Архітектура Flash-пам&#39;яті

Архітектура Flash-пам'яті

Інформатика, програмування

Міністерство науки і освіти України

Інститут соціального управління економіки і права

Кафедра спеціалізованих комп'ютерних систем

Пояснювальна записка

ІСУЕП 04254.009

до курсового проекту з дисципліни: «Архітектура ЕОМ» на тему:

«Архітектура Flash-пам'яті»

_____________

(оцінка)
«___» ________

«___» ________< br> _____________

_____________

(підпис)

м. Черкаси 2004

Зміст

1. Введення 3-4

1. Що таке flash-пам'ять ?............................................ ..................

...... 5-9

2. Організація flash-пам'яті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10-14

3. Архітектура флеш-пам'яті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14-18

4. Карти пам'яті (флеш-карти) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19-28

1. Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 29

Література ..... .................................................. .....

.............................. 30

1.Вступ

Технологія флеш-пам'яті з'явилася близько 20-ти років тому. Наприкінці 80-хроків минулого століття флеш-пам'ять почали використовувати якальтернативи UV-EPROM. З цього моменту інтерес до флеш-пам'яті з кожним рокомнеухильно зростає. Увага, яка приділяється флеш-пам'яті, цілкомзрозуміло - адже це найбільш швидко зростаючий сегмент напівпровідникового ринку.
Щороку ринок флеш-пам'яті росте більш ніж на 15%, що перевищує сумарнийзростання всієї іншої напівпровідникової індустрії.

Сьогодні флеш-пам'ять можна знайти в самих різних цифрових пристроях. Їївикористовують як носія мікропрограм для мікроконтролерів HDD та CD-
ROM, для зберігання BIOS в ПК. Флеш-пам'ять використовують в принтерах, КПК,відеоплата, роутерах, брандмауерах, стільникових телефонах, електронних годинах,блокнотах, телевізорах, кондиціонерах, мікрохвильових печах іпральних машинах ... список можна продовжувати нескінченно. А в останніроки флеш стає основним типом змінної пам'яті, що використовується в цифровихмультимедійних пристроях, таких як mp3-плеєри та ігрові приставки. А всеце стало можливим завдяки створенню компактних і потужних процесорів.
Однак при купівлі будь-якого пристрою, що міститься у кишені, неварто орієнтуватися лише на процесорну потужність, оскільки в спискупріоритетів вона стоїть далеко не на першому місці.

Початок цьому було покладено в 1997 році, коли флеш-карти вперше сталивикористовувати в цифрових фотокамерах.

При виборі портативних пристроїв найважливіше, на мій погляд - часавтономної роботи при розумних масі і розмірах елемента живлення. Багато в чомуце від пам'яті, яка визначає обсяг збереженого матеріалу, і,тривалість роботи без підзарядки акумуляторів. Можливість зберіганняінформації в кишенькових пристроях обмежується скромними енергоресурсами
Пам'ять, зазвичай використовувана в ОЗУ комп'ютерів, вимагає постійної подачінапруги. Дискові накопичувачі можуть зберігати інформацію і безбезперервної подачі електрики, зате при записі і зчитуванні данихвитрачають його за трьох. Гарним виходом виявилася флеш-пам'ять, нерозряджаються мимовільно. Носії на її основі називаютьсятвердотільними, оскільки не мають рухомих частин. На жаль, флеш -пам'ять - дороге задоволення: середня вартість її мегабайта складає 2долара, що у вісім разів вище, ніж у SDRAM, не кажучи вже про жорстких дисках.
А ось відсутність рухомих частин підвищує надійність флеш-пам'яті:стандартні робочі перевантаження дорівнюють 15 g, а короткочасні можутьдосягати 2000 g, тобто теоретично карта повинна чудово працювати примаксимально можливих космічних перевантаженнях, і витримати падіння зтриметрової висоти. Причому в таких умовах гарантується функціонуваннякарти до 100 років.
Багато виробників обчислювальної техніки бачать пам'ять майбутньоговиключно твердотелой. Наслідком цього стало практично одночаснепоява на ринку комплектуючих декількох стандартів флеш-пам'яті.
2.Що таке flash-пам'ять?

Флеш-пам'ять - особливий вид енергонезалежній перезаписуваноїнапівпровідникової пам'яті.

. Енергонезалежна - що не вимагає додаткової енергії для зберігання даних (енергія потрібна тільки для запису).

. Перезаписувані - допускає зміна (перезапис) збережених у ній даних.

. Напівпровідникова (твердотільна) - не містить механічно рухомих частин (як звичайні жорсткі диски або CD), побудована на основі інтегральних мікросхем (IC-Chip).

