения для хранения данных на основе флэш-памяти обеспечивают более высокую производительность и большую емкость, занимая небольшую часть площади центра обработки данных. Поскольку их объемы данных продолжают расти, предприятия со временем могут значительно сократить расходы за счет упрощения управления и сокращения затрат на пространство, электроэнергию и охлаждение.
Перспективная инфраструктура. Модернизация вашего центра обработки данных с помощью флэш-памяти — важный этап цифровой трансформации, но важно выбрать флэш-систему, которая поддерживает меняющиеся потребности бизнеса. Не все флеш-решения одинаковы. Системы All-Flash, обеспечивающие горизонтальное масштабирование без прерывания работы, позволяют начать с малого и постепенно расширяться. Флэш-хранилище с поддержкой NVMe также может помочь защитить вашу инфраструктуру от новых технологий в будущем и исключить дорогостоящие и разрушительные обновления вилочного погрузчика. Если ваша ИТ-стратегия требует потенциального облачного элемента в будущем, флэш-система, поддерживающая интеграцию с облаком, обеспечит вам максимальную гибкость в будущем.

Благодаря самой интегрированной в облачную среду системе хранения данных на флэш-дисках и наибольшей гибкости для поддержки новых технологий флэш-памяти NetApp позволяет вам легко использовать преимущества инноваций в области флэш-памяти, не нарушая работу вашего бизнеса.

Будущее флэш-накопителей

Исторически твердотельные накопители разрабатывались с учетом того же интерфейса ввода-вывода, что и жесткий диск (HDD), например интерфейсов SATA и SAS, для подключения к главному компьютеру. Хотя большинство твердотельных накопителей сегодня используют флэш-память на основе 3D TLC NAND, быстрое развитие технологий энергонезависимой памяти Express (NVMe), NVMe over Fabrics (NVMe-oF) и памяти класса хранения (SCM) открывает огромный потенциал в центрах обработки данных. .

NVMe – это интерфейсный протокол для доступа к флэш-накопителям через шину PCI Express (PCIe). В отличие от традиционных архитектур all-flash, которые ограничены одной последовательной очередью команд, NVMe поддерживает десятки тысяч параллельных очередей, каждая из которых способна поддерживать десятки тысяч параллельных команд.

NVMe-oF — это интерфейс на стороне хоста для систем хранения, который расширяет многие из соответствующих возможностей NVMe за счет удаленного прямого доступа к памяти (RDMA) или структуры Fibre Channel. С помощью NVMe-oF можно масштабировать до большого количества устройств NVMe даже на расстоянии.

SCM, также известная как энергонезависимая память (PMEM), представляет собой новый тип мультимедийной технологии, которая стирает грань между памятью и хранилищем, поскольку может использоваться в обоих случаях.Примеры SCM включают 3D XPoint от Intel и носитель Z-NAND от Samsung.

При широком развертывании NVMe и NVMe-oF, особенно в сочетании с SCM, могут значительно ускорить работу приложений нового поколения, обеспечив в 10 раз более низкую задержку и максимальное количество операций ввода-вывода в секунду.

NetApp первой выпустила на рынок твердотельные накопители емкостью 15 ТБ на основе технологии 3D NAND. В настоящее время компания возглавляет будущее флэш-памяти благодаря эффективному видению интеграции новых систем хранения данных на основе флэш-памяти на основе NVMe, NVMe-oF и SCM в существующую инфраструктуру без прерывания работы.

поиск меню

Урок 11. Работа с флешками

Что такое флешка?

Флэш-накопитель – это небольшой съемный жесткий диск, который подключается к USB-порту вашего компьютера. Вы можете купить флешку менее чем за 20 долларов практически в любом розничном магазине с отделом электроники и даже в некоторых продуктовых магазинах и аптеках. Флэш-накопители — это удобный способ взять с собой файлы и открыть их на другом компьютере. Вы также можете использовать флэш-накопитель для резервного копирования важных документов и других файлов. В этом уроке мы покажем вам, как использовать флешку с компьютером.

Чтобы подключить флешку:

Вставьте флэш-накопитель в порт USB на компьютере. Вы должны найти USB-порт на передней, задней или боковой панели компьютера (расположение может различаться в зависимости от того, настольный у вас компьютер или ноутбук).
В зависимости от того, как настроен ваш компьютер, может появиться диалоговое окно. Если да, выберите Открыть папку для просмотра файлов.

