Главная arrow Термины arrow Техническое обеспечение автоматизированных систем arrow ФЛЭШ-ПАМЯТЬ, ФЛЭШ-НАКОПИТЕЛЬ, ЭСППЗУ [EEPROM, flash memory, flash storage]

ФЛЭШ-ПАМЯТЬ, ФЛЭШ-НАКОПИТЕЛЬ, ЭСППЗУ [EEPROM, flash memory, flash storage]

Флэш-память - это, Что такое флэш-память, Определение термина флэш-память, ЭСППЗУ, Флэш-накопитель, Многоуровневая флэш-память, Флэш-диск, Флэш-память двойной плотности, Compact Flash, C-Flash, Memory Stick, MultiMediaCard, MultiMediaCard Micro, MI/4-Card, SecureDigital Card, SmartMedia, TransFlash, xD-Picture, U3

Электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ: энергонезависимое полупроводниковое ЗУ, выполненное в виде микросхемы (чипа), в которую можно записывать данные и хранить их сколь угодно долго. Стирание производится электрическим разрядом, после чего можно записывать новые данные. Некоторые виды ЭСППЗУ для стирания и перепрограммирования требуют использования специальных устройств. Другие, собственно относящиеся к категории флэш-памяти, могут стираться и перепрограммироваться непосредственно в ЭВМ.
В зависимости от технологии построения базовых элементов флэш-памяти, отличающихся количеством активных слоев, организацией их структуры, методами стирания и записи данных, различают следующие архитектуры ее построения: 1) NOR (ИЛИ-HE) и 2) NAND (И-НЕ). Первый тип имеет относительно большие размеры ячеек и обеспечивает быстрый произвольный доступ непосредственно к ним, что считается более удобным для хранения программ. Однако процессы записи и стирания данных происходят достаточно медленно. Второй тип памяти имеет меньшие размеры ячеек, что позволяет добиться более компактного расположения транзисторов. Кроме того, поскольку запись данных производится в этом случае методом квантового туннелирования электронов из области плавающего затвора транзистора в область истока (Метод Фаулера-Нордхейма — Fowler-Nordheim method, FN method), а не инжекции горячих электронов, как это имеет место в NOR-архитектуре, запись данных производится значительно быстрее. Чтобы уменьшить эффект низкой скорости чтения, микросхемы NAND снабжаются внутренним кэшем. Имеются и другие архитектуры построения флэш-памяти (например AND, DiNOR и др.), однако они не получили массового распространения.
Конструктивно флэш-память выполняется в виде флэш-карт [Flash-cards] или модулей памяти, которые используются в различных устройствах, например, мобильных ПК, цифровых фотокамерах, сотовых телефонах, пейджерах, плейерах, портативных навигационных приборах и т.д., а также флэш-дисков.
Типы и стандарты флэш-памяти
 - Многоуровневая флэш-память [StrataFlash] — усовершенствованная микросхема флэш-памяти, основанная на использовании ячеек не с двумя уровнями состояния ("включено" и "выключено"), как в первых поколениях схем, а с четырьмя (два положения "включено" и два положения "выключено"). Таким образом каждая ячейка может хранить в два раза больше данных, чем в обычной микросхеме. Технология разработана фирмой Intel в 1997 г. Основная область предполагаемого применения: в цифровых фотокамерах, карманных ПК, сотовых телефонах, цифровых автоответчиках и магнитофонах.
 - Флэш-диск [flash disc], USB-флэш-память, USB-память — тип флэш-накопителей, появившихся на рынке в 2001 г. Конструктивно представляет собой "брелок" продолговатой формы, состоящий из защитного колпачка и собственно накопителя с USB-разъемом (одна или две микросхемы флэш-памяти и USB-koh-троллер). Достоинствами накопителей этого вида являются: а) возможность подключения их непосредственно к настольному ПК для переноса данных без помощи каких-либо других устройств, б) значительный объем памяти (от 32 Мбайт до 1 Гбайта). Современные флэш-диски имеют интерфейсы USB 1.1 или USB 2.0. Типичная скорость чтения и записи этих моделей составляет соответственно 7 и 5 Мбит/с. USB 1.1 отличается относительно низкой пропускной способностью — до 12 Мбит/с. Интерфейс USB 2.0 имеет максимальную пропускную способность 480 Мбайт/с. При выборе флэш-диска важно учитывать имеется ли в ПК соответствующий разъем USB. USB-память постепенно становится основным средством переноса небольших объемов записей данных.
 - Флэш-память двойной плотности [Double Density Flash Memory] —усовершенствованная микросхема флэш-памяти, выпускаемая фирмой ScanDisk с ноября 1996 г.; относится к категории многоуровневой флэш-памяти.