На відміну від багатьох інших типів напівпровідникової пам'яті, комірка флеш -пам'яті не містить конденсаторів - типова комірка флеш-пам'яті складаєтьсявсього-на-всього з одного транзистора особливої архітектури. Осередок флеш-пам'ятічудово масштабується, що досягається не тільки завдяки успіхам вмініатюризації розмірів транзисторів, але і завдяки конструктивнимзнахідок, що дозволяє в одній комірці флеш-пам'яті зберігати декілька бітінформації. Флеш-пам'ять історично походить від ROM (Read Only Memory)пам'яті, і функціонує подібно RAM (Random Access Memory). Дані флешзберігає в комірках пам'яті, схожих на клітинки в DRAM. На відміну від DRAM, привідключенні живлення дані з флеш-пам'яті не пропадають. Заміни пам'яті SRAM і
DRAM флеш-пам'яті, не відбувається через двох особливостей флеш-пам'яті: флешпрацює істотно повільніше і має обмеження за кількістю циклівперезапису (від 10.000 до 1.000.000 для різних типів).
Надійність/довговічність: інформація, записана на флеш-пам'ять, можезберігатися дуже тривалий час (від 20 до 100 років), і здатна витримуватизначні механічні навантаження (у 5-10 разів перевищують граничнодопустимі для звичайних жорстких дисків). Основна перевага флеш-пам'ятіперед жорсткими дисками і носіями CD-ROM полягає в тому, що флеш-пам'ятьспоживає значно (приблизно в 10-20 і більше разів) менше енергії підчас роботи. У пристроях CD-ROM, жорстких дисках, касетах та іншихмеханічних носіях інформації, більша частина енергії йде наприведення в рух механіки цих пристроїв. Крім того, флеш-пам'ятькомпактніше більшості інших механічних носіїв. Флеш-пам'ятьісторично походить від напівпровідникового ROM, однак ROM-пам'яттю неє, а всього лише має схожу на ROM організацію. Безлічджерел (як вітчизняних, так і закордонних) часто помилково відносятьфлеш-пам'ять до ROM. Флеш ніяк не може бути ROM хоча б тому, що ROM
(Read Only Memory) перекладається як "пам'ять тільки для читання". Ні про якуможливості перезапису в ROM мови бути не може! Невелика, на початку,неточність не звертала на себе уваги, однак з розвитком технологій,коли флеш-пам'ять стала витримувати до 1 мільйона циклів перезапису, істала використовуватися як накопичувач загального призначення, цей недолік вкласифікації почав кидатися в очі. Серед напівпровідникової пам'ятітільки два типи відносяться до "чистого" ROM - це Mask-ROM та PROM. На відмінувід них EPROM, EEPROM і Flash відносяться до класу енергонезалежнійперезаписуваної пам'яті (англійська еквівалент - nonvolatile read-writememory або NVRWM).
ROM:

. ROM (Read Only Memory) - пам'ять тільки для читання. Російська еквівалент

- ПЗП (постійний запам'ятовуючий пристрій). Якщо бути зовсім точним, даний вид пам'яті називається Mask-ROM (масочний ПЗУ). Пам'ять влаштована у вигляді адресується масиву комірок (матриці), кожен осередок якого може кодувати одиницю інформації. Дані на ROM записувалися під час виробництва шляхом нанесення по масці (звідси й назва) алюмінієвих сполучних доріжок літографічні способом. Наявність або відсутність у відповідному місці такої доріжки кодували "0" або "1". Mask-ROM відрізняється складністю модифікації вмісту

(тільки шляхом виготовлення нових мікросхем), а також тривалістю виробничого циклу (4-8 тижнів). Тому, а також у зв'язку з тим, що сучасне програмне забезпечення часто має багато недоробок і часто вимагає оновлення, даний тип пам'яті не отримав широкого розповсюдження.

Переваги:

1. Низька вартість готової запрограмованої мікросхеми (при великих обсягах виробництва).

2. Висока швидкість доступу до комірки пам'яті.

3. Висока надійність готової мікросхеми та стійкість до електромагнітних полів.

Недоліки:

1. Неможливість записувати і модифікувати дані після виготовлення.

2. Складний виробничий цикл.

