Лекция 8. Постоянные запоминающие устройства презентация

- ROM), которые также часто называют энергонезависимыми (или Non Volatile Storage), обеспечивают сохранение записанной в них информации и при отсутствии напряжения питания. Конечно, под такое определение подпадают и память на жестких и гибких дисках, и компакт диски, и некоторые другие виды ЗУ.
Однако, говоря о постоянных ЗУ, обычно подразумевают устройства памяти с произвольным адресным доступом. Такие ЗУ могут строиться на различных физических принципах и обладать различными характеристиками не только по емкости и времени обращения к ним, но и по возможности замены записанной в них информации.

памяти которых используют различные модификации диодов и транзисторов и изготавливаются по интегральной технологии.
Непосредственными предшественниками таких ЗУ были магнитные (трансформаторные) ПЗУ, информация в которые записывалась соответствующей прокладкой (прошивкой) проводников ферритовых сердечников, что обеспечивало при требовавшихся в то время емкостях высокую надежность этих ЗУ в самых тяжелых (в электромагнитном отношении) условиях.
Известны также емкостные и индуктивные ПЗУ, в которых использовались проводники специальной формы, образующие емкостные или индуктивные связи.

разрядах. На нем изображена линейка сердечников и обозначено: 1, 2, 3, 4 — обмотки и провода считывания (Пр. сч) 1-, 2-, 3- и 4-го разрядов; c1, с2, сЗ, с4 — сердечники. Пр. зап — провод запроса, для примера прошивающий сердечники с2 и сЗ и проходящий мимо сердечников c1 и с.4 H — напряженность магнитного поля, возбуждаемая током /зап, протекающим по проводу запроса. В ПЗУ записано четырехраз¬рядное число 0110. Достигается это тем, что сердечники особым образом прошиты проводом (Пр. зап), по которому проходит импульс запроса.

отличается от считывания по способу и времени выполнения. Процесс записи для полупроводниковых постоянных ЗУ получил также название “прожига” или программирования, первое из которых связано со способом записи, сводящимся к разрушению (расплавлению, прожигу) соединительных перемычек в чистом ЗУ.
В полупроводниковых ПЗУ в качестве элементов памяти, точнее, в качестве нелинейных коммутирующих и усилительных элементов обычно используются транзисторы. Они объединены в матрицу, выборка данных из которой производится по строкам и столбцам, соответствующим указанному адресу, так же, как и в других ЗУ с произвольным доступом.

Запоминание информации в этом ПЗУ осуществляется плавкой перемычкой, а транзисторы выполняют роль ключей-усилителей. Плавкая перемычка может быть изготовлена из нихрома, поликристаллического кремния или других материалов.
В зависимости от того, как именно работает усилитель считывания (в режиме повторителя или инвертора), наличие перемычки соответствует записи “1” или “0”. Разрушение перемычки (импульсом сильного тока) приводит к записи значения, обратного исходному.

программируемые пользователем.
ЗУ первой группы, называемые иначе масочными, обычно выпускаются большими партиями. Информация в них заносится в процессе изготовления этих ЗУ на заводах: с помощью специальной маски в конце технологического цикла на кристалле формируется соответствующая конфигурация соединений. Такие ЗУ оказываются наиболее дешевыми при массовом изготовлении. Их обычно используют для хранения различных постоянных программ и подпрограмм, кодов, физических констант, постоянных коэффициентов и пр.
В ПЗУ, программируемые пользователем, информация записывается после их изготовления самими пользователями. При этом существуют два основных типа таких ЗУ: однократно программируемые и перепрограммируемые.

запись как раз и производится посредством разрушения соединительных перемычек между выводами транзисторов и шинами матрицы (хотя есть и несколько иные технологии).

Перепрограммируемые ПЗУ позволяют производить в них запись информации многократно. Распространенные технологические варианты используют МОП-транзисторы со сложным затвором (составным или “плавающим”), который способен накапливать заряд, снижающий пороговое напряжение отпирания транзистора, и сохранять этот заряд при выключенном питании. Программирование таких ПЗУ и состоит в создании зарядов на затворах тех транзисторов, где должны быть записаны данные.

