Hai mai sentito parlare della memoria flash? Qual è la differenza tra NOR e NAND? Se hai seguito gli ultimi sviluppi nell’hardware del computer, potresti aver sentito almeno una volta questi acronimi. Tuttavia, se non sei sicuro di cosa significhino o di come funzionino, questo articolo è per te. Continua a leggere per scoprire di più su questi due diversi tipi di memoria flash e su come funzionano.
Definizione di Memoria Flash
La memoria flash è un tipo di memoria non volatile che può essere cancellata e riprogrammata in blocchi anziché un byte alla volta. È generalmente utilizzata come supporto di memorizzazione in fotocamere digitali, computer portatili, MP3, chiavette USB e altri piccoli prodotti digitali. Mentre la memoria flash è riprogrammabile, altri tipi di memoria non volatile, come Memoria Programmabile Una Sola Volta (OTP), sono progettati per un singolo evento di programmazione.
Struttura della Memoria Flash
La memoria flash è costituita da una matrice di celle che possono essere programmate e cancellate individualmente. Le celle possono memorizzare un certo numero di bit di dati. Inoltre, ogni cella contiene un transistor a gate flottante con un gate di controllo e un drain. Il gate di controllo controlla il flusso di elettroni tra il source e il drain. Il gate flottante memorizza la carica elettrica, che rappresenta i dati memorizzati.
Come Funziona la Memoria Flash?
Per spiegare il principio di memorizzazione della memoria flash, dobbiamo ancora partire da EPROM e EEPROM. Perché la memoria flash combina i vantaggi dell’alta densità di EPROM e della flessibilità della struttura EEPROM.
EPROM
EPROM significa che il contenuto in essa può essere cancellato con mezzi speciali e quindi riscritto. Il suo circuito unitario di base è mostrato nella figura seguente. Vengono spesso utilizzati circuiti MOS a iniezione di valanga a gate flottante, denominati FAMOS. È simile al circuito MOS. Due regioni P ad alta concentrazione vengono coltivate sul substrato N e il source S e il drain D vengono estratti rispettivamente tramite contatti ohmici.
C’è un gate in polisilicio che galleggia nello strato isolante tra il source e il drain e non ha una connessione elettrica diretta con l’ambiente circostante. Questo circuito utilizza se il gate flottante è carico per indicare l’archiviazione di 1 o 0. Quando il gate flottante è carico (come una carica negativa), un canale conduttivo positivo viene indotto tra il source e il drain e il transistor MOS viene acceso, il che significa che viene memorizzato “0”. Se il gate flottante non è carico, non può essere formato un canale conduttivo e il transistor MOS non è acceso, ovvero viene memorizzato “1”.
EEPROM
Il principio di funzionamento del circuito base di memorizzazione EEPROM è mostrato nella figura seguente. Simile a EPROM, rigenera un gate flottante sopra il gate flottante del circuito base EPROM. Il primo è chiamato gate flottante di primo livello e il secondo è chiamato gate flottante di secondo livello. È possibile estrarre un elettrodo al gate flottante di secondo livello, in modo che il gate flottante di secondo livello sia collegato a una tensione. Se il valore della tensione è positivo, si verificherà un effetto tunnel tra il primo gate flottante e il drain. Ciò provoca l’iniezione di elettroni nel primo gate flottante, ovvero la programmazione. Se il valore della tensione è negativo, ciò causerà la perdita di elettroni del primo gate flottante, ovvero la cancellazione. Gli elettroni possono essere riscritti dopo la cancellazione.
Flash Memory
Il circuito base della memoria flash è simile a EEPROM ed è anche composto da transistor MOS a gate flottante a doppio strato. Ma il primo strato di dielettrico del gate è molto sottile, come strato di ossido tunnel.
Il metodo di scrittura della memoria flash è lo stesso di EEPROM e una tensione positiva viene applicata al gate flottante di secondo livello per far entrare gli elettroni nel gate flottante di primo livello. Il suo metodo di lettura è lo stesso di EPROM. Inoltre, il metodo di cancellazione consiste nell’applicare una tensione positiva alla sorgente e utilizzare l’effetto tunnel tra il gate flottante di primo stadio e il drain per attrarre le cariche negative iniettate nel gate flottante alla sorgente.
Quando il campo elettrico viene ritirato, collegare 0V al gate. Se il transistor MOS è acceso, è una cella cancellata, definita come logica “1”. Se il tubo MOS non è acceso, è una cella programmata, definita come logica “0”. È equivalente a memorizzare “permanentemente” 1 bit di informazione in questa unità. L’entità di questa tensione di soglia è coerente con il numero di elettroni nel gate flottante.
Poiché la tensione positiva viene applicata alla sorgente per la cancellazione, le sorgenti di ciascuna cella sono collegate insieme. In questo modo, la cancellazione non può essere cancellata per byte, ma cancellata nell’intero chip o blocco. Con il miglioramento della tecnologia dei semiconduttori, la memoria flash ha anche realizzato un design a transistor singolo, principalmente aggiungendo gate flottanti e gate di selezione ai transistor originali. Quando si programmano questi dispositivi di memoria, i dati sono spesso organizzati in formati come il formato file HEX.
Flash Memory Cell
L’entità di questa tensione di soglia è coerente con il numero di elettroni nel gate flottante. In base al numero di elettroni iniettati nel gate flottante, le celle della memoria flash possono essere divise in diversi stati:
SLC: cella a singolo livello, 1 bit, 2 stati;
MLC: cella a più livelli, 2 bit, 4 stati;
TLC: cella a triplo livello, 3 bit, 8 stati;
QLC: cella a quadruplo livello, 4 bit, 16 stati.
