Układy pamięci FLASH firmy SAMSUNG. Pamięć flash

Wielu ekspertów jest zgodnych co do tego, że jedną z głównych przyczyn bezprecedensowego zapotrzebowania na pamięci flash był rozwój rynku telefonii komórkowej, choć nie tylko. Jak wiadomo, pamięć flash jest jedną z odmian pamięci nieulotnej. Komórka pamięci tego typu opiera się na fizycznym działaniu Fowlera-Nordheima, związanym z lawinowym wstrzyknięciem ładunków do tranzystorów polowych. Podobnie jak w przypadku EEPROM, zawartość pamięci flash jest programowana elektrycznie, jednak jej główną zaletą w stosunku do tej samej pamięci EEPROM jest jej duża szybkość dostępu i dość szybkie usuwanie informacji. Uważa się, że nazwa „flash” w odniesieniu do typu pamięci jest tłumaczona jako „flash”. Właściwie to nie jest prawda. Jedna z wersji pojawienia się tego terminu jest taka, że \u200b\u200bpo raz pierwszy w latach 1989-90. Specjaliści firmy Toshiba opisując swoje nowe mikroukłady, używali słowa flash w znaczeniu „szybki, natychmiastowy”.

Obecnie istnieją dwie główne struktury do budowy pamięci flash: pamięć oparta na komórkach NOR (funkcja logiczna NOR) i NAND (funkcja logiczna NAND). Struktura NOR składa się z równolegle połączonych komórek elementarnych służących do przechowywania informacji (ryc. 1). Taka organizacja komórek zapewnia swobodny dostęp do danych i zapis informacji bajt po bajcie. Struktura NAND opiera się na zasadzie sekwencyjnego łączenia komórek elementarnych, tworząc grupy (16 komórek w jednej grupie), które są łączone w strony, a strony - w bloki (ryc. 2). Przy takiej konstrukcji macierzy pamięci dostęp do poszczególnych komórek jest niemożliwy. Programowanie odbywa się jednocześnie tylko w ramach jednej strony, a podczas kasowania uzyskuje się dostęp do bloków lub grup bloków.

Postać: 1. Architektura NOR.	Postać: 2. Architektura NAND.

Tradycyjna komórka pamięci flash to tranzystor z dwiema izolowanymi bramkami: bramką i bramką pływającą. Ważną cechą tego ostatniego jest zdolność do utrzymywania elektronów, czyli ładunku. Ponadto ogniwo zawiera elektrody zwane „drenem” i „źródłem”. Podczas programowania między nimi, ze względu na wpływ dodatniego pola na bramkę sterującą, powstaje kanał - przepływ elektronów. Część elektronów ze względu na obecność większej energii pokonuje warstwę izolatora i spada na pływającą bramę. Mogą być na nim przechowywane przez kilka lat. Pewien zakres liczby elektronów (ładunku) na pływającej bramce odpowiada jednostce logicznej, a wszystko, co jest większe niż to, odpowiada zeru. Podczas odczytu stany te są rozpoznawane przez pomiar napięcia progowego tranzystora. Aby usunąć informacje, do bramki sterującej przykładane jest wysokie ujemne napięcie, a elektrony z pływającego przejścia bramki (tunelu) do źródła. W technologiach różnych producentów ta zasada działania może różnić się sposobem podawania prądu i odczytu danych z ogniwa.

Różnice w organizacji struktury między NOR i NAND znajdują odzwierciedlenie w ich charakterystyce. W przypadku stosunkowo dużych ilości danych procesy zapisu / kasowania w pamięci NAND są znacznie szybsze niż w pamięci NOR. Ponieważ 16 sąsiednich komórek pamięci NAND jest połączonych szeregowo bez przerw stykowych, na chipie uzyskuje się dużą gęstość, co pozwala na uzyskanie dużej pojemności przy tych samych standardach technologicznych. Sekwencyjna organizacja komórek zapewnia wysoki stopień skalowalności, dzięki czemu NAND Flash jest liderem w wyścigu rozszerzeń pamięci. Programowanie pamięci flash NAND opiera się na procesie tunelowania elektronów. Ponieważ tunelowanie odbywa się na całym obszarze kanału komórki, NAND ma niższy współczynnik ładowania na jednostkę powierzchni niż inne technologie flash, co skutkuje większą liczbą cykli programowania / kasowania. A ponieważ tunelowanie jest używane zarówno do programowania, jak i kasowania, zużycie energii przez układ pamięci jest niski. Programowanie i odczytywanie odbywa się sektor po sektorze lub strona po stronie, w blokach po 512 bajtów, w celu emulacji wspólnego rozmiaru sektora dysków.

Warto również zwrócić uwagę na fakt, że w konstrukcji pamięci flash tylko jeden element (tranzystor) służy do przechowywania 1 bitu informacji, podczas gdy w typach pamięci ulotnych wymaga to kilku tranzystorów i kondensatora. Umożliwia to znaczne zmniejszenie wielkości wytwarzanych mikroukładów, uproszczenie procesu technologicznego, a co za tym idzie obniżenie kosztów. Ale 1 bit to daleko od limitu. W 1992 roku zespół inżynierów w firmie Intel zaczął opracowywać urządzenie pamięci flash, którego jedna komórka mogłaby przechowywać więcej niż jeden bit informacji. Już we wrześniu 1997 roku zapowiedziano układ pamięci Intel StrataFlash o pojemności 64 Mbit, którego jedna komórka może przechowywać 2 bity danych. Ponadto istnieją obecnie 4-bitowe projekty komórek. Ta pamięć wykorzystuje technologię wielopoziomowej komórki. Mają zwykłą strukturę, a różnica polega na tym, że ich ładunek jest podzielony na kilka poziomów, z których każdy jest powiązany z określoną kombinacją bitów. Teoretycznie można odczytać / zapisać więcej niż 4 bity, ale w praktyce pojawiają się problemy z eliminacją szumów i ze stopniowym wyciekiem elektronów podczas długotrwałego przechowywania.

Do największych producentów pamięci flash należą Samsung Electronics, Toshiba, Spansion (AMD-Fujitsu), Intel, STMicroelectronics. Jednym z obszarów, w których można ulepszyć ich produkty, jest zmniejszenie zużycia energii i rozmiaru przy jednoczesnym zwiększeniu objętości i szybkości pamięci flash. W nadchodzących latach producenci pamięci flash NAND zamierzają rozszerzyć rynek swoich chipów i zapełnić nimi urządzenia, które obecnie wykorzystują dyski twarde lub inne typy pamięci. W rezultacie w pamięci telefonu komórkowego można nagrać kilka godzin wideo, a żywotność baterii w notebookach podwoi się lub więcej. Niewykluczone, że do końca dekady elementy NAND, ze względu na rosnącą pojemność, całkowicie zastąpią dyski twarde niektórych modeli mini-notebooków.

Ewolucja NAND przebiega zgodnie z prawem Moore'a, czyli co dwa lata podwaja się liczba tranzystorów w mikroukładzie. W rzeczywistości technologia rozwija się jeszcze szybciej. O ile jeszcze kilka lat temu elementy NAND produkowane były na przestarzałych liniach produkcyjnych, o tyle teraz producenci przenieśli ten proces na najnowocześniejsze urządzenia, co przyspieszyło rozwój produktów. Teraz ich pojemność podwaja się co roku: na przykład po układach 4 Gbit NAND w 2005 r. Pojawiły się układy 8 Gbit i 16 Gbit.

Koszt jest czynnikiem napędzającym rozwój tej technologii: elementy NAND stają się tańsze o około 35-45% rocznie. W zeszłym roku 1 GB producentów urządzeń flash kosztowało około 45 USD. Eksperci uważają, że cena spadnie do 30 USD w tym roku, do 20 USD w 2008 r. I 9 USD do 2009 r. Przy 45 USD za 1 GB pamięci flash kosztuje prawie sto razy droższe niż dyski twarde, które producenci mogą kupić za około 65 centów za gigabajt. Dlatego na razie, nawet w najkorzystniejszych warunkach porównawczych dla technologii flash, nieuchronnie traci ona pod względem kosztów. Z drugiej strony ta pamięć zapewnia zauważalny zysk w zakresie przestrzeni i zużycia energii.

Technologia Robson Pod koniec ubiegłego roku specjaliści z Intel Corporation (http://www.intel.com) zademonstrowali technologię Robson, która skraca czas uruchamiania systemu i aplikacji. Komputer PC z tą technologią nie pobiera danych i aplikacji z dysku twardego, ale z opcjonalnej karty pamięci flash i oprogramowania Intel. Pamięć Flash jest szybsza niż dysk twardy, więc czas rozruchu jest krótszy. Powinno to wydłużyć żywotność baterii laptopów, ponieważ silnik dysku twardego działa mniej. Uważa się, że Robson skróci czas oczekiwania od momentu naciśnięcia przycisku zasilania komputera do momentu, w którym można rozpocząć nad nim pracę, a także czas przejścia komputera ze stanu gotowości do stanu aktywnego i czas potrzebny. do uruchamiania aplikacji. Karta Robson może pomieścić od 64 MB do 4 GB pamięci. Im większa pojemność, tym więcej danych lub aplikacji można zapisać na karcie, aby przyspieszyć pobieranie. Firma Intel opracowała oprogramowanie dla Robsona, ale same kryształy zostaną dostarczone przez strony trzecie. Robson korzysta z pamięci flash NAND firm Samsung, Toshiba i innych. Sam Intel wciąż wypuszcza pamięć flash NOR, która nie jest używana do tego rodzaju operacji odczytu, zapisu i kasowania.

Rozbudowa pamięci flash

Ogólnie rzecz biorąc, Spansion (http://www.spansion.com) to rozpoznawalna na całym świecie marka FASL LLC, firmy stworzonej wspólnie przez AMD i Fujitsu w celu projektowania i produkcji pamięci flash. Dziś FASL LLC jest największym na świecie producentem pamięci flash NOR. Rozwiązania typu Spansion Flash są używane w sprzęcie AMD i Fujitsu na całym świecie. Urządzenia z rozszerzoną pamięcią flash (rys. 3) obejmują szeroki zakres gęstości i właściwości i są poszukiwane w różnych branżach, w tym liderów rynku urządzeń bezprzewodowych, telefonii komórkowej, samochodów, sieci, telekomunikacji i elektroniki użytkowej. Dostępnych jest wiele produktów typu Spansion Flash, w tym najnowocześniejsza technologia MirrorBit, wielokrotnie nagradzane produkty z rodziny Simultaneous Read / Write (SRW), ultra-niskonapięciowe pamięci flash 1,8 V oraz urządzenia pamięci wsadowej i stronicowanej. Przypomnijmy, że to specjaliści korporacji AMD jako pierwsi w opracowaniu układów pamięci flash umożliwiali jednoczesne rejestrowanie i odczytywanie informacji. Było to możliwe dzięki podzieleniu kryształu na dwa niezależne banki pamięci. Dzięki tego typu pamięci można przechowywać kody sterujące w jednym banku, a dane w innym. W takim przypadku nie musisz przerywać programu, jeśli chcesz wykonać operację kasowania lub zapisu w banku danych.

Technologia Spansion MirrorBit (Rysunek 4) umożliwia przechowywanie dwóch bitów danych w jednej lokalizacji pamięci, co podwaja gęstość pamięci fizycznej. Ta technologia upraszcza produkcję, co skutkuje niższymi kosztami i wyższym zwrotem z inwestycji. Co najmniej 10% całkowitej liczby etapów procesu produkcyjnego i 40% najważniejszych etapów produkcji zostało wyeliminowanych w porównaniu z technologią MLC NOR.

Postać: 4. Architektura MirrorBit.

Na początku ubiegłego roku wprowadzono technologię MirrorBit drugiej generacji, zoptymalizowaną do użytku w rozwiązaniach bezprzewodowych 1,8 V. Jest ona reklamowana jako najlepsze w branży rozwiązanie w zakresie stosunku ceny do wydajności, a także jako najszersza w branży technologia flash. Zestaw funkcji NOR i najwyższe wartości gęstości. Mówi się, że ta technologia tworzy bogate w funkcje produkty, które obsługują równoczesne operacje odczytu / zapisu, szybki interfejs seryjny, zaawansowaną ochronę sektora i wyjątkowo niskie zużycie energii.

Przewaga technologii MirrorBit pod względem stosunku ceny do wydajności jest osiągana dzięki jej fundamentalnym zaletom nad technologią MLC z ruchomą bramką, zapewniającą zwiększoną wydajność, doskonałą jakość i wysoką przepustowość linii produkcyjnych. Generacja chipów o dużej gęstości (128 do 512 Mb / s) wzrosła o prawie 30% w porównaniu z technologią MLC z ruchomą bramką, co znacznie poprawia strukturę kosztów produktów samodzielnych i wieloukładowych. Zmniejszona o 40% liczba krytycznych poziomów maskowania zmniejsza wrażliwość na wady procesu produkcyjnego i poprawia jakość gotowego produktu. Wreszcie przepustowość fabrycznych linii produkcyjnych wzrosła o 10% dzięki uproszczeniu i usprawnieniu procesu produkcyjnego.

Technologia MirrorBit została opracowana przez firmę Spansion specjalnie dla klientów wymagających najwyższego stosunku ceny do wydajności w pełnym zakresie aplikacji flash. W rezultacie producenci urządzeń coraz częściej zastępują układy scalone bramek pływających komórkami jednobitowymi lub wielopoziomowymi w zaawansowanych telefonach komórkowych, urządzeniach PDA, aparatach cyfrowych, serwerach, dekoderach, drukarkach, sprzęcie sieciowym i telekomunikacyjnym, systemach do gier, i urządzenia nawigacyjne.

Urządzenia bezprzewodowe GL Spansion 1,8 V i 3 V służą do przechowywania danych i uruchamiania aplikacji w telefonach komórkowych klasy podstawowej, średniej i wyższej. Urządzenia bezprzewodowe z linii 3V PL są również używane w wielu telefonach komórkowych, od najprostszych modeli po wydajne telefony wielofunkcyjne z kolorowymi wyświetlaczami o wysokiej rozdzielczości.