< бр />

Работа с флешкой:

Подключив флешку, вы можете работать с ней так же, как и с любой другой папкой на вашем компьютере, в том числе перемещать и удалять файлы.

< /p>

Чтобы безопасно извлечь флешку:

Когда вы закончите использовать флэш-накопитель, не извлекайте его из USB-порта! Вам нужно будет правильно отключить его, чтобы не повредить файлы на диске.

Мы храним и передаем на наши компьютеры все типы файлов: цифровые фотографии, музыкальные файлы, текстовые документы, PDF-файлы и множество других форм мультимедиа. Но иногда жесткий диск вашего компьютера находится не совсем там, где вам нужна информация. Если вы хотите делать резервные копии файлов, хранящихся вне вашей системы, или если вы беспокоитесь о своей безопасности, портативные устройства хранения данных, использующие тип электронной памяти, называемой флэш-памятью, могут быть правильным решением.

Электронная память представлена в различных формах и служит для самых разных целей. Флэш-память используется для простого и быстрого хранения информации в компьютерах, цифровых камерах и домашних игровых консолях. Он используется больше как жесткий диск, чем как оперативная память. На самом деле флэш-память известна как твердотельное запоминающее устройство, что означает отсутствие движущихся частей — все электронное, а не механическое.

Вот несколько примеров флэш-памяти:

Микросхема BIOS вашего компьютера
CompactFlash (чаще всего используется в цифровых камерах)
SmartMedia (чаще всего используется в цифровых камерах)
Memory Stick (чаще всего используется в цифровых камерах)
Карты памяти PCMCIA Type I и Type II (используемые в качестве твердотельных дисков в ноутбуках)
Карты памяти для игровых консолей

Флэш-память – это разновидность микросхемы EEPROM, которая расшифровывается как Electronicly Erasable Programmable Read Only Memory. Он представляет собой сетку из столбцов и строк с ячейкой с двумя транзисторами на каждом пересечении (см. изображение ниже).

Два транзистора отделены друг от друга тонким оксидным слоем. Один из транзисторов называется плавающим затвором, а другой — управляющим затвором. Единственная связь плавающих ворот со строкой или строкой слов проходит через управляющие ворота. Пока эта связь существует, ячейка имеет значение 1. Чтобы изменить значение на 0, требуется любопытный процесс, называемый туннелированием Фаулера-Нордхейма.

В этой статье мы узнаем, как работает флэш-память, и рассмотрим некоторые формы, которые она принимает, и типы устройств, в которых она используется. Далее мы поговорим подробнее о туннелировании.

Флэш-память: туннелирование и стирание

Туннелирование используется для изменения положения электронов в плавающем затворе. На плавающие затворы подается электрический заряд, обычно от 10 до 13 вольт. Заряд поступает от столбца или битовой линии, входит в плавающие ворота и стекает на землю.

Этот заряд заставляет транзистор с плавающим затвором действовать как электронная пушка. Возбужденные электроны проталкиваются и задерживаются на другой стороне тонкого оксидного слоя, придавая ему отрицательный заряд. Эти отрицательно заряженные электроны действуют как барьер между управляющим затвором и плавающим затвором. Специальное устройство, называемое датчиком ячейки, отслеживает уровень заряда, проходящего через плавающий затвор. Если поток через вентиль выше 50-процентного порога, он имеет значение 1. Когда проходящий заряд падает ниже 50-процентного порога, значение меняется на 0. В пустой EEPROM все вентили полностью открыты, присваивая каждой ячейке значение 1.

Электроны в ячейках чипа флэш-памяти могут быть возвращены в нормальное состояние ("1") приложением электрического поля, заряда более высокого напряжения. Флэш-память использует внутрисхемную проводку для приложения электрического поля либо ко всей микросхеме, либо к заранее определенным частям, известным как блоки. Это стирает целевую область чипа, которую затем можно перезаписать. Флэш-память работает намного быстрее, чем традиционные EEPROM, потому что вместо того, чтобы стирать по одному байту, она стирает блок или всю микросхему, а затем перезаписывает ее.

Вы можете подумать, что в вашем автомобильном радио есть флэш-память, поскольку вы можете запрограммировать предустановки, и радио их запомнит. Но на самом деле он использует флэш-память. Разница в том, что флэш-память должна иметь некоторую мощность для поддержания своего содержимого, в то время как флэш-память будет поддерживать свои данные без какого-либо внешнего источника питания. Несмотря на то, что вы выключили питание, автомобильный радиоприемник потребляет небольшой ток для сохранения данных во флэш-памяти. Вот почему радио потеряет свои настройки, если у вас разрядится автомобильный аккумулятор или отсоединится провод.

