Что такое flash-память?

Flash-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полу­проводниковой памяти.

Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хране­ния данных (энергия требуется только для записи).

Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных.

Полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически дви­жущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на ос­нове интегральных микросхем (IC-Chip).

В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка Flash-памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка Flash-памяти со­стоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка Flash-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благо­даря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря кон­структивным находкам, позволяющим в одной ячейке Flash-памяти хранить несколько бит информации. Flash-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные Flash хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из Flash-па­мяти не пропадают. Замены памяти SRAM и DRAM Flash-памятью не проис­ходит из-за двух особенностей Flash-памяти: она работает существенно мед­леннее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов). Надёжность/долговечность: информация, запи­санная на Flash-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Основное преимущество Flash-памяти перед жёсткими дисками и носите­лями CD-ROM состоит в том, что она потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих уст­ройств. Кроме того, Flash-память компактнее большинства других механиче­ских носителей. Flash-память исторически произошла от полупроводнико­вого ROM, однако ROM-памятью не является, а всего лишь имеет похожую на ROM организацию. Множество источников (как отечественных, так и за­рубежных) зачастую ошибочно относят Flash-память к ROM. Flash никак не может быть ROM хотя бы потому, что ROM (Read Only Memory) переводится как "память только для чтения". Ни о какой возможности перезаписи в ROM речи быть не может! Небольшая, по началу, неточность не обращала на себя внимания, однако с развитием технологий, когда Flash-память стала выдер­живать до 1 миллиона циклов перезаписи, и стала использоваться как нако­питель общего назначения, этот недочет в классификации начал бросаться в глаза. Среди полупроводниковой памяти только два типа относятся к "чис­тому" ROM - это Mask-ROM и PROM. В отличие от них EPROM, EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимой перезаписываемой памяти (анг­лийский эквивалент - nonvolatile read-write memory или NVRWM).

ROM:

· ROM (Read Only Memory) - память только для чтения. Русский эквива­лент - ПЗУ (Постоянно Запоминающее Устройство). Если быть совсем точным, данный вид памяти называется Mask-ROM (Масочные ПЗУ). Память устроена в виде адресуемого массива ячеек (матрицы), каждая ячейка кото­рого может кодировать единицу информации. Дан­ные на ROM записывались во время производства путём нанесения по маске (отсюда и название) алю­миниевых соединительных дорожек ли­тографическим способом. Наличие или отсутствие в соответствующем месте такой дорожки кодировало "0" или "1". Mask-ROM отличается сложностью модификации содержимого (только путем изготовления новых микросхем), а также длительностью производст­венного цикла (4-8 недель). Поэтому, а также в связи с тем, что современное про­граммное обеспечение зачастую имеет много недоработок и часто тре­бует обновления, данный тип памяти не получил широкого распро­странения.

Преимущества:

1. Низкая стоимость готовой запрограммированной микросхемы (при больших объёмах производства).

2. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.

3. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электро­магнитным полям.

Недостатки:

1. Невозможность записывать и модифицировать данные после изготов­ления.

2. Сложный производственный цикл.

· PROM - (Programmable ROM), или од­нократно программируемые ПЗУ. В ка­честве ячеек памяти в данном типе па­мяти использовались плавкие пере­мычки. В отличие от Mask-ROM, в PROM появилась воз­можность кодиро­вать ("пережигать") ячейки при наличии специаль­ного устройства для записи (программатора). Программирование ячейки в PROM осущест­вляется разрушением ("прожигом") плавкой перемычки путём подачи тока высокого напряжения. Возможность са­мостоятельной записи ин­формации в них сделало их пригодными для штучного и мелкосерий­ного производства. PROM практически полно­стью вышел из употреб­ления в конце 80-х годов.

Преимущества:

1. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электро­магнитным полям.

2. Возможность программировать готовую микросхему, что удобно для штучного и мелкосерийного производства.

3. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.