Urządzenia bezprzewodowe z linii Spansion WS są zoptymalizowane pod kątem zaawansowanych telefonów komórkowych, które obsługują dzwonki polifoniczne, kolorowe wyświetlacze i kamery o wysokiej rozdzielczości oraz dużą pamięć wewnętrzną do przechowywania informacji multimedialnych, klipów wideo i zdjęć. Linia WS obejmuje wysokowydajne chipy dostępu pakietowego 1,8 V z jednoczesną obsługą odczytu / zapisu i ulepszoną ochroną sektora. Wydajność tych urządzeń wynosi od 64 do 256 Mb / s; mogą służyć do przechowywania danych i uruchamiania aplikacji.

Urządzenia GL-N Line Spansion łączą dużą pojemność z wysoką przepustowością i bezpieczeństwem. Doskonale nadają się do następnej generacji elektroniki domowej i samochodowej, sprzętu komunikacyjnego i sieciowego oraz urządzeń mobilnych. Linia GL-N jest dostępna w modułach 512, 256 i 128-Mbit, które tworzą pojedynczą platformę do integracji pamięci flash z szeroką gamą urządzeń. Zgodność oprogramowania, śladów i fizycznego interfejsu zmniejsza koszty rozwoju i aktualizacji, ponieważ nie ma potrzeby wymiany płytek drukowanych lub dostosowywania oprogramowania w celu aktualizacji do większych modułów.

Spansion LLC i Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC, http://www.tsmc.com) zawarły umowę na rozpoczęcie masowej produkcji chipów w technologii 110 nm Spansion MirrorBit. W ramach umowy TSMC zapewni zaplecze produkcyjne urządzeń bezprzewodowych Spansion z serii GL, PL i WS oraz urządzeń zintegrowanych z serii GL. TSMC wdraża proces produkcyjny Spansion 110 nm w swoich obiektach specjalnie do wytwarzania swoich produktów. Oryginalnie technologia Spansion MirrorBit 110nm jest stosowana na 200-milimetrowych płytkach silikonowych.

Na początku jesieni ubiegłego roku Spansion ogłosił, że dostarcza klientom próbki pamięci flash typu Package-on-Package (PoP) do miniaturowych, ale bogatych w funkcje telefonów komórkowych, palmtopów, aparatów cyfrowych i odtwarzaczy MP3. Nowe rozwiązanie Spansion PoP to kompaktowy moduł pamięci z wbudowanym kontrolerem, który ma kilka pinów, łatwą integrację i wysoką wydajność. Urządzenia te docenili przede wszystkim producenci telefonów komórkowych, którzy byli w stanie rozszerzyć zestaw funkcji o nowe modele bez zwiększania ich wagi i rozmiarów.

Nowe jednostki rozszerzające PoP, które składają się z modułu pamięci i kontrolera pionowego, mają tylko 1,4 mm wysokości. Urządzenia PoP są bardzo elastyczne - integracja dowolnego modułu pamięci z dowolnym kontrolerem zajmuje dosłownie kilka tygodni. Rozwiązania PoP pozwalają wybrać idealną kombinację pamięci / kontrolera dla każdej aplikacji, a uproszczone testowanie oznacza dodatkowe oszczędności. Spansion ma systematyczne podejście do projektowania i wydawania pamięci flash oraz standaryzacji PoP, jest aktywnym członkiem stowarzyszenia JEDEC i kieruje zespołem JC11.2, który jest odpowiedzialny za wytyczne projektowe PoP. Ponadto firma ciężko pracuje nad dystrybucją urządzeń PoP, a także ściśle współpracuje z producentami chipsetów, aby zapewnić kompatybilność między nimi.

W zeszłym roku zakład produkcyjny Spansion został zaprojektowany do produkcji 8-kryształowych zintegrowanych modułów ze 128-pinową podstawą w formacie 12x12mm w odstępach co 0,65mm. Urządzenia PoP przezwyciężają czystość sygnału i ograniczenia taktowania pamięci DDR 133 MHz z ich krótkimi ścieżkami i niską pojemnością magistrali. Architektura wybrana przez Spansion eliminuje konieczność stosowania pinów i przesyłania danych między modułem pamięci a kontrolerem po powierzchni PCB, znacznie upraszczając konstrukcję zintegrowanego urządzenia.

Urządzenia Spansion PoP również wykorzystują technologię MirrorBit. Architektura ORNAND otwiera nowe możliwości rozwoju tej technologii. Jest specjalnie zaprojektowany dla urządzeń bezprzewodowych i procesorów pomocniczych, które wymagają dużej ilości danych i kontrolerów zoptymalizowanych do określonych zadań.

Pierwsze próbki jednomodułowych gigabitowych urządzeń pamięci flash dla systemów wbudowanych pojawiły się już w październiku ubiegłego roku. Gigabitowe moduły MirrorBit GL były pierwszymi urządzeniami wyprodukowanymi przy użyciu technologii MirrorBit 90 nm, aw momencie premiery miały największą pojemność właściwą wśród jednomodułowych urządzeń typu NOR flash. Mogą być używane do przechowywania danych i wykonywalnego kodu w różnych systemach wbudowanych, takich jak systemy nawigacji samochodowej, urządzenia komunikacyjne, urządzenia do gier i roboty przemysłowe.

Urządzenia Gigabit MirrorBit GL należą do tej samej linii produktów, co jedyne na świecie moduły 512 Mbit NOR Flash. Przeniesienie technologii MirrorBit do procesu produkcyjnego 90 nm i podwojenie gęstości pamięci flash NOR umożliwiło firmie Spansion obniżenie kosztów komponentów, ponieważ projektanci rozwiązań wbudowanych mogą teraz radzić sobie z jednym urządzeniem jednomodułowym zamiast wielu urządzeń niezależnych lub drogimi urządzeniami wielowarstwowymi z wieloma modułami o małej pojemności . Dzięki temu, że nowy produkt kontynuuje dotychczasową linię urządzeń, klientom Spansion bardzo łatwo jest przejść na nowe moduły, nie wymaga to żadnych zmian w architekturze już opracowanych systemów wbudowanych.

Gigabitowe moduły Spansion MirrorBit należą do rodziny Spansion GL, która obejmuje moduły o przepustowości od 16 do 512 Mbit. Wraz z wypuszczeniem urządzenia gigabitowego, Spansion rozszerzył swoją ofertę produktów z 1 Mbps do 1 Gbps. Wszystkie nowe produkty są kompatybilne z modułami poprzednich generacji (do 2 Mbit) na poziomie interfejsu programowego, interfejsu sprzętowego oraz footprintów, co pozwala na ich instalację na starych płytach. Moduły Gigabit MirrorBit GL na interfejsie sprzętowym i powierzchni są kompatybilne ze wszystkimi urządzeniami MirrorBit GL-M (technologia procesowa 230nm), MirrorBit GL-A (200nm) i MirrorBit GL-N (110nm), a także ze starszymi urządzeniami Fujitsu i AMD LV aż do tych, które zostały wyprodukowane w procesie 320 nm. Fizyczny projekt modułów spełnia wymagania norm JEDEC. Napięcie robocze gigabitowych modułów MirrorBit GL wynosi 3 V, prędkość odczytu swobodnego 110 ns, prędkość odczytu sekwencyjnego 25 ns, a pojemność bufora strony to 8 słów.

Gigabitowe moduły MirrorBit GL umożliwiają wykonanie kodu bezpośrednio z pamięci flash lub skopiowanie go z dużą prędkością do pamięci RAM. Oparte są na architekturze NOR, która gwarantuje brak złych sektorów, eliminuje potrzebę parzystości ECC i obsługuje standardowy interfejs równoległy. Moduły te mogą znacznie uprościć strukturę i obniżyć koszt systemów wbudowanych. W przypadku aplikacji o specjalnych wymaganiach bezpieczeństwa ważne jest, aby megabitowe moduły MirrorBit GL obsługiwały technologię Advanced Sector Protection (ASP). Technologia ASP umożliwia programistom bezpieczną ochronę algorytmów i parametrów oprogramowania za pomocą klucza 64-bitowego. Ochronę można ustawić indywidualnie dla każdego sektora za pomocą kodu lub danych. Dodatkowo do modułów można przypisać elektroniczne numery seryjne (ESN). Sieci ESN są przydatne do zdalnej identyfikacji urządzeń, zarządzania poziomem usług i rejestrowania dostępu w celu późniejszego rozliczenia. Te zabezpieczenia pomagają chronić urządzenia przed złośliwym oprogramowaniem, wirusami i nieautoryzowanym dostępem.

Pamięć flash Samsung

Będąc liderem na rynku pamięci flash NAND od 2002 roku, Samsung Electronics (http://www.samsung.com) kontynuuje zwiększanie swoich inwestycji w tym obszarze. Głównym celem tej inwestycji jest coroczne podwojenie pojemności nośników pamięci, co pozwoli na dalsze utrzymanie pozycji lidera i stymulowanie rynku do zwiększania pojemności pamięci i oferowania bardziej przystępnych cen produktów. Koncern spodziewa się, że w przyszłości pamięć NAND flash będzie wykorzystywana nie tylko w aparatach cyfrowych, odtwarzaczach MP3 i telefonach 3G, ale także w innych produktach mobilnych i cyfrowej elektronice użytkowej. Wynika to z faktu, że ten typ pamięci flash jest uznawany za najbardziej niezawodny nośnik danych o dużej pojemności i spełnia najbardziej rozpowszechnione potrzeby konsumentów. Technologia OneNAND łączy komórki NAND flash, szybki bufor SRAM i interfejs logiczny w jednym chipie i jest jedynym rodzajem pamięci NAND zaprojektowanej do współpracy z pamięcią NOR flash. Ponadto taka konstrukcja minimalizuje utratę przechowywanych danych podczas przerw w zasilaniu.

Firma Samsung Electronics wypuściła nowy typ chipów pamięci flash z dużą szybkością odczytu i rozszerzonymi opcjami przechowywania w listopadzie 2004 r. Czip OneNAND Flash Gigabit w technologii 90 nm łączy właściwości głównych architektur pamięci flash - NAND i NOR. Nowy typ odziedziczył po pamięci NOR dużą szybkość odczytu i zapisu danych. Ponadto OneNAND umożliwia przechowywanie i szybkie kopiowanie kodu wykonywalnego do pamięci RAM, co jest typowe dla chipów NAND. Przypomnijmy, że podobna zasada jest stosowana w kryształach ORNAND opracowanych przez Spansion. Samsung Electronics skierował kryształy OneNAND do smartfonów z wbudowanymi aparatami i zdolnymi do uruchamiania aplikacji.

Wiosną ubiegłego roku koncern ogłosił wprowadzenie modułu pamięci flash 4 Gb OneNAND do telefonów multimedialnych. Oprócz dużej pojemności wyróżnia się ultrakompaktowymi rozmiarami, wysoką wydajnością i niskim zużyciem energii. Nowy kryształ OneNAND ma napięcie zasilania 1,8 V, a jego pobór mocy w porównaniu do innych typów pamięci pracujących przy 3,3 V jest prawie o połowę mniejszy. Wymiary nowego chipa - 11x13x1,4 mm - są znacznie mniejsze niż w przypadku konkurencyjnych mobilnych urządzeń pamięciowych o tej samej pojemności. Te chipy mają wysoką prędkość odczytu 108 MB / s, czyli cztery razy większą niż konwencjonalna pamięć NAND, i prędkość zapisu 10 MB / s, czyli 60 razy większą niż prędkość zapisu pamięci flash NOR. Na przykład: moduł 4 Gbps może przechowywać 250 zdjęć zrobionych 5-megapikselowym aparatem telefonu komórkowego lub ponad 120 plików muzycznych.

Z technicznego punktu widzenia pamięć 4 Gb OneNAND składała się z czterech matryc pamięci OneNAND 1 Gb / s, połączonych w pakiet Quad Die. Kryształy zostały wyprodukowane w procesie 90 nm, zapoczątkowanym w listopadzie 2004 r. Mniej więcej w tym samym czasie południowokoreański koncern ogłosił uruchomienie nowej linii do produkcji układów pamięci flash NAND. Wydajność Linii 14, uruchomionej miesiąc wcześniej niż planowano, była przeznaczona do produkcji modułów 4 Gbit w technologii 70 nm, a także modułów 2 Gbit w technologii procesowej 90 nm.

Według przedstawicieli Samsunga rozmiar komórki chipów pamięci wyprodukowanych w technologii 70nm to zaledwie 0,025 mm2. Jednocześnie sekwencyjna prędkość zapisu jest o około 50% wyższa niż w przypadku mikroukładów 2 Gbit, wyprodukowanych w technologii 90 nm. Zatem teoretycznie nowe chipy NAND flash 4 Gb / s mogą być używane do nagrywania wideo w wysokiej rozdzielczości w czasie rzeczywistym. Na początkowym etapie nowa linia umożliwiała produkcję około 4 tys. Płyt miesięcznie, a do końca ubiegłego roku miesięczna wielkość produkcji wynosiła 15 tys. Według Gartner Dataquest, 4-Gbitowe chipy NAND stanowiły około 30% rynku 8 miliardów dolarów NAND do końca roku. Warto zauważyć, że Samsung podwajał pojemność chipów NAND rocznie od 1999 roku.

Oprogramowanie XSR (eXtended Sector Remapper) firmy Samsung Electronics optymalizuje wydajność urządzeń pamięci flash OneNAND dla telefonów 3G, urządzeń PDA, przenośnych systemów do gier i aparatów cyfrowych. Opracowano pięć różnych programów, z których każdy jest dostosowany do jego środowiska operacyjnego, trzy z nich są oparte na Samsung XSR. PocketStore II optymalizuje wykorzystanie OneNAND w mobilnym środowisku Microsoft, Unistore jest używany na platformie Symbian, a TFS4 (Transactional File System 4) jest przeznaczony dla systemów operacyjnych czasu rzeczywistego. Ponadto firma Samsung oferuje RFS (Robust File System) dla systemu Linux oraz wersję TFS-4-Light dla odtwarzaczy MP3. Dzięki zastosowaniu Samsung XSR prędkość odczytu danych sięga 30 MB / s, a prędkość zapisu to 9 MB / s. Oprogramowanie to upraszcza proces tworzenia wydajnych, niedrogich i opłacalnych przenośnych systemów multimedialnych.