Как работает память компьютера
Как работает оперативная память
Как работает виртуальная память
Как работает ПЗУ
Как работает съемный накопитель
Как работает BIOS

Съемные карты флэш-памяти

Есть несколько причин использовать флэш-память вместо жесткого диска:

В нем нет движущихся частей, поэтому он бесшумный.
Это обеспечивает более быстрый доступ.
Он меньше по размеру и легче.

Так почему бы нам просто не использовать флэш-память для всего? Потому что стоимость одного мегабайта для жесткого диска значительно дешевле, а емкость существенно больше.

Твердотельная карта для гибких дисков (SSFDC), более известная как SmartMedia, изначально была разработана Toshiba. Карты SmartMedia доступны емкостью от 2 МБ до 128 МБ. Сама карта довольно маленькая, примерно 45 мм в длину, 37 мм в ширину и менее 1 мм в толщину.

Как показано ниже, карты SmartMedia чрезвычайно просты. Плоский электрод соединен с микросхемой флэш-памяти соединительными проводами. Микросхема флэш-памяти, плоский электрод и соединительные провода встроены в смолу с использованием технологии, называемой методом литья под давлением (OMTP). Это позволяет интегрировать все в один корпус без необходимости пайки.

Модуль OMTP приклеивается к базовой карте для создания фактической карты. Электропитание и данные передаются электродом на микросхему флэш-памяти, когда карта вставлена в устройство. Скошенный угол указывает на требования к питанию карты SmartMedia. Глядя на карту электродом вверх, если выемка находится с левой стороны, карте требуется 5 вольт. Если выемка находится с правой стороны, требуется 3,3 В.

Карты SmartMedia стирают, записывают и считывают память небольшими блоками (с шагом 256 или 512 байт). Такой подход означает, что они способны работать быстро и надежно, позволяя вам указать, какие данные вы хотите сохранить. Они менее надежны, чем другие формы съемных твердотельных хранилищ, поэтому вы должны быть очень осторожны при обращении с ними и их хранении. Из-за новых карт меньшего размера с большей емкостью памяти, таких как карты xD-Picture и карты Secure Digital, Toshiba фактически прекратила производство карт SmartMedia, поэтому их теперь трудно найти.

Карты CompactFlash были разработаны Sandisk в 1994 году и отличаются от карт SmartMedia двумя важными аспектами:

Они толще.
Они используют микросхему контроллера.

CompactFlash состоит из небольшой печатной платы с микросхемами флэш-памяти и специальной микросхемы контроллера, заключенных в прочный корпус, который толще карты SmartMedia. Карты CompactFlash имеют ширину 43 мм и длину 36 мм и бывают двух толщин: карты типа I имеют толщину 3,3 мм, а карты типа II имеют толщину 5,5 мм.

Карты CompactFlash поддерживают двойное напряжение и могут работать при напряжении 3,3 В или 5 В.

Увеличенная толщина карты обеспечивает больший объем памяти, чем карты SmartMedia. Размеры CompactFlash варьируются от 8 МБ до 100 ГБ. Встроенный контроллер может повысить производительность, особенно в устройствах с медленными процессорами. Корпус и микросхема контроллера увеличивают размер, вес и сложность карты CompactFlash по сравнению с картой SmartMedia.

Флэш-память можно использовать для хранения данных, которые вы хотите сохранить при включении питания PIC32.

Программная флэш-память разделена на 128 страниц по 4 КБ каждая. Каждая страница разделена на восемь строк, каждая из которых состоит из 128 четырехбайтовых слов.

Flash можно стирать только постранично, установив все биты в единицы. Запись может только преобразовывать единицы в нули, но не нули в единицы. Запись может выполняться только в одно четырехбайтовое слово или сразу во всю строку.

Flash имеет ограниченный срок службы, поэтому следует свести к минимуму количество операций записи и стирания.

Фонд

2.2.2 Пример флэш-памяти USB

Флэш-память USB — это просто устройство хранения данных, содержащее энергонезависимую флэш-память и встроенный интерфейс USB. Что касается промежуточного программного обеспечения, некоторые из ключевых особенностей флэш-памяти USB включают в себя:

Емкость. Размер флэш-памяти USB.

Поддержка операционной системы (драйвера устройства). Какие дистрибутивы операционных систем включают драйверы устройств для флэш-памяти USB. Если операционной системы встроенной системы нет в этом списке, необходимо будет создать/перенести и интегрировать драйвер устройства.