. PROM - (Programmable ROM), або одноразово Програмовані ПЗУ. В якості елементів пам'яті в даному типі пам'яті використовувалися плавкі перемички. На відміну від Mask-ROM, в PROM з'явилася можливість кодувати ( "перепалюваних") осередку за наявності спеціального пристрою для запису (програматора). Програмування клітинки в PROM здійснюється руйнуванням ( "пропаленням") плавкою перемички шляхом подачі струму високої напруги. Можливість самостійної запису інформації в них зробило їх придатними для штучного і дрібносерійного виробництва. PROM практично повністю вийшов з ужитку в кінці

80-х років.

Переваги:

1. Висока надійність готової мікросхеми та стійкість до електромагнітних полів.

2. Можливість програмувати готову мікросхему, що зручно для штучного і дрібносерійного виробництва.

3. Висока швидкість доступу до комірки пам'яті.

Недоліки:

1. Неможливість перезапису

2. Великий відсоток браку

3. Необхідність спеціальної тривалої термічної тренування, без якої надійність зберігання даних була невисокою
NVRWM:

. EPROM

Різні джерела по-різному розшифровують абревіатуру EPROM - як

Erasable Programmable ROM або як Electrically Programmable ROM

(стирані програмовані ПЗП або електрично програмувальні ПЗУ).

У EPROM перед записом необхідно зробити стирання (відповідно з'явилася можливість перезаписувати вміст пам'яті). Стирання осередків EPROM виконується відразу для всієї мікросхеми за допомогою опромінення чіпа ультрафіолетовими або рентгенівськими променями протягом декількох хвилин. Мікросхеми, стирання яких проводиться шляхом засвічування ультрафіолетом, були розроблені Intel в 1971 році, і носять назву UV-EPROM (приставка UV (Ultraviolet) - ультрафіолет).

Вони містять віконця із кварцового скла, які після закінчення процесу стирання заклеюють.

Гідність: Можливість перезаписувати вміст мікросхеми

Недоліки:

1. Невелика кількість циклів перезапису.

2. Неможливість модифікації частини збережених даних.

3. Висока ймовірність "недотереть" (що в кінцевому підсумку приведе до збоїв) або перетримати мікросхему під УФ-світлом (т.зв. overerase - ефект надлишкового видалення, "пережіганіе"), що може зменшити термін служби мікросхеми та навіть призвести до її повної непридатності .

. EEPROM (EEPROM або Electronically EPROM) - електрично стирані ППЗУ були розроблені в 1979 році в тій же Intel. У 1983 році вийшов перший

16Кбіт зразок, виготовлений на основі FLOTOX-транзисторів (Floating

Gate Tunnel-OXide - "плаваючий" затвор з тунелювання в оксиді). < p> Головною відмінною рисою EEPROM (в т.ч. Flash) від раніше розглянутих нами типів незалежної пам'яті є можливість перепрограмування при підключенні до стандартної системної шини мікропроцесорного пристрою. У EEPROM з'явилася можливість проводити стирання окремої комірки за допомогою електричного струму.

Для EEPROM стирання кожної комірки виконується автоматично при записі в неї нової інформації, тобто можна змінити дані в будь-якій комірці, не зачіпаючи інші. Процедура стирання зазвичай істотно довший процедури запису.

Переваги EEPROM в порівнянні з EPROM:

1. Збільшений ресурс роботи.

2. Простіше в зверненні.

Недолік: Висока вартість

. Flash (повне історичну назву Flash Erase EEPROM):

Винахід флеш-пам'яті часто незаслужено приписують Intel, називаючи при цьому 1988 рік. Насправді пам'ять вперше була розроблена компанією Toshiba в 1984 році, і вже наступного року було розпочато виробництво 256Кбіт мікросхем flash-пам'яті в промислових масштабах. У 1988 році Intel розробила власний варіант флеш-пам'яті.

Під флеш-пам'яті використовується дещо відмінний від EEPROM тип комірки-транзистора. Технологічно флеш-пам'ять споріднена як EPROM, так і

EEPROM. Основна відмінність флеш-пам'яті від EEPROM полягає в тому, що стирання вмісту осередків виконується або для всієї мікросхеми, або для певного блоку (кластеру, кадру або сторінки). Звичайний розмір такого блоку складає 256 або 512 байт, проте в деяких видах флеш-пам'яті обсяг блоку може досягати 256КБ. Слід зауважити, що існують мікросхеми, що дозволяють працювати з блоками різних розмірів

(для оптимізації швидкодії). Прати можна як блок, так і вміст всієї мікросхеми відразу. Таким чином, у загальному випадку, для того, щоб змінити один байт, спочатку в буфер зчитується весь блок, де міститься підлягає зміні байт, стирається вміст блоку, змінюється значення байта в буфері, після чого проводиться запис зміненого в буфері блоку. Така схема істотно знижує швидкість запису невеликих обсягів даних в довільні області пам'яті, проте значно збільшує швидкодію при послідовної запису даних великими порціями.

