Was ist das "Geheimnis" hinter dem nichtflüchtigen Effekt der Flash-Speicher?


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Wie Wikipedia und andere Quellen sagen:

Der Flash-Speicher ist ein nichtflüchtiger Computerspeicherchip, der elektrisch gelöscht und neu programmiert werden kann. Er wurde aus dem EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) entwickelt und muss in relativ großen Blöcken gelöscht werden, bevor diese mit neuen Daten überschrieben werden können. "

Soweit ich weiß, muss ein nichtflüchtiger Speicher eine der folgenden Techniken verwenden, um jedes Bit zu speichern:

  1. Den "Kondensator" -Effekt von flüchtigen Speichern nutzen und sie auffrischen, bevor sie ihre Last verlieren. Dies wird von DRAM-Speichern verwendet.
  2. Wenn Sie eine bistabile Verriegelungsschaltung wie eine Flip-Flop-Schaltung verwenden , müssen Sie den Auffrischungsmechanismus wie DRAM nicht verwenden, müssen ihn aber dennoch aktivieren. Wenn Sie ihn ausschalten, gehen alle Ihre gespeicherten Daten verloren.
  3. Verwenden mechanischer und optischer Punkte, magnetischer Dateien oder sogar "Drehungen", um Daten in binärer oder ternärer Form zu speichern.

Allerdings finde ich keine dieser "Techniken", die hier angewendet werden. Bei Verwendung von 1 oder 2 benötigt ein Flash-Speicher mindestens eine Bordbatterie, um den Stromkreis unter Spannung zu halten (oder mit einem anderen Stromkreis zu aktualisieren). Bei Verwendung von 3 wäre es eine externe Festplatte, was hier nicht der Fall ist.

Wie speichert ein Flash-Speicher seine Bits? Gibt es eine andere Technik, die ich nicht kenne, die die Flash-Speicher ermöglicht hat?


In diesem Artikel gibt es einen ganzen Abschnitt "Funktionsprinzipien", der Bilder und einen Hyperlink zu einem anderen Artikel enthält, der sich speziell mit Floating-Gate-MOSFETs befasst.
JdeBP

Antworten:


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Nur einige kleinere Korrekturen, DRAM - Speicher ist flüchtig und nicht nichtflüchtigen wie in Ihrer Frage. Flip-Flops sind auch flüchtig, da sie Strom benötigen, um ihren Zustand beizubehalten. Flüchtige Speicher verlieren ihren Zusammenhalt und damit ihre gespeicherten Daten, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Die Definition von flüchtigen zu sehen ist hier :

(Elektronik & Informatik / Informatik) Datenverarbeitung (eines Speichers) speichert gespeicherte Informationen nicht, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

DRAM hat auch das Problem, dass es seine Daten verliert, selbst wenn es mit Strom versorgt wird, und ständige Aktualisierungen benötigt, um Daten zu behalten.

Ein echter nichtflüchtiger Speicher benötigt im Vergleich dazu keine externe Stromversorgung, um Daten zu speichern.

Bevor EEPROMs und Flash-Speicher so weit verbreitet waren, bestand der einzig realistische Weg, einen (zugegebenermaßen gefälschten) nichtflüchtigen Speicher zu erreichen, darin, eine Art Batterie-Backup zu verwenden. Dies bedeutete, dass die Speichermenge stark begrenzt war, um den Strombedarf auf ein Minimum zu beschränken und damit die Zeitdauer zu erhöhen, für die Daten gespeichert werden konnten.

Heutzutage haben sich nichtflüchtige Speichertechnologien zwar beträchtlich weiterentwickelt und uns eine enorme Datendichte beschert, aber es fehlt ihnen immer noch die Schreibsicherheit und die Geschwindigkeit ihrer flüchtigen Verwandten.

Flash-Speicher

Für Flash-Speicher bietet Wikipedia die beste visuelle Interpretation einer Flash-Speicherzelle (beachten Sie, dass dies ein "NOR" -Gatter ist und dass der Prozess für ein NAND-Gatter zwar ähnlich ist, es jedoch Unterschiede gibt):

Bildbeschreibung hier eingeben

Grundsätzlich ist in Ihrem "Floating Gate" in diesem Bild Ihr Datenbit gespeichert, es ist ein elektrisch isolierter Bereich in der Schaltung. Sie leiten einen sehr hohen Momentstrom über die Kontakte des Gates (von der Source zum Drain und zum oberen "Control Gate") und infolge dieses hohen Stroms werden Elektronen in das schwebende Gate "injiziert" und speichern dort ein bisschen .