Отформатировано. Поставляется ли флэш-память USB предварительно отформатированной, например, для поддержки определенной файловой системы. При необходимости флэш-память USB может потребоваться стереть и перепрограммировать для поддержки определенного промежуточного программного обеспечения.

Размер сектора. Наименьший блок Flash, который можно стереть и/или запрограммировать. Читатель также должен отметить, есть ли какие-либо ограничения при чтении Flash.

Флэш-память USB также может называться другими именами в этой области, например, флэш-память USB ключи, флэш-память USB диски, флэш-память USB Флешки и флэш-память USB флеш-накопители, и это лишь некоторые из них. Если это флэш-память с возможностью горячей замены в порт USB, то она подпадает под эту категорию оборудования флэш-памяти USB.

Как показано на рис. 2.7a, флэш-память USB представляет собой небольшую печатную плату (печатную плату), которая заключена в прочный корпус и получает питание через подключение к USB-порту встроенной системы. Стандартный интерфейс USB, который соответствует стандартной спецификации USB, такой как USB 1.1 или USB 2.0, простирается от этого небольшого шасси, что позволяет подключать флешку к порту USB-накопителя на плате, как показано на рис. 2.7b. Это устройство обычно меньше по размеру, чем другие портативные носители данных, и его можно заменять в горячем режиме в USB-порт платы, который имеет поддержку драйвера устройства для определенного типа флэш-памяти USB.

< бр />

Рисунок 2.7а. Флэш-карта памяти BabyUSB USB 8

< бр />

Рисунок 2.7б. Карта флэш-памяти USB и встроенная плата, пример 9

Технические характеристики флэш-памяти USB из реального мира, показанные на рисунках 2.8a и 2.8b, содержат некоторую дополнительную информацию о характеристиках флэш-памяти, которую программистам полезно знать о поддержке типов флэш-памяти (см. выделенные части спецификаций).

< бр />

Рисунок 2.8а. Пример 10 технического описания ручки флэш-памяти USB PSI

< бр />

Рисунок 2.8б. Техническое описание флэш-памяти Corsair, пример 11

Проект сверхкрупномасштабной интеграции

III.B.5 Флэш-память

Флэш-память представляет собой специально организованные EEPROM, занимающие меньшую площадь, чем EEPROM или DRAM, расположенные в других структурах. Следовательно, на данной площади чипа можно недорого производить флэш-память с большей емкостью памяти, чем DRAM. Кроме того, одновременно могут быть стерты от сотен до десятков килобайт данных, в отличие от других типов EEPROM. Но в отличие от других типов EEPROM, адреса которых могут быть выборочно перезаписаны, во флэш-памяти все адреса памяти в одном блоке стираются, а затем каждый адрес памяти в блоке может быть записан отдельно. Это неудобно, потому что даже если мы хотим перезаписать только один адрес, нам придется перезаписывать весь блок.

В настоящее время флэш-память структурирована как минимум четырьмя различными способами с различными функциями. Это тип NOR, тип NAND, тип AND и тип DINOR. Первые два типа получили широкое распространение. Флэш-память типа NOR показана на фиг.15. Если одно слово памяти состоит из 8 бит, у нас есть битовые линии, D₁, D₂, … , Д₈. Все эти линии подключены к стокам MOSFET с плавающими затворами. A₁, A₂, … , A_K — выходы дешифратора адресов памяти, которые подключены к затворам МОП-транзисторов с плавающими затворами и только один из которых имеет высокое напряжение, когда дешифратор активен. Все истоки MOSFET с плавающими затворами подключены к S, что означает исток. Подача соответствующего напряжения на S, D_i и A_j выполняется запись, чтение или стирание. Белые кружки обозначают контактные окна между алюминиевыми трубопроводами и стоками. Флэш-память типа NAND показана на фиг.16. Время чтения во флэш-памяти типа NOR составляет около сотен наносекунд или меньше, что сравнимо с ПЗУ, но быстрее, чем у NAND-типа, хотя ее площадь больше (из-за большего количества контактных окон, которые занимают большие площади). Время стирания и записи в обоих типах составляет несколько микросекунд, что намного медленнее, чем у RAM, но намного быстрее, чем у жестких дисков, время записи которых составляет десятки миллисекунд.

РИСУНОК 15. Флэш-память типа NOR.

РИСУНОК 16. Флэш-память типа NAND.

