Чаще всего вы храните свои фотографии, песни и тексты на жестком диске компьютера. Но порой нужен другой накопитель, более мобильный, который можно носить с собой и открывать на любом компьютере. Иногда необходимо сделать резервные копии важных файлов. В таких случаях на помощь приходит флеш-память. Специальные карты памяти этого типа заменяют жесткие диски смартфонам, планшетам и цифровым камерам. Эта же память лежит в основе SSD-накопителей. Ее называют «твердотельной» (solid state), поскольку накопители, основанные на ней, лишены движущихся деталей. Узнав о том, как преодолеваются ограничения компьютерной памяти, наши читатели проявили интерес к SSD-накопителям. И сегодняшний наш рассказ посвящен флеш-памяти, на которой базируются эти современные диски, обретающие все большее и большее распространение.
Некоторые виды флеш-накопителей
Прежде, чем переходить к детальному рассмотрению технологии, разберемся в том, как устроен чип флеш-памяти. Здесь нам не обойтись без специальной терминологии, которая позволит нам понять, как происходит запись и удаление данных из ячеек памяти этого типа. Важно понимать, что флеш-накопители занимают в известной нашим читателям иерархии компьютерной памяти ту же ступеньку, что и жесткий диск. И, фактически, они играют его роль.
Начнем наше повествование с краткого списка накопителей, в которых используется флеш-память:
Чип BIOS вашего компьютера
Карты памяти CompactFlash (изначально предназначались для цифровых камер)
Карты памяти SmartMedia (изначально предназначались для цифровых камер)
Карты памяти Memory Stick (изначально предназначались для цифровых камер)
PCMCIA. Используется в SSD-накопителях для ноутбуков
Карты памяти для игровых консолей
USB-флешки
Флеш-память является разновидностью электрически стираемого программируемого постоянного запоминающего устройства (EEPROM, Electronically Erasable Programmable Read Only Memory, ЭСППЗУ). Она обладает своего рода «сеткой», образуемой строками и столбцами. Каждая ячейка этой сетки оборудована двумя транзисторами.
Транзисторы отделены друг от друга тонким слоем оксида. Один транзистор электронщики именуют «плавающим затвором» («floating gate»), а второй «управляющим электродом» («control gate»). Если плавающий затвор связан с ячейкой, то она приобретает значение «1». Чтобы изменить значение на нулевое, применяется процесс, который известен, как туннелирование по Фаулеру-Нордхайму.
Туннелирование и стирание
Туннелирование применяется для изменения порядка размещения электродов в плавающем затворе. На плавающий затвор воздействует ток, напряжение которого чаще всего находится в диапазоне от 10 до 13 вольт. Ток поступает из столбца или от разрядной шины.
Этот разряд уподобляет транзистор плавающего затвора «электронной пушке», использовавшейся в электронно-лучевой трубке старых ЭЛТ-мониторов и телевизоров, при производстве которых использовалось немало свинца. Возбужденные электроны на своем пути встречают преграду в виде обратной стороны тонкого оксидного слоя, придавая ему отрицательный заряд. Эти отрицательно заряженные электроны играют роль барьера между управляющим электродом и плавающим затвором.
Специальный компонент мониторит уровень заряда, проходящего через плавающий затвор. Если напряжение проходящего тока превосходит пятидесятипроцентный порог, то значение ячейки будет равно единице. Если заряд падает ниже этого порога, то значение обнуляется. Пороговая величина рассчитывается из общего напряжения заряда. То есть, если напряжение равно десяти вольтам, то если через плавающий затвор проходит ток, напряжением менее 5 вольт, значение ячейки будет равно нулю. Значения всех ячеек EEPROM равные единице, а их управляющий электрод и плавающий затвор полностью открыты.
Электроны в ячейках чипа флеш-памяти могут быть возвращены в нормальное состояние путем воздействия на них электрического поля соответствующего повышенного напряжения. Флеш-память пронизана сетью тончайшего проводникового материала, позволяющего воздействовать электрическим полем, как на весь чип, так и на его отдельные сегменты. Это позволяет стереть данные в определенных областях флеш-памяти, чтобы затем записать туда новую информацию.
Флеш-память работает значительно быстрее, чем ее древняя предшественница EEPROM. Дело в том, что в EEPROM-памяти одновременно позволялось стирать только один байт данных. Флеш-память дает возможность одновременно очистить от хранимой в ней информации целый блок или весь чип полностью. Затем ячейки памяти могут быть наполнены новыми данными.
Не совсем флешка в автомобильном радиоприемнике
В автомобильном радиоприемнике (помимо накопителя) используется специальная память для хранения предварительных установок и списка программ. Может показаться, что это тоже флеш-память. Но нет, на самом деле это несколько иной тип памяти, который называется флеш-RAM (оперативная флеш-памяти). Ее отличие от обычной флеш-памяти состоит в том, что флеш-RAM является энергозависимой, ей требуется немного энергии для того, чтобы удерживать данные.
Флеш-память способна хранить расположенную в ней информацию безо всякого внешнего источника энергии. Но даже при полном отключении радиоприемника, он все равно будет потреблять немного энергии для того, чтобы данные не потерялись из флеш-RAM. Если же вышел из строя аккумулятор, что приемник потеряет все свои настройки. То же самое произойдет и в случае отсоединения от него проводов.