Переваги флеш-пам'яті в порівнянні з EEPROM:

1. Більш висока швидкість запису при послідовному доступі за рахунок того, що стирання інформації у флеш проводиться блоками.

2. Собівартість виробництва флеш-пам'яті нижче за рахунок більш простий організації.

Недолік: Повільна запис у довільні ділянки пам'яті.
| |
3.Організація flash-пам'яті

Осередки флеш-пам'яті бувають як на одному, так і на двох транзисторах.
У простому випадку кожен осередок зберігає один біт інформації і складається зодного польового транзистора зі спеціальною електрично ізольованоїобластю ( "плаваючим" затвором - floating gate), здатної зберігати зарядбагато років. Наявність або відсутність заряду кодує один біт інформації.
Під час запису заряд поміщається на плаваючий затвор одним із двох способів
(залежить від типу комірки): методом інжекції "гарячих" електронів або методомтунелювання електронів. Стирання вмісту комірки (зняття заряду з
"плаваючого" затвора) проводиться методом тунеллірованія.
Як правило, наявність заряду на транзисторі розуміється як логічний "0", айого відсутність - як логічна "1". Сучасна флеш-пам'ять зазвичайвиготовляється за 0,13 - і 0,18-мікронному техпроцесу.
Загальний принцип роботи осередку флеш-пам'яті.
Розглянемо найпростішу комірку флеш-пам'яті на одному npn транзисторі. Осередкиподібного типу найчастіше застосовувалися під flash-пам'яті з NOR архітектурою, атакож у мікросхемах EPROM. Поведінка транзистора залежить від кількостіелектронів на "плаваючий" затворі. "Плаваюча" затвор відіграє ту ж роль,що і конденсатор в DRAM, тобто зберігає запрограмоване значення.
Приміщення заряду на "плаваючий" затвор в такій комірці проводиться методомінжекції "гарячих" електронів (CHE - channel hot electrons), а зняттязаряду здійснюється методом квантомеханіческого тунелювання Фаулера-
Нордхейма (Fowler-Nordheim [FN]).
| | При читанні, під час відсутності заряду на |
| | "Плаваючий" затворі, під |
| | Впливом позитивного поля на |
| | Керуючого затворі, утворюється |
| | N-канал у підкладці між витоком і |
| | Стоком, і виникає струм. |
| | Наявність заряду на "плаваючий" |
| | Затворі змінює вольт-амперні |
| | Характеристики транзистора таким |
| | Чином, що при звичайному для читання |
| | Напрузі канал не з'являється, і |
| | Струму між витоком і стоком не |
| | Виникає. |
| | При програмуванні на стік і |
| | Керуючий затвор подається висока |
| | Напруга (причому на керуючий |
| | Затвор напруга подається |
| | Приблизно в два рази вище). |
| | "Гарячі" електрони з каналу |
| | Інжектується на плаваючий затвор і |
| | Змінюють вольт-амперні |
| | Характеристики транзистора. Такі |
| | Електрони називають "гарячими" за те, |
| | Що володіють високою енергією, |
| | Достатньою для подолання |
| | Потенційного бар'єру, що створюється |
| | Тонкою плівкою діелектрика. |
| | При стирання висока напруга |
| | Подається на джерело. На керуючий |
| | Затвор (опціонально) подається |
| | Висока негативна напруга. |
| | Електрони туннеліруют на джерело. |

Ефект тунелювання - один з ефектів, що використовують хвильовівластивості електрона. Сам ефект полягає в подоланні електрономпотенційного бар'єру малої "товщини". Для наочності уявімо собіструктуру, що складається з двох провідних областей, розділених тонким шаромдіелектрика (збіднена область). Подолати цей шар звичайним способомелектрон не може - не вистачає енергії. Але при створенні певнихумов (відповідне напругу і т.п.) електрон проскакує шарДіель?? ктріка (туннелірует крізь нього), створюючи струм.

Важливо відзначити, що при тунелюванні електрон виявляється "за іншусторону ", не проходячи через діелектрик. Така ось" телепортація ".

Відмінності методів тунеллірованія Фаулера-Нордхейма (FN) і методуінжекції "гарячих" електронів:

Channel FN tunneling - не вимагає великої напруги. Осередки,використовують FN, можуть бути менше клітинок, що використовують CHE.

CHE injection (CHEI) - вимагає більш високої напруги, в порівнянніз FN. Таким чином, для роботи пам'яті потрібно підтримка подвійногохарчування.