У флэш-памяти есть один серьезный недостаток. Если запись повторяется много раз, флэш-память постепенно требует больше времени для записи и в конечном итоге перестает работать из-за усталости. В настоящее время мы можем повторить запись почти миллион раз, и это на три порядка меньше, чем на жестких дисках.

Флэш-память дешевле с большей емкостью памяти, чем DRAM, и при этом быстрее, хотя и дороже в пересчете на бит, чем жесткие диски. Флэш-память невосприимчива к вибрации, пыли и механическим ударам. Также флеш-память работает с гораздо меньшим энергопотреблением, и соответственно, если флеш-память установить в ноутбук, заменив жесткий диск, то батарейки служат гораздо дольше. Жесткий диск потребляет сначала несколько ампер, а затем потребляет десятки миллиампер на вращение. Напротив, флэш-память в режиме пониженного энергопотребления потребляет всего несколько микроампер. Флэш-память имеет множество уникальных применений. Флэш-память используется в обновляемом BIOS (Basic Input Output System), который является аппаратной частью операционной системы некоторых персональных компьютеров, а также в модемах. Флэш-память широко используется в качестве карт памяти размером с кредитную карту, которые называются PCMCIA (международная ассоциация карт памяти для персональных компьютеров), для портативных компьютеров в качестве удобных расширений памяти. В цифровых камерах фотографические изображения хранятся во флэш-памяти. Флэш-память также используется в сотовых телефонах, где идентификационные данные владельцев и программы хранятся и обновляются посредством беспроводной передачи. Флэш-память используется и в карманных диктофонах, записывающих голос без микрокассет, т. е. без механических приводов. Такие карманные записывающие устройства намного меньше, чем обычные карманные записывающие устройства, а батареи служат намного дольше. Флэш-память также используется в ПЛИС, как будет объяснено ниже.

Всесторонний обзор проблем с твердотельными накопителями

Юнгбин Джин , Бен Ли , Достижения в области компьютеров , 2019 г.

Аннотация

Твердотельные накопители (SSD) на основе флэш-памяти стали повсеместными в современных вычислительных системах, таких как высокопроизводительные серверы, рабочие станции, настольные компьютеры и ноутбуки, благодаря их производительности и плотности. Архитектура твердотельных накопителей эволюционировала, чтобы использовать преимущества флэш-памяти и в то же время скрыть их недостатки.Методы параллелизма SSD, такие как чередование каналов, конвейеризация флэш-чипов, чередование кристаллов и совместное использование плоскостей, используют доступный параллелизм флэш-памяти, а операции уровня флэш-трансляции (FTL) минимизируют накладные расходы флэш-памяти на задержку. В этой главе представлен всесторонний обзор тем SSD, которые охватывают как физические свойства ячейки флэш-памяти, так и архитектуру SSD. Темы, связанные с FTL, обсуждаются в контексте взаимосвязанных операций системного уровня, которые включают сопоставление адресов, сборку мусора, выравнивание износа, управление поврежденными блоками, методы параллелизма SSD и стратегии выделения страниц. В этой главе также рассматриваются последние исследования твердотельных накопителей.

Модели памяти для встроенной многоядерной архитектуры

Вспышка

Флэш-память – это недорогая энергонезависимая компьютерная микросхема хранения данных высокой плотности, которую можно электрически стирать и перепрограммировать. Флэш-память может быть NOR-Flash или NAND-Flash. NOR-Flash позволяет независимо записывать или читать одно слово. Его можно использовать для хранения загрузочного кода. NAND-Flash плотнее и дешевле, чем NOR-Flash. Он доступен для блоков и не может использоваться для хранения кода. В основном он используется в картах памяти, USB-накопителях и твердотельных накопителях.

Безопасность систем

Идо Дубравски, Eleventh Hour Security+, 2010

КАРТЫ ФЛЭШ-ПАМЯТИ

Карты флэш-памяти и флешки – популярные носители для хранения и передачи различных объемов данных.

Карты памяти обычно имеют размер от 8 до 512 МБ, но новые карты способны хранить до 8 ГБ данных.

Обычно используется для хранения фотографий в цифровых камерах, а также для хранения и передачи программ и данных между карманными компьютерами (карманными ПК и устройствами Palm OS).

К картам флэш-памяти относятся: ▪

Карта памяти Secure Digital (SD)

Карта памяти CompactFlash (CF)

Карта памяти Memory Stick (MS)

Мультимедийная карта памяти (MMC)

Карта xD-Picture (xD)

Карта памяти SmartMedia (SM)

Сборник цепей, том I

Ричард Маркелл, редактор Analog Circuit Design, 2013 г.

