Флеш-память. Принцип работы

1.

Флеш-память
Флеш-память (англ. Flash-Memory) —
разновидность твердотельной
полупроводниковой энергонезависимой
перезаписываемой памяти. Она может
быть прочитана сколько угодно раз, но
писать в такую память можно лишь
ограниченное число раз (обычно около 10
тысяч раз. Несмотря на то, что такое
ограничение есть, 10 тысяч циклов
перезаписи — это намного больше, чем
способна выдержать дискета или CD-RW.

2.

Принцип работы
Основным компонентом в флеш-памяти является транзистор с
плавающим затвором, который является разновидностью МОПтранзисторов. Его отличие в том, что у него есть дополнительный затвор
(плавающий), расположенный между управляющим затвором и p-слоем.
Плавающий затвор изолирован, и хранимый в нём отрицательный заряд
будет оставаться надолго.

3.

NOR и NARD
Флеш-память различается методом соединения ячеек в
массив.
Конструкция NOR использует классическую двумерную
матрицу проводников, в которой на пересечении строк и
столбцов установлено по одной ячейке. При этом проводник
строк подключался к стоку транзистора, а столбцов — ко
второму затвору. Исток подключался к общей для всех
подложке.
Конструкция NAND — трёхмерный массив. В основе та же
самая матрица, что и в NOR, но вместо одного транзистора в
каждом пересечении устанавливается столбец из
последовательно включенных ячеек. В такой конструкции
получается много затворных цепей в одном пересечении.
Плотность компоновки можно резко увеличить (ведь к одной
ячейке в столбце подходит только один проводник затвора),
однако алгоритм доступа к ячейкам для чтения и записи
заметно усложняется. Также в каждой линии установлено два
МОП-транзистора: управляющий транзистор разрядной
линии (англ. bit line select transistor), расположенный между
столбцом ячеек и разрядной линией и управляющий
транзистор заземления, расположенный перед землёй

4.

Срок хранения
Изоляция кармана неидеальна, заряд постепенно изменяется.
Срок хранения заряда, заявляемый большинством
производителей для бытовых изделий, не превышает 10—20
лет[источник не указан 3632 дня], хотя гарантия на носители даётся не
более чем на 5 лет. При этом память MLC имеет меньшие сроки,
чем SLC.
Специфические внешние условия, например, повышенные
температуры или радиационное облучение (гамма-радиация и
частицы высоких энергий), могут катастрофически сократить срок
хранения данных.
У современных микросхем NAND при чтении возможно
повреждение данных на соседних страницах в пределах блока.
Осуществление большого числа (сотни тысяч и более) операций
чтения без перезаписи может ускорить возникновение
ошибки[25][26].
По данным Dell, длительность хранения данных на SSD,
отключенных от питания, сильно зависит от количества
прошедших циклов перезаписи (P/E) и от типа флеш-памяти и в
худших случаях может составлять 3—6 месяцев[26][27].

5.

Особенности применения
Стремление достичь предельных значений ёмкости для NAND-устройств
привело к «стандартизации брака» — праву выпускать и продавать
микросхемы с некоторым процентом бракованных ячеек и без гарантии
непоявления новых «bad-блоков» в процессе эксплуатации. Чтобы
минимизировать потери данных, каждая страница памяти снабжается
небольшим дополнительным блоком, в котором записывается контрольная
сумма, информация для восстановления при одиночных битовых ошибках,
информация о сбойных элементах на этой странице и количестве записей
на эту страницу.
Сложность алгоритмов чтения и допустимость наличия некоторого
количества бракованных ячеек вынудили разработчиков оснастить NANDмикросхемы памяти специфическим командным интерфейсом. Это
означает, что нужно сначала подать специальную команду переноса
указанной страницы памяти в специальный буфер внутри микросхемы,
дождаться окончания этой операции, считать буфер, проверить
целостность данных и, при необходимости, попытаться восстановить их.
Слабое место флеш-памяти — количество циклов перезаписи в одной
странице. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что
стандартные файловые системы — то есть стандартные системы
управления файлами для широко распространённых файловых систем —
часто записывают данные в одно и то же место. Часто обновляется
корневой каталог файловой системы, так что первые секторы памяти
израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки
позволит существенно продлить срок работы памяти