Програмування методом CHE здійснюється швидше, ніж методом FN.

Слід зауважити, що, крім FN і CHE, існують інші методипрограмування і стирання осередки, які успішно використовуються напрактиці, проте два згадані застосовуються найчастіше.

Процедури стирання і запису сильно зношують комірку флеш-пам'яті,тому в новітніх мікросхемах деяких виробників застосовуютьсяспеціальні алгоритми, що оптимізують процес стирання-запису, а такожалгоритми, що забезпечують рівномірне використання всіх осередків у процесіфункціонування.

Деякі види осередків флеш-пам'яті на основі МОН-транзисторів з
"плаваючим" затвором:

Stacked Gate Cell - осередок з багатошаровим затвором. Метод стирання -
Source-Poly FN Tunneling, метод запису - Drain-Side CHE Injection.

SST Cell, або SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology --компанія-розробник технології) - осередок з розщепленим затвором. Методстирання - Interpoly FN Tunneling, метод запису - Source-Side CHE
Injection.

Two Transistor Thin Oxide Cell - двухтранзісторная осередок з тонкимшаром оксиду. Метод стирання - Drain-Poly FN Tunneling, метод запису -
Drain FN Tunneling.

Інші види осередків:

Крім найбільш часто зустрічаються осередків з "плаваючим" затвором,існують також комірки на основі SONOS-транзисторів, які не містятьплаваючого затвору. SONOS-транзистор нагадує звичайний багато хто (MNOS)транзистор. У SONOS-осередках функцію "плаваючого" затвора і навколишнього йогоізолятора виконує композитний діелектрик ONO. Розшифровується SONOS
(Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) як Напівпровідник-
Діелектрик-Нітрид-діелектрик-напівпровідник. Замість дав назву цьомутипу комірки нітриду в майбутньому планується використовувати полікристалічнийкремній.
Багаторівневі комірки (MLC - Multi Level Cell).
Останнім часом багато компаній почали випуск мікросхем флеш-пам'яті, вяких одна комірка зберігає два біти. Технологія зберігання двох і більше біт водній комірці отримала назву MLC (multilevel cell - багаторівневакомірка). Достовірно відомо про успішні тестах прототипів, що зберігають 4 бітав одній комірці. В даний час багато компаній перебувають у пошукахграничного числа біт, яка здатна зберігати багаторівнева осередок.
У технології MLC використовується аналогова природа елементу пам'яті. Яквідомо, звичайна однобітних комірка пам'яті може приймати два стани -
"0" або "1". У флеш-пам'яті ці два стани різняться за величиноюзаряду, який міститься на "плаваючий" затвор транзистора. На відміну від
"звичайної" флеш-пам'яті, MLC здатна розрізняти більше двох величин зарядів,поміщених на "плаваючий" затвор, і, відповідно, більше числостанів. При цьому кожному станом у відповідність ставиться певнакомбінація значень біт.
Під час запису на "плаваючий" затвор поміщається кількість заряду,відповідне необхідному стану. Від величини заряду на "плаваючий"затворі залежить порогове напругу транзистора. Гранична напругатранзистора можна виміряти при читанні і визначити по ньому записанестан, а значить і записану послідовність біт.
Основні переваги MLC мікросхем:

. Більш низьке співвідношення $/МБ

. При рівному розмірі мікросхем і однаковій техпроцесі "звичайної" і MLC-пам'яті, остання здатна зберігати більше інформації (розмір комірки той же, а кількість збережених в ній біт - більше)

. На основі MLC створюються мікросхеми більшого, ніж на основі однобітних осередків, обсягу
Основні недоліки MLC:

. Зниження надійності, в порівнянні з однобітних осередками, і, відповідно, необхідність вбудовувати більш складний механізм корекції помилок (чим більше біт на осередок - тим складніше механізм корекції помилок)

. Швидкодія мікросхем на основі MLC найчастіше нижчі, ніж у мікросхем на основі однобітних осередків

Доступ до флеш-пам'яті

Існує три основних типи доступу:

. звичайний (Conventional): довільний асинхронний доступ до комірок пам'яті.

. пакетний (Burst): синхронний, дані читаються паралельно, блоками по

16 або 32 слова. Лічені дані передаються послідовно, передача синхронізується. Перевага перед звичайним типом доступу - швидке послідовне читання даних. Недолік - повільний довільний доступ.

. сторінковий (Page): асинхронний, блоками по 4 або 8 слів. Переваги: дуже швидкий довільний доступ в межах поточної сторінки.

Недолік: відносно повільне перемикання між сторінками.