Tipi di memoria flash
La memoria flash può essere divisa in due tipi: NOR flash e NAND flash. NOR flash consente l’accesso casuale a singole celle, mentre NAND flash viene tipicamente utilizzata per dispositivi di archiviazione di massa, come chiavette USB e schede di memoria.
NOR Flash
La memoria NOR flash è una struttura “parallela”, e ogni cella ha una linea di parola e una linea di bit separate. La caratteristica di NOR Flash è quella di eseguire operazioni sul chip, in modo che il programma applicativo possa essere eseguito direttamente nella memoria flash NOR senza dover leggere il codice nella RAM di sistema.
NAND flash
La memoria flash NAND è una struttura di tipo “tandem”, una stringa di celle di memoria flash è collegata da un’estremità all’altra e condividono una linea di bit. L’unità di archiviazione di base della memoria flash NAND è una “pagina”, simile a un settore di un disco rigido. Il suo vantaggio è che può essere realizzato molto piccolo e altamente integrato.
NOR Flash vs NAND Flash
La flash NOR è più costosa della flash NAND, ma ha una maggiore resistenza e si adatta meglio alle applicazioni che richiedono operazioni di lettura/scrittura frequenti. La flash NAND è più economica e ha una minore resistenza, ma è più veloce e si adatta meglio alle applicazioni che richiedono grandi quantità di archiviazione dati.
Storia della memoria flash
Rispetto a molte tecnologie dell’informazione di breve durata, la memoria flash ha una storia di molti anni. Nel 1984, Toshiba propose per la prima volta il concetto di memoria flash veloce. Nei decenni successivi, la memoria flash ha subito continue iterazioni e sviluppi.
La prima flash NOR - 1988
Intel è stata la prima azienda al mondo a produrre memoria flash e a metterla sul mercato. Nel 1988, l’azienda ha lanciato un chip di memoria flash da 256K bit. È integrato in un registratore a nastro. Successivamente, questo tipo di memoria flash inventata da Intel è stata collettivamente denominata memoria flash NOR. Combina due tecnologie di EPROM e EEPROM e ha un’interfaccia SRAM.
NAND Flash - 1989
Il secondo tipo di memoria flash è chiamata memoria flash NAND. È stata sviluppata da Hitachi nel 1989 ed è stata considerata un sostituto ideale per la memoria flash NOR. Innanzitutto, il ciclo di scrittura della memoria flash NAND è inferiore del 90% a quello della memoria flash NOR e la sua velocità di archiviazione ed eliminazione è relativamente veloce. In secondo luogo, l’unità di archiviazione di NAND è solo la metà di quella di NOR, in uno spazio di archiviazione più piccolo. Grazie alle eccellenti prestazioni, la NAND è spesso applicata a schede di memoria come CompactFlash, SmartMedia, SD, MMC, xD e schede PC, chiavette USB, ecc.
NAND flash 3D - 2021
Nel 2021, la società cinese YMTC ha rilasciato la memoria flash NAND 3D a 128 livelli. Ha la densità di archiviazione più alta per unità di area, la velocità di trasmissione I/O più alta e la capacità più alta di un singolo chip di memoria flash NAND.
Mercato dei dispositivi di memoria flash
Sul mercato, Samsung, Hitachi, Spansion e Intel sono i quattro principali produttori di dispositivi di memoria flash. Tra i dispositivi di memoria flash, la maggior parte delle persone dovrebbe avere familiarità con il disco rigido a stato solido. Rispetto ai tradizionali dischi rigidi, i dischi rigidi a stato solido hanno elevate velocità di lettura e scrittura e basso consumo energetico. Oltre alle chiavette USB, la memoria flash è utilizzata anche in prodotti elettronici come BIOS nei computer, PDA, fotocamere digitali, registratori vocali, telefoni cellulari, televisori digitali e console di gioco.
memoria flash vs ssd
- Rispetto all’SSD, la memoria flash è più piccola e più leggera;
- La struttura della memoria flash è più resistente alle cadute rispetto all’SSD;
- La memoria flash può fornire una velocità di lettura dei dati più rapida, mentre l’SSD è limitato dalla velocità di rotazione;
- La memoria flash archivia i dati in modo più sicuro rispetto all’SSD;
- La sua struttura non meccanica, quindi il movimento non influisce sulla sua lettura e scrittura;
- La durata della memoria flash è più lunga, mentre l’SSD è influenzato dal numero di letture e scritture e dalla velocità;
- L’SSD è scritto magneticamente, mentre la memoria flash è scritta a tensione e i dati non vengono cancellati;
- I materiali per la produzione di memoria flash sono scarsi, quindi la sua capacità di archiviazione unitaria della memoria flash è più costosa dell’SSD.
Conclusione
In questo blog, presentiamo la memoria flash in termini di struttura, storia dello sviluppo, metodi di funzionamento e tipi. Ha molte caratteristiche migliori rispetto agli SSD. Per la maggior parte delle aziende, la memoria flash rimane un buon investimento nonostante l’emergere di nuove alternative come MRAM e OUM sul mercato.
FAQ
Possono essere memorizzati tutti i dati del computer, inclusi file, programmi, immagini, musica, contenuti multimediali, ecc.
Il disco flash può essere cancellato e riscritto 1.000.000 di volte.
Proprio come tutti gli hard disk, anche le chiavette USB possono essere infettate da virus.
A9 Windows98, Windows ME, Windows 2000, Windows XP, Windows7, Windows8, Windows8.1, MAC OS, Linux.