представителем класса перепрограммируемых постоянных ЗУ с электрическим стиранием. Однако стирание в ней осуществляется сразу целой области ячеек: блока или всей микросхемы. Это обеспечивает более быструю запись информации или, как иначе называют данную процедуру, программирование ЗУ. Для упрощения этой процедуры в микросхему включаются специальные блоки, делающие запись “прозрачной” (подобной записи в обычное ЗУ) для аппаратного и программного окружения.
Флэш-память строится на однотранзисторных элементах памяти (с “плавающим” затвором), что обеспечивает плотность хранения информации даже несколько выше, чем в динамической оперативной памяти. Существуют различные технологии построения базовых элементов флэш-памяти, разработанные ее основными производителями. Эти технологии отличаются количеством слоев, методами стирания и записи данных, а также структурной организацией, что отражается в их названии. Наиболее широко известны NOR и NAND типы флэш-памяти, запоминающие транзисторы в которых подключены к разрядным шинам, соответственно, параллельно и последовательно.

ячеек и быстрый произвольный доступ (порядка 70 нс), что позволяет выполнять программы непосредственно из этой памяти. Второй тип имеет меньшие размеры ячеек и быстрый последовательный доступ (обеспечивая скорость передачи до 16 Мбайт/с), что более пригодно для построения устройств блочного типа, например “твердотельных дисков”.
Способность сохранять информацию при выключенном питании, малые размеры, высокая надежность и приемлемая цена привели к широкому ее распространению. Этот вид памяти применяется для хранения BIOS, построения так называемых “твердотельных” дисков (memory stick, memory drive и др.), карт памяти различного назначения и т.п. Причем устройства на основе флэш-памяти используются не только в ЭВМ, но и во многих других применениях.

и данных в самых разных системах, включая сотовые телефоны, модемы, BIOS, системы управления автомобильными двигателями и многое другое. Используя флэш-память для хранения параметрических данных, разработчики добиваются снижения стоимости и повышения надежности своих систем.
Например, в разработках сотовых телефонов параметрические блоки флэш-памяти используются для хранения телефонных номеров, учета времени использования и идентификатора пользователя (SIM-карта). Производители автомобилей используют параметрические блоки флэш-памяти в системах управления двигателями для хранения кодов ошибок и параметров оптимальных режимов работы. Загрузка кода в чистую память может производиться в составе готовой системы на финальной стадии изготовления изделия. Кроме того, за счет снижения числа комплектующих и внешних контактов достигается более высокая надежность автомобильных систем в целом. И, наконец, повышается объем хранимых параметров и частота их изменения.

ОЗУ, флэш-память модифицируется электрически внутрисистемно, но подобно ПЗУ, флэш энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. Однако, в отличие от ОЗУ, флэш нельзя переписывать побайтно. Флэш-память читается и записывается байт за байтом и предъявляет новое требование: ее нужно стереть перед тем, как записывать новые данные.

"0". Стирание - это процесс замены "0" на "1", где флэш стирается блок за блоком. Блоки - это области с фиксированными адресами, как показано на карте 4Мbit Boot Block микросхемы.
Когда блок стирается, стираются параллельно все ячейки внутри блока, независимо от других блоков этого прибора флэш-памяти.
Микросхемы Flash Memory Boot Block должны выдерживать не менее 100 тысяч циклов стирания при напряжении питания VCC=5V. Цикл считается законченным, если 8КВ одного из параметрических блоков успешно запрограммировано и после этого стерто. Этот параметр очень важный, так как от него зависит то, какой объем данных можно хранить и как часто их можно обновлять.
Поскольку флэш-память не допускает перезаписи отдельной ячейки без предварительного стирания всего блока памяти, то применяются программные методы эмуляции перезаписи байта с использованием двух 8КВ параметрических блоков.

бывает двух видов: симметричное и асимметричное.
В первом случае, называемом также Flash File, все блоки (стирание в пределах каждого из которых производится только для всего блока сразу) имеют одинаковый размер, например 64 Кбайт или 128 Кбайт. Количество блоков зависит от емкости микросхемы. Например, в микросхеме 28F128J3 (Intel Strata Flash) емкостью 128 Мбит (16 Мбайт) имеется 128 блоков по 128 Кбайт.
В случае асимметричной архитектуры, называемой иначе Boot Block, один из блоков, на которые разбито адресное пространство микросхемы, дополнительно разбивается на меньшие блоки. Например, в микросхеме 28F640C3 (Intel Advanced+ Boot Block) емкостью 64 Мбит выделен один загрузочный (Boot) блок размером 64 Кбайт, разбитый на 8 блоков параметров (parameter blocks) по 8 Кбайт, и 127 основных (main) блоков по 64 Кбайт. Причем загрузочный блок может размещаться либо в начале, либо в конце адресного пространства микросхемы.

flash-память является энергонезависимым устройством.
Энергия, правда, требуется для записи данных, совсем без затрат тут не обойтись, в конце концов, вечный двигатель, как известно, создать невозможно. Зато по сравнению с компакт-дисками или дискетами затраты энергии при работе с flash-устройством минимальны. Поэтому flash-память является очень экономной с точки зрения энергозатрат. Как подтверждение – при записи данных на flash-микросхему требуется в 10-20 раз меньше энергии, чем при аналогичных действиях с компакт-диском или дискетой.
Flash-микросхема позволяет многократно (но, увы, не бесконечно…) перезаписывать данные. То есть flash-память – перезаписываемое устройство хранения данных.