Примітка: Останнім часом з'явилися мікросхеми флеш-пам'яті, що дозволяютьодночасний запис і стирання (RWW - Read While Write або Simultaneous
R/W) в різні банки пам'яті.

5. Карти пам'яті (флеш-карти)

Найбільш поширені типи карт пам'яті: CompactFlash (CF) (I, II),
MultiMedia Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-
Card (PCMCIA або ATA-Flash). Існують і інші портативні форм-факторифлеш-пам'яті, проте зустрічаються вони набагато рідше перерахованих тут.
Флеш-карти бувають двох типів: з паралельним (parallel) і зпослідовним (serial) інтерфейсом.
Паралельний:

. PC-Card (PCMCIA або ATA-Flash)

. CompactFlash (CF)

. SmartMedia (SSFDC)
Послідовний:

. MultiMedia Card (MMC)

. SD-Card (Secure Digital - Card)

. Sony Memory Stick

PC-Card (PCMCIA) або ATA Flash

Інтерфейс: паралельний
Найстарішим і найбільшим за розміром слід визнати PC Card (ранішецей тип карт називався PCMCIA [Personal Computer Memory Card International
Association]). Карта забезпечена ATA контролером. Завдяки цьомузабезпечується емуляція звичайного жорсткого диска. В даний час флеш -пам'ять цього типу використовується рідко. PC Card буває об'ємом до 2GB.
Існує три типи PC Card ATA (I, II і III). Всі вони відрізняються товщиною
(3,3 5,0 і 10,5 мм відповідно). Всі три типи назад сумісні міжсобою (у більш товстому роз'ємі завжди можна використовувати більш тонкукарту, оскільки товщина роз'єму в усіх типів однакова - 3,3 мм). Харчуваннякарт - 3,3 В та 5В. ATA-flash як правило, відноситься до форм фактору PCMCIA
Type I.
| Тип | Довжина | Ширина | Товщина | Використання |
| Type I | 85,6 мм | 54 мм | 3,3 мм | Пам'ять (SRAM, DRAM, Flash і т. д) |
| Type | 85,6 мм | 54 мм | 5 мм | Пам'ять, пристрої введення-виведення |
| II | | | | (модеми, мережеві карти і т. д) |
| Type | 85,6 мм | 54 мм | 10,5 мм | Пристрої зберігання даних, жорсткі |
| III | | | | диски |

PC-Card Flash бувають двох типів: PCMCIA Linear Flash Card і ATA Flash Card
(Flash Disk). Linear зустрічається набагато рідше ATA flash і не сумісний зостаннім. Відмінність між ними полягає в тому, що ATA Flash містить в собісхему, що дозволяє емулювати звичайний HDD, автоматично позначатизіпсовані блоки, і робити автоматичне стирання блоків.

Compact Flash (CF)

Інтерфейс: паралельний, 50-ти контактний, відповідає стандарту PCMCIA
ATA. Стандарт розроблений компанією SanDisk у 1994 році. Розробникиформату Compact Flash поставили за мету: зберегти всі переваги карт ATA
Flash, подолавши їх основний недолік - великі розміри. Конструкція карт
CompactFlash забезпечує емуляцію жорсткого диска з АТА інтерфейсом.
Роз'єми Compact Flash розташовані на торці карти, електрично іфункціонально повторюючи призначення контактів PCMCIA. Таким чином, щобвстановити CompactFlash в слот PCMCIA досить найпростішого адаптера CF-
PCMCIA, що повторює своїми розмірами звичайну PC-Card. Карти бувають двохтипів: I і II (першого і другого типу). Карти типу II товщі карт типу I на
2 мм, інших суттєвих відмінностей між цими картами немає. CF I можнавикористовувати в пристроях, споряджені роз'ємами CF II і CF I. CF II можнавикористовувати тільки в пристроях з роз'ємами CF II (тобто CF II типусумісні з CF I типу). Compact Flash II типу були розробленітоді, коли виникла необхідність в картах великого обсягу. Заразнеобхідності в картах CF II відпала, оскільки CF I наздогнали за обсягом карти
CF II, так що карти другого типу поступово втрачають популярність. Карти
Compact Flash підтримують дві напруги: 3.3В і 5В. На відміну від карт
SmartMedia, які існують у двох версіях (три-та п'яти-вольта),будь-яка картка CF здатна працювати з будь-яким із двох видів харчування. 16 червня
2003 року була затверджена специфікація v2.0. Швидкість передачі данихвідповідно до нової специфікації може досягати 16MB/s, при цьому забезпечуєтьсязворотній сумісний ость - карти, випущені за специфікацією 2.0, будутьпрацювати в старих пристроях, але з меншою швидкістю. Зроблені посучасним технологіям чіпи флеш-пам'яті можуть оперувати на швидкостях 5-7
MB/s, так що теоретичну межу в 16 MB/s залишає солідний запас длязростання. Найближчим часом будуть прийняті доповнення, що дозволяють CF працюватив режимі DMA, а в 2004 році - Ultra DMA 33, що дозволить працювати картками
CompactFlash зі швидкодією до 33 MB/s. Сьогодні теоретична межаємності для CF становить 137 GB. Слід зауважити, що майбутнє CF цілкомвиразно завдяки тому, що для цього типу карт реалізовуються давнінапрацювання ATA, що успішно пройшли випробування часом на комп'ютерних жорсткихдисках.