Zeszłego lata firma Samsung Electronics zakończyła prace nad pierwszym dyskiem półprzewodnikowym (SSD) opartym na pamięci flash NAND do użytku w komputerach osobistych i przenośnych (Rysunek 5). Jak wiadomo, dyski półprzewodnikowe oparte na pamięci flash NAND to niskie zużycie energii i niewielka waga nośników pamięci dla notebooków, podrozdzielnic i tabletów. Korzystając z opatentowanych układów pamięci flash NAND 8 Gb, o największej gęstości dostępnej w branży półprzewodników na świecie w tamtym czasie, Samsung Electronics był w stanie stworzyć dyski półprzewodnikowe o pojemności do 16 GB (dla porównania najczęściej spotykane wrzeciono dyski twarde w laptopach mają 40 GB).

Zużycie energii przez dyski SSD to mniej niż 5% tradycyjnych dysków twardych, co wydłuża żywotność baterii laptopów o ponad 10%. Należy również zauważyć, że dyski SSD NAND flash są o około połowę mniejsze niż konwencjonalne dyski twarde. Wydajność SSD przewyższa wrzecionowe dyski twarde o porównywalnej wielkości o ponad 150%. Szybkość odczytu z takiego dysku wynosi 57 MB / s, a prędkość zapisu do niego to 32 MB / s.

Bez ruchomych części dyski SSD Samsung zostały zaprojektowane z myślą o minimalnym hałasie i rozpraszaniu ciepła. Co więcej, dyski SSD zapewniają bardzo wysoką niezawodność przechowywania danych i sprawdziły się w ekstremalnych temperaturach i wilgotności, dzięki czemu nadają się do zastosowań przemysłowych i wojskowych.

Ze względu na zgodność dyski półprzewodnikowe są umieszczone w obudowach przypominających konwencjonalne dyski twarde. Samsung wypuścił pełną linię dysków półprzewodnikowych: 2,5-calowe dyski SSD miały 16 układów pamięci flash NAND 4 Gb lub 8 Gb i zapewniły odpowiednio 8 GB lub 16 GB pamięci. Dyski 1,8-calowe zostały również wydane w dwóch wersjach - 4 i 8 GB. Dyski półprzewodnikowe otworzyły nowe nisze w branży pamięci masowych, zwłaszcza dla urządzeń mobilnych, które nie wymagają dużej pojemności.

We wrześniu 2003 r. Firma Samsung Electronics po raz pierwszy ogłosiła wprowadzenie układów pamięci flash 4 Gbit NAND. Zgodnie z przyjętym modelem wzrostu pojemności pamięci (2x pojemność co 12 miesięcy) wprowadzonym przez dr. Chang Kyu Hwanga, prezesa i dyrektora generalnego firmy Samsung Electronics Semiconductor, pięć generacji pamięci flash NAND pamięć: 256 Mbit w 1999 r., 512 Mbit w 2000 r., 1 Gbit w 2001 r., 2 Gbit w 2002 r., 4 Gbit w 2003 r., 8 Gbit w 2004 r. i 16 Gbit w 2005 r. Wykorzystanie technologii procesowej 70 nm do produkcji 4-Gbit Chipy pamięci flash NAND pozwalają korporacji na produkcję najmniejszych komórek pamięci - 0,025 μm2. Pomyślny rozwój procesu technologicznego 70 nm jest zasługą zastosowania sprzętu litograficznego wykorzystującego źródła światła krótkofalowego na bazie fluorku argonu (ArF), które pozwalają na osiągnięcie wymaganej dokładności umieszczania elementów na kryształ.

Mikroukłady wyprodukowane w technologii 70nm charakteryzują się dużą szybkością zapisu: ich prędkość zapisu wynosi 16 MB / s, o 50% lepszą niż nowoczesne mikroukłady 2Gbps wykonane w technologii 90nm, co pozwala na wykorzystanie tego typu pamięci do nagrywania w czasie rzeczywistym sygnału wideo wysokiej rozdzielczości. Samsung Electronics ogłosił również wypuszczenie pierwszej 300-milimetrowej płytki krzemowej na nowej linii przetwarzania N14 na miesiąc przed planowanym terminem. Linia przeznaczona jest do wydawania układów pamięci flash NAND 4 Gbps (technologia 70 nm) i 2 Gbps (90 nm). Pod koniec 2005 roku korporacja wypróbowała proces 50 nm w celu wyprodukowania chipów 16 Gbit NAND flash; masowa produkcja tych modułów planowana jest na drugą połowę tego roku.

Intel Flash

NOR flash, opracowany przez firmę Intel w 1988 r., To nieulotny układ pamięci wielokrotnego zapisu, który jest szeroko stosowany w telefonach komórkowych. W 2003 roku Intel wprowadził nową technologię pamięci flash, której pełna nazwa brzmiała StrataFlash Wireless Memory System. Pozwoliło to zmniejszyć ilość modułów pamięci stosowanych w PDA i telefonach komórkowych, a także zmniejszyć zużycie energii i koszt pamięci flash w tych urządzeniach. Technologia StrataFlash wykorzystywała dwa różne typy pamięci flash: NAND i NOR. Jak wiadomo, technologia NAND jest przeznaczona do przechowywania danych na zewnętrznych kartach flash, podczas gdy NOR nadaje się do przechowywania małych programów na urządzenia mobilne. Dostęp do NOR Flash uzyskuje się bez sprawdzania błędów, ponieważ nie jest to konieczne. Pamięć flash NAND nie jest tak niezawodna jak pamięć flash NOR, ale jest tańsza w produkcji, a ponadto odczyt i zapis danych do NAND jest znacznie szybszy niż NOR. Wydajność tę dodatkowo zwiększa zastosowanie modułów RAM w zestawie z tą pamięcią. W StrataFlash inżynierowie Intela połączyli dwa typy pamięci flash, optymalizując je zarówno pod kątem przechowywania danych, jak i pisania programów. Pierwszy moduł pamięci StrataFlash składał się z kilku kryształów, z których część była modułami RAM, a druga była właściwie pamięcią flash.

Na początku ubiegłego roku zaprezentowano pierwsze próbki produktów Sibley na rynek telefonów komórkowych. Należy pamiętać, że zgodnie z prognozami firmy iSuppli roczna sprzedaż telefonów 3G do 2008 roku osiągnie 240 milionów sztuk przy rocznym wzroście o 87%. Sibley to nazwa kodowa pierwszego modułu pamięci flash z ogniwami wielopoziomowymi (MLC) NOR, który jest wytwarzany przy użyciu technologii 90 nm firmy Intel. Rodzina Sibley została zaprojektowana, aby zapewnić wysoką szybkość odczytu przy zerowym kodowaniu w trybie czuwania przy 108 MHz. Ponadto prędkość zapisu takiej pamięci sięga 500 Kb / s, co jest ważne przy przechowywaniu obrazów multimedialnych w nowoczesnych telefonach komórkowych. Nowa rodzina produktów zwiększa gęstość pamięci NOR Flash za pomocą pojedynczego modułu 512MB. Zapewniona jest obsługa różnych interfejsów pamięci, co zapewnia producentom telefonów komórkowych wysoki poziom elastyczności projektowania.

Warstwowa pamięć Flash czwartej generacji firmy Intel (rysunek 6) jest przeznaczona dla zintegrowanych firm OEM, które wymagają wysokiej wydajności i kompaktowej pamięci flash. Ta kombinacja jest wymagana dla wielu różnych platform, od kamer cyfrowych i elektroniki użytkowej po routery sieciowe, przełączniki i PDA.

Postać: 6. Architektura komórki wielopoziomowej.

Jesienią ubiegłego roku Intel ogłosił rozpoczęcie masowych dostaw pierwszych 90 nm modułów NOR Flash MLC. Nowe moduły Intel StrataFlash Cellular Memory (M18) są szybsze, bardziej kompaktowe i zużywają mniej energii niż poprzednie moduły 130 nm, dzięki czemu lepiej spełniają potrzeby projektantów telefonów komórkowych z aparatami i kolorowymi ekranami obsługującymi przeglądarki internetowe, odtwarzanie wideo itp.

Moduły M18 mają bardzo dużą prędkość odczytu, dzięki czemu mogą korzystać z magistrali pracującej na tej samej częstotliwości, co chipsety telefonów komórkowych następnej generacji (do 133 MHz). Przyspiesza to wykonywanie niestandardowych aplikacji, ponieważ chipset i pamięć współdziałają szybciej niż moduły wyprodukowane w technologii 130 nm. Przy szybkości nagrywania do 0,5 MB / s, moduły M18 obsługują kamery o rozdzielczości 3 megapikseli i odtwarzanie wideo MPEG4. W przypadku producentów OEM moduły te są programowane fabrycznie trzy razy szybciej niż moduły 130 nm, co pomaga obniżyć koszty produkcji. Programowanie modułów M18 i kasowanie zapisanych w nich danych zużywa odpowiednio trzy i dwa razy mniej energii w porównaniu do modułów poprzedniej generacji, dodatkowo wspierają nowy tryb Deep Power Down, który dodatkowo wydłuża żywotność urządzenia bez doładowywania bateria. Ponadto moduły M18 są gęsto upakowane: Intel oferuje układy pamięci 256 i 512 Mbit, a także standardowe rozwiązania stosowe do 1 Gbit. Standardowe stosy firmy Intel łączą technologie NOR i RAM oraz obsługę wielu architektur magistrali, umożliwiając producentom OEM szybsze opracowywanie nowych urządzeń.

Aby pomóc programistom przyspieszyć integrację nowych urządzeń przenośnych, firma Intel udostępnia bezpłatnie oprogramowanie Intel Flash Data Integrator (Intel FDI) nowej generacji. Oprogramowanie Intel FDI v7.1 zapewnia otwartą architekturę, która ułatwia integrację systemu plików flash z systemem operacyjnym czasu rzeczywistego oraz trzy nowe funkcje, które zwiększają możliwości programistów: podłączane złącze USB, obsługa wielu woluminów i obsługa buforów RAM.

Należy również zauważyć, że Intel jako pierwszy w branży wprowadził wielopoziomowe układy pamięci typu NOR flash 1 Gb / s do urządzeń mobilnych, wykorzystując zaawansowaną technologię 65 nm.

Intel i Micron łączą siły Intel Corp. i Micron Technology (http://www.micron.com) utworzyły nową firmę do produkcji pamięci flash NAND. Łącząc wiedzę specjalistyczną i technologię produkcji, Intel i Micron starają się wzmocnić swoją konkurencyjność na lukratywnym rynku pamięci flash NAND i otrzymały już zamówienie od pierwszego dużego klienta, firmy Apple Computer Corporation. Nadal istnieje duże zapotrzebowanie na moduły pamięci flash NAND, ponieważ są one używane w wielu różnych urządzeniach elektronicznych, w tym w odtwarzaczach muzyki i aparatach cyfrowych. Nowa firma, nazwana IM Flash Technologies, będzie produkować pamięci flash dla firm Intel i Micron dla rynków elektroniki użytkowej, wymiennych pamięci masowych i urządzeń przenośnych. Intel i Micron zainwestowały około 1,2 miliarda dolarów w nowe joint venture, a firmy planują zainwestować więcej w ciągu najbliższych trzech lat. IM Flash ma zostać ukończony do końca roku; Intel i Micron zawarły już oddzielne długoterminowe umowy na dostarczenie Apple znacznych ilości pamięci flash NAND, które mają zostać wydane przez nową firmę. Podobno 51% IM Flasha będzie w posiadaniu Micron, a 49% Intel. Pierwsze partie modułów pamięci flash NAND zostaną wydane w fabrykach w Boise, Idaho, Manassas, VA i Lehi w stanie Utah.

Nośniki pamięci flash to największa klasa przenośnych nośników cyfrowych i są używane w zdecydowanej większości nowoczesnych urządzeń cyfrowych. W aparatach cyfrowych, urządzeniach PDA, odtwarzaczach audio, telefonach komórkowych i innych przenośnych systemach elektronicznych coraz częściej stosuje się różne typy kart pamięci flash.

zastosowanie układów pamięci flash umożliwia tworzenie miniaturowych i bardzo lekkich nieulotnych wymiennych kart pamięci o niskim zużyciu energii. Istotną zaletą kart flashowych jest również ich najwyższa niezawodność ze względu na brak części ruchomych, co jest szczególnie krytyczne w przypadku zewnętrznych wpływów mechanicznych: wstrząsów, wibracji itp.

Głównymi wadami takich nośników jest dość wysoka cena samych kart pamięci flash oraz wysoki koszt jednostkowy przechowywanych na nich danych, chociaż obecnie istnieje tendencja do znacznego spadku cen wymiennych kart pamięci flash.

Obecnie najpopularniejszymi rodzajami kart flash są CompactFlash (CF), SmartMedia (SM), Security Digital (SD), MultiMediaCard (MMC) i Memory Stick (MS), które różnią się między sobą interfejsami, wymiarami, odczytem / zapisem prędkość i maksymalna możliwa pojemność.

Jednak pomimo różnorodności standardów wybór użytkownika nie jest zbyt duży. A raczej nikt nie oferuje użytkownikowi takiego wyboru. Jeśli weźmiemy pod uwagę taki segment rynku jak aparaty cyfrowe, to każdy aparat jest projektowany pod konkretny format kart flash i często to rodzaj użytej pamięci flash ma wpływ na ostateczny wybór na korzyść konkretnego aparatu.

Na poziomie fizycznym pamięć flash o różnych standardach ma wiele wspólnego, a przede wszystkim jest to architektura macierzy pamięci i struktura samej komórki pamięci. Dlatego zanim przejdziemy do rozważenia różnych typów kart pamięci flash, skupmy się na podstawowych aspektach ich architektury.

