Вы слышали о флэш-памяти? В чем разница между NOR и NAND? Если вы следите за последними разработками в области компьютерного оборудования, то, возможно, хотя бы раз слышали эти аббревиатуры. Однако, если вы не уверены, что они означают и как работают, эта статья для вас. Прочитайте ее, чтобы узнать больше об этих двух типах флэш-памяти и о том, как они работают.
Определение флэш-памяти
Флэш-память — это тип энергонезависимой памяти, которую можно стирать и перепрограммировать блоками, а не по одному байту за раз. Обычно она используется в качестве носителя информации в цифровых фотоаппаратах, карманных компьютерах, MP3-плеерах, USB-флешках и других небольших цифровых устройствах. В то время как флэш-память можно перепрограммировать, другие типы энергонезависимой памяти, такие как однократно программируемая память (OTP), рассчитаны на однократное программирование.
Структура флэш-памяти
Флэш-память состоит из массива ячеек, которые можно индивидуально программировать и стирать. Ячейки могут хранить определенное количество битов данных. Кроме того, каждая ячейка содержит транзистор с плавающим затвором, управляющим затвором и стоком. Управляющий затвор контролирует поток электронов между истоком и стоком. Плавающий затвор хранит электрический заряд, который представляет собой сохраненные данные.
Как работает флэш-память?
Чтобы объяснить принцип хранения флэш-памяти, нам все же придется начать с EPROM и EEPROM. Дело в том, что флэш-память сочетает в себе преимущества высокой плотности EPROM и гибкости структуры EEPROM.
Стираемая программируемая постоянная память
EPROM означает, что его содержимое может быть стерто специальными средствами, а затем перезаписано. Его базовая схема показана на рисунке ниже. Часто используются MOS-схемы с плавающим затвором и лавинной инжекцией, называемые FAMOS. Они похожи на MOS-схемы. Две области высокой концентрации P-типа выращены на подложке N-типа, а источник S и сток D выведены через омические контакты.
В изолирующем слое между истоком и стоком находится плавающий затвор из поликремния, который не имеет прямого электрического соединения с окружающей средой. Эта схема использует заряд плавающего затвора для обозначения хранения 1 или 0. Когда плавающий затвор заряжен (например, отрицательным зарядом), между истоком и стоком индуцируется положительный проводящий канал, и MOS-транзистор включается, что означает хранение «0». Если плавающий затвор не заряжен, проводящий канал не может быть сформирован, и МОП-транзистор не включается, то есть сохраняется «1».
Электрически стираемая программируемая постоянная память
Принцип работы схемы базового блока памяти EEPROM показан на рисунке ниже. Подобно EPROM, она восстанавливает плавающий затвор поверх плавающего затвора схемы базового блока EPROM. Первый называется плавающим затвором первого уровня, а второй — плавающим затвором второго уровня. Электрод может быть выведен на плавающий затвор второго уровня, так что плавающий затвор второго уровня подключается к напряжению. Если значение напряжения положительное, между первым плавающим затвором и стоком возникает туннельный эффект. Это приводит к впрыску электронов в первый плавающий затвор, т. е. к программированию. Если значение напряжения отрицательное, это приводит к потере электронов первого плавающего затвора, т. е. к стиранию. После стирания электроны могут быть перезаписаны.
Флэш-память
Базовая схема флэш-памяти аналогична схеме EEPROM и также состоит из двухслойных MOS-транзисторов с плавающим затвором. Однако первый слой затворного диэлектрика очень тонкий, как туннельный оксидный слой.
Метод записи в флэш-память такой же, как и в EEPROM: на плавающий затвор второго уровня подается положительное напряжение, чтобы электроны попали в плавающий затвор первого уровня. Метод считывания такой же, как и в EPROM. Кроме того, метод стирания заключается в подаче положительного напряжения на источник и использовании туннельного эффекта между плавающим затвором первого уровня и стоком для притягивания отрицательных зарядов, введенных в плавающий затвор, к источнику.
Когда электрическое поле снимается, подключите 0 В к затвору. Если MOS-транзистор включен, это ячейка стирания, которая определяется как логическая «1». Если MOS-транзистор не включен, это ячейка программирования, которая определяется как логическая «0». Это эквивалентно «постоянному» хранению 1 бита информации в этом блоке. Величина этого порогового напряжения соответствует количеству электронов в плавающем затворе.
Поскольку для стирания к истоку подается положительное напряжение, истоки каждой ячейки соединены между собой. Таким образом, стирание не может быть выполнено побайтно, а только для всего чипа или блока. С совершенствованием полупроводниковой технологии флэш-память также реализовала конструкцию с одним транзистором, в основном за счет добавления плавающих затворов и затворов выбора к исходным транзисторам. При программировании этих устройств памяти данные часто организуются в таких форматах, как формат файла HEX.
Ячейка флэш-памяти
Величина этого порогового напряжения соответствует количеству электронов в плавающем затворе. В зависимости от количества электронов, введенных в плавающий затвор, ячейки флэш-памяти можно разделить на несколько состояний:
SLC: одноуровневая ячейка, 1 бит, 2 состояния;
MLC: многоуровневая ячейка, 2 бита, 4 состояния;
TLC: тройная ячейка, 3 бита, 8 состояний;
QLC: четырехуровневая ячейка, 4 бита, 16 состояний.