SmartMedia (SSFDC - Solid State Floppy Disk Card)

Інтерфейс: паралельний, 22-х контактний. Розроблена в 1995 роцікомпаніями Toshiba і Samsung.
8 з 22-х контактів карти використовуються для передачі даних, іншівикористовуються для живлення мікросхеми, управління і несуть на собі іншідопоміжні функції. Товщина карти всього лише 0,76 мм. SmartMedia --єдиний формат флеш-карт (з тих, які ми тут розглядаємо), нещо має вбудованого контролера. Карти SmartMedia бувають як на одному, такі на двох чіпах NAND. Існує два різновиди SmartMedia: 5-й і 3-хвольтові (зовні відрізняються маркуванням і тим, з якого боку у картискошений кут: у 5В SmartMedia він скошений зліва, а у 3,3 В - праворуч). На картіє спеціальне поглиблення (у формі кружальця). Якщо в це місцеприклеїти відповідної форми струмопровідний стікер, то карта будезахищена від запису. У порівнянні з іншими картами флеш-пам'яті, в якихвикористовується напівпровідникова пам'ять, розміщена на друкованій платі разомз контролером і іншими компонентами, SmartMedia влаштована дуже просто.
Карта збирається без пайки і, крім мікросхеми NAND-пам'яті, не містить всобі ніякої іншої мікроелектроніки.

xD-Picture Card

Інтерфейс: паралельний, 22-х контактний. Анонсовано в 30 липня 2002компаніями Fujifilm та Olympus.
За словами розробників, XD слід розшифровувати як eXtreme Digital.
Теоретично об'єм карт xD може досягати 8ГБ. Повідомляється, що швидкістьзапису даних на xD сягатиме 3 Мбайт/с, а швидкість читання - 5
Мбайт/с. Розміри мапи: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакти у XD розташовані, так самояк і у SmartMedia, на лицьовій частині карти. На питання користувачів, що небуде проблем з такими контактами, представники компанії пояснюють, щоз контактами такої конструкції потрібно бути дуже дбайливим і протирати їхсухою ганчіркою в разі забруднення або попадання на них вологи
(єдині карти з таким "властивість", не рахуючи SM). Як і SmartMedia,xD не містить контролера. Картка розроблена як заміна SmartMediaі продається за порівнянної з SmartMedia ціні (можливо, із-за відсутностівбудованого контролера), благо чіпи для xD-Picture Card виробляються
Toshiba. Теоретичний межа ємності - 8GB.

MMC (MultiMedia Card)

Інтерфейс: послідовний, 7-ми контактний. Розроблена в 1997 роцікомпаніями Hitachi, SanDisk і Siemens Semiconductors (Infineon
Technologies). Карти MMC містять 7 контактів, реально з якихвикористовується 6, а сьомий формально вважається зарезервованим на майбутнє.
За стандартом MMC здатна працювати на частотах до 20МГц. Картка складаєтьсяз пластикової оболонки і друкованої плати, на якій розташована мікросхемапам'яті, мікро і розведені контакти.

Призначення контактів MMC:

1 контакт на передачу даних (у SPI - Data out)

1 контакт на передачу команд ( в SPI - Data in)

1 години

3 на харчування (2 землі і 1 харчування)