Da das Floating Gate keine direkten elektrischen Verbindungen hat, können die eingespeisten Elektronen nichts anderes tun, als auf dem Gate gefangen zu sitzen.

Der Zustand des Floating Gates kann relativ einfach bestimmt werden, da er die elektrischen Eigenschaften der Schaltung zwischen Source und Drain beeinflusst. Das Problem tritt auf, wenn Sie versuchen, dieses Bit zurückzusetzen. Es ist ein starker Strom erforderlich, um erneut Elektronen aus dem schwebenden Gate "abzusaugen". Dies führt zu einer Beschädigung der Isolierung und begrenzt somit die Häufigkeit, mit der die Zelle beschrieben und gelöscht werden kann.

Aufgrund der Anforderungen an einen hohen Löschstrom ist das Löschen einer Speicherzelle langsam und daher viel langsamer als ein DRAM, der schnell und ohne übermäßige Kosten in Bezug auf Strom oder Spannung geändert werden kann.

FRAM

FRAM ist ein nichtflüchtiger Speicher, der elektrische Ströme verwendet, um die magnetische Ausrichtung von Abschnitten eines Eisenmaterials zu ändern, und dann viel Elektronik benötigt, um diese Daten zurückzulesen, aber die Daten können viel einfacher geändert werden als Flash. Infolgedessen ist es viel schneller als FLASH-Speicher, hat jedoch eine viel geringere Datendichte und ist für Massenspeichergeräte weniger nützlich.

Andere

Es gibt andere Methoden zum nichtflüchtigen Speichern und Lesen von Daten, wie z. B. den "Phase Change Memory" ( PRAM ), bei dem die Struktur eines kristallinen Materials mithilfe eines elektrischen Stroms geändert wird und dessen elektrische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zustand ändern es befindet sich in und ist somit elektronisch "lesbar".

Wie ich bereits erwähnte, bestehen die Hauptnachteile bei all diesen Speichern darin, dass sie entweder langsamer sind, eine geringere Datendichte aufweisen oder andere Anforderungen oder Probleme haben, die sie daran hindern, in den Mainstream-Gebrauch einzutreten.

Dieser Wikipedia-Artikel ist ein guter Anfang, wenn Sie mehr über das Thema erfahren möchten. Er enthält mehrere Links zu verschiedenen Arten von nichtflüchtigem Speicher .


"Bevor EEPROMs und Flash-Speicher so weit verbreitet waren, bestand der einzig realistische Weg, einen (zugegebenermaßen gefälschten) nichtflüchtigen Speicher zu erreichen, darin, eine Art Batterie-Backup zu verwenden." -- Nicht wahr. Bevor es überhaupt EEPROMs und Flash-Speicher gab, gab es Ferritkernspeicher , die nichtflüchtig waren. Ferritkern wurde als Hauptspeicher in Computern verwendet, bis der Halbleiterspeicher (sowohl SRAM als auch DRAM) Ende der 1970er Jahre zuverlässig und kostengünstig wurde.
Sägemehl

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HowStuffWorks sagt

Die angeregten Elektronen werden durch die dünne Oxidschicht gedrückt und auf der anderen Seite eingefangen, wodurch sie eine negative Ladung erhalten.

Die Elektronen in den Zellen eines Flash-Speicherchips können durch Anlegen eines elektrischen Feldes, einer Ladung mit höherer Spannung, auf den Normalwert ("1") zurückgebracht werden.

Ich finde diese Erklärung etwas unbefriedigend, aber es ist ein Anfang.


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Hier ist eine Analogie, die mir gerade eingefallen ist und die verdammt noch mal einen Wert hat oder auch nicht. Stellen Sie sich einen Glaskasten vor, der oben und unten durch einen eingefahrenen horizontalen Verschluss in zwei Hälften geteilt ist. Stellen Sie sich einen Ping-Pong-Ball und einen leistungsstarken Lüfter in der Basis vor. Wenn Sie den Lüfter einschalten (um den Flash-Speicher mit Strom zu versorgen), befindet sich die Ping-Pong-Kugel immer noch im unteren Bereich, es sei denn, Sie ziehen die Barriere (die Oxidschicht) manuell zurück. In diesem Fall schiebt der Lüfter sie nach oben. Wenn Sie die Schranke schließen, während der Lüfter eingeschaltet ist, bleibt der Tischtennisball oben hängen, auch nachdem Sie den Lüfter wieder ausgeschaltet haben.
Shinrai
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