Типы флэш-памяти
Флэш-память можно разделить на два типа: NOR-флэш и NAND-флэш. NOR-флэш обеспечивает произвольный доступ к отдельным ячейкам, а NAND-флэш обычно используется для устройств массового хранения данных, таких как USB-флэш-накопители и карты памяти.
NOR-флеш
Флэш-память NOR имеет «параллельную» структуру, и каждая ячейка имеет отдельную строку слов и строку битов. Характерной особенностью флэш-памяти NOR является выполнение операций в микросхеме, благодаря чему прикладная программа может запускаться непосредственно во флэш-памяти NOR без необходимости считывания кода в оперативную память системы.
NAND-флэш
Флэш-память NAND представляет собой структуру типа «тандем», в которой цепочка ячеек флэш-памяти соединена концами, и они совместно используют битовую линию. Основной единицей хранения флэш-памяти NAND является «страница», аналогичная сектору жесткого диска. Ее преимущество заключается в том, что она может быть очень маленькой и высокоинтегрированной.
NOR Flash против NAND Flash
NOR-флеш-память дороже NAND-флеш-памяти, но она имеет более высокую стойкость и лучше подходит для приложений, требующих частых операций чтения/записи. NAND-флеш-память дешевле и имеет более низкую стойкость, но она быстрее и лучше подходит для приложений, требующих хранения больших объемов данных.
История флэш-памяти
По сравнению со многими недолговечными информационными технологиями, флэш-память имеет многолетнюю историю. В 1984 году компания Toshiba впервые предложила концепцию быстрой флэш-памяти. В последующие десятилетия флэш-память подвергалась постоянным изменениям и усовершенствованиям.
Первая NOR-флеш-память — 1988 год
Intel была первой компанией в мире, которая начала производить флэш-память и поставлять ее на рынок. В 1988 году компания выпустила микросхему флэш-памяти объемом 256 Кбит. Она встроена в магнитофон. Позже этот тип флэш-памяти, изобретенный Intel, стал называться NOR-флэш-памятью. Он сочетает в себе две технологии EPROM и EEPROM и имеет интерфейс SRAM.
NAND Flash — 1989 год
Второй тип флэш-памяти называется NAND-флэш-памятью. Она была разработана компанией Hitachi в 1989 году и считалась идеальной заменой NOR-флэш-памяти. Во-первых, цикл записи NAND-флэш-памяти на 90% короче, чем у NOR-флэш-памяти, а скорость хранения и удаления данных относительно высока. Во-вторых, единица хранения NAND составляет лишь половину от единиці NOR, занимая меньшее пространство. Благодаря превосходной производительности NAND часто применяется в картах памяти, таких как CompactFlash, SmartMedia, SD, MMC, xD и PC, USB-накопителях и т. д.
3D NAND flash — 2021 год
В 2021 году китайская компания YMTC выпустила 128-слойную 3D NAND флэш-память. Она имеет самую высокую плотность хранения на единицу площади, самую высокую скорость передачи данных и самую высокую емкость одного чипа NAND флэш-памяти.
Рынок устройств флэш-памяти
На рынке Samsung, Hitachi, Spansion и Intel являются четырьмя основными производителями устройств флэш-памяти. Среди устройств флэш-памяти большинству людей должно быть знакомо флэш-память жесткого диска. По сравнению с традиционными жесткими дисками, флэш-память жестких дисков имеет высокую скорость чтения и записи и низкое энергопотребление. Помимо флэш-накопителей, флэш-память также используется в таких электронных продуктах, как BIOS в компьютерах, КПК, цифровые фотоаппараты, диктофоны, мобильные телефоны, цифровые телевизоры и игровые приставки.
флэш-память против SSD
- По сравнению с SSD, флэш-память меньше по размеру и легче по качеству;
- Конструкция флэш-памяти более устойчива к падениям, чем SSD;
- Флэш-память обеспечивает более высокую скорость чтения данных, в то время как SSD ограничена скоростью вращения;
- Флэш-память хранит данные более надежно, чем SSD;
- Ее структура не является механической, поэтому движение не влияет на чтение и запись;
- Срок службы флэш-памяти больше, в то время как SSD зависит от количества чтений и записей, а также от скорости;
- SSD записывается с помощью магнетизма, в то время как флэш-память записывается с помощью напряжения, и данные не будут стерты;
- Материалы для изготовления флэш-памяти являются дефицитными, поэтому емкость флэш-памяти в расчете на единицу объема хранения дороже, чем SSD.
Заключение
В этом блоге мы рассказываем о структуре, истории развития, принципах работы и типах флэш-памяти. Она имеет много преимуществ по сравнению с SSD. Для большинства компаний флэш-память остается хорошей инвестицией, несмотря на появление на рынке новых альтернатив, таких как MRAM и OUM.
Часто задаваемые вопросы
Все компьютерные данные могут быть сохранены, включая файлы, программы, изображения, музыку, мультимедиа и т. д.
Флеш-диск можно стирать и записывать 1 000 000 раз.
Как и все жесткие диски, флеш-накопители также могут быть заражены вирусами.
A9 Windows98, Windows ME, Windows 2000, Windows XP, Windows7, Windows8, Windows8.1, MAC OS, Linux.