1 зарезервовано (в SPI режимі - chip select) < br>По протоколу MMC дані та команди можуть передаватися одночасно.
MultiMedia Card працює з напругою 2.0В - 3.6В, однак специфікацієюпередбачаються карти зі зниженим енергоспоживанням - Low Voltage MMC
(напруга 1.6В - 3.6В). Для зовсім вже мобільних пристроїв Hitachiвипускаються укорочені карти MMC завдовжки всього 18мм, замість звичайних 32-х.
Карти MMC можуть працювати в двох режимах: MMC і SPI (Serial Peripheral
Interface). Режим SPI є частиною протоколу MMC і використовується длякомунікації з каналом SPI, який зазвичай використовується в мікроконтролерах
Motorola і інших виробників. Стандарт SPI визначає тільки розведення,а не весь протокол передачі даних. З цієї причини в MMC SPI використовуєтьсяпідмножина команд протоколу MMC. Режим SPI призначений для використанняв пристроях, які використовують невелику кількість карт пам'яті (зазвичайодну). З точки зору програми перевага використання режиму SPIполягає в можливості використання вже готових рішень, зменшуючи витратина розробку до мінімуму. Недолік полягає в втрати продуктивностіна SPI системах, у порівнянні з MMC. Крім описаного нами звичайного MMC,існують ще декілька стандартів карт MMC, такі як: RS-MMC, HS-MMC, CP-
SMMC, PIN-SMMC. Затверджений MMCA (MMC Association - асоціаціявиробників MMC) в кінці 2002 року стандарт RS-MMC (Redused Size MMC)відрізняється від звичайної MMC тільки габаритами - карта приблизно в дварази менше звичайного MMC. Размери карт RS-MMC - 24 x 18 x 1.4 мм, вага 0,8м. HS-MMC - високошвидкісна (High Speed) MMC-карта у якої не 7, а 13контактів. Розміри карти як у звичайної MMC. У режимі x8 (52Mhz) швидкістьпередачі даних в теорії може досягти 52MBps. Формати CP-SMMC та PIN-
SMMC ми розглянемо пізніше, у розділі SDMI-сумісні картки.

SD Card

Інтерфейс: послідовний, 9-ти контактний. Формат розроблений компаніями
Matsushita, SanDisk, Toshiba у 2000 році. SD-Card працює з напругою
2,0 В - 3,6 В, однак специфікацією передбачаються SDLV-карти (SD Low
Voltage) зі зниженим енергоспоживанням (напруга 1,6 В - 3,6 В), крімтого, специфікацією передбачені карти товщиною 1,4 мм (як у MMC), безперемикача захисту від запису. Фактично картки SD є подальшимрозвитком стандарту MMC. Флеш-карти SD назад сумісні з MMC (впристрій з роз'ємом SD можна вставити MMC, але не навпаки).
Основні відмінності від MMC:

. У порівнянні з MMC, в SD на 2 контакту більше. Обидва нові контакту використовуються як додаткові лінії передачі даних, а той контакт, який в MMC був декларував як зарезервований, в SD використовується для передачі даних. Таким чином, у порівнянні з MMC, де дані передаються по одному-єдиному контакту, в SD дані можуть передаватися по 4-м контактів одночасно (число ліній, по яких передаються дані, може бути дорівнює 1, 2 і 4, причому кількість використовуваних ліній можна динамічно змінювати). Ця особливість переводить карту з розряду карт з чисто послідовним інтерфейсом в розряд карт з послідовно-паралельним інтерфейсом.

. На відміну від MMC, SD спочатку відповідає угодами SDMI (тобто карти SD містять т.зв. механізм захисту авторських прав). Швидше за все, саме з цієї причини карти і отримали свою назву: SD-Card -

SecureDigital Card. Безліч значень слова Secure перебуває в діапазоні дієслів [охороняти, убезпечити, замикати, опановувати, досягати, брати під варту] і прикметників [спокійний, безпечний, надійний, застрахований]. Digital, мабуть, слід розуміти як цифровий, а як правильно перевести всі разом я пропоную подумати вам самим.

. На картці є перемикач захисту від запису - write protection switch (як на дискетах)

. MMC за специфікацією працює на частотах до 20МГц, SD на частотах до

25МГц.

. У режимі SPI карти SD працюють по протоколу SD-Card, а не по протоколу

MMC.

. Дата долучення один додатковий внутрішній регістр, частина інших дещо відрізняються від аналогічних в MMC.

. Зазвичай картка декілька товще і важче MMC.

. За рахунок більш товстої пластикової оболонки, поліпшена стійкість карти до статичних розрядів (ESD Tolerance).
Трохи дивує відсутність прямої сумісності між цими двома видамикарт (тобто те, що SD нездатна працювати по протоколу MMC). Якщоуважно розглядати специфікації обох типів карт і не звертатиуваги на те, що SD може бути товщі MMC, то відсутність такоїсумісності навіть дивує, оскільки реалізувати її було нескладно, та йвиглядало б це дуже природно. Що наводить на думку про те, що, хочаподібну сумісність можна було реалізувати без особи