LT1109 генерирует VPP для флэш-памяти

Стив Питкевич

Микросхемы флэш-памяти, такие как 2-мегабитное устройство Intel 28F020, требуют питания программы VPP 12 В при 30 мА. Преобразователь постоянного тока может использоваться для получения 12 вольт от 5-вольтового питания логики. Преобразователь должен быть физически небольшим, доступным в корпусе для поверхностного монтажа и иметь логическое управление отключением. Кроме того, преобразователь должен иметь тщательно контролируемое время нарастания и нулевое перерегулирование. Выходы VPP за пределы 14 В в течение 20 нс и более разрушат устройство, основанное на процессе ETOX.

Схема на рис. 33.18 хорошо подходит для обеспечения питания VPP для одной или нескольких микросхем флэш-памяти. Все сопутствующие компоненты, включая индуктор, представляют собой устройства для поверхностного монтажа. Вход SHUTDOWN ¯ выключает преобразователь, уменьшая ток покоя до 300 мкА при подтягивании до логического 0. VPP повышается контролируемым образом, достигая 12 В ± 5% менее чем за 4 мс. Выходное напряжение достигает V_CC за вычетом падения напряжения на диоде, когда преобразователь находится в режиме отключения. Это приемлемое условие для флэш-памяти Intel, которое не наносит вреда памяти.

Рисунок 33.18. Генератор VPP с флэш-памятью для поверхностного монтажа

Программирование ввода-вывода и хранения

Флэш-память

Флэш-память – это долговечная и энергонезависимая микросхема хранения данных, которая широко используется во встроенных системах. Он может сохранять сохраненные данные и информацию, даже когда питание выключено. Его можно электрически стереть и перепрограммировать. Флэш-память была разработана из EEPROM (электронно стираемая программируемая постоянная память). Его необходимо стереть, прежде чем его можно будет перезаписать новыми данными. Стирание основано на блоке размером от 256 КБ до 20 МБ.

Существует два типа флэш-памяти, которые доминируют в технологии и на рынке: флэш-память NOR и флэш-память NAND. Флэш-память NOR обеспечивает быстрый произвольный доступ к любому месту в массиве памяти, 100% известных исправных битов на весь срок службы детали и выполнение кода непосредственно из флэш-памяти NOR. Обычно он используется для хранения и выполнения загрузочного кода в качестве замены более старой EPROM и в качестве альтернативы определенным типам приложений ROM во встроенных системах. Флэш-память NAND требует относительно длительного начального доступа для чтения к массиву памяти по сравнению с флэш-памятью NOR. Он имеет 98% исправных битов при поставке с дополнительным отказом битов в течение срока службы детали (настоятельно рекомендуется ECC). NAND стоит меньше за бит, чем NOR. Обычно он используется для хранения данных, таких как карты памяти, USB-накопители, твердотельные накопители и аналогичные продукты, для общего хранения и передачи данных.Примеры применения обоих типов флэш-памяти включают персональные компьютеры и всевозможные встроенные системы, такие как цифровые аудиоплееры, цифровые камеры, мобильные телефоны, видеоигры, научные приборы, промышленную робототехнику, медицинскую электронику и т. д.

Соединения отдельных ячеек памяти во флэш-памяти NOR и NAND различаются. Более того, интерфейс для чтения и записи памяти отличается. NOR разрешает произвольный доступ для чтения, тогда как NAND разрешает только доступ к странице. В качестве аналогии, флэш-память NOR похожа на ОЗУ, которая имеет независимую шину адреса и шину данных, а флэш-память NAND больше похожа на жесткий диск, где шина адреса и шина данных совместно используют шину ввода-вывода.

Перспективные приложения LDPC

Викрам Аркалгуд Чандрасетти, Сайед Махфузул Азиз, ресурсоэффективные декодеры LDPC, 2018 г.