Urządzenie z pamięcią flash

jak wiadomo, arytmetyka naturalna dla komputera to logika binarna, w której wszystkie informacje są kodowane przy użyciu logicznych zer i jedynek - bitów informacji. Z punktu widzenia elektroniki logika binarna odpowiada dwóm dyskretnym stanom sygnału, z których jednemu jest przypisana logiczna wartość zerowa, a drugiemu - logicznemu. W związku z tym pamięć używana w elektronice cyfrowej jest zorganizowanym magazynem logicznych zer i jedynek. W najprostszym przypadku każda elementarna komórka pamięci przechowuje jeden bit informacji, to znaczy 0 lub 1. Znane typy pamięci różnią się jedynie cechami konstrukcyjnymi elementarnej komórki pamięci i zasadami organizowania macierzy tych komórek.

Weźmy na przykład dobrze znaną pamięć o dostępie swobodnym, nazywaną również RAM (Random Access Memory). Zgodnie z zasadami działania pamięć RAM można podzielić na dynamiczną i statyczną.

W pamięci statycznej komórki zbudowane są na różnych przerzutnikach - na układach tranzystorowych o dwóch stabilnych stanach. Po wpisaniu kawałka do takiej komórki może ona znajdować się w jednym z tych stanów i zachować zapisany bit tak długo, jak chcesz: potrzebujesz tylko zasilacza. Stąd nazwa pamięci - statyczna, czyli pozostająca w niezmienionym stanie. Zaletą pamięci statycznej jest jej szybkość, a wadami jest duży pobór mocy i mała gęstość danych, ponieważ jedna komórka wyzwalająca składa się z kilku tranzystorów, a zatem zajmuje dość dużo miejsca na chipie.

W pamięci dynamicznej komórką elementarną jest kondensator zdolny do przechowywania ładunku elektrycznego przez krótki okres czasu, którego obecność można powiązać z bitem informacyjnym. Mówiąc najprościej, podczas zapisywania jednostki logicznej do komórki pamięci kondensator jest ładowany, podczas zapisywania zera jest rozładowywany. Podczas odczytu danych kondensator jest rozładowywany przez obwód odczytowy, a jeśli ładunek kondensatora był niezerowy, to wyjście obwodu odczytowego jest ustawione na jeden. Ponadto, ponieważ kondensator jest rozładowywany podczas odczytu, należy go naładować do poprzedniej wartości. Dlatego procesowi odczytu towarzyszy doładowanie kondensatorów (regeneracja ładunku). Jeśli komórka nie jest używana przez długi czas, to stopniowo z powodu prądów upływowych kondensator jest rozładowywany, a informacje są tracone. W związku z tym pamięć oparta na szeregu kondensatorów wymaga okresowego doładowywania kondensatorów, dlatego nazywana jest dynamiczną. Aby skompensować wyciek ładunku, stosowana jest regeneracja, polegająca na cyklicznym dostępie do komórek pamięci, przywracając poprzedni ładunek kondensatora.

Zarówno statyczna, jak i dynamiczna pamięć RAM jest pamięcią ulotną, która może przechowywać bity informacyjne tylko wtedy, gdy dostępne jest zewnętrzne zasilanie. W związku z tym po wyłączeniu zasilania wszystkie informacje są tracone.

Podstawowa różnica między pamięcią flash a pamięcią RAM polega na tym, że jest to pamięć nieulotna, która może przechowywać informacje przez nieograniczony czas w przypadku braku zasilania zewnętrznego.

Zasadniczo istnieje kilka typów pamięci nieulotnej iw tym sensie pamięć flash jest tylko jedną z jej odmian.

Architektura pamięci ROM

Najprostszym przykładem pamięci nieulotnej jest ROM (pamięć tylko do odczytu), znana również jako ROM (pamięć tylko do odczytu). W takiej pamięci układ komórek to zestaw przewodników, z których część pozostaje nienaruszona, a reszta jest zniszczona. Przewody te, działając jako elementarne przełączniki, są zorganizowane w matrycę poprzez połączenie kolumn i rzędów w linie (rys. 1). Stanowi zamkniętemu przewodu można przypisać logiczną wartość zerową, a stanowi otwartemu - logicznemu. Jeśli teraz zmierzymy napięcie między jedną z linii kolumn i rzędów (to znaczy, aby uzyskać dostęp do określonej komórki pamięci), to jego wysoka wartość (stan otwarty przewodnika) odpowiada jednostce logicznej, a zero (stan zamknięty przewodnik) do logicznego zera.

Główną wadą ROM jest brak możliwości aktualizacji zawartości komórek pamięci, czyli zapisywania informacji. Ta pamięć była kiedyś używana do przechowywania systemu BIOS, ale dziś tego typu pamięć nie jest już używana.

Innym typem pamięci nieulotnej jest kasowalna programowalna pamięć tylko do odczytu (EPROM). Taka pamięć może być nadpisana tylko za pomocą specjalnych programistów. Obecnie, ze względu na złożoność procesu przepisywania, pamięć flash zastępuje EPROM.

Teraz już dość trudno jest określić pochodzenie terminu „flash”. Dosłownie przetłumaczone z angielskiego, flash to błysk, błyskawica. Być może tą nazwą twórcy chcieli podkreślić, że ta nieulotna pamięć pozwala na przepisywanie informacji z prędkością błyskawicy. W każdym razie nazwa „flash” jest mocno zakorzeniona dla tego typu pamięci, chociaż nie ma ona nic wspólnego ani z architekturą pamięci, ani z technologiami produkcji.

Struktura tranzystora CMOS

Istnieje wiele podobieństw między pamięcią flash i DRAM, a także pamięcią ROM. Podstawowa różnica polega przede wszystkim na budowie samej komórki elementarnej. Jeżeli w pamięci dynamicznej komórką elementarną jest kondensator, to w pamięci flash rolę komórki pamięci pełni tranzystor CMOS o specjalnej architekturze. A jeśli w konwencjonalnym tranzystorze CMOS są trzy elektrody (dren, źródło i bramka), to w tranzystorze flash (w najprostszym przypadku) dodawana jest kolejna bramka, zwana pływającą.

Konwencjonalny tranzystor CMOS może znajdować się w dwóch stanach: otwartym i zamkniętym. Rozważmy zasadę działania konwencjonalnego tranzystora na przykładzie tranzystora n-p-n (rys. 2). W takim tranzystorze obszary drenu i źródła mają przewodnictwo elektronowe (obszary n), a obszar bramki ma przewodnictwo dziury (obszar p). Sam tranzystor jest wykonany w półprzewodniku typu p o przewodności otworu. Naturalnie, ze względu na dyfuzję dziur z regionu p do regionu n i odwrotną dyfuzję elektronów z regionu n do regionu p, na granicach przejść p- i powstają zubożone warstwy. n-regiony (warstwy, w których nie ma większości nośników ładunku), uniemożliwiające przepływ prądu. W położeniu normalnym, to znaczy, gdy do bramki nie jest przyłożone napięcie lub przyłożony jest potencjał ujemny, tranzystor jest w stanie wyłączonym, to znaczy nie jest w stanie przewodzić prądu ze źródła do drenu. Sytuacja się nie zmienia, nawet jeśli pomiędzy drenem a źródłem jest przyłożone napięcie (nie uwzględnia to prądów upływowych wywołanych ruchem pod wpływem generowanych pól elektrycznych nośników ładunków mniejszościowych, czyli otworów na region n i elektrony dla regionu p).

Jeśli jednak do bramy zostanie przyłożony potencjał dodatni, sytuacja radykalnie się zmieni. Pod wpływem pola elektrycznego bramki dziury są wpychane głęboko w półprzewodnik p, a elektrony, przeciwnie, są wciągane do obszaru pod bramą, tworząc bogaty w elektrony kanał między źródłem a drenem. Jeśli do bramki zostanie przyłożone napięcie dodatnie, elektrony te zaczną przemieszczać się od źródła do drenu. W tym przypadku tranzystor przewodzi prąd - mówią, że tranzystor się otwiera. Jeśli napięcie z bramki zostanie usunięte, elektrony przestaną być wciągane w obszar między źródłem a drenem, kanał przewodzący zostanie zniszczony, a tranzystor przestanie przepuszczać prąd, to znaczy zamyka się.

W stanie otwartym napięcie między drenem a źródłem jest bliskie zeru, aw stanie wyłączonym napięcie to może osiągnąć wysoką wartość. Sytuacja w tym przypadku jest podobna do komórek ROM z zamkniętymi i otwartymi przewodnikami. Stan zamknięty tranzystora odpowiada otwartemu przewodnikowi i może być interpretowany jako jednostka logiczna, a stan otwarty tranzystora odpowiada zamkniętemu przewodowi i może być interpretowany jako logiczne zero. Jedynym problemem jest to, że aby ustawić określony stan na tranzystorze, konieczne jest przyłożenie napięcia sterującego do bramki, to znaczy ta struktura pozwala na zapisywanie informacji (ustawienie wartości zero lub jeden), ale tak nie pozwalają na przechowywanie tych informacji, ponieważ w przypadku braku napięcia na bramie jej stan zawsze zamyka się. Dlatego konieczne jest wymyślenie takiej metody, aby zdolność przebywania w stanie otwartym lub zamkniętym tranzystora pozostała tak długo, jak chcesz. Aby to zrobić, do tranzystorów używanych w pamięci flash dodaje się pływającą bramkę, która służy do przechowywania ładunku (elektronów) przez nieograniczony czas.

Struktura tranzystora z pływającą bramką

Rozważmy najpierw sytuację, w której na pływającej bramce nie ma elektronów. W tym przypadku tranzystor zachowuje się jak już omówiony konwencjonalny tranzystor. Po przyłożeniu dodatniego napięcia do bramki sterującej (inicjalizacja komórki pamięci) będzie ona w stanie otwartym, co odpowiada logicznemu zeru (rys. 3). Jeśli na bramce pływającej zostanie umieszczony nadmierny ładunek ujemny (elektrony), to nawet gdy do bramki sterującej zostanie przyłożone napięcie dodatnie, kompensuje on pole elektryczne wytwarzane przez bramkę sterującą i zapobiega tworzeniu się kanału przewodzącego, czyli tranzystor będzie w stanie zamkniętym.

Postać: 3. Tranzystor z ruchomą bramką urządzenia i odczyt zawartości komórki pamięci

W ten sposób obecność lub brak ładunku na bramce pływającej jednoznacznie określa stan tranzystora (otwarty lub zamknięty), gdy to samo dodatnie napięcie jest przyłożone do bramki sterującej. Jeżeli napięcie zasilające bramkę sterującą jest interpretowane jako inicjalizacja komórki pamięci, wówczas napięcie między źródłem a drenem można wykorzystać do oceny obecności lub braku ładunku na bramce pływającej. Okazuje się, że jest to rodzaj elementarnej komórki pamięci zdolnej do przechowywania jednego bitu informacji. W takim przypadku ważne jest, aby ładunek na bramce pływającej (jeśli tam jest) mógł być tam przechowywany tak długo, jak chcesz, zarówno podczas inicjalizacji komórki pamięci, jak i przy braku napięcia na bramce sterującej. W takim przypadku komórka pamięci będzie nieulotna. Pozostaje tylko wymyślić, jak nałożyć ładunek na pływającą migawkę (zapisać zawartość komórki pamięci) i usunąć ją stamtąd (skasować zawartość komórki pamięci), jeśli to konieczne.

Umieszczenie ładunku na pływającej bramce (proces rejestracji) odbywa się albo poprzez wtrysk gorących elektronów (CHE-Channel Hot Electrons), albo metodą tunelowania Fowlera-Nordheima (podobnie jak to się robi podczas usuwania ładunku - patrz poniżej).

W przypadku metody wtrysku gorących elektronów do drenu i bramki sterującej przykładane jest wysokie napięcie (rys. 4), aby zapewnić elektronom w kanale energię wystarczającą do pokonania bariery potencjału utworzonej przez cienką warstwę dielektryczną i tunel do obszar bramki (podczas odczytu do bramki sterującej przykładane jest mniejsze napięcie i nie obserwuje się efektu tunelowania).

Postać: 4. Proces zapisywania i kasowania bitu informacji w tranzystorze z pływającą bramką

Aby usunąć ładunek z bramki pływającej (proces kasowania komórki pamięci), do bramki sterującej przykładane jest wysokie (około 9 V) napięcie ujemne, a do obszaru źródła przykładane jest napięcie dodatnie (rys. 4). Powoduje to tunelowanie elektronów od obszaru pływającej bramki do regionu źródłowego (tunelowanie kwantowe Fowlera-Nordheima, FN).

Rozważany przez nas tranzystor z pływającą bramką może działać jako komórka elementarna pamięci flash. Jednak ogniwa z pojedynczym tranzystorem mają szereg istotnych wad, z których główną jest słaba skalowalność. Faktem jest, że podczas organizowania macierzy pamięci każda komórka pamięci (tranzystor) jest podłączona do dwóch prostopadłych szyn: kontrolne bramki do szyny zwanej linią słów i odpływają do szyny zwanej linią bitową (w przyszłości ta organizacja będzie rozważmy na przykładzie architektury NOR). Ze względu na obecność wysokiego napięcia w obwodzie podczas rejestracji przez wtryskiwanie gorących elektronów, wszystkie linie - słowa, bity i źródła - muszą znajdować się w wystarczająco dużej odległości od siebie, aby zapewnić wymagany poziom izolacji, co naturalnie wpływa na ograniczenie ilości pamięci flash.

Inną wadą ogniwa pamięci z pojedynczym tranzystorem jest efekt nadmiernego usuwania ładunku z bramki pływającej, którego nie można skompensować procesem rejestracji. W rezultacie na pływającej bramce tworzy się ładunek dodatni, a tranzystor pozostaje zawsze otwarty.

Komórka pamięci z dwoma tranzystorami

Aby uniknąć wad komórek pamięci z pojedynczym tranzystorem, stosuje się różne modyfikacje komórek pamięci, jednak główny element podstawowy - tranzystor z bramką pływającą - pozostaje w dowolnej wersji komórki pamięci. Jedną ze zmodyfikowanych wersji komórki pamięci jest komórka z dwoma tranzystorami zawierająca konwencjonalny tranzystor CMOS i tranzystor z bramką pływającą (rys. 5). Do odizolowania tranzystora z bramką pływającą od linii bitów używany jest wspólny tranzystor.