 - Compact Flash (CF) —старейший и самый распространенный стандарт на сменные карты флэш-памяти. Первая серийная карта CF была выпущена корпорацией SanDisk в 1994 г. В октябре 1995 г. рядом фирм (IBM, Canon, Kodak, HP, Hitachi, Epson, SanDisk, Socket Communication и др.) создана некоммерческая ассоциация —Compact Flash Association (CFA). Размер карты CF 43 x 36 x 3,3 мм. Особенностью конструкции карт CF является наличие встроенного АТА-контроллера и возможность их эмуляции на программном уровне в качестве жесткого диска. Встроенный преобразователь напряжения позволяет подключать карты к напряжению как 3,3 В, так и 5 В. Карты CF выпускаются более чем 160 фирмами в двух типоразмерах (Type I и II), различающихся только толщиной корпуса —соответственно 3,3 мм и 5,5 мм. Карты CF обладают значительными объемами памяти: CF Type I —256 Мбайт, CF Туре 11 — 512, 1024 Мбайт, а CF Elite PRO —2 и 4 Гбайт. В настоящее время на карты CF приходится более 50% мирового рынка карт памяти.
 - C-Flash —новый формат флэш-карт выпущенных фирмой Pretec Electronics в 2005 г. для портативных цифровых музыкальных плееров, мультимедийных мобильных телефонов и смартфонов. Размеры карты —17 х 12 х 1 мм (она одна из самых малых в мире). Емкость памяти —от 128 Мбайт до 1 Гбайта. Планируется выпуск серии адаптеров на эти карты с интерфейсами SD, miniSD, ММС и USB.
 - Memory Stick (MS) — стандарт на флэш-карты, разработанный фирмой Sony; с 1998 г. используются во всех цифровых аппаратах этой фирмы. Карты представляют собой две микросхемы флэш-памяти, упакованные в пластиковый корпус. Размеры этих карт примерно соответствуют размерам пластинки жевательной резинки (отсюда и их название) 21,5 х 50 х 2,8 мм, вес 4 г. В последующие годы фирма выпустила карты флэш-памяти с улучшеными типоразмерами и характеристиками. К ним относятся: Memory Stick Duo (выпуск начат в 2000 г., размеры—20x31 х 1,6 мм; вес —2 г, емкость —4, 16, 32 и 64 Мбайт), Memory Stick Pro (год первой демонстрации —2003, размеры —21,5 х 50 х 2,8 мм, достигнутый объем памяти —до 1 Гбайт, перспективы наращивания памяти до 32 Гбайт, максимальная скорость считывания 160 Мбит/с, скорость записи 15 Мбит/с, имеют усовершенствованный механизм защиты данных). Карты новых поколений предназначены для разных портативных устройств, включая микрокомпьютеры, мобильные телефоны и т.д.
 - MultiMediaCard (ММС, MMC-card) — стандарт на флэш-карты, который поддерживается с 1997 г. Ассоциацией ММСА [MultiMediaCard Association], объединяющей около 80 фирм, включая такие, как Nokia, Ericsson, Hitachi, SanDisk, Motorola и др. Карты ММС изначально имели габариты 32 х 24 х 1,4 мм, семиконтактный последовательный интерфейс, обеспечивающий простоту их использования, и вес ~ 2 г. Максимальная емкость их памяти составляла 64 Мбайта (стоимость $130). Широкое применение они нашли в МРЗ-плейерах, цифровых видеокамерах, КПК, диктофонах, мобильных телефонах, навигационных системах GPS и других цифровых устройствах. В ноябре 2002 г. принят стандарт на карты ММС уменьшенного размера (25 х 18 х 1,4 мм) —Redused Size MultiMediaCard (RS-ММС), имеющих механические переходники для обеспечения совместимости с более ранними моделями ММС-карт и предназначенные для использования в мобильных телефонах, смартфонах и коммуникаторах, КПК. Достоинства стандарта позволили использовать его в указанных выше устройствах со встроенными малогабаритными жесткими дисками. Другая разновидность карт ММС —High Speed ММС (HS-MMC) имеет скорость передачи данных до 52 Мбит/с. Начат выпуск Secure MultiMediaCard, со встроенной схемой защиты от несанкционированного доступа и копирования. Выпускаемые в настоящее время ММС-карты этого типа имеют максимальный объем памяти до 1 Гбайт и среднюю скорость чтения/записи 2 Мбайт/с. В 2004 г. фирма Samsung Electronics объявила о начале массового производства сверхбыстрых (52 Мбит/с) флэш-карт форматов ММС plus для цифровых фотокамер высокого разрешения (размер 32 х 24 х 1,4 мм) и ММС mobile для мобильных телефонов и смартфонов (размер в 2 раза меньше, чем у ММС plus).
 - MultiMediaCard Micro (MMC-Micro) —стандарт на самые миниатюрные флэш-карты, выполненные на основе 4-х чипов NAND Flash для портативных устройств, массовый выпуск которых с начала 2005 г. объявлен фирмой Samsung Electronics. Размеры карты 24x32x 1,4 мм. Варианты емкости: 32, 64, 128 и 256 Мбайт. Скорость считывания и записи соответственно составляют 10 и 7 Мбит/с. Предусмотрены режимы работы при напряжении питания 1,8 и 3,3 В. Срок службы карты —10 тыс. циклов перезаписи.
