Всем доброго дня! Сегодняшняя статья положит начало новому небольшому циклу статей, посвященному хранению информации, различным типам памяти, способам записи/считывания данных и всему, что с этим связано. И начнем мы с устройства хорошо всем знакомой Flash-памяти.
Что из себя вообще представляет Flash-память? Сегодня детально разберемся и проанализируем основные протекающие процессы.
Итак, сердцем многих устройств памяти является полевой транзистор с плавающим затвором. Гениальное изобретение 70-х годов 20-го века. Его отличие от обычных полевых транзисторов заключается в том, что между затвором и каналом, прямо в диэлектрике, расположен еще один проводник — который и называют плавающим затвором. Вот как все это выглядит:
На рисунке мы видим привычные нам сток-исток-затвор, а также расположенный в диэлектрике дополнительный проводник. Теперь разберемся, как же это устройство работает.
Как работает флэш память
Создадим между стоком и истоком разность потенциалов и подадим положительный потенциал на затвор. Что тогда произойдет? Верно, через полевой транзистор, от стока к истоку потечет ток. Причем величина тока достаточно велика для того, чтобы «пробить» диэлектрик. В результате этого пробоя часть электронов попадет на плавающий затвор.
Отрицательно заряженный плавающий затвор создает электрическое поле, которое начинает препятствовать протеканию тока в канале, в результате чего транзистор закрывается. И если отключить питание транзистора, электроны с плавающего затвора никуда не денутся, и его заряд останется неизменным на длительное время.
Но, конечно же, есть способ разрядить плавающий затвор. Для этого надо всего лишь подать на «основной» затвор напряжение противоположного знака, которое и «сгонит» все электроны, в результате чего плавающий затвор останется незаряженным. Собственно так и происходит хранение информации — если на затворе есть отрицательный заряд, то такое состояние считается логической единицей, а если заряда нет — то это логический ноль.
С сохранением информации разобрались, осталось понять, как считать информацию из транзистора с плавающим затвором. Это также довольно просто
При наличии заряда на плавающем затворе его электрическое поле препятствует протеканию тока стока. Допустим, при отсутствии заряда мы могли подавать на «основной» затвор напряжение +5В, и при этом в цепи стока начинал протекать ток. При заряженном плавающем затворе такое напряжение не сможет заставить ток течь, поскольку электрическое поле плавающего затвора будет ему мешать.
В этом случае ток потечет только при напряжении +10В (к примеру). Таким образом, мы получаем два пороговых значения напряжения. И, подав, к примеру +7.5В мы сможем по наличию или отсутствию тока стока сделать вывод о наличии или отсутствии заряда на плавающем затворе. Вот таким образом и происходит считывание сохраненной информации.
Компьютерная Память: История Изобретения Flash Памяти //#HardTalesMini
Как все это связано с Flash-памятью? А очень просто — полевой транзистор с плавающим затвором является минимальной ячейкой памяти, способной сохранить один бит информации. А любая микросхема памяти состоит из огромного количества расположенных определенным образом транзисторов. И вот теперь пришло время рассмотреть основные типы Flash-памяти, в частности, NOR и NAND-память.
Оба этих типа построены на основе транзисторов с плавающим затвором, которым мы сегодня уделили немало времени. А принципиальное отличие состоит в том, каким образом соединены эти транзисторы. Конструкция NOR использует двумерную таблицу проводников. Проводники называют линией битов и линией слов. Все стоки транзисторов подключаются к линии битов, а все затворы к линии слов. Рассмотрим пример для лучшего понимания:
Пусть нам надо считать информацию из какой-то конкретной ячейки. Эта ячейка, а точнее этот конкретный транзистор, подключен затвором на одну из линий слов, а стоком на одну из линий битов. Тогда мы просто подаем пороговое напряжение на линию слов, соответствующую затвору нашего транзистора, и считываем его состояние как в том примере, что мы рассмотрели чуть выше для одной ячейки.