8.3 Устройства флэш-памяти

Устройства флэш-памяти хранят большие объемы данных на небольшой площади, используя стекированные ячейки памяти. Плотность таких ячеек существенно увеличивается, чтобы удовлетворить потребность в хранении большего количества данных на меньшей площади. В стремлении достичь этой цели технология флэш-памяти ограничивается многоуровневыми ячейками (MLC), где одна ячейка памяти предназначена для хранения большего количества битов данных с использованием нескольких логических уровней [24]. Традиционно одна ячейка памяти могла содержать только один ненулевой уровень заряда для хранения 1 бита данных. По мере того, как технология памяти движется к MLC и более сложным формам в трехмерных структурах [25], возникает еще более сложная задача противодействия ошибкам, возникающим при хранении и извлечении данных из таких устройств. Увеличение числа уровней (означает уменьшение расстояния между уровнями) в ячейках может привести к изменениям в поведении ячеек из-за интерференции между ячейками. Это также снижает отношение сигнал/шум при чтении данных из стека памяти [26]. Другие факторы, такие как случайный телеграфный шум (RTN), шум удержания из-за утечки электронов из плавающего затвора и износ ячеек, существенно влияют на надежность хранимых данных в памяти. Таким образом, использование эффективного метода исправления ошибок имеет решающее значение для защиты и восстановления важных данных с устройств хранения. Коды LDPC были в значительной степени многообещающими в решении проблем целостности данных, с которыми сталкиваются устройства памяти, использующие ультра инновационные решения для хранения данных [26]. Коды LDPC уже используются в качестве надежного метода исправления ошибок в ряде промышленных устройств хранения данных. Например, коды LDPC используются для исправления ошибок носителя в картах SSD [27] SanDisk X400 и Seagate Nytro.

Флэш-накопитель обычно состоит из контроллера памяти и стека флэш-памяти в одном корпусе. Контроллер является общим интерфейсом между хостом и флэш-памятью. Он модерирует и поддерживает различные протоколы (USB, PCI, UFS и т. д.), участвующие в обмене данными хоста с устройством. Блок-схема пакета простого запоминающего устройства показана на рис. 8.1.

Рисунок 8.1. Внутренняя блок-схема устройства флэш-памяти.

Для записи данных во флэш-память на запоминающем устройстве данные хоста сначала буферизуются через интерфейс хоста. ЦП управляет операцией кодирования LDPC для данных хоста, считываемых из буферов памяти. Затем закодированные данные буферизируются перед их сохранением во флэш-памяти через интерфейс флэш-памяти. Аналогичный процесс выполняется для чтения данных из флэш-памяти. Данные, считанные из флэш-памяти, декодируются с помощью декодера LDPC. Ошибки, вносимые неисправными ячейками флэш-памяти, исправляются декодером LDPC с использованием многоуровневой схемы исправления ошибок [28]. Затем исправленные данные отправляются на хост через буферы памяти и интерфейс хоста. Для декодирования с мягким решением мягкую информацию получают, выполняя многократное считывание с различными напряжениями словарной строки. Схема декодирования с жестким решением сначала используется для исправления ошибок. В случае неудачной коррекции для исправления ошибок поэтапно предпринимается попытка декодирования с мягким решением [28] с более высокими уровнями дискретизации и схемы квантования.

Обзор технологии энергонезависимой памяти: рынки, технологии и тенденции

1.3.3 Флэш-технология NAND

Флэш-память NAND родилась в середине 1980-х 14 , сразу после презентации ячейки NOR, но потребовалось больше времени, чтобы стать основной памятью и найти правильное применение, которым сегодня являются полупроводниковые запоминающие устройства. Флэш-память NAND имеет в основном ту же структуру ячеек памяти, что и NOR, но имеет совершенно другую организацию массива (рис. 1.6) и использует другой механизм программирования.

< бр />

1.6. Схематичное сечение ячейки флэш-памяти NAND вдоль битовой линии (в направлении y) и линии слов (в направлении x).

Массив памяти организован в виде строк NAND; то естьряд ячеек, обычно 16 или 32, соединены последовательно между землей и контактом битовой линии. Эта организация увеличивает плотность по сравнению с NOR, которая вместо этого требует линии заземления и битовой линии, контактирующей с каждыми двумя ячейками, но резко влияет на скорость. Фактически, каждая ячейка должна считываться через некоторое количество других ячеек (15 или 31), что сильно снижает ток чтения, что приводит к гораздо большему времени доступа (микросекунды по сравнению с десятками наносекунд NOR Flash) и практически предотвращает использование эта технология для запоминающих устройств с произвольным доступом, что ограничивает ее только последовательной энергонезависимой памятью.

