Кратко о EPROM, EEPROM и Flash

После успешной реанимации флешки-зайца я заинтересовался темой флэш-памяти. Всеми этим загадочным аббревиатурами типа LLF, ECC и т.д. Так что это хоть и не моя тема (я занимаюсь веб-программированием и программированием на языках высокого уровня), но все равно интересно – для развития кругозора. Так что начинаю новую серию статей, в которой буду делиться полученными знаниями. В этой серии статей будут рассмотрены различные аспекты флэш-памяти, начиная с историями, устройством и различиями между NOR Flash и NAND Flash.



В начале 1980-х годов, еще до появления таких удивительных вещей, как сотовые телефоны, планшеты или цифровые камеры, ученый по имени Фудзио Масуока работал на Toshiba в Японии над ограничениями чипов EPROM и EEPROM. EPROM (стираемая программируемая память только для чтения) – это тип чипа памяти, который, в отличие от ОЗУ, например, не теряет свои данные при потере питания - на техническом жаргоне он энергонезависим. Он делает это путем хранения данных в ячейках, состоящих из транзисторов с плавающим затвором.

В EPROM могут быть загружены данные, но эти данные также могут быть стерты с помощью ультрафиолетового света, чтобы можно было записать новые данные. Этот цикл программирования и стирания известен как цикл стирания программы (или цикл PE) и важен, потому что это может произойти только ограниченное количество раз на устройстве. Однако, хотя перепрограммируемый характер EPROM был полезен в лабораториях, он не был решением для встраивания в потребительскую электронику – в конце концов, включение ультрафиолетового источника света в устройство сделало бы его громоздким и коммерчески нежизнеспособным.

Последующее развитие памяти, известно как EEPROM: в нем стиралась информация электрическим полем, а не с помощью света. В отличие от EPROM, EEPROM также может стирать и программировать отдельные байты, а не весь чип. Однако EEPROM также имел недостаток: каждая ячейка требовала по крайней мере двух транзисторов вместо одного, необходимого в EPROM. Другими словами, они хранили меньше данных: у них была более низкая плотность.

Прибытие Flash

Идея Масуоки, представленная как патент США 4612212 в 1981 году, брала преимущества EPROM и EEPROM и откидывала их недостатки. Он использовал только один транзистор на ячейку (увеличивая плотность, т. е. объем данных, который он мог хранить) и все еще позволял перепрограммировать их электричеством.

Новая конструкция достигла этой цели, только позволяя стирать и программировать несколько ячеек сразу вместо отдельных. Это не только дает преимущества плотности EPROM и электрически-перепрограммируемые преимущества EEPROM, оно также приводит к меньшему времени доступа: используется меньше времени, чтобы выдать одиночную команду для программирования или стирания большое количества ячеек.

Однако число ячеек, затронутых одной операцией стирания, отличается – и намного больше - чем число ячеек, затронутых одной операцией программирования. И именно этот факт, прежде всего, приводит к поведению, которое мы видим от устройств, построенных на флэш-памяти. В следующих постах мы рассмотрим, что именно происходит, когда происходят операции программирования и стирания, прежде чем перейти к рассмотрению типов доступных flash (SLC, MLC и т. д.) и их поведения.

Тем временем, мы все должны поблагодарить нашего хорошего друга доктора Масуоку за флэш-память, которая позволяет нам носить с собой телефоны и планшеты в карманах и SD-карты в наших цифровых камерах. Кстати, популярная легенда гласит, что название флэш (Flash, англ ”вспышка") пришло от одного из коллег доктора Масуоки, потому что процесс стирания данных напомнил ему вспышку камеры.