движущихся механических узлов и устройств, поскольку это твердотельная память. А раз так, то flash-устройства отличаются устойчивостью к механическим воздействиям: нет механики – нечему и ломаться. К примеру, flash-накопитель способен выдержать удары в 10-20 раз более сильные, чем те, что просто “убили” бы компьютерный винчестер. Причем не только выдержать, но и работать в условиях тряски и довольно-таки жесткого “избиения”.
Компактность – еще одно преимущество накопителей на flash-памяти, которое и предопределило использование flash-устройств в разнообразных малогабаритных гаджетах и “ручных” устройствах.
Наконец, информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (порядка 10, а по некоторым данным, и до 100 лет). То есть flash-микросхема является устройством для долговременного хранения данных.

чем дискеты, компакт-диски и компьютерные винчестеры.
Flash-память работает существенно медленнее, чем оперативная память на основе микросхем SRAM и DRAM. И даже по сравнению с жестким диском flash-накопитель является аутсайдером. К примеру, средняя скорость считывания данных с flash-накопителя составляет 5 Mb/s, а записи – 3 Mb/s.В то же время жесткий диск может обмениваться данными со скоростью около 30 Mb/s.
Наконец, еще один серьезнейший недостаток, который уже упоминался выше – flash-память имеет ограничение по количеству циклов перезаписи. Предел колеблется от 10 000 до 1 000 000 циклов для разных типов микросхем. И хотя миллион операций записи/стирания – это совсем немало, однако наличие физического предела использования микросхемы памяти можно считать серьезным недостатком flash-устройств.

Memory Card International Association) – самый старый стандарт карт памяти, построенных на базе flash-устройств. Собственно и сам PCMCIA-слот когда-то создавался специально для обеспечения возможности подключения к компьютеру внешнего накопителя.

Первый вариант стандарта появился в 1991 г. Всего существует 3 разновидности PCMCIA-устройств: Type I, II и III. Соответственно, и PC-Card выпускаются в трех различных форм-факторах, причем все три близки по своим габаритам к размерам пластиковой банковской карты, а отличаются лишь толщиной – самым “худым” является устройство Type I (толщина – 3,3 мм), а самым “упитанным” – PCMCIA-карта Type III (толщина – 10,5 мм).

Type I, II и III сверху вниз. То есть в слот Type III можно вставить карты Type II и Type I, а вот наоборот не получится – размеры не позволяют. Большим удобством PCMCIA-устройств является и то, что благодаря “древности” этого вида накопителей, драйверы для работы с PC-Card по умолчанию устанавливаются при инсталляции MS Windows. Благодаря АТА-контроллеру, устройство работает в режиме эмуляции обычного жесткого диска, и операционная система “видит” карту flash-памяти стандарта PC-Card как обычный сменный накопитель. Правда, в настольную систему для работы с внешним PCMCIA-накопителем придется устанавливать специальный “картоприемник”. Такой считыватель карт подключается на старых машинах через PCI-слот, что не очень удобно. В более современных системах кард-ридер-адаптер подключается к USB-разъему – и это гораздо удобнее. Зато PCMCIA-разъемом по умолчанию оборудуются многие ноутбуки.

и хорошо отработанной технологией, популярность накопителей этого формата падает. Причина в немалых (по современным меркам, конечно) габаритах PC-Card. В настоящее время PCMCIA-накопители применяются в ноутбуках и некоторых профессиональных моделях цифровых фотоаппаратов (вроде Nikon D3).
Со специальным переходником PC-Card могут работать и с компьютерами семейства Pocket PC и Handheld PC, но это уже вчерашний день, поскольку flash-накопители более современных стандартов могут подключаться к указанным устройствам и без переходников, обозначаемых иногда термином jacket.

Стандарт PC-CARD

публике в 1994 г. компанией SanDisk, а в 1995 г. начала свою деятельность Compact Flash Association (CFA), которая занялась продвижением нового стандарта в жизнь. Учредителями ассоциации выступили такие столпы радиоэлектронной промышленности, как Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Motorola, Canon, Eastman Kodak Company, SanDisk, Seiko Epson и ряд других компаний.