 - MI/4-Card — спецификация на новый формат флэш-карт, выпуск которых запланирован консорциумом тайваньских производителей на конец 2005 г. Эти носители должны быть совместимы с широко распространенными форматами SD и ММС. Скорость обмена данными этих карт составит 900 Мбит/с (в 2 раза больше пропускной способности USB 2.0 — 480 Мбит/с).
 - SecureDigital Card (SD) —стандарт на флэш-карты третьего поколения, разработан в 1999 г. фирмами Matsushita, SanDisk и Toshiba, создавшими ассоциацию SD Association, в развитие стандарта ММС. Карты снабжены криптографическими средствами защиты данных, высокопрочным корпусом из специального пластика, девятиконтактным последовательно-параллельным интерфейсом. На SD-карте могут храниться записи как в незащищенной форме ("уровень 1"), так и в защищенных режимах ("уровень 2" —с уникальным идентификационным ключом, "уровень 3" — с активным криптографическим алгоритмом). Размеры SD-карт 24 х 32 х 2,1 мм; вес 2 г.; объемы памяти (в разных моделях) от 512 Мбайт до 1 Гбайт; скорость чтения и записи (зависят от конструкции карт и их производителей) от 1 Мбит/с до 7,8 Мбит/с. Данные могут передаваться по одной, двум, или четырем линиям одновременно на частоте до 25 МГц. Карты SD совместимы с ММС. SD-карты уже нашли применение в цифровых диктофонах, КПК, сотовых телефонах, видеокамерах и других электронных приборах. На выставке CeBIT’2005 корпорация IBM продемонстрировала первый работающий прототип чипа, разработанного по 10-нм технологии Millipede и предназначенного для создания флэш-карт большой емкости (до 153 Мбайт). Экспериментальные чипы имеют форму квадрата со стороной 6,4 мм. Общая емкость новых носителей составит 100 Гбайт. Их выпуск предполагается начать в ближайшие 2-3 г.
 - SmartMedia — спецификация на карты этого типа предложена фирмой Toshiba в 1996 г. (первоначальное ее название Solid-State Floppy Disk Card, SSFDC). Особенности конструкции карт SmartMedia: максимальная простота устройства (внутри карты отсутствуют контроллеры и дополнительные схемы, имеется лишь чип NAND-памяти), размеры 45 х 37 х 0,76 мм, вес менее 2 г., интерфейс — плоский разъем с 22 контактами, передача данных производится по 8-разрядной шине, максимальное время доступа при чтении и записи от 50 до 80 не, напряжение питания (для разных несовместимых между собой конструкций) 3,3 В или 5 В. Используются карты SmartMedia в цифровых камерах, диктофонах, PDA, электронных записных книжках, факсимильных аппаратах, портативных терминалах и т. п. устройствах.
 - TransFlash —формат на флэш-карты, разработанный фирмой SanDisk в 2004 г. Их размер —15 х 11 х 1 мм, что в 4 раза меньше, чем у карт SD. Предназначены преимущественно для использования в мобильных телефонах. Могут считываться в 9-контактных SD слотах через специальный адаптер.
 - xD-Picture (xD, extreme Digital Picture) —стандарт флэш-памяти, разработанный фирмами Olympus и FujiFilm но в силу новизны не получил еще широкого распространения. Этот носитель предназначен для хранения аудиовизуальных данных. Размеры карт xD-Picture составляют 20 х 25 х 1,7 мм, вес 2 г, максимально достигнутая емкость 512 Мбайт, теоретическая емкость 8 Гбайт, максимальная скорость чтения данных 5 Мбайт/с, скорость записи 1,3 Мбайт/с, напряжение питания 3,3 В, потребляемая мощность 25 мВт, 22-контактный интерфейс совместим с интерфейсом SmartMedia Card. По замыслу разработчиков карты xD-Picture должны заменить собой устаревшие SmartMedia Cards.
 - U3 — открытый стандарт платформы для флэш-накопителей, о разработке которого объявили компании М-Systems и SanDisk на выставке Consumer Electronic Show (CES) в январе 2005 г. Особенностью платформы U3 является реализованная в ней возможность производить запуск программных приложений непосредственно с флэш-накопителей. Это превращает флэш-накопители из простого средства хранения данных в мобильную платформу, позволяющую легко переносить и оперативно развертывать на любом ПК рабочее место с полным набором необходимых программ, персональных настроек и контактов. Базовыми компонентами платформы U3 являются:
1) набор аппаратных спецификаций для производителей оборудования — U3 Hardware Development Kit;
2) набор низкоуровневых программных сервисов для обеспечения взаимодействия аппаратной части и загружаемых приложений —U3 Device Services;
3) специальный графический интерфейс пользователя — U3 Launchpad;
4) набор интерфейсов прикладного программирования (API) и комплект разработчика ПО, необходимые для производителей ПО —U3 Software Development Kit.
За поддержку создания платформы U3 уже высказались представители многих компаний-производителей оборудования и ПО.