С NAND все несколько сложнее. Если возвращаться к аналогии с массивом, то ячейки NAND-памяти представляют собой трехмерный массив. То есть к каждой линии битов подключен не один, а сразу несколько транзисторов, что в итоге приводит к уменьшению количества проводников и увеличению компактности. Это как раз и является одним из главных преимуществ NAND-памяти. Но как же нам считать состояние определенного транзистора при такой структуре? Для понимания процессов рассмотрим схему:
Как видно из схемы, одна линия битов соответствует нескольким ячейкам. И важной особенностью является следующее: если хотя бы один из транзисторов закрыт, то на линии битов будет высокое напряжение. Вот смотрите:
Действительно, низкий уровень на линии битов будет только тогда, когда вся цепочка транзисторов окажется открытой.
С этим вроде бы понятно, возвращаемся к нашему вопросу — как же считать состояние конкретного транзистора? А для этого недостаточно просто подать на линию слов (на затвор транзистора) пороговое напряжение и следить за сигналом на линии битов. Необходимо еще чтобы все остальные транзисторы были в открытом состоянии.
А делается это так — на затвор нашего транзистора, состояние которого нам нужно считать, подается пороговое напряжение (как и в случае с NOR-памятью), а на затворы всех остальных транзисторов в этой цепочке подается повышенное напряжение, такое, чтобы независимо от состояния плавающего затвора транзистор открылся. И тогда считав сигнал с линии битов мы узнаем в каком состоянии интересующий нас транзистор (ведь все остальные абсолютно точно открыты). Вот и все!
И на этом на сегодня заканчиваем обсуждение, надеюсь, что статья окажется полезной и понятной, до скорых встреч.
Источник: microtechnics.ru
Презентация, доклад ФЛЕШ ПАМЯТЬ
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему ФЛЕШ ПАМЯТЬ. Презентация на заданную тему содержит 41 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Презентации » Образование » ФЛЕШ ПАМЯТЬ
Слайды и текст этой презентации
Слайд 1
Описание слайда:
ФЛЕШ ПАМЯТЬ Лекция 13
Слайд 2
Описание слайда:
Слайд 3
Описание слайда:
Слайд 4
Описание слайда:
Слайд 5
Описание слайда:
Транзистор в ключевом режиме
Слайд 6
Описание слайда:
Слайд 7
Описание слайда:
Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом Полевой транзистор представляет собой монокристалл полупроводника (например n – типа) по торцам которого сформированы электроды, а посередине создана область противоположного типа проводимости ( соотв. p-типа) и выводы от этой области. Тогда на границе раздела областей с различным типом проводимости возникнет р-n-переход.
Слайд 8
Описание слайда:
Электрод, от которого движутся основные носители заряда в канале, называют истоком, а электрод, к которому движутся, — стоком. Управляющий электрод называют затвором. Электрод, от которого движутся основные носители заряда в канале, называют истоком, а электрод, к которому движутся, — стоком. Управляющий электрод называют затвором.
Для эффективного управления выходным током материал основного полупроводника должен быть высокоомным. Кроме того, начальная ширина канала должна быть достаточно малой – порядка нескольких микрон.
Слайд 9
Описание слайда:
Стоко-затворная характеристика канал n-типа
Слайд 10
Описание слайда:
МДП-транзистор с индуцированным каналом (обогащенного типа, Enhancement MOSFET , E-MOSFET)
Слайд 11
Описание слайда:
Слайд 12
Описание слайда:
Слайд 13
Описание слайда:
Слайд 14
Описание слайда:
Слайд 15
Описание слайда:
Слайд 16
Описание слайда:
Эффективная длина канала в технологиях 90 нм и 32 нм. Транзисторы сняты в одном и том же масштабе. Полукруги на рисунках — это форма дополнительного слабого подлегирования стоков (LDD, lightly doped drain), делаемого для уменьшения ширины pn-переходов.
Слайд 17
Описание слайда:
Слайд 18
Описание слайда:
Слайд 19
Описание слайда:
КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник; CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor) В более общем случае — КМДП (со структурой металл-диэлектрик-полупроводник). В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости.
