Ємність флеш-пам’яті інформаційна

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

Що таке флеш-пам'ять?

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

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

Компактність.
Дешевизна.
Механічна міцність.
Великий обсяг.
Швидкість роботи.
Низьке енергоспоживання.

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

Історія створення

Попередниками вважають постійні пристрої, що запам'ятовують, які стиралися за допомогою ультрафіолету та електрики. Вони теж мали транзисторні матриці, які малиплаваючий затвор. Тільки в них інженерія електронів здійснювалася шляхом створення значної напруженості електричного поля тонкого діелектрика. Але при цьому різко збільшувалася площа розведення поданих у матриці компонентів, коли необхідно було створити поле зворотної напруженості.

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

Принцип дії

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

NOR- та NAND-прилади

Їх розрізняють методом, який покладено в основу з'єднання осередків в один масив, а також алгоритми читання та запису. Конструкція NOR базується на класичній двовимірній матриці провідників, де на перетині стовпців і рядків є по одному осередку. Під час дії провідникрядків підключено до стоку транзистора, а до другого затвора приєднуються стовпці. Виток підключений до підкладки, яка є спільною для всіх. Ця конструкція дозволяє легко зчитувати стан конкретних транзисторів, подаючи позитивне живлення на один рядок та один стовпець.

Для уявлення, що таке NAND, уявіть тривимірний масив. У його основі – та сама матриця. Але вже не один транзистор розташований у кожному перетині, а встановлюється цілий стовпець, який складається з послідовно включених осередків. Така конструкція має багато затворних ланцюгів всього в одному перетині. При цьому можна значно збільшити (і цим користуються) щільність компонентів. Мінусом є те, що значно ускладнюється алгоритм запису, доступу та читання осередку. Для NOR перевагою є швидкість роботи, а недоліком – максимальна інформаційна ємність флеш-пам'яті. Для NAND розмір – плюс, а мінус – швидкодія.

SLC- та MLC-прилади

Існують пристрої, які можуть зберігати один або більше біт інформації. У першому типі може бути лише два рівні заряду плаваючого затвора. Такі осередки називають однобітовими. В інших їх більше. Часто багатобітові осередки ще називають багаторівневими. Вони, як не дивно, відрізняються дешевизною та обсягом (у позитивному сенсі), хоч і повільніше відповідають, а також переносять меншу кількість перезаписів.

Аудіопам'ять

У міру розвитку MLC виникла ідея записати аналоговий сигнал у комірку. Застосування результат отримав у мікросхемах, які займаються відтворенням щодо невеликих звукових фрагментів у дешевих виробах (іграшках, наприклад, звукових листівках та подібних речах).

Технологічні обмеження

Процеси запису та читаннявідрізняються за енергоспоживанням. Так, для першого доводиться формувати високу напругу. У той же час, при читанні витрати на енергію досить малі.

Ресурс запису

При зміні заряду накопичуються незворотні зміни у структурі. Тому можливість кількості записів для осередку обмежена. Залежно від пам'яті та технологічного процесу роботи пристрою можуть пережити сотні тисяч циклів (хоча є окремі представники, які й до 1000 не дотягують).

У багатобітових пристроях гарантований ресурс роботи досить низький проти іншим типом організації. Але чому відбувається сама деградація приладу? Справа в тому, що не можна індивідуально контролювати заряд, який має плаваючий затвор у кожному осередку. Адже запис та стирання робляться для багатьох одночасно. Контроль якості проводиться за середньою величиною або по референсному осередку. Згодом відбувається неузгодженість, і заряд може виходити за межі допустимого, після чого інформація стає нечитаною. Далі ситуація лише посилюється.

Ще однією причиною є взаємна дифузія провідних та ізолюючих областей у напівпровідниковій структурі. При цьому періодично виникають електричні пробої, що веде до розмивання кордонів, і флеш-карта пам'яті виходить з ладу.

Термін зберігання даних

Оскільки ізоляція в кишені неідеальна, поступово відбувається розсіювання заряду. Зазвичай термін, який може зберігатись інформація, – близько 10-20 років. Специфічні зовнішні умови катастрофічно позначаються періоді зберігання. Так, підвищена температура, гамма-радіація чи частки високих енергій зможуть швидко знищити всі дані. Зараз найпередовіші зразки, які можуть похвалитися тим, що мають значну інформаційнуємність флеш-пам'яті, мають слабкі місця. У них нижчий термін зберігання, ніж у давно розроблених і відкоригованих пристроїв, що не раз доопрацьовувалися.

Висновок

Незважаючи на проблеми, зазначені в кінці статті, технологія флеш-пам'яті є дуже ефективною, завдяки чому вона набула широкого поширення. А її переваги з лишком покривають вади. Тому інформаційна ємність флеш-пам'яті стала дуже корисною та популярною у побутовій техніці.