Ємність флеш-пам'яті інформаційна

Кількість корисної інформації, яку ми можемо зберігати в електронному вигляді, визначається ємністю конкретного пристрою. Дуже корисною з цієї точки зору є флеш-пам'ять. Особливістю пристроїв, що її використовують, зазвичай називають значний обсяг і малий фізичний розмір носія.

Що таке флеш-пам'ять?

Так називають різновид напівпровідникової технології створення електрично перепрограмованої пам'яті. У схемотехніці так називають закінчену з технологічної точки зору рішення побудови постійних запам'ятовуючих пристроїв.


У побуті словосполучення "флеш-пам'ять" використовується для позначення широкого класу твердотільних приладів зберігання інформації, виконаних із застосуванням цієї технології. Важливими перевагами, що зумовили їх широке розповсюдження, є:

Компактність.

Дешевизна.

Механічна міцність.

Великий обсяг.

Швидкість роботи.

Низьке енергоспоживання.

Завдяки цьому всьому флеш-пам'ять можна знайти в багатьох цифрових портативних пристроях, а також в ряді носіїв інформації. На жаль, є і недоліки, такі як обмежений строк технічної експлуатації носія і чутливість до електростатичних розрядів. А ось яка ємність у флеш-пам'яті? Навряд чи зможете вгадати, але спробуйте. Максимальна ємність флеш-пам'яті може досягати величезних розмірів: так, незважаючи на малі розміри, носії даних на 128 Гб у вільному продажу зараз мало кого здивують. Недалеко вже той момент, коли 1 Тб слабо буде цікавити.

Історія створення

Попередниками вважають постійні запам'ятовуючі пристрої, які стиралися з допомогою ультрафіолету і електрики. Вони теж мали транзисторні матриці, у яких був плаваючий затвор. Тільки от у них інженерія електронів здійснювалася шляхом створення значної напруженості електричного поля тонкого діелектрика. Але при цьому різко збільшувалася площа розведення представлених в матриці компонентів, коли необхідно було створити поле зворотного напруженості.


Важко було інженерам вирішити проблему з щільністю складових ланцюгів стирання. У 1984 році вона була успішно вирішена, а завдяки схожості процесів з фотоспалахом нова технологія отримала назву «флеш» (по-англійськи - "спалах").

Принцип дії

Він базується на реєстрації і зміні електричного заряду, який є в ізольованій області напівпровідникової структури. Ці процеси протікають між витоком великого потенціалу і затвором для отримання напруги електричного поля в розміщеному тут тонкому діелектрику, щоб цього виявилося достатньо для виникнення тунельного ефекту між кишенею та каналом транзистора. Щоб підсилити його, використовують невелике прискорення електронів, і тоді виникає інжекція гарячих носіїв. Читання інформації покладено на польовий транзистор. Кишеня для нього виконує функцію затвора. Його потенціал змінює порогові характеристики транзистора, які реєструються ланцюгами читання. Конструкція має елементи, з допомогою яких можливе здійснення роботи з великим масивом подібних осередків. Завдяки малому розміру всіх деталей ємність флеш-пам'яті і виходить значною.

NOR і NAND-прилади

Їх розрізняють методом, який покладено в основу з'єднання осередків в один масив, а також алгоритмів читання і запису. Конструкція NOR базується на класичній двовимірної матриці провідників, де на перетині стовпців і рядків є по одній клітинці. Під час дії провідник рядків підключений до стоку транзистора, а до другого затвору приєднуються стовпці. Джерело підключений до підкладки, яка є загальною для всіх. Ця конструкція дозволяє легко зчитувати стан конкретних транзисторів, подаючи позитивне харчування на один рядок і один стовпець. Для уявлення, що таке NAND, уявіть тривимірний масив. В його основі – все та ж матриця. Але вже не один транзистор розташований у кожному перетині, а встановлюється вже цілий стовпець, який складається з послідовно включених осередків. Така конструкція має багато затворів ланцюгів всього в одному перетині. При цьому можна значно збільшити (і цим користуються) щільність компонентів. Мінусом є те, що значно ускладнюється алгоритм запису, доступу і читання осередку. Для NOR перевагою є швидкість роботи, а недоліком – максимальна інформаційна ємність флеш-пам'яті. Для NAND розмір - плюс, а мінус – швидкодія.

SLC і MLC-прилади

Існують пристрої, які можуть містити один або декілька біт інформації. У першому типі може бути тільки два рівня заряду плаваючого затвора. Такі клітинки називають однобитовыми. В інших їх більше. Часто многобитовые комірки ще називають багаторівневими. Вони, як не дивно, відрізняються дешевизною і об'ємом (у позитивному сенсі), хоча і повільніше відповідають, а також переносять меншу кількість перезаписів.

Аудиопамять

По мірі розвитку MLC виникла ідея записати аналоговий сигнал в клітинку. Застосування отриманий результат отримав в мікросхемах, які займаються відтворенням відносно невеликих звукових фрагментів в дешевих виробах (іграшках, наприклад, звукових листівках і подібних речах).

Технологічні обмеження

Процеси запису та читання відрізняються по енергоспоживанню. Так, для першого доводиться формувати високу напругу. У той же час при читанні витрати на енергію досить малі.

Ресурс запису

При зміні заряду накопичуються незворотні зміни в структурі. Тому можливість кількості записів для клітинки обмежена. В залежності від пам'яті і технологічного процесу роботи пристрою можуть пережити сотні тисяч циклів (хоча є окремі представники, які і до 1000 не дотягують). У многобитовых пристроях гарантований ресурс роботи досить низький порівняно з іншим типом організації. Але чому відбувається сама деградація приладу? Справа в тому, що не можна індивідуально контролювати заряд, який має плаваючий затвор в кожній клітинці. Адже запис і стирання робляться для безлічі одночасно. Контроль якості проводиться по середній величині або з референсною клітинці. З часом відбувається неузгодженість, і заряд може виходити за межі допустимого, після чого інформація стає нерозбірливим. Далі ситуація тільки погіршується. Ще однією причиною є взаємна дифузія проводять та ізолюючих областей у напівпровідниковій структурі. При цьому періодично виникають електричні пробої, що веде до розмивання меж, і флеш-карта пам'яті виходить з ладу.

Термін зберігання даних

Оскільки ізоляція в кишені неідеальна, то поступово відбувається розсіювання заряду. Зазвичай термін, який може зберігатися інформація, – близько 10-20 років. Специфічні зовнішні умови катастрофічно позначається на періоді зберігання. Так, підвищена температура, гамма-радіація або частинки високих енергій зможуть швидко знищити всі дані. Зараз самі передові зразки, які можуть похвалитися тим, що у них значна інформаційна ємність флеш-пам'яті, мають слабкі місця. У них нижче термін зберігання, ніж у вже давно розроблених і відкоригованих пристроїв, що не раз доопрацьовувалися.

Висновок

Незважаючи на проблеми, зазначені в кінці статті, технологія флеш-пам'яті є дуже ефективною, завдяки чому вона отримала широке розповсюдження. А її переваги з лишком покривають недоліки. Тому інформаційна ємність флеш-пам'яті стала дуже корисною і популярною в побутовій техніці.