Сейчас число членов CFA приближается к двум сотням, а карточки Compact Flash являются, очевидно, самым распространенным и недорогим типом сменной flash-памяти. На сегодня карты этого стандарта используются в фото- и видеотехнике Canon, Nikon, Minolta, Olympus, Pentax, Ricoh, Kodak, Agfa, Jenoptic, Casio и многих других изделиях менее известных производителей.

сохранив преимущества карт с интерфейсом АТА (PC-Card), существенно уменьшить их размеры. И задача эта была успешно решена. Можно говорить о том, что именно с Compact Flash устройств началась эра портативных цифровых устройств, многие из которых и по сей день обладают слотами для подключения карт Compact Flash. Стандарт включает 2 типоразмера – Type I и II. Различия, как и в случае с PCMCIA-устройствами, в толщине карточек. В форм-факторе CF Type I выпускаются карты flash-памяти, а в форм-факторе CF Type II – разнообразная периферия для цифровой техники (модемы, миниатюрные винчестеры, приемники системы спутникового позиционирования GPS и так далее).
В карты CompactFlash встроен контроллер, который берет на себя функции по управлению flash-устройством, что не требует размещения дополнительных микросхем в самом портативном цифровом устройстве и упрощает конструкцию слота. Благодаря такому решению добавление CF-слота почти не сказывается на стоимости гаджета. Кстати, существуют и специальные переходники Compact Flash – PC-Сard, которые позволяют использовать карты Compact Flash в устройствах, оборудованных PCMCIA-разъемами.

стандартом, существуют карты Compact Flash, рассчитанные на напряжение питание 5 В и 3,3 В. При этом CF-слот в состоянии корректно поддерживать устройства обоих типов, однако 5-вольтовые карты являются устаревшими и проигрывают своим низковольтным собратьям в энергосбережении, что важно для малогабаритных цифровых устройств.
Отдельного упоминания заслуживают устройства, продвигаемые под маркой Compact Flash IBM Microdrive (стандарт Compact Flash II). В отличие от своих собратьев, построенных на основе flash-микросхем, изделие IBM является самым настоящим микровинчестером, размещенным в стандартном корпусе устройства Compact Flash II. Несомненный плюс – большой объем накопителя, а безусловный минус – как и обычный винчестер, такая “память” боится тряски и ударов.

1998 г. компанией Sony, которой принадлежат и все права на этот стандарт. Соответственно, карты памяти Memory Stick применяются в первую очередь в карманных компьютерах, MP3-плейерах, цифровых фотоаппаратах и видеокамерах производства именно этой японской компании. Продвигая свою продукцию, Sony неизменно отмечает малые габариты собственного детища и наличие особого переключателя, предотвращающего случайное стирание хранящейся на карте информации. Стандартные Memory Stick представляют собой 10-контактные карты с последовательным интерфейсом, очертаниями напоминающие пластинку жевательной резинки. Sony продвигает 3 типа карт: Memory Stick, Memory Stick Magic Gate (MG) и Memory Stick Duo.
Memory Stick Magic Gate (MG) – это карты с внедренной технологией защиты авторских прав MagicGate. Правда, насколько подобное нужно пользователям, как правило, приобретающим цифровые устройства для удовлетворения собственных нужд – не совсем понятно. Внешне карточки отличаются цветом: обычные карточки голубые, а Magic Gate – белые.

отличаются меньшими размерами (1/3 от стандартной длины) и весом, а также могут иметь модификацию MG. Однако для использования карточек Duo в устройствах стандарта Memory Stick необходим специальный адаптер. На это надо обращать внимание при покупке карты памяти, например, для цифровой видеокамеры или фотоаппарата Sony. В остальном каких-то серьезных преимуществ перед другими стандартами карты Memory Stick не имеют, подчеркивая разве что оригинальность Sony, которая не стала пользоваться готовыми решениями и создала свой стандарт.

же, как SSFDC – Solid State Floppy Disk Card. То есть, говоря по-русски, SSFDC – это “твердотельная дискета”. Карточки указанного стандарта имеют габариты 37x45x0.76 мм и весят 2 г. При этом максимальный теоретический объем памяти карточки SmartMedia, определяемый спецификацией стандарта, составляет 8 Gb.
Стандарт был разработан в 1995 г. компанией Toshiba, а его продвижением занимается организация SSFDC Forum, в рядах которой немало известных компаний: кроме самой Toshiba, еще Fuji, Matsushita, Phison Electronics Corp и другие.