Слайд 20
Описание слайда:
Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями является очень малое энергопотребление в статическом режиме. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями является очень малое энергопотребление в статическом режиме. Отличительной особенностью структуры КМОП по сравнению с другими МОП-структурами (N-МОП, P-МОП) является наличие как n-, так и p-канальных полевых транзисторов; Как следствие, КМОП-схемы обладают более высокой скоростью действия и меньшим энергопотреблением, однако при этом характеризуются более сложным технологическим процессом изготовления и меньшей плотностью упаковки. Подавляющее большинство современных логических микросхем, в том числе, процессоров, используют схемотехнику КМОП.
Слайд 21
Описание слайда:
Слайд 22
Описание слайда:
Слайд 23
Описание слайда:
Структурная организация Flash
Слайд 24
Описание слайда:
Слайд 25
Описание слайда:
Слайд 26
Описание слайда:
Слайд 27
Описание слайда:
Слайд 28
Описание слайда:
Слайд 29
Описание слайда:
Слайд 30
Описание слайда:
Карта памяти модуль флеш:
Слайд 31
Описание слайда:
Слайд 32
Описание слайда:
Слайд 33
Описание слайда:
Слайд 34
Описание слайда:
Слайд 35
Описание слайда:
Слайд 36
Описание слайда:
Слайд 37
Описание слайда:
Слайд 38
Описание слайда:
Слайд 39
Описание слайда:
Преимущества Flash Для хранения данных не требуется дополнительной энергии, то есть flash-память является энергонезависимым устройством. Энергия, правда, требуется для записи данных, совсем без затрат тут не обойтись, в конце концов, вечный двигатель, как известно, создать невозможно.
Зато по сравнению с компакт-дисками или дискетами затраты энергии при работе с flash-устройством минимальны. Поэтому flash-память является очень экономной с точки зрения энергозатрат. Как подтверждение – при записи данных на flash-микросхему требуется в 10-20 раз меньше энергии, чем при аналогичных действиях с компакт-диском или дискетой. Flash-микросхема позволяет многократно (но, увы, не бесконечно…) перезаписывать данные. То есть flash-память – перезаписываемое устройство хранения данных.
Слайд 40
Описание слайда:
Преимущества Flash Накопитель на основе flash-микросхемы не содержит в себе никаких движущихся механических узлов и устройств, поскольку это твердотельная память. А раз так, то flash-устройства отличаются устойчивостью к механическим воздействиям: нет механики – нечему и ломаться.
К примеру, flash-накопитель способен выдержать удары в 10-20 раз более сильные, чем те, что просто “убили” бы компьютерный винчестер. Причем не только выдержать, но и работать в условиях тряски и довольно-таки жесткого “избиения”. Компактность – еще одно преимущество накопителей на flash-памяти, которое и предопределило использование flash-устройств в разнообразных малогабаритных гаджетах и “ручных” устройствах. Наконец, информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (порядка 10 лет). То есть flash-микросхема является устройством для долговременного хранения данных.
Слайд 41
Описание слайда:
Недостатки Flash Для начала главный потребительский недостаток – flash-память стоит дороже и менее надежна чем компьютерные винчестеры. Flash-память работает существенно медленнее, чем оперативная память на основе микросхем SRAM и DRAM. И даже по сравнению с жестким диском flash-накопитель является аутсайдером.
К примеру, средняя скорость считывания данных с flash-накопителя составляет 5 Mb/s, а записи – 3 Mb/s.В то же время жесткий диск может обмениваться данными со скоростью около 30 Mb/s. Наконец, еще один серьезнейший недостаток, который уже упоминался выше – flash-память имеет ограничение по количеству циклов перезаписи. Предел колеблется от 10 000 до 1 000 000 циклов для разных типов микросхем. И хотя миллион операций записи/стирания – это совсем немало, однако наличие физического предела использования микросхемы памяти можно считать серьезным недостатком flash-устройств.
Источник: myslide.ru