Zaletą komórki pamięci z dwoma tranzystorami jest to, że można ją wykorzystać do tworzenia bardziej kompaktowych i wysoce skalowalnych układów pamięci, ponieważ w tym przypadku tranzystor z bramką pływającą jest izolowany od linii bitów. Ponadto, w przeciwieństwie do komórki pamięci z pojedynczym tranzystorem, w której do rejestrowania informacji wykorzystuje się metodę wtrysku gorących elektronów, w tym przypadku zarówno metoda tunelowania kwantowego Fowlera-Nordheima jest wykorzystywana do rejestrowania, jak i kasowania informacji, co umożliwia zmniejszenie napięcie wymagane do operacji zapisu. Jak zostanie wykazane później, w pamięci NAND używane są komórki dwotranzystorowe.

Komórka SST

Opisane komórki pamięci nie wyczerpują całej różnorodności możliwych konstrukcji. Powszechne są również inne typy komórek pamięci, takie jak komórka SST opracowana przez Silicon Storage Technology, Inc.

Zasada działania ogniwa SST pod wieloma względami przypomina już rozważane ogniwo pamięci z pojedynczym tranzystorem.

Jednak w tranzystorze z ogniwami SST zmienia się kształt bramek pływających i sterujących (rys. 6). Zasuwa sterownicza jest wyrównana krawędzią z krawędzią odpływu, a jej zakrzywiony kształt umożliwia umieszczenie zasuwy pływającej częściowo pod nią i jednocześnie nad obszarem źródłowym. Takie ustawienie pływającej bramki pozwala z jednej strony uprościć proces umieszczania na niej ładunku poprzez wtrysk gorących elektronów, az drugiej strony uprościć proces usuwania ładunku ze względu na Efekt tunelu Fowlera-Nordheima.

Kiedy ładunek jest usuwany, tunelowanie elektronów nie występuje w obszarze źródła, jak w rozważanej komórce z pojedynczym tranzystorem, ale w obszarze bramki sterującej. W tym celu do bramki sterującej przykładane jest wysokie napięcie dodatnie. Pod wpływem pola elektrycznego wytwarzanego przez bramkę sterującą, elektrony są wyrzucane z pływającej bramki, co ułatwia jej zakrzywiony kształt w kierunku krawędzi.

Kiedy ładunek jest umieszczony na pływającej bramce, dren jest uziemiony, a dodatnie napięcie jest podawane do źródła i do bramki sterującej. Bramka kontrolna tworzy kanał przewodzący, a napięcie pomiędzy drenem a źródłem „przyspiesza” elektrony, dając im energię wystarczającą do pokonania bariery potencjału, czyli tunelowania do bramki pływającej.

W przeciwieństwie do komórki pamięci z pojedynczym tranzystorem, komórka SST ma również nieco inny schemat organizacji macierzy pamięci.

Komórki pamięci MLC

Wszystkie wcześniej rozważane opcje komórek pamięci mogą przechowywać tylko jeden bit informacji na komórkę. Są jednak takie komórki, z których każda przechowuje kilka bitów - są to komórki wielopoziomowe, czyli MLC (MultiLevel Cell).

Zasada działania wielopoziomowej komórki pamięci MLC jest dość prosta i pod wieloma względami podobna do zasady działania komórki z pojedynczym tranzystorem opartej na tranzystorze z pływającą bramką.

Jak już wspomniano, rozważając komórkę pamięci z pojedynczym tranzystorem, obecność logicznej jedynki lub zera jest określana przez wartość napięcia na linii bitów i zależy od obecności lub braku ładunku na bramce pływającej. Jeśli do bramki sterującej zostanie przyłożone napięcie dodatnie, to przy braku ładunku na bramce pływającej tranzystor jest otwarty, a napięcie między drenem a źródłem jest małe, co odpowiada logicznemu zeru. Jeśli bramka pływająca ma ładunek ujemny, który osłania pole utworzone przez bramkę sterującą swoim polem, wówczas tranzystor okazuje się być w stanie zamkniętym, co odpowiada wysokiemu napięciu między drenem a źródłem (jednostką logiczną). Oczywiste jest, że nawet w przypadku obecności ujemnego ładunku na bramce pływającej tranzystor można zmienić w stan otwarty, ale będzie to wymagało wyższego napięcia (napięcia progowego), aby przyłożyć do bramki sterującej. Dlatego brak lub obecność ładunku na bramce pływającej można ocenić na podstawie napięcia progowego na bramce sterującej. Ponieważ napięcie progowe zależy od ilości ładunku na bramce pływającej, można nie tylko określić dwa przypadki graniczne - brak lub obecność ładunku, ale także ocenić ilość ładunku na podstawie wartości napięcia progowego. Tak więc, jeśli możliwe jest umieszczenie na bramce pływającej różnej liczby poziomów naładowania, z których każdy ma swoją własną wartość progową napięcia, to w jednej komórce pamięci można przechowywać kilka bitów informacji. Na przykład, aby przechowywać 2 bity w jednej komórce za pomocą takiego tranzystora, konieczne jest rozróżnienie czterech napięć progowych, to znaczy, aby móc umieścić cztery różne poziomy naładowania na bramce pływającej. Wówczas każdemu z czterech napięć progowych można przypisać kombinację dwóch bitów: 00, 01, 10, 11.

Aby móc zapisać 4 bity w jednej komórce, konieczne jest rozróżnienie już 16 napięć progowych.

Ogniwa MLC są aktywnie rozwijane przez firmę Intel, dlatego technologia pamięci oparta na komórkach MLC nosi nazwę Intel StrataFlash.

Komórki Saifun NROM i MirrorBit

Intel StrataFlash oparty na komórkach MLC nie jest jedyną technologią, która pozwala na przechowywanie wielu bitów informacji w jednej komórce. Izraelska firma Saifun opracowała kolejną technologię - technologię Saifun NROM. AMD ma podobną technologię o nazwie MirrorBit. I choć samo AMD twierdzi, że za swój rozwój technologia MirrorBit ma, to istnieją duże wątpliwości co do jej poprawności. Saifun zakwestionował również prawa autorskie AMD i złożył pozew, który został podtrzymany. W związku z tym rozważymy tylko technologię Saifun NROM.

Komórka NROM (Nitrid ROM) ma podobną strukturę do tranzystora z ruchomą bramką. Bramka kontrolna jest podłączona do Word Line, a dren i źródło (nawiasem mówiąc, są dokładnie takie same), są podłączone do dwóch różnych linii bitów. Bramka pływająca wykonana jest z azotku krzemu (Si3N4) (rys. 7).

Zasada działania takiego tranzystora jest podobna do zasady działania konwencjonalnego tranzystora z bramką pływającą, z jednym wyjątkiem. Faktem jest, że azotek krzemu, z którego wykonana jest brama pływająca, zapobiega „rozprzestrzenianiu się” ładunku, to znaczy pozwala na zlokalizowanie go w ograniczonej przestrzeni zasuwy pływającej. W rzeczywistości umożliwia to przechowywanie dwóch bitów informacji przy użyciu jednej bramki.

Aby zapisać bit informacyjny w takiej komórce, napięcie jest przykładane do bramki sterującej i jednego z drenów / źródeł. W wyniku wtrysku gorących elektronów przez warstwę dielektryczną, elektrony wnikają do pływającej bramki, lokalizując się w obszarze najbliższym drenu / źródła, do którego przyłożono napięcie.

Ładunek jest usuwany z pływającej bramki w wyniku procesu wstrzykiwania otworu, w którym do drenu / źródła przykładane jest dodatnie napięcie. Otwory tunelujące do obszaru pływającej bramki rekombinują z elektronami, powodując zniszczenie ładunku.

Architektura pamięci Flash

najprostsza komórka pamięci flash, którą rozważaliśmy, oparta na tranzystorze z ruchomą bramką, zdolnym do przechowywania jednego bitu informacji, może być użyta do tworzenia nieulotnych tablic pamięci. Aby to zrobić, wystarczy odpowiednio połączyć wiele komórek w jedną tablicę, czyli stworzyć architekturę pamięci.

Istnieje kilka typów architektur pamięci flash, ale najpopularniejsze to NOR i NAND.

Architektura NOR

Najłatwiejszą do zrozumienia architekturą Flash jest architektura NOR (Rysunek 8).

Jak już wspomniano, aby zainicjować komórkę pamięci, to znaczy uzyskać dostęp do zawartości komórki, konieczne jest doprowadzenie napięcia do bramki sterującej. Dlatego wszystkie bramki kontrolne muszą być podłączone do linii sterującej zwanej linią słów. Analiza zawartości komórki pamięci jest przeprowadzana na podstawie poziomu sygnału na drenu tranzystora. Dlatego dreny tranzystorów są podłączone do linii zwanej Bit Line.

Architektura NOR swoją nazwę zawdzięcza logicznej operacji OR-NOT (angielski skrót to NOR). Logiczna operacja NOR na wielu operandach daje wartość jeden, gdy wszystkie operandy mają wartość zero, a zero w przeciwnym razie. Jeśli przez operandy rozumiemy wartości komórek pamięci, to w rozważanej architekturze pojedyncza wartość na linii bitu będzie obserwowana tylko wtedy, gdy wartość wszystkich komórek podłączonych do tej linii bitu będzie równa zero (wszystkie tranzystory są zamknięte).

Architektura NOR zapewnia losowy szybki dostęp do pamięci, ale procesy zapisu (metodą wtrysku gorących elektronów) i kasowania informacji są raczej powolne. Dodatkowo, ze względu na technologiczne cechy produkcji chipów pamięci flash o architekturze NOR, rozmiar samej komórki okazuje się bardzo duży i przez to taka pamięć nie jest dobrze skalowalna.

Architektura NAND

Inną popularną architekturą pamięci flash jest architektura NAND, która odpowiada logicznej operacji NAND. Operacja NAND daje wartość zero tylko wtedy, gdy wszystkie operandy są równe zero i jedną wartość we wszystkich innych przypadkach. Jak już zauważyliśmy, wartość zerowa odpowiada stanowi włączenia tranzystora, więc architektura NAND oznacza, że \u200b\u200blinia bitów jest równa zero, gdy wszystkie podłączone do niej tranzystory są włączone, i wartość jeden, gdy co najmniej jeden z tranzystorów jest włączony. poza. Taką architekturę można zorganizować, jeśli tranzystory z linii bitów są połączone nie jeden po drugim (jak w architekturze NOR), ale szeregowo (rys. 9).

W porównaniu z architekturą NOR, architektura ta, ze względu na specyfikę procesu produkcyjnego, pozwala uzyskać bardziej zwarty układ tranzystorów, a co za tym idzie dobrze skaluje się. W przeciwieństwie do architektury NOR, w której informacje są rejestrowane poprzez wtryskiwanie gorących elektronów, w architekturze NAND zapis odbywa się metodą tunelowania FN, co pozwala na szybszy zapis niż w architekturze NOR. Aby złagodzić negatywny wpływ niskich prędkości odczytu, chipy NAND są wyposażone w wewnętrzną pamięć podręczną.

Oprócz rozważanych przez nas architektur NOR i NAND, w pamięci flash są używane inne architektury, na przykład AND, DiNOR itp., Ale nie otrzymały one masowej dystrybucji.

Rodzaje kart flash

Obecnie na rynku dostępne są karty pamięci flash w różnych formatach, z których najnowsze to Secure Digital (SD), Memory Stick (MS), MultiMediaCard (MMC) i xD-Picture Card (XD). Nie zapomnij o sprawdzonych formatach CompactFlash (CF) i SmartMedia (SM).

Według niektórych publikacji analitycznych, obecnie karty CF zajmują 54% rynku, na drugim miejscu jest Memory Stick (25%), na trzecim Secure Digital (10%), a następnie SmartMedia (8%) i MultiMediaCard (3 %) ...

Karty pamięci CompactFlash to wysokiej jakości, uniwersalne nośniki wielokrotnego zapisu dla następnej generacji elektroniki użytkowej i sprzętu komputerowego. Kompaktowość i niezawodność tych nośników sprawia, że \u200b\u200bidealnie nadają się do użytku w aparatach cyfrowych, osobistych asystentach cyfrowych (PDA), odtwarzaczach MP3, telefonach komórkowych, skanerach kieszonkowych, drukarkach fotograficznych, terminalach przenośnych, magnetofonach, dyktafonach, urządzeniach do nawigacji globalnej i wielu innych urządzenia wyposażone w gniazdo CompactFlash.

CompactFlash to jeden z najstarszych i najczęściej używanych standardów wymiennych kart pamięci flash i bezpośredni następca kart PCMCIA. Karty tego standardu stanowią ponad 54% światowego rynku kart pamięci. Pierwsza dostępna na rynku karta CompactFlash została wyprodukowana przez SanDisk Corporation w 1994 roku.

W październiku 1995 r. Utworzono Compact Flash Association (CFA), organizację non-profit, do której oprócz firmy SanDisk należały firmy IBM, Canon, Kodak, HP, Hitachi, Epson i Socket Communications.

Rozmiar karty CompactFlash to 43 x 36 x 3,3 mm, a złącze interfejsu wyposażone jest w 50 pinów.

CompactFlash jest obecnie najbardziej opłacalnym rozwiązaniem pod względem jednostkowego kosztu nośników opartych na pamięci flash powyżej 32 MB.

Jedną z głównych zalet karty CompactFlash jest wbudowany kontroler ATA, dzięki czemu jest kompatybilny z interfejsem IDE, co implikuje możliwość emulacji dysku twardego. Na poziomie oprogramowania karta nie różni się niczym od dysku twardego: posiada wszystkie niezbędne parametry, takie jak liczba wirtualnych cylindrów i głowic. Dostęp do karty uzyskuje się za pomocą standardowego przerwania sprzętowego IRQ 14 i często do pracy z CompactFlash nie są potrzebne żadne specjalne sterowniki.

Wbudowany konwerter zasilania pozwala na podłączenie kart CompactFlash zarówno do gniazd 3,3V jak i 5V.