Механизм программирования, используемый флэш-памятью NAND, представляет собой туннелирование Фаулера-Нордхейма. Время программирования с использованием туннелирования ФН само по себе больше, чем с использованием канального горячего электрона (~300 мкс для ФН и ~1 мкс для CHE), так как оно должно работать в режиме электрического поля через туннельный оксид, что гарантирует необходимые требования надежности. С другой стороны, будучи механизмом программирования, требующим очень низкого тока, туннелирование FN обеспечивает очень высокий параллелизм на кристалле для программирования и, как следствие, очень высокую пропускную способность записи, что является ключевой особенностью для запоминающих устройств. Очень высокая плотность и высокая производительность программирования делают NAND доминирующей технологией для хранения данных.

С точки зрения архитектуры процесса флэш-память NAND отличается от флэш-памяти NOR. Архитектура ячейки обычная: та же концепция плавающих затворов, та же ячейка с одним транзистором и многослойным затвором. Однако разница заключается в архитектуре КМОП-транзистора. В NOR логика предназначена для обеспечения высокой производительности, чтобы ускорить алгоритм программирования/стирания и получить самое быстрое время произвольного доступа. Однако транзисторы NAND максимально совместимы со структурой ячейки, чтобы свести к минимуму количество масок, а затем снизить стоимость процесса.

(2) Флэш-память — это самая экономичная энергонезависимая перезаписываемая микросхема хранения на рынке. Флэш-память, состоящая из ячеек, которые сохраняют заряд без питания, чрезвычайно надежна и используется практически во всех электронных устройствах, включая камеры, смартфоны, планшеты, музыкальные плееры и USB-накопители. Это также компонент хранения в твердотельных накопителях (SSD), которые все чаще вытесняют жесткие диски в компьютерах и серверах. Флэш-память служит много лет, но со временем изнашивается (см. Цикл записи SSD). См. SSD и флэш-память с ловушкой заряда.

Стереть перед записью

Флэш-память, созданная на основе микросхемы EEPROM, была изобретена компанией Toshiba в середине 1980-х годов и названа в честь ее способности стирать блок данных "во флэш-памяти". Однако такое стирание блоков является особенностью флэш-памяти. Ячейки флэш-памяти должны быть стерты перед записью в них.

Ячейки составляют страницы, а страницы составляют блоки, но пока страницы записываются, стирать можно только блоки. К счастью, все это происходит внутри SSD, который во время простоя стирает больше не используемые «грязные» блоки, поэтому всегда есть «чистые» блоки для записи.

NOR Flash для выполнения

Флэш-память NOR используется для выполнения программ аналогично ОЗУ. Представленная Intel в 1988 году, NOR поддерживает однобайтовый произвольный доступ, что означает, что инструкции программы выполняются непосредственно из флэш-памяти NOR точно так же, как компьютеры выполняют инструкции в ОЗУ. В отличие от оперативной памяти, флэш-память NOR не требует питания для хранения своего содержимого. См. компьютер и оперативную память.

Флэш-память NAND для хранения данных

Toshiba разработала менее дорогостоящую флэш-память NAND в 1989 году. Она имеет более плотные ячейки и более быстрое стирание и запись, чем NOR. Например, в цифровой камере внутренний чип NOR содержит программное обеспечение, а съемные карты памяти состоят из чипов NAND. В компьютере твердотельный накопитель (SSD) с флэш-памятью NAND функционирует как жесткий диск как для хранения программ, так и для хранения данных (см. FTL). Дополнительные сведения об архитектуре флэш-памяти см. в разделе EEPROM, флэш-память NAND и MLC. См. сведения о флэш-памяти с ловушкой заряда, USB-накопителе, карте памяти, флэш-памяти BIOS, ранней памяти и энергонезависимой памяти.

Медленно, но верно твердотельные накопители (SSD) на основе флэш-памяти заменяют жесткие диски компьютера в качестве хранилища. Мало того, что твердотельные накопители быстрее, в них нет головки чтения/записи, которая могла бы случайно поцарапать поверхность диска (см. Разрушение головки). См. SSD.

Карты флэш-памяти NAND, такие как эта SD-карта емкостью 16 ГБ, используются во всех современных фотоаппаратах и видеокамерах. SD-карты очень популярны, и они могут вмещать до 512 ГБ. См. SD-карта и карта памяти.

Флэш-память возникла из ячеек EEPROM. Оба они используют плавающий затвор, удерживающий заряд, который блокирует попадание электронов истока в сток (бит равен 0). Когда он не заряжен, отсутствие электронов затвора позволяет истоку достичь стока (бит равен 1). Чтобы стереть блок, высокое напряжение заставляет все электроны в плавающих затворах рассеиваться в подложку и переводит все биты в 1 с. См. вспышку ловушки заряда.

Читайте также: