Flash-Speicher
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Funktionsprinzip·Anwendung·Zukunft Einführung Technik ◦ Wieso „Flash“? ◦ 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 Genaue Bezeichnung: Flash-EEPROM Halbleitertechnik Nicht flüchtig (non-volatil) Beispiele für Verwendung ◦ USB-Sticks, Speicherkarten, zur Speicherung von Firmware, Solid State Drives und Hybridfestplatten 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 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 ähnelt einen FET 2 Gates: Control Gate; Floating Gate Elektronen auf CG verändern Schwellspannung Elektronen auf FG kodieren Bit Strom kann bei ungeladenen Zustand durch den Kanal fließen CHE: Channel Hot Electron Verfahren um benötigte Spannung zu reduzieren Source-Drain-Strecke dient als Elektronenbeschleuniger Erzeugt durch elektrisches Feld einen leitenden Kanal zwischen Source und Drain 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 Deutliche Unterschiede bei Schreib- und Leserate Speicherzellen sind über Datenleitungen parallel geschaltet Zugriff kann wahlfrei und direkt erfolgen Serienschaltung Beim Auslesen einer einzelnen Zelle – müssen die anderen in der Kette maskiert werden Wird Blockweise über interne Register angesprochen NOR- Flash: NAND - Flash: + einfacher ansteuerbar + schnelleres Lesen + + + + - relativ teuer keine hohe Speicherdichte Verwendung: Bootcodeund Firmwarespeicher 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 NANDFlash ◦ 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 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 Nicht Flüchtig Geringer Energieverbrauch Resistent gegen Erschütterungen und magnetischen Feldern Geringes Gewicht Geräuschlos Sehr hohe Datendichte Kurze Zugriffszeiten (im Vergleich zu Festplatten Teurer als Festplatten und optische Speicher Langsamer als RAM Löschen nur ganzer Sektoren Komplexe Ansteuerung Begrenzte Anzahl von Schreibzyklen 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 Mischung aus persistenten Halbleiterspeicher und magnetischen Speicher Soll Lese-/Schreibkopf entlasten Ansatz zur Verbindung von Vorteilen von Flash- und traditionellen Festplattenspeicher Danke für Eure Aufmerksamkeit
