Что такое флэш-память? Типы, работа, преимущества и проблемы

Флэш-память — это технология хранения, в которой используется конструкция ячейки с плавающим затвором для запоминания ее состояния перед выключением, тем самым сохраняя данные независимо от активного/неактивного источника питания, что делает ее надежной формой памяти для чтения, записи и стирания.

Как работает флэш-память

Источник:eeNews EmbeddedОткрывает новое окно

Флэш-память — это энергонезависимая микросхема памяти, используемая для хранения и передачи данных между цифровым оборудованием и персональными компьютерами. Его можно электрически перепрограммировать и очистить. Его часто включают в состав флэш-накопителей USB, MP3-плееров, камер или твердотельных накопителей. В последние годы флэш-технологии стали более доступными и надежными, что привело к их широкому использованию в корпоративных ИТ.

Примеры флэш-памяти, наиболее часто встречающейся в компьютерах, включают:

Во флэш-памяти информация хранится в ячейках памяти. Эти ячейки имеют транзисторы с плавающим затвором, которые могут захватывать электроны в течение длительного периода времени, но не бесконечно. В зависимости от того, куда подается напряжение, эти ячейки могут выполнять задачи чтения, записи и стирания. Чтобы выполнить операцию записи, плавающий затвор ячейки памяти должен быть либо заряжен, либо разряжен; заряженное состояние подразумевает логический 0, а разряженное состояние предполагает логическую 1.

Современные системы хранения группируют ячейки памяти в страницы, что позволяет извлекать огромные объемы данных одновременно, а не ячейку за ячейкой. Самая распространенная форма флэш-памяти, не-И (NAND), состоит из блоков по 32 или 64 страницы.

Чип NAND может «проталкивать» электроны внутри оксидной среды и в силиконовые «затворы». Эти ворота удерживают электроны, которые компьютер может интерпретировать как 1 и 0. Чип связывает сотни или тысячи этих транзисторов вместе и использует логический контроллер, чтобы они работали как единое целое.

В 1981 году Фудзио Масуока, инженер-электрик из компании Toshiba, и Хисакадзу Иидзука, его коллега, подали заявку на патент США № 4 531 203 на изобретение вспышки. Первоначально называемая одновременно стираемой EEPROM (электрически стираемой программируемой постоянной памятью), она была названа «флэш-памятью», потому что ее можно было стирать и перепрограммировать мгновенно — быстро, как вспышку фотоаппарата.

В прошлом стираемые микросхемы памяти (типичные EPROM) требовали около 20 минут для очистки перед повторным использованием лучом ультрафиолетового света, что требовало дорогостоящей светопрозрачной упаковки. Существовали более дешевые электрически стираемые СППЗУ, но их архитектура была более тяжелой и менее эффективной: для хранения каждого бита информации требовалось два транзистора. Флэш-память устранила эти ограничения.

За последнее десятилетие или около того флэш-память быстро превзошла магнитные накопители. В самых разных устройствах, от суперкомпьютеров и ноутбуков до мобильных телефонов и iPad, жесткие диски заменяются флэш-накопителями (твердотельными накопителями), которые являются небольшими, быстрыми и компактными. Переход от ПК и стационарных устройств к портативным устройствам (планшетам и смартфонам) и мобильным телефонам (которые требуют сверхкомпактных, высокой плотности, невероятно стабильных модулей памяти, способных выдерживать напряжения и нагрузки при перемещении) способствовал этой тенденции.

В настоящее время эти тенденции отдают предпочтение технологии 3D флэш-памяти («сложенной»), которую Samsung разработала в начале 2000-х годов и официально представила в 2013 году. Для увеличения емкости хранилища на одной кремниевой пластине можно разработать несколько уровней ячеек памяти. Вместо плавающих затворов (которые будут объяснены в последующих разделах) в 3D-вспышке используется механизм, известный как ловушка заряда. Он обеспечивает объем памяти в терабитном диапазоне при том же размере.

Подробнее: Что такое Метавселенная? Значение, особенности и важность

К наиболее известным типам флэш-памяти относятся:

Типы флэш-памяти

Традиционные флэш-накопители, используемые потребителями, по своему применению аналогичны жестким дискам (HDD) и твердотельным накопителям (SSD). Он помогает хранить данные на портативном изолированном чипе с разъемами для подключения к USB-порту. Основным преимуществом обычного флэш-накопителя является его масштабируемая и экономичная емкость, а также надежность хранения. Однако этот метод хранения уязвим для таких недостатков, как физическая кража.