Istnieją dwa typy kart CompactFlash, Typ I i \u200b\u200bTyp II, jedyną różnicą jest grubość obudowy: karty typu I mają grubość 3,3 mm, a karty typu II 5,5 mm. Jednak karty CompactFlash typu I mogą być używane w gniazdach typu I i typu II, a karty CompactFlash typu II mogą być używane tylko w gniazdach typu II.

Karty CompactFlash zachowują rekord zarówno szybkości odczytu / zapisu, jak i maksymalnej pojemności, co czyni je powszechnymi wśród profesjonalnych aparatów cyfrowych. Jeśli chodzi o szybkość, należy zauważyć, że wielu producentów produkuje różne serie kart CompactFlash, zarówno pod względem szybkości, jak i ceny. Karty CF 4 GB są już dostępne w sprzedaży detalicznej. Jeśli mówimy o prędkościach odczytu / zapisu, to wszystko zależy od producenta, serii, a nawet rozmiaru karty.

Weźmy na przykład karty CompactFlash z serii Standard firmy Kingston Technology (pojemności 256, 512 i 1024 MB) oraz Elite PRO (pojemności 2 GB i 4 GB). Wyniki dla sekwencyjnych prędkości odczytu i zapisu uzyskano przy użyciu pakietu wzorcowego IOmeter (rysunki 10 i 11).

Postać: 10. Zależność prędkości odczytu sekwencyjnego od wielkości żądania dla kart CompactFlash

Postać: 11. Zależność szybkości zapisu sekwencyjnego od wielkości żądania dla kart CompactFlash

Testy wykazały, że liniowa prędkość odczytu serii Elite PRO jest ponad dwukrotnie większa niż liniowego odczytu serii Standard, przy czym karta 2 GB jest szybsza niż karta 4 GB, a sekwencyjna prędkość odczytu wszystkich standardowych karty serii są takie same.

W przypadku nagrywania sekwencyjnego obserwuje się w przybliżeniu ten sam wzór. Wyjątkiem była karta z serii Standard 512 MB, której sekwencyjna prędkość zapisu przy żądaniu o rozmiarze większym niż 32 KB okazała się nawet większa niż w przypadku karty z serii Elite PRO 4 GB.

SmartMedia

Specyfikacja karty SmartMedia została zaproponowana przez firmę Toshiba w 1996 roku. Jednak początkowo karty te miały mniej eufoniczną nazwę: Solid-State Floppy Disk Card (SSFDC). Karty SmartMedia to najmniejsze dostępne obecnie nośniki flashowe o grubości zaledwie 0,76 mm (jak karta kredytowa). Ta liczba została osiągnięta dzięki maksymalnej prostocie urządzenia: wewnątrz karty SmartMedia nie ma kontrolerów i dodatkowych obwodów, a zainstalowany jest tylko układ pamięci NAND. Takie rozwiązanie pozwoliło maksymalnie zmniejszyć rozmiar (45Ѕ37Ѕ0,76 mm) i wagę (około 2 g) samej karty, a także jej cenę.

Kompaktowość tych kart pamięci umożliwia ich stosowanie w aparatach cyfrowych, urządzeniach PDA, dyktafonach, faksach, drukarkach, skanerach, notebookach elektronicznych i terminalach podręcznych. Ponadto ten typ karty pamięci może być używany w sprzęcie, który wymaga wymiennych układów pamięci do przenoszenia, aktualizacji oprogramowania lub rozszerzenia pamięci w celu obsługi nowych aplikacji.

Fizyczny interfejs kart SmartMedia to płaskie złącze 22-stykowe. Transfer danych odbywa się po 8-bitowej magistrali, a maksymalny czas dostępu do odczytu i zapisu w zależności od pojemności karty wynosi od 50 do 80 ns.

Istnieją dwa rodzaje kart SmartMedia, z których jedna jest przeznaczona na 3,3 V, a druga na 5 V.Rodzaj karty można łatwo zidentyfikować po położeniu tzw. Klucza - ściętego narożnika w części karty, w której kontakty są zlokalizowane. Ponieważ klucze znajdują się po różnych stronach, tego typu karty są ze sobą niekompatybilne, to znaczy nie można podłączyć karty SmartMedia o napięciu 3,3 V do gniazda z napięciem zasilania 5 V i odwrotnie.

MultiMediaCard

Karta MultiMediaCard została wprowadzona w 1997 roku jako efekt współpracy firm SanDisk Corporation i Siemens AG / Infineon Technologies AG.

W 1998 roku utworzono sojusz MMCA (MultiMediaCard Association), w skład którego weszły firmy HP, SanDisk, Kodak, Hitachi, Infineon Technology, Lexar Media, Micron, Sanyo, Siemens i Nokia.

Standard był początkowo „darmowy”, to znaczy pozbawiony jakichkolwiek ograniczeń licencyjnych.

W momencie ich pojawienia się karty MMC były najmniejsze (24 × 32 × 1,4 mm) i najlżejsze (poniżej 2 g).

Karty MMC mają tylko siedem pinów i przesyłają dane przez interfejs szeregowy, co zapewnia maksymalną łatwość użytkowania.

Karty te są przeznaczone dla najnowszych cyfrowych aparatów wideo i aparatów fotograficznych, telefonów komórkowych z inteligentnymi funkcjami pobierania / odtwarzania muzyki, cyfrowych przenośnych odtwarzaczy audio, zabawek i konsol do gier, kieszonkowych komputerów PC i elektronicznych organizerów.

Karty MultiMediaCard są w 100% kompatybilne ze wszystkimi urządzeniami korzystającymi z kart pamięci Secure Digital.

Obecnie wypuszczono na rynek Secure MultiMediaCards, które posiadają wbudowane zabezpieczenia przed nieautoryzowanym dostępem i kopiowaniem oraz są zgodne ze specyfikacją SDMI.

11 listopada 2002 r. Ogłoszono standard dla kart MMC o zmniejszonych rozmiarach, zwany Reduced Size MultiMediaCards (RS-MMC). Wymiary kart RS-MMC wynoszą 24Ѕ18Ѕ1,4 mm (pełnoformatowe MMC to 24Ѕ32Ѕ1,4 mm). Zapewniona jest wsteczna kompatybilność kart RS-MMC z mediami pełnoformatowymi: za pomocą adapterów mechanicznych można je stosować w produktach wyposażonych w gniazda MMC.

Zgodnie z koncepcją deweloperów głównym obszarem zastosowań RS-MMC będą telefony komórkowe, smartfony i komunikatory.

Innym rodzajem karty MMC jest HS-MMC (High Speed \u200b\u200bMMC), czyli szybkie karty MMC, które mogą przesyłać dane z szybkością do 52 Mb / s.

Obecnie dostępne na rynku karty MMC mają maksymalną pojemność do 1 GB, a ich średnia prędkość odczytu i zapisu to 2 MB / s.

Karty SD zostały opracowane przez Matsushita, San Disk i Toshiba i stanowią dalszy rozwój standardu MultiMediaCard. Karty te reprezentują trzecią generację pamięci flash.

Aby promować nowy format, trzy wyżej wymienione firmy powołały specjalną organizację - Stowarzyszenie SD, do której należy obecnie ponad 200 producentów. Sama nazwa Secure Digital jednoznacznie wskazuje, że nośnik ten obsługuje technologię ochrony danych przed nieuprawnionym kopiowaniem i dostępem. W przeciwieństwie do innych typów nośników wymiennych w pamięci flash, absolutnie wszystkie produkowane karty SD są wyposażone w specjalny elektroniczny obwód ochrony danych i są zgodne ze specyfikacją SDMI.

Karta może przechowywać zarówno niezabezpieczone (poziom 1), jak i chronione (poziomy 2 i 3) informacje. Informacje można chronić przed kopiowaniem za pomocą unikalnego klucza identyfikacyjnego karty (poziom 2) lub aktywnego algorytmu kryptograficznego (poziom 3), co daje posiadaczowi karty pewność co do niezawodności ochrony danych.

Pomimo tego, że karty SD pojawiły się stosunkowo niedawno, są już szeroko stosowane w szerokiej gamie urządzeń elektronicznych: w cyfrowych dyktafonach i przenośnych odtwarzaczach, kamerach, radiach samochodowych, kieszonkowych komputerach, telefonach komórkowych i projektorach multimedialnych.

Karty SD należą do najlżejszych i najbardziej kompaktowych kart wymiennych: ich rozmiar to zaledwie 24Ѕ32Ѕ2,1 mm, a ich waga to 2 g. Zewnętrznie karty SD są bardzo podobne do MMC i odpowiadają swoim wymiarom, z wyjątkiem większej grubości. Karty posiadają dziewięć styków (MMC ma siedem) oraz miniaturowy wyłącznik zabezpieczający przed przypadkowym zniszczeniem przechowywanych danych.

Obecnie na rynku dostępne są karty SD o maksymalnej pojemności do 1 GB. Szybkość odczytu i zapisu zależy zarówno od rozmiaru karty, jak i od producenta. Jeśli na przykład porównasz dwie karty SD o pojemności 512 MB (Kingston i Transcend), stwierdzisz, że w trybie zapisu sekwencyjnego (Rysunek 12) wydajność Transcend jest prawie czterokrotnie większa niż w przypadku Kingston. Tak więc, jeśli rozmiar żądania przekracza 64 KB, prędkość zapisu sekwencyjnego dla karty Transcend wynosi 7,8 MB / s, a dla karty Kingston - tylko 1,75 MB / s. Liniowa prędkość zapisu (rys. 13) jest również wyższa dla karty Transcend i wynosi 8,13 MB / s (dla żądania o wielkości powyżej 64 KB / s), podczas gdy karta Kingston ma tę prędkość 6,24 MB / s.

Postać: 12. Zależność szybkości zapisu sekwencyjnego od wielkości żądania dla kart SD

Dla porównania rys. 12 i 13 przedstawiają typowe sekwencyjne prędkości odczytu i zapisu karty MMC, które zarówno podczas odczytu, jak i zapisu nie przekraczają 1 MB / s.

Standard Memory Stick został opracowany przez firmę Sony, a jego masowe przyjęcie rozpoczęło się w 1998 roku. Obecnie Memory Stick jest używany we wszystkich aparatach cyfrowych Sony bez wyjątku, co jednak nie przyczynia się do ich udanej promocji na rynku. Dlatego najnowszy model aparatu cyfrowego Sony obsługuje karty dwóch standardów: Memory Stick oraz znacznie bardziej popularną kartę CompactFlash.

Nazwa Memory Stick wynika z podobieństwa do gumy do żucia, a wymiary karty Memory Stick wynoszą 21,5Ѕ50Ѕ2,8 mm, co w przybliżeniu odpowiada wielkości kawałka gumy do żucia.

Dostępna jest również modyfikacja tego nośnika z wbudowanym systemem ochrony przed nieuprawnionym kopiowaniem i dostępem do danych (MagicGate Memory Stick).

Dziś Sony wprowadza nową wersję nośnika o nazwie Memory Stick Duo. Ta karta jest kompatybilna z konwencjonalną kartą Memory Stick, ale ma mniejsze wymiary (20Ѕ31Ѕ1,6 mm) i lżejszą wagę (tylko 2 g), co pozwoli na użycie jej w najmniejszych urządzeniach przenośnych, szczególnie krytycznych dla rozmiaru wymiennych modułów pamięci na przykład w telefonach komórkowych i mikrokomputerach. Aby ułatwić integrację nowego standardu z istniejącymi systemami, zapewniono pełną kompatybilność wsteczną: za pomocą specjalnego wkładu Memory Stick Duo można podłączyć go do gniazd pełnowymiarowych kart Memory Stick.

Na początku stycznia 2003 r. Na targach Consumer Electronics Show (CES) w Las Vegas firma Sony ogłosiła plany stworzenia nowej generacji kart pamięci flash - Memory Stick PRO. Linia nowych nośników będzie dostępna w tych samych kształtach i rozmiarach, co zwykłe Memory Stick. Nowe nośniki będą się różnić od zwykłych niebieskich Memory Stick w kolorze perłowym. Jeśli porównamy parametry techniczne, to poza zwiększeniem pojemności nośniki Memory Stick PRO charakteryzują się znacznie wyższą szybkością wymiany danych oraz ulepszonymi mechanizmami ochrony danych. Jeśli chodzi o perspektywy zwiększenia wolumenu, technicznie możliwe jest stworzenie Memory Stick PRO o pojemności do 32 GB. Maksymalny kurs wymiany, jaki zapewnia konstrukcja nośnika Memory Stick PRO to 160 Mbps, a prędkość nagrywania to co najmniej 15 Mbps.

Wszystkie nośniki Memory Stick PRO będą korzystać z technologii ochrony danych MagicGate. Dodatkowo zostanie w nie wbudowany nowy system ochrony danych, który pozwoli ograniczyć dostęp do plików zapisanych na nośniku, uniemożliwiając przeglądanie i dystrybucję chronionych danych nawet w przypadku zgubienia lub kradzieży karty.

Kolejne rozwiązanie technologiczne zastosowane przy tworzeniu nośnika Memory Stick PRO zapobiegnie utracie danych w przypadku przedwczesnego wyjęcia karty z gniazda. Nawet jeśli użytkownik wyjmie kartę bez czekania na zakończenie procesu nagrywania, po ponownym włożeniu nośnika będzie możliwe wznowienie nagrywania od miejsca, w którym zostało przerwane. W takim przypadku zapewnione jest bezpieczeństwo nie tylko tego pliku, ale także całego systemu plików karty.

Obecnie na rynku dostępne są modele Memory Stick Pro do 1 GB, a także Memory Stick PRO DUO do 128 MB.

xD-Picture (XD)

Format xD-Picture jest najmłodszym ze wszystkich omówionych powyżej formatów. Standard ten został opracowany przez Olympus i FujiFilm, ale ze względu na swoją nowość nie jest jeszcze powszechnie przyjęty.

Oznaczenie xD oznacza eХtreme digital, które zdaniem twórców koncentruje się na wykorzystaniu tego medium do przechowywania danych audiowizualnych. Wymiary kart xD-Picture to tylko 20Ѕ25Ѕ1,7 mm, a waga to 2 g, co jest obecnie absolutnym rekordem miniaturowych rozmiarów.