у Compact Flash, то есть 5 В и 3,3 В. При этом следует обратить внимание на особенность: в отличие от Compact Flash, оборудование, предназначенное для работы со SmartMedia, не всегда может работать с картами обоих типов. Поэтому, чтобы сделать различие между картами наглядным, у SmartMedia-накопителей, работающих при напряжении 5 В, срезан левый верхний уголок, а у их “коллег”, функционирующих при напряжении питания 3,3 В, отсутствует правый верхний уголок. Правда “пожиратели энергии” на 5 В сейчас уже не выпускаются. До недавнего времени максимальная емкость карт составляла 128 Мb, однако на сегодняшний день в продаже уже есть устройства объемом в 256 Мb (в частности, изделия SanDisk и Viking).
Что касается практики применения, то SmartMedia-карты используются, как правило, в цифровых камерах и МРЗ–плейерах, редко встречаясь в прочих цифровых гаджетах. При этом надо помнить, что новые модули большой емкости не всегда могут быть установлены в старые модели цифровых устройств. Причина в том, что контроллер, управляющий работой карты, размещен “на борту” самого устройства, а не в корпусе карты, соответственно, поскольку на момент выпуска, например, фотоаппарата не существовало SM-карт емкостью 128 Мb, то и работать с такими “гигантами” контроллер не может. Это является серьезным недостатком устройств SmartMedia.

устройств памяти именно для наладонных компьютеров и смартфонов. Впрочем, и цифровые фотоаппараты, и MP3-плейеры, и игровые устройства, и ноутбуки, и прочие цифровые устройства также являются потенциальными активными потребителями этого продукта. Продвигает стандарт MMC Association, в состав которой входят Hewlett Packard, Renesas Technology, Infineon Technologies Flash, Lexar Media, Micron Technology, Nokia Mobile Phones, Power Digital Card, Samsung Electronics, Sanyo Electric и прочие производители цифровой техники.

CompactFlash, а габаритами близка к крупной почтовой марке (24х32х1,4 мм) с семью контактными площадками на нижней стороне корпуса. При этом, в отличие от CompactFlash, карты стандарта MMC снабжены защитой от случайного стирания записанной на них информации: на корпусе имеется механический переключатель блокировки записи (как у 3,5-дюймовых флоппи-дискет). В структуру MMC-карты, так же как и у CompactFlash, включен контроллер, управляющий работой карты, что упрощает работу с ней и обеспечивает ее совместимость со многими устройствами.
Вес карточек MMC составляет всего 1,5 г, поэтому их особенно охотно используют производители карманных компьютеров и сотовых телефонов. Еще одно преимущество ММС-карт перед “одноклассниками” – сниженное энергопотребление, что достигается за счет уменьшения питающего напряжения до 3,3 или 2,7 В. Да и объемом MMC-карты тоже могут похвастаться – сейчас серийно производятся устройства емкостью в 1 Gb.

и FujiFilm объявили о выпуске миниатюрных карт flash–памяти нового формата. Префикс xD расшифровывается как extreme digital, и, по мнению компаний-разработчиков, должен подчеркнуть использование этого носителя для хранения аудио- и видеоданных.

При этом одной из причин создания новинки была названа тенденция к уменьшению размеров цифровых фотокамер. Габариты xD-Picture Card действительно очень невелики (20x25x1,7 мм), а теоретически достижимая емкость носителя составляет 8 Gb. Правда, первая линейка xD-Picture включала карты емкостью 16, 32, 64 и 128 Мb. К концу 2002 г. появилась 256-мегабайтная версия xD-Picture, а позже и 512-мегабайтная.

данных с карт xD–Picture составляет 5 Мb/s, скорость записи – 3 Mb/s. Напряжение питания – 3,3 В; потребляемая при работе мощность – 25 мВт. Как и SmartMedia, карты xD-Picture не имеют в своем составе контроллера.
Интересная особенность – все новые фотоаппараты Fuji и Olympus, совместимые с картами xD-Picture, позволяют устанавливать и модули SmartMedia. Для этого применено оригинальное техническое решение: в слоте памяти аппарата контактные группы располагаются с разных сторон, что и обеспечивает совместимость техники с двумя разными стандартами flash-карт.
Кстати, для xD-Picture-карт существует специальный адаптер, выполненный в виде CompactFlash-карты, который после установки в него xD-Picture обеспечивает совместимость новинки со всеми устройствами, поддерживающими CompactFlash.