51164

ФЛЭШ-ПЯМЯТЬ

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В схемах флэш-памяти не предусмотрено стирание отдельных слов, стирание информации осуществляется либо для всей памяти одновременно, либо для достаточно больших блоков. Это позволяет упростить схему ЗУ и позволяет повысить степень интеграции и быстродействия.

Русский

2015-01-09

362 KB

0 чел.

ФЛЭШ-ПЯМЯТЬ

Флэш-память высококачественная репрограммируемая память на элементах типа, в которой стирание данных производится электрическими сигналами для всего кристалла или для отдельных блоков.

Эта память по типу ЗЭ и основным принципам работы подобия памяти типы , однако, ряд архитектурных особенностей позволяет выделить ее в отдельный класс.

Разработка флэш-памяти считается кульминацией десятилетнего развития схемотехники памяти с электрическим стиранием информации.

В схемах флэш-памяти не предусмотрено стирание отдельных слов, стирание информации осуществляется либо для всей памяти одновременно, либо для достаточно больших блоков. Это позволяет упростить схему ЗУ и позволяет повысить степень интеграции и быстродействия.

Термин  – по одной из версии связан с характерной особенностью этого вида памяти – возможностью одновременного стирания всего ее объема. Согласно этой версии еще до появления флэш-памяти при хранении секретных данных использовались устройства, которые при попытках несанкционированного доступа ним автоматически стирали хранимую информацию и назывались устройством типа  (вспышка). Это название перешло к памяти, обладающей свойством быстрого стирания всего массива данных одним сигналом.

Одновременное стирание всей информации ЗУ реализуется наиболее просто, но не всегда удобно, потому что замена даже одного слова требует стирания и записи новой информации для ЗУ в целом. Поэтому разрабатываются схемы с блочной структурой, в которой весь массив делится на блоки, стираемые независимо друг от друга. Объем таких блоков от 256 байт до 128 кбайт.

Согласно областей применения флэш-память имеет архитектурные и схемотехнические особенности. Двумя основными направлениями эффективного использования флэш-памяти является хранение не очень часто изменяемых данных и замена памяти на магнитных данных.

Для первого направления в связи с редким обновлением содержимого параметров циклов стирания и записи не стол не столь существенным как информационная емкость и скорость считывания информации. Стирание в этих схемах может быть как одновременным для всей памяти, так и блочным. Среди устройств с блочным стиранием выделяют схемы со специализированными блоками. По имени так направляемых -блоков, в которых информация надежно защищена аппаратными средствами от случайного стирания, эти ЗУ называют Boot Block Flash Memory. Эти - блоки хранят программы инициализации системы, позволяющие ввести ее в рабочее состояние после включения питания.

Микросхемы для замены жестких дисков (Flash File Memory) содержат более развитые средства перезаписи информации и имеют идентичные блоки.

В схемотехнике накопителей Флэш-памяти развиваются два направления:

  1.  На основе ячеек ИЛИ-НЕ ();
  2.  На основе ячеек И-НЕ ().

Структура накопителя на ИЛИ-НЕ имеет следующую схему, представленную на рис. 1.

Рис.1. Структура накопителя на элементах ИЛИ-НЕ

Каждый столбец представляет собой совокупность параллельно соединенных транзисторов. Разрядные линии выборки находятся под высоким потенциалом. Все транзисторы невыбранных строк заперты. В выбранной строке открываются и передают высокий уровень напряжения на разрядные линии открывания, то есть транзисторы, в плавающих затворах которых отсутствует заряд электронов и их пороговое напряжение имеет нормальное значение.

Такие накопители использовались фирмой .

Структуры с ячейками И-НЕ более компактные, но не обеспечивают решения произвольного доступа и практически используются только в схемах замены магнитных дисков. У них сложенная схема обслуживания накопителя.

Кроме флэш-памяти с симметричной структурой широкое применение находит флэш-память с несимметричной блочной структурой и файловая флэш-память.

Первый тип памяти Boot Block Flash Memory (-блоки флэш-память) сокращенно ББФП имеет блочное стирание данных и несимметричную архитектуру. Блоки памяти специализированны и имеют разные размеры.

Среди них имеется так называемый -блок (ББ), содержимое которого аппаратно защищено от случайного стирания. В этом ББ хранится программное обеспечение базовой системы ввода/вывода и микропроцессорной системы  (Basic Input/Output System), необходимое для правильной эксплуатации и инициализации системы.

В составе таких блоков имеются также блоки параметров и главные блоки, не  снабженные не аппаратными средствами защиты от непредусмотренной записи.

Блоки памяти хранят относительно часто меняемые параметры системы (диагностические программы и т.д.). Главные блоки хранят основные управляющие программы.

