Funktionsprinzip·Anwendung·Zukunft. Einführung ◦ Wieso „Flash“? Technik ◦...
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Flash-SpeicherFunktionsprinzip·Anwendung·Zukunft
Einführung◦ Wieso „Flash“?
Technik◦ Funktionsprinzip
Die Flash-Zelle Der Source-Drain-Kanal Beschreiben des Floating Gates Auslesen der Zelle Löschen der Zelle
◦ Architekturen NOR NAND Vergleich
◦ Anzahl Löschzyklen◦ Kenngrößen
Vor-/ Nachteile SSD und HHD
Gliederung
Genaue Bezeichnung: Flash-EEPROM
Halbleitertechnik
Nicht flüchtig (non-volatil)
Beispiele für Verwendung◦ USB-Sticks, Speicherkarten, zur Speicherung von
Firmware, Solid State Drives und Hybridfestplatten
Einführung
Traditionelles EEPROM:◦ Selektives Löschen einzelner Zellen möglich◦ Dafür vor jeder Zelle einen eigenen Transistor
Niedrigere Speicherdichte
Flash-EEPROM◦ Nur sektorenweise löschbar („flashen“)◦ Kein zusätzlicher Transistor für jede Zelle◦ Sektor muss vor jeder Änderung gelöscht werden
Einführung – Wieso „Flash“?
EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
Information = Elektronen in einen Transistor
Floating Gate (Transistor)◦ Entweder leitet (logisch 1) oder sperrt (logisch 0)
Ein Isolator schneidet Floating Gate von Stromzufuhr ab Ladung ist „gefangen“
Ladungszustandsänderung durch Tunneleffekt, der Elektronen durch Nichtleiter lässt
Funktionsprinzip
Die Flash-Zelle
ähnelt einen FET 2 Gates: Control Gate; Floating Gate Elektronen auf CG verändern Schwellspannung Elektronen auf FG kodieren Bit
Der Source-Drain-Kanal
Strom kann bei ungeladenen Zustand durch den Kanal fließen
Beschreiben des Floating Gates
CHE: Channel Hot Electron Verfahren um benötigte Spannung zu reduzieren Source-Drain-Strecke dient als Elektronenbeschleuniger
Auslesen der Zelle
Erzeugt durch elektrisches Feld einen leitenden Kanal zwischen Source und Drain
Löschen der Zelle
Elektronen werden durch hohe negative Löschspannung wieder „herausgezogen“
Es lassen sich nur Blöcke löschen◦ 256 Bytes bis 128 KByte
Schreiboperationen die Daten verändern◦ Machen Lesen und Modifikation in einem Puffer, und
evtl. zurückschreiben in die Flash-Zelle notwendig
Löschen von Flash-Speicher
Deutliche Unterschiede bei Schreib- und Leserate
Architekturen - NOR-Flash Speicherzellen sind
über Datenleitungen parallel geschaltet
Zugriff kann wahlfrei und direkt erfolgen
Architekturen – NAND-Flash Serienschaltung
Beim Auslesen einer einzelnen Zelle – müssen die anderen in der Kette maskiert werden
Wird Blockweise über interne Register angesprochen
NOR- Flash:
+ einfacher ansteuerbar+ schnelleres Lesen
relativ teuer keine hohe Speicherdichte
Verwendung:Bootcode-und Firmwarespeicher
Architekturen - VergleichNAND - Flash:+ schnelleres Schreiben+ höhere Speicherdichte+ höhere Kapazitäten+ mehr Löschzyklen
- Aufwendige Controller-Technik
Verwendung:
USB-Sticks, Speicherkarten, SSD‘s, HHD‘s etc.
Anzahl ist begrenzt:◦ ca. 100 000 – 1 000 000 bei NAND-
Flash◦ ca. 10 000 bei NOR-Flash
Löschvorgang = hohe Spannungen◦ Oxid-Schicht wird mit jeden
Löschvorgang ein klein wenig beschädigt (Degradation)
◦ Bei Wegfall der Oxid-Schicht, bleiben Informationen nicht mehr im Floating Gate
Anzahl der Löschzyklen
Endurance:◦ Garantierte von Löschzyklen ohne Defekt◦ Typischer Wert: 100 000 bzw. 1 000 000
Retention:◦ Zeitspanne, in der Daten lesbar bleiben◦ Elektronen können spontan von Floating Gate
abwandern◦ Typischer Wert: 10 Jahre
Kenngrößen
Nicht Flüchtig Geringer Energieverbrauch Resistent gegen Erschütterungen und
magnetischen Feldern Geringes Gewicht Geräuschlos Sehr hohe Datendichte Kurze Zugriffszeiten (im Vergleich zu
Festplatten
Vorteile von Flash-Speicher
Teurer als Festplatten und optische Speicher Langsamer als RAM Löschen nur ganzer Sektoren Komplexe Ansteuerung Begrenzte Anzahl von Schreibzyklen
Nachteile von Flash-Speicher
Aus Speicherchips aufgebaut, wird festplattenartig angesprochen
Große Schock- und Temperaturtoleranz
Soll die Festplatte in den nächsten Jahren vor allem im mobilen Bereich und später komplett verdrängen
Solid State Disk (SSD)
Mischung aus persistenten Halbleiterspeicher und magnetischen Speicher
Soll Lese-/Schreibkopf entlasten
Ansatz zur Verbindung von Vorteilen von Flash- und traditionellen Festplattenspeicher
Hybrid Hard Disk (HHD)
Danke für Eure Aufmerksamkeit
Ende