Zgodnie z planami deweloperów karty xD-Picture mają zastąpić przestarzałe karty SmartMedia, których maksymalna pojemność (ze względów technologicznych) nie przekracza 128 MB. Teoretycznie karty xD mogą mieć do 8 GB. Ponadto tendencja do miniaturyzacji cyfrowych aparatów amatorskich wymaga odpowiedniej miniaturyzacji kart pamięci.

Karty XD-Picture są wyposażone w 22-pinowy interfejs zgodny z kartą SmartMedia.

Maksymalna prędkość odczytu danych z kart xD-Picture to 5 MB / s, a prędkość zapisu to 3 MB / s (dla kart o pojemności 16 i 32 MB - 1,3 MB / s); napięcie zasilania - 3,3 V; pobór mocy podczas pracy - 25 mW. Podobnie jak SmartMedia, karty xD-Picture Card zawierają tylko pamięć flash i nie mają zintegrowanego kontrolera (w przeciwieństwie na przykład do CompactFlash).

Obecnie maksymalna pojemność kart XD-Picture to 512 MB.

Witaj! Dzisiejszy artykuł w całości dotyczy układów pamięci. Ze względu na olbrzymią dystrybucję i tempo rozwoju różnych urządzeń i gadżetów cyfrowych ten typ mikroukładu stał się bardzo popularny na całym świecie. W prawie każdym cyfrowym gadżecie elektronicznym, czy to laptopie, tablecie, kamerze, wszystkie są połączone pamięcią. Nie będziemy zagłębiać się we wszystkie te terminy i fajne słowa, po prostu porozmawiajmy o dwóch głównych typach pamięci, są to RAM i ROM.

Te oba typy układów pamięci są używane w elektronice zawsze razem, ROM (pamięć tylko do odczytu) to miejsce do nieulotnego przechowywania danych, kolejna EEPROM. RAM (pamięć o dostępie swobodnym) jest prawie taki sam, tylko dane są tam przechowywane do momentu wyłączenia zasilania, po ponownym wyłączeniu zasilania - wszystkie informacje są tracone na układach RAM, podczas gdy informacje o układach ROM można przechowywać przez bardzo długi czas, a po wyłączeniu zasilania informacje nie są usuwane.

Pierwszy typ mikroukładów (EEPROM, ROM)

Półprzewodnikowe przechowywanie danych, służące do trwałego przechowywania danych, z możliwością wielokrotnego przepisywania informacji, wielokrotnego odczytu i długoterminowego przechowywania, zarówno z zasilaniem, jak i bez. W życiu codziennym - ROM jest używany we wszelkiego rodzaju dyskach, kartach flash, dyskach twardych SSD, nawet w naszych ulubionych mikrokontrolerach jako obszar przechowywania "oprogramowania". Mikrokontrolery to zasadniczo pamięć ROM i mikroprocesor, który wykonuje polecenia pliku oprogramowania układowego, wszystko w jednym pakiecie, na jednym chipie. Gdybyś używał pamięci RAM zamiast ROM, musiałbyś flashować i ładować dane po każdym wyłączeniu (i to jest to samo), a jeśli odwrotnie - ROM zamiast RAM, używając takiej pamięci, nawet gdyby wystarczyłoby 32 GB przez 5 minut, nie więcej, rodzaj pamięci RAM to schowek między urządzeniem, które wysyła informacje, a urządzeniem, które je odbiera.

Drugi typ układów pamięci

(RAM, inaczej RAM) - półprzewodnikowe przechowywanie danych, RAM - pamięć o dostępie swobodnym, w której pliki są tymczasowo ładowane, aby system operacyjny działał (procesy serwisowe są zawsze aktywne i zajmują część pamięci RAM) oraz z czym system operacyjny współpracuje czy to gra, wideo, ulubiona piosenka czy coś innego, odtwarzacz DVD działa zgodnie z tą zasadą, ładuje informacje z dysku optycznego do pamięci RAM, a następnie po cichu odczytuje je przez procesor, nie zauważyłeś, jak kiedyś stał odtwarzacz DVD cicho, a obraz z dźwiękiem został odtworzony po cichu? - podejście to jest stosowane, aby zapewnić, że podczas odczytu nie wystąpią żadne błędy, dane zostaną odczytane, a suma kontrolna zostanie porównana. Ta sama zasada jest stosowana przez dysk twardy komputera i inne urządzenia, które odczytują dane z dysków optycznych itp.

Rozważmy to bardziej szczegółowo, na przykładzie tabletu

1. Kontroler mocy, wszystko jest jasne z jego celem, aby zasilić cały ten cud.
2. PROCESOR. Łączy wszystko razem, wykonuje wszystkie funkcje systemowe, jest kontrolowany przez interfejs oprogramowania, podczas gdy użytkownik kontroluje system operacyjny, system operacyjny jest już procesorem. W komputerach i laptopach rolę łączącą sprzęt i oprogramowanie pełni układ BIOS-u (podstawowy system wejścia / wyjścia danych (mój pseudonim nie był łatwy do wyboru! \u003d))
3. Chip pamięci stałej, ROM jest systematycznie podzielony na dwie części, jedna część zawiera informacje serwisowe i system operacyjny. A w jego drugiej części jest pamięć dostępna bezpośrednio dla użytkownika.
4. Mikroukłady RAM, wszystko jasne, pamięć o dostępie swobodnym, "dość" plików w locie, wymagania od tej pamięci - duża prędkość wymiany danych i możliwie najszybsze przepisywanie. Dlatego na „operacyjną” należy działać szybko))).

Jak widać, nie ma nic naprawdę skomplikowanego, trudna jest jedynie ich produkcja, choć ostatnio na rynku pamięci panowała duża konkurencja. Niewątpliwym gigantem w jego produkcji są trzy koncerny, południowokoreański koncern SAMSUNG i Hynix (Hyundai Electronics) oraz amerykański Kingston. Ale są również produkowane przez inne korporacje, na przykład Intel, MEDIATEK, Quanta i wiele innych, czasami można znaleźć nawet mikroukłady "bez nazwy", a kto je wykonał, pozostaje tajemnicą.

Urządzenie magazynujące to zasadniczo komórka z ogromną liczbą tranzystorów, w której przechowywana jest wartość "1" lub "0", układ binarny, jeśli jest prosty, na tranzystorze jest ładunek - to jest "1", jest bez opłat - „0” w inwersji okaże się odwrotnie.

Następnie porozmawiaj tylko o pamięci ROM, pamięci flash i innych pamięciach EEPROM

Jeśli mikroukład typu MMC / SD jest najpowszechniejszym „pendrive'em” interfejsu SD i zawiera już kontroler i pamięć, w rzeczywistości jest to tylko pendrive, który ma inną obudowę. w Internecie jest przykład udanej wymiany układu Hynix H26M52002CKR na zwykłą kartę microSD w telefonie komórkowym Nokia 808.

To wszystko stało się dla mnie bardzo interesujące, aw tej samej chwili wlutowano taki prosty adapter-czytnik.

Łączy się z dowolnym kompatybilnym komputerem.

Jak łączysz to wszystko? Najpierw musisz znaleźć pinout czytnika kart:

Pinout interesujących kart pamięci i czytników kart można obejrzeć w Internecie. Ale gdzie mogę zobaczyć pinout układów BGA i TSOP?

Wszystko w tym samym miejscu, w Internecie, a dokładniej w arkuszu danych pobranym dla konkretnego mikroukładu, przy okazji, w arkuszu danych jest wszystko, od napięcia zasilania po rodzaj mikroukładów.

Przyjrzyj się uważnie typowi swojego mikroukładu - jeśli MMC / SD i SD w ogóle są kompatybilne, to wszystko powinno działać, ale jeśli to tylko pamięć NAND, musisz ogrodzić kontroler, taki jak na pendrive'ach USB i SD / Karta microSD (SDHC) jest już zainstalowana.

Nawiasem mówiąc, z gotowego kontrolera można korzystać z tych samych pendrive'ów.

Powodzenia wszystkim w ciekawych eksperymentach, uważajcie, aby niczego nie spalić! O wynikach proszę pisać na konferencji. Autor materiału - BIOS.

Omów artykuł WIĄZKI PAMIĘCI

W tym artykule opisano układy pamięci flash K9K4G08Q0M-YCB0 / YIB0, K9K4G16Q0M-YCBO / YIBO, K9K4G08U0M-YCBO / YIBO, K9K4G16U0M-YCB0 / YIB0 4 GB. Te mikroukłady są używane jako pamięć nieulotna w urządzeniach konsumenckich, przemysłowych i komputerowych. W cyfrowych kamerach wideo i aparatach fotograficznych, dyktafonach i automatycznych sekretarkach te mikroukłady są używane jako pamięć obrazu i dźwięku w półprzewodnikowych dyskach flash.

Mikroukłady pamięci flash są podzielone na grupy według napięcia zasilania i architektury (tabela 1). Stół 2 przedstawia przypisanie pinów układów pamięci flash.

Tabela 1

Tabela 2

Kod PIN	Oznaczenie pinów (rodzaj mikroukładu)	Przydzielenie pinu
29-32; 41-44	I / O (0-7) (K9K4G08X0M-Y)	Wejście / wyjście danych. Kołki służą do wprowadzania / wyprowadzania adresów komórek, danych lub poleceń podczas cykli odczytu / zapisu. Gdy mikroukład nie jest wybrany lub dostęp do pinów jest zabroniony, są one wprowadzane w stan wysokiej impedancji
26, 28, 30, 32, 40, 42, 44, 46, 27, 29, 31, 33, 41, 43, 45, 47	I / 0 (0-15) (K9K4G16X0M-Y)
16	CLE	Zezwalanie na zatwierdzanie poleceń. Wysoki poziom sygnału na tym pinie przełącza multipleksery na wejściach I / O w kierunku rejestru poleceń. Polecenie jest wpisywane do rejestru na zboczu sygnału WE
17	Ale	Zezwolenie na zatrzaskiwanie adresu. Wysoki poziom sygnału na tym wejściu przełącza multipleksery na wejściach I / O w kierunku rejestru adresowego. Zagięcie polecenia do rejestru następuje na zboczu sygnału WE
9	CE	Wybór chipa. Niski poziom na wejściu umożliwia operację odczytu danych, a wysoki, przy braku jakichkolwiek operacji, przełącza mikroukład w tryb czuwania. Podczas operacji zapisu / kasowania wysoki poziom na tym wejściu jest ignorowany
8	RE	Pozwolenie na czytanie. Wejście steruje wyjściem danych szeregowych, gdy przesyłanie danych do magistrali we / wy jest aktywne. Dane są ważne po zaniku RE i pewnym znormalizowanym czasie próbkowania. Sygnał RE zwiększa również wewnętrzny licznik adresu kolumny o jeden.
18	MY	Rozdzielczość nagrywania. Wejście steruje zapisem do portu I / O. Polecenia, adresy i dane są przechwytywane w czołówce WE
19	WP	Napisz zamek. Wyjście zapewnia ochronę przed przypadkowym zapisem / skasowaniem podczas włączania. Wewnętrzny generator napięcia programowania zablokowany, gdy pin WP jest aktywny w stanie niskim
7	R / B	Wolny / zajęty. Wyjście R / B wskazuje stan chipa. Niski poziom oznacza, że \u200b\u200btrwa operacja zapisu, kasowania lub losowego odczytu, a wysoki poziom jest ustawiany po zakończeniu tych operacji. To wyjście otwartego drenu nie przechodzi w stan wysokiej impedancji, gdy nie jest wybrany żaden układ scalony lub gdy wyjścia są wyłączone.
38	PRZED	Przeczytaj pozwolenie po włączeniu zasilania. Wyjście PRE steruje operacją automatycznego odczytu wykonywaną po włączeniu zasilania. Automatyczne odczytywanie po włączeniu zasilania jest włączone, jeśli pin PRE jest podłączony do pin VCC
12	VCC	Napięcie zasilania
13	VSS	Generał

Układy K9K4GXXX0M mają pojemność 4 Gbit z rezerwą 128 Mbit (rzeczywista pojemność to 4429 185 024 bity) i architekturę 512 Mbit x 8 lub 256 Mbit x 16 z niezawodnością do 1 miliona cykli zapisu / kasowania. Układy 8-bitowe są podzielone na 2112 x 8 stron, a układy 16-bitowe w kolumnach 1056 x 16. Wszystkie mikroukłady mają zapasowe bity umieszczone w 128 liniach z adresami 2048-2111 dla 8-bitowych mikroukładów lub w 64 kolumnach z adresami 1024-1055 dla 16-bitowych. Aby zorganizować transfer danych podczas operacji odczytu / zapisu strony między komórkami pamięci a portami I / O, te mikroukłady mają szeregowo połączone rejestry danych o długości 2112 bajtów dla 8-bitowego lub 1056-słowa dla 16-bitowego mikroukładu i rejestrują pamięć podręczną odpowiedni rozmiar. Macierz pamięci jest zbudowana z 32 połączonych komórek znajdujących się na różnych stronach i połączonych strukturą NAND. 32 komórki łączące struktury 135168 2AND NOT i znajdujące się na 64 stronach tworzą blok. Zbiór bloków 8- lub 16-bitowych tworzy tablicę pamięci.

Operacja odczytu jest wykonywana strona po stronie, podczas gdy operacja kasowania jest tylko blok po bloku: 2048 oddzielnie kasowalnych bloków ps 128 KB (dla 8-bitowych mikroukładów) lub bloków 64 Ksłów (dla 16-bitowych mikroukładów). Nie ma możliwości kasowania pojedynczych bitów.

Zapisywanie strony do mikroukładów odbywa się w 300 μs, kasowanie - w 2 ms na blok (128 Kbajtów - dla 8-bitowych lub 64 Ksłów - dla 16-bitowych mikroukładów). Bajt danych jest odczytywany ze strony w 50 ns.