Недостатки:

1. Невозможность перезаписи.

2. Большой процент брака.

3. Необходимость специальной длительной термической тренировки, без которой надежность хранения данных была невысокой.

NVRWM:

· EPROM.Различные источники по-разному расшифровывают аббревиа­туру EPROM - как Erasable Programmable ROM или как Electrically Programmable ROM (стираемые программируемые ПЗУ или электрически программируемые ПЗУ). В EPROM перед записью необ­ходимо произвести стирание (соответственно появилась возможность перезаписывать содержимое памяти). Стирание ячеек EPROM выпол­няется сразу для всей микросхемы посредством облучения чипа ульт­рафиолетовыми или рентгеновскими лучами в течение нескольких ми­нут. Микросхемы, стирание которых производится путем засвечивания ультрафиолетом, были разработаны Intel в 1971 году, и носят название UV-EPROM (приставка UV (Ultraviolet) - ультрафиолет). Они содержат окошки из кварцевого стекла, которые по окончании процесса стира­ния заклеивают.

Преимущество: Возможность перезаписывать содержимое микро­схемы.

Недостатки:

1. Небольшое количество циклов перезаписи.

2. Невозможность модификации части хранимых данных.

3. Высокая вероятность "недотереть" (что в конечном итоге приведет к сбоям) или передержать микросхему под ультрафиолетовым светом (т.н. overerase - эффект избыточного удаления, "пережигание"), что может уменьшить срок службы микросхемы и даже привести к её полной негодности.

· EEPROM (EEPROM или Electronically EPROM)- электрически сти­раемые ППЗУ были разработаны в 1979 году в той же Intel. В 1983 году вышел первый 16 Кбит образец, изготовленный на основе FLOTOX-транзисторов (Floating Gate Tunnel-OXide - "плавающий" затвор с тун­нелированием в окисле).

Главной отличительной особенностью EEPROM (в т.ч. Flash) от ранее рассмотренных типов энергонезависимой памяти является воз­можность перепрограммирования при подключении к стандартной сис­темной шине микропроцессорного устройства. В EEPROM появилась возможность производить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока. Для EEPROM стирание каждой ячейки выполня­ется автоматически при записи в нее новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. Процедура стирания обычно существенно длительнее процедуры записи.

Преимущества EEPROM по сравнению с EPROM:

1. Увеличенный ресурс работы.

2. Проще в обращении.

Недостаток: Высокая стоимость.

· Flash(полное историческое название Flash Erase EEPROM). Изобрете­ние Flash-памяти зачастую незаслуженно приписывают Intel, называя при этом 1988 год. На самом деле память впервые была разработана компанией Toshiba в 1984 году, и уже на следующий год было начато производство 256 Кбит микросхем Flash-памяти в промышленных масштабах. В 1988 году Intel разработала собственный вариант Flash-памяти.
Во Flash-памяти используется несколько отличный от EEPROM тип ячейки-транзистора. Технологически Flash-память родственна как EPROM, так и EEPROM. Основное отличие Flash-памяти от EEPROM за­ключается в том, что стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определённого блока (кластера, кадра или страницы). Обычный размер такого блока составляет 256 или 512 байт, однако в некоторых видах Flash-памяти объём блока может дос­тигать 256 КБ. Следует заметить, что существуют микросхемы, позво­ляющие работать с блоками разных размеров (для оптимизации быст­родействия). Стирать можно как блок, так и содержимое всей микро­схемы сразу. Таким образом, в общем случае, для того, чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи не­больших объёмов данных в произвольные области памяти, однако зна­чительно увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями.

Преимущества Flash-памяти по сравнению с EEPROM:

1. Более высокая скорость записи при последовательном доступе за счёт того, что стирание информации во Flash производится блоками.

2. Себестоимость производства Flash-памяти ниже за счёт более про­стой организации.

Недостаток: Медленная запись в произвольные участки памяти.