Микросхемы ББФП предназначены для работы с разными микропроцессорами и в настоящее время выпускаются с емкостями 1…16 Мбит и разрабатываются до 256 Мбайт.

Важное место в иерархии ЗУ занимает файловая флэш-память.

В течение многих лет хранение больших объемов данных встречались на хорошо отработанные внешние ЗУ на магнитных, а в последствии оптических дисках. Во многих параметрах система памяти организована как сочетание жесткого магнитного диска (винчестера) с динамическими полупроводниковым ОЗУ.

Имея значительные достоинства, дисковые ЗУ как электромеханические устройства имеют ряд недостатков: чувствительность к ударам, вибрациям, загрязнениям; имеют ограниченное быстродействие. Эти недостатки особенно сказываются в портативных устройствах с батарейным питанием.

Файловая флэш-память ориентирована на замену твердых дисков и в сотни раз сокращают потребляемую мощность и увеличивают механическую надежность ЗУ, уменьшает размеры, вес и т.д.

Но диски все же остаются большой емкости.

Использование файловой флэш-памяти позволяет, особенно в портативных компьютерах, заменить сочетание «жесткий диск – динамическое ОЗУ» сочетанием «флэш-память – статическое ОЗУ».

Команды программы, хранимые в ФФП, читаются в этом случае непосредственно процессором, результаты также записываются прямо в ФФП, а операции с интенсивными вычислениями, требующие быстрейшего доступа к памяти и записи данных с байтовой разрешающей способностью, выполняются с использованием быстродействующей статической памяти.

Накопитель ФФП делится на блоки, которые служат аналогами секторов магнитных дисков, определяемых в операционной системе. Разработанные программные средства, которые обеспечивают обмен между флэш-блоками, подобно тому, как операционная система  обеспечивает обмен между секторами диска.

В настоящее время микросхемы ФФП фирмы имеют информационную емкость 4…32 Мбайт при времени доступа 70…150 нс, напряжение питания 5; 3,3 В.


СТАТИЧЕСКИЕ ЗУ. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ.

Область применения относительно дорогостоящих статических ОЗУ определяется высоким быстродействием. В частности они широко используются в кэш-памяти, которая при сравнительно малой емкости должна иметь максимальное быстродействие.

Статические ОЗУ, как правило, имеют структуру , часть их при небольшой емкости строится по структуре .

Запоминающим элементом статической ОЗУ служат триггеры с цепями установки и сброса. Триггеры могут быть реализованы по любой технологии ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, -МОП, КМОП и т.д. Различие в параметрах этих ЗУ  отражает специфику той или иной схемотехнологии. В последнее время наиболее интенсивно развивается статические ЗУ, выполненные по КМОП-схемотехнологии, которая по мере уменьшения топологических норм приобретает высокое быстродействие при сохранении своих традиционных преимуществ.

ЗАПОМИНАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОЗУ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Статические ЗЭ, использующие биполярные транзисторы, это достаточно дорогостоящие устройства, выполненные на основе различных триггерных элементов. Данный класс схем на сегодняшний день обладает максимальным быстродействием.

 


На рис. 2 рассмотрим принципиальную схему ЗЭ на биполярных транзисторах.

Рис.2. Принципиальная схема ЗЭ на биполярных транзисторах

Две пары объединенных эмиттеров образуют выводы выборки элементов , . Третья пара (верхних) эмиттеров образует прямой и инверсный – выходы запоминающего элемента, которые через входные сопротивления усилителя считывания подключены к общей шине.

В режиме хранения на один или на оба вывода выборки (,) подано напряжение низкого уровня. При  этом триггер, образованный инверторами, находится в одном из устойчивых состояний.

Предположим, что транзистор  насыщен,  – в отсечке. Весь ток насыщенного транзистора  замыкается через один из выводов выборки элемента на общую шину. Поэтому в цепи выходного вывода  ток отсутствует и информация из ЗЭ не попадает на вход усилителя считывания – .

Для считывания информации на оба вида выборки элемента необходимо подать напряжение высокого уровня (которое формируется с выходов Дш.А). При этом единственным путем протекания тока насыщенного транзистора остается выходной вывод . Этот ток создает на входном сопротивлении усилителя считывания напряжением , полярность которого соответствует записанной в элемент информации.

Следует отметить, что при считывании из элемента информации она не теряется.

При необходимости записать в элемент новую информацию на него также первоначально подаются сигналы выборки. После чего на внешних шинах  и  устанавливается полярность напряжения, соответствующая новой информации. Подадим на – высокий уровень, а на  – низкий. Все эмиттерные переходы откроются смещенные в обратном направлении, и он входит в режим отсечки. На его коллекторе формируется напряжение высокого уровня. Это напряжение насыщает транзистор , который, формируя на коллекторе напряжение низкого уровня, подтверждает закрытое состояние транзистора . Таким образом, в ЗЭ записывается новая информация. После снятия с элемента сигналов выборки новая информация будет хранится в триггере до момента очередной перезаписи.

ЗАПОМИНАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ СТАТИЧЕСКОГО ОЗУ

НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Применение в статических ОЗУ полевых транзисторов позволяет получить более высокую степень интеграции, уменьшить стоимость и потребляемую мощность. Но теряется быстродействие.

Для простаты рассмотрим ЗЭ для ОЗУ с однокоординатной выборкой, то есть типа. Схема показана на рис. 3.

Рис.3. Схема ЗЭ для ОЗУ с однокоординатной выборкой.

ЗЭ содержит два инвертора, выполненных на основе ключей с нагрузочными МДП транзисторами и .

За счет введения цепи положительной обратной связи (ПОС) инвертором образуют структуру триггера.

Выходы этого триггера через последовательно включенные ограничительные резисторы , и транзисторы ,соединены выходными выводами  и . Объединенные затворы ,образуют вывод выборки элемента .

Допустим, что транзистор включен, а  – выключен. Если на вход выборки подано напряжение, недостаточное отпирания транзисторов ,, триггер фактически отключен от выводов  и  и информация на этих выводах отсутствует. ЗЭ находится в режиме хранения. Это состояние может длиться сколь угодно долго.

Если на вход выборки подано напряжение, достаточное для отпирания ,, информация, записанная ранее в триггере, появится на его выходах.

В нашем случае на выходе  появится напряжение низкого уровня, а на – высокого.

Для записи новой информации при условии выборки нужного элемента на выводы  иусилителем записи формируются новые уровни напряжений. В рассматриваемом случае для применения записанной ранее информации необходимо на вывод  подать напряжение высокого, а на  – низкого уровней. Напряжение низкого уровня, шунтируя транзистор , снимет с затвора напряжение, поддерживающее его во включенном состоянии, при этом закроется. Напряжение на его стоке увеличится до напряжения открывания . В результате откроется, подтвердив тем самым закрытое состояние транзистора . В триггер записывается новая информация, которая будет хранится до новой перезаписи.

Рассмотренный элемент можно легко преобразовать в устройство с двухкоординатной выборкой. Для этого последовательно с транзисторами ,необходимо включить еще два аналогичных триггера, объединенные затворы которых создает второй вход .

Рис.4. Схема устройства с двухкоординатной выборкой.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66245. Место и роль управления персоналом в системе управления организацией 77 KB
  Структура персонала её основные виды. Персонал как важнейший ресурс организации Менеджмент персонала или управление персоналом как отдельный вид менеджмента начинает выделяться во второй половине ХХ в. что связано со следующими причинами: усложнение процессов управления внутри организации...
66246. Программы и программные продукты 46 KB
  Все программы по характеру использования и категориям пользователей можно разделить на два класса: утилитарные программы программы для себя предназначенные для удовлетворения нужд их разработчиков и программные продукты программы для хозяина предназначенные...
66247. ЗАРОДЖЕННЯ ПЕДАГОГІЧНОЇ ДУМКИ 83.5 KB
  Зараз ми не можемо точно знати, як жили і виховували дітей люди сотні тисяч років тому. Тодішні люди давно померли, не залишивши письмових пам'яток, а машини часу існують лише у науковій фантастиці. Але ми можемо відтворити їх життя і виховання дітей, користуючись рядом інших джерел.
66248. Народознавство як складова педагогічного процесу в дошкільному закладі 37.5 KB
  Волковим котрий вкладав у це поняття науку “про досвід народних мас у вихованні підростаючих поколінь про їх педагогічні погляди науку про педагогіку побуту про педагогіку сім’ї роду племені й народу. Отже народна педагогіка це галузь педагогічних знань і досвіду народу а етнопедагогіка це наука про народну педагогіку.
66249. Рынок труда в системе рыночного хозяйства 109.5 KB
  При характеристике внутренней структуры территориального рынка труда выделяют такие его подвиды, как первичный рынок труда, субъектами которого являются лица, впервые вступающие в трудовую жизнь, имея соответствующую специальную (профессиональную) подготовку, и вторичный.
66250. Причины неудачи IT-проектов 49 KB
  Технологии развиваются с такой скоростью что профессионалы вынуждены все время обновлять свои знания. Понятие технологии программирования Технология это совокупность производственных процессов в определенной отрасли производства а также научное описание способов производства.
66251. ВИХОВАННЯ І ШКОЛА В АНТИЧНОМУ СВІТІ 66 KB
  Виховання спартанців було повністю в руках держави. Вважали, що цілеспрямоване виховання має вирішальну роль у вихованні людини. Виховання починалось з першого дня життя. Новонародженого оглядали старійшини: слабких і потворних скидали у провалля...