Do rejestracji i kontroli danych w mikroukładach jest wbudowany kontroler, który zapewnia cały proces, w tym, w razie potrzeby, powtórzenie operacji wewnętrznej weryfikacji i znakowania danych. Mikroukłady K9K4GXXX0M posiadają system zapewniający weryfikację informacji z korekcją błędów i odrzucaniem błędnych danych w czasie rzeczywistym.

Mikroukłady mają 8 lub 16 multipleksowych adresów I / O. To rozwiązanie drastycznie zmniejsza liczbę używanych pinów i umożliwia późniejsze aktualizacje urządzeń bez zwiększania ich rozmiarów. Polecenia, adresy i dane są wprowadzane na niskim poziomie na pinie CE przez opadanie sygnału WE przez te same piny I / O. Wprowadzane informacje są zapisywane do rejestrów buforowych na zboczu sygnału WE. Sygnały zezwolenia na zapis poleceń (CLE) i zezwolenia na zapis adresu (ALE) są używane do multipleksowania odpowiednio polecenia i adresu przez te same piny I / O.

Tabela 3

* Dowolne wprowadzanie / wyprowadzanie danych jest możliwe na jednej stronie

Stół 3 pokazuje polecenia do sterowania mikroukładami. Przesyłanie szesnastkowych (HEX) kodów poleceń na dane wejściowe inne niż wymienione w tabeli prowadzi do nieprzewidywalnych konsekwencji i dlatego jest zabronione.

Aby poprawić prędkość zapisu podczas odbierania dużych ilości danych, wbudowany kontroler ma możliwość zapisywania danych w rejestrach pamięci podręcznej. Po uruchomieniu wbudowany kontroler automatycznie zapewnia dostęp do tablicy pamięci począwszy od pierwszej strony, bez wprowadzania polecenia lub adresu. Oprócz ulepszonej architektury i interfejsu, sterownik posiada możliwość kopiowania (nadpisywania) zawartości jednej strony pamięci na drugą bez dostępu do zewnętrznej pamięci buforowej. Zapewnia to szybszy transfer danych niż w normalnej pracy, ponieważ nie ma czasochłonnych cykli dostępu sekwencyjnego i wprowadzania danych.

Bloki uboju

Bloki pamięci w mikroukładach K9K4GXXX0M są definiowane jako nieważne, jeśli zawierają jeden lub więcej nieważnych bitów, których jednoznaczny odczyt nie jest gwarantowany. Informacje z nieprawidłowych bloków są traktowane jako „informacje o nieprawidłowych blokach”. Układy scalone z nieprawidłowymi blokami nie różnią się charakterystyką statyczną i dynamiczną i mają ten sam poziom jakości, co układy scalone ze wszystkimi poprawnymi blokami. Nieprawidłowe bloki nie wpływają na normalne działanie bloku, ponieważ są izolowane od bitu i wspólnej szyny zasilającej przez wybrany tranzystor. System jest zaprojektowany w taki sposób, że adresy są blokowane dla nieprawidłowych bloków. W związku z tym po prostu nie ma dostępu do nieprawidłowych bitów.

Nieprawidłowa identyfikacja bloku

Zawartość wszystkich komórek mikroukładu (z wyjątkiem tych, w których przechowywane są informacje o nieprawidłowych blokach) o adresach FFh dla 8-bitów i FFFFh dla 16-bitów może zostać skasowana. Adresy nieprawidłowych bloków w wolnym obszarze tablicy pamięci są określane przez pierwszy bajt w przypadku układów 8-bitowych lub pierwsze słowo w przypadku układów 16-bitowych. Producent gwarantuje, że pierwsza lub druga strona każdego bloku z adresami nieprawidłowych komórek ma w kolumnach z adresami odpowiednio 2048 (dla 8-bitów) lub 1024 (dla 16-bitów) dane inne niż FFh lub FFFFh. Ponieważ usuwane są również informacje o nieprawidłowych blokach, w większości przypadków kasowania adresów uszkodzonych bloków nie można ich przywrócić. Dlatego system musi mieć algorytm zdolny do tworzenia tabeli nieważnych bloków, zabezpieczony przed usunięciem i oparty na początkowych informacjach o wadliwych blokach.

Po wyczyszczeniu tablicy pamięci adresy tych bloków są ponownie ładowane z tej tabeli. Jakiekolwiek celowe usuwanie pierwotnych informacji o nieważnych blokach jest zabronione, gdyż prowadzi do nieprawidłowego działania systemu jako całości.

Z biegiem czasu liczba nieprawidłowych bloków może wzrosnąć, dlatego należy okresowo sprawdzać rzeczywistą pojemność pamięci, sprawdzając adresy odrzuconych bloków z danymi z tabeli nieprawidłowych bloków w trybie gotowości. W przypadku systemów, w których wymagana jest wysoka odporność na uszkodzenia, najlepiej jest zapewnić możliwość blokowego przepisywania tablicy pamięci z porównaniem wyników z danymi rzeczywistymi, natychmiastową identyfikację i zastępowanie bloków błędnych informacji. Dane z wykrytego nieprawidłowego bloku są przenoszone do innego, normalnego, pustego bloku, bez wpływu na sąsiednie bloki tablicy i przy użyciu wbudowanego bufora, którego rozmiar jest zgodny z rozmiarem bloku. W tym celu dostępne są polecenia przepisywania bloków.

Czasami przy opracowywaniu urządzenia zachodzi potrzeba zapisania niektórych danych w pamięci nieulotnej. W takich przypadkach zwykle używa się wewnętrznej pamięci EEPROM mikrokontrolera. Jeśli to nie wystarczy, z reguły stosuje się zewnętrzne układy EEPROM z serii 24lxx. Mikroukłady tej serii są bardzo popularne. Najczęściej można je znaleźć w starych telefonach komórkowych, niektórych płytach głównych, wkładach do drukarek i wielu innych miejscach. Cena tych mikroukładów jest również bardzo atrakcyjna. Na przykład 24LC16 kosztuje 11 rubli.
Ten mikroukład jest dostępny w różnych pakietach, z których najpopularniejsze to DIP i SOIC. Mikroukład ma następujące wyprowadzenia:

Jak widać, wniosków jest bardzo niewiele. Spróbujmy więc dowiedzieć się, co jest.
A0, A1, A2 - nie są używane w tym mikroukładzie. Mogą być podłączone do masy lub do dodatniej mocy. W niektórych innych mikroukładach z serii 24lxx piny te mogą ustawić adres mikroukładu, aby móc podłączyć do jednej magistrali i2c aż 8 mikroukładów pamięci.
Vss - Ziemia.
SDA - linia danych
SCL - linia zegarowa
WP - Ochrona przed zapisem. Kiedy ten pin jest logicznym 0, wówczas zapis do pamięci jest dozwolony. Jeśli podasz jednostkę logiczną, możliwy jest tylko odczyt z pamięci.
Vcc - zasilanie mikroukładu. Zgodnie z arkuszem danych jest zasilany napięciem od 2,5 V do 5,5 V.

Połączenie ze sterownikiem.
Bardzo łatwo jest podłączyć pamięć do MK. Z uprzęży wymagana jest tylko para rezystorów o rezystancji około 4,7 kOhm.

Oprogramowanie

Do pracy z pamięcią opracowano bibliotekę, która realizuje następujące funkcje:

i2c_init - dostosowuje prędkość impulsów zegarowych wzdłuż linii SCL.

Układ 24LC16 obsługuje częstotliwości do 400 kHz. Możesz obliczyć częstotliwość w ten sposób:

Częstotliwość taktowania procesora - częstotliwość, z jaką pracuje mikrokontroler

TWBR - numer wpisany do rejestru o tej samej nazwie.

TWPS Jest środkiem do usuwania kamienia. Wartości preskalera są ustawiane przez bity TWPS1 i TWPS0 w rejestrze TWSR.

W przypadku sterownika Atmega 32 obowiązuje następująca tabela:

i2c_start- wysyła pakiet startowy

i2c_stop - wysyła paczkę zatrzymującą

i2c_send- wysyła bajt

i2c_recive - zajmuje bajt

i2c_recive_last- zajmuje ostatni bajt. Różnica w stosunku do poprzedniej funkcji polega na tym, że po odebraniu bajtu mikrokontroler nie wysyła bitu potwierdzenia. Jeśli podczas odbierania ostatniego bajtu użyj i2c_recivewtedy linia SDA pozostanie dociśnięta do podłoża.

Zapisywanie danych do układu pamięci

Możesz zapisywać dane zarówno w kolejności losowej, jak i strona po stronie. Ponieważ na magistrali i2c może znajdować się jednocześnie kilka urządzeń, aby zaadresować dowolne urządzenie, należy znać jego siedmiobitowy adres. Adres binarny układu 24LC16 wygląda następująco:

Bity A, B, C służą do wyboru bloku pamięci. W mikroukładzie znajduje się 8 bloków pamięci, każdy po 256 bajtów. Odpowiednio bity ABC przyjmują wartości od 000 do 111.

Aby zapisać bajt do mikroukładu, musisz wykonać następującą sekwencję czynności:

1. Zainicjuj interfejs i2c
2. Wyślij pakiet startowy
3. Wyślij adres mikroukładu + adres bloku pamięci
4. Wyślij adres komórki pamięci, do której zostanie wykonane nagranie
5. Wyślij bajt danych
6. Wyślij paczkę z zatrzymaniem

Przykład: Musisz napisać bajt 0xFA według adresu 0x101.

rcall i2c_init
rcall i2c_start
temp. ldi, 0b 1010 001 0 // Adres chipa, gdzie:
// 1010 - adres mikroukładu
// 001 - adres bloku pamięci (komórka 0x101 należy do bloku 1)
// 0
rcall i2c_send
ldi temp, 1 // Adres lokalizacji pamięci. (blok 1, komórka 1)
rcall i2c_send
ldi temp, 0xFA // Załaduj bajty do wpisania do rejestru
rcall i2c_send // Napisz bajt
rcall i2c_stop

Możesz zapisywać dane w pamięci nie tylko bajt po bajcie, ale także strona po stronie. Rozmiar strony to 16 bajtów. Zapis według bajtów oznacza, co następuje: wysyłamy adres bajtu zerowego żądanej strony, a następnie wysyłamy 16 razy wymagane dane. Licznik adresu będzie automatycznie zwiększany o jeden. Jeśli wyślesz dane po raz 17, to bajt zerowy zostanie nadpisany, jeśli wyślesz bajt po raz 18, nadpisze bajt numer 1 itd.

Przykład: Wymagane jest zapisanie pierwszej strony bloku 0.

rcall i2c_init // Zainicjuj interfejs i2c
rcall i2c_start // Wyślij pakiet startowy
temp. ldi, 0b 1010 000 0 // Adres chipa, gdzie:
// 1010 - adres mikroukładu
// 000 - adres bloku pamięci (interesuje nas blok zerowy)
// 0 - bit do odczytu / zapisu. 0 - pisz, 1 - czytaj
rcall i2c_send
temp. ldi, 16 // Adres pierwszej strony
rcall i2c_send
ldi temp, 0x01 // Załaduj bajt numer 0 do rejestru
rcall i2c_send // Napisz bajt
ldi temp, 0x02 // Załaduj bajt numer 1 do rejestru
rcall i2c_send // Napisz bajt
/// tutaj piszemy resztę bajtów .....
ldi temp, 0x0E // Załaduj bajt numer 14 do rejestru
rcall i2c_send // Napisz bajt
ldi temp, 0x0F // Załaduj bajt numer 15 do rejestru
rcall i2c_send // Napisz bajt
rcall i2c_stop // Wyślij paczkę zatrzymującą

Odczytywanie danych z mikroukładu
W pewnym sensie wymyśliliśmy nagranie, a teraz zacznijmy czytać. Aby odczytać bajt, musisz wykonać następujące czynności:

1. Zainicjuj interfejs i2c (jeśli nie został zainicjowany wcześniej)
2. Wyślij pakiet startowy
3. Wyślij adres mikroukładu oraz adres bloku pamięci, z którego będziemy czytać
4. Wyślij adres pamięci
5. Wyślij ponownie pakiet startowy
6. Wyślij adres mikroukładu i adres bloku pamięci z bitem „odczytu”
7. Pobierz bajt
8. Wyślij paczkę z zatrzymaniem

rcall i2c_init // Zainicjuj interfejs i2c
rcall i2c_start // Wyślij pakiet startowy
temp. ldi, 0b1010 011 0 // Adres chipa + adres trzeciego bloku pamięci.
// Bit odczytu / zapisu nadal wynosi 0!
rcall i2c_send
ldi temp, 0x41 // Adres lokalizacji pamięci
rcall i2c_send
rcall i2c_start // Wyślij ponownie pakiet startowy
temp. ldi, 0b1010 011 1 // Adres chipa + adres bloku pamięci + bit odczytu / zapisu stał się 1
rcall i2c_send // teraz możesz czytać dane
rcall i2c_recive_last // Czytaj bajt. Pierwszy i ostatni.
rcall i2c_stop // Wyślij paczkę zatrzymującą

Odczyt może odbywać się sekwencyjnie bajt po bajcie, tj. Zadzwońi2c_recive Tyle, ile potrzeba. Nie ma potrzeby wysyłania polecenia zwiększania adresu o jeden. Nie jest również konieczne przełączanie adresów bloków podczas odczytu sekwencyjnego. Te. możesz wziąć i odczytać cały mikroukład naraz bez żadnych problemów.

Biblioteka do pracy z i2c została opracowana i przetestowana na mikrokontrolerze Atmega32. Myślę, że będzie działać na wielu innych kontrolerach bez żadnych zmian. Oczywiście kontroler musi mieć wsparcie sprzętowe dla i2c lub jak to się nazywa TWI. Oczywiście można programowo zaimplementować i2c, ale nie zawracałem sobie głowy i nie było takiej potrzeby. Przykładem demo jest program, który zapisuje bajty od 0 do 15 do pierwszych 16 adresów, a po zapisaniu wyprowadza je do portu A. Możesz zobaczyć, jak to działa nie tylko na żywo, ale także w Proteusie.

I na koniec dołączam oscylogram:

Tak wygląda autobus i2c oczami :-)
Wszystkie pytania i sugestie czekają w komentarzach.