闪存的工作原理

电子存储产品形式多样、用途各异。闪存可在数码相机和家用电子游戏机等设备中方便快速地存储信息。而用户更多地将其作为硬盘使用，而不是作为RAM。事实上，闪存被视为一种固态存储设备。固态意味着没有移动部件，各部件都是电子化的而不是机械化的。   以下各部件均属于闪存：   计算机的BIOS芯片   CompactFlash（常用于数码相机）   SmartMedia（常用于数码相机）   记忆棒（常用于数码相机）   PCMCIA Type I和Type II内存卡（用作笔记本电脑中的固态磁盘）   电子游戏机内存卡   本文将介绍闪存的工作原理、闪存的一些形式以及使用闪存的设备类型。   更多存储器！ 可移动闪存卡 尽管计算机的BIOS芯片是闪存最常见的形式，但可移动固态存储设备却越来越受欢迎。SmartMedia和CompactFlash卡都已是广为人之，特别是作为数码相机的“电子胶卷”之用。其他可移动闪存产品包括索尼的记忆棒、PCMCIA内存卡和电子游戏系统（如任天堂的N64、Sega的Dreamcast和索尼的PlayStation）的专用内存卡。我们将重点关注SmartMedia和CompactFlash，但所有这些产品的基本原理是相同的。它们当中的每一种产品都只是闪存的一种形式。   闪存优于硬盘的原因如下：   闪存无噪音。   访问速度更快。   尺寸较小。   更轻便。   没有移动部件。   为什么不多用闪存呢？原因是硬盘的单位成本要便宜得多，而且容量也大很多。   SmartMedia SmartMedia 卡    固态软盘卡(SSFDC)，更为人知的名字是SmartMedia，最初由东芝公司开发完成。   SmartMedia卡存储能力最小2MB，最大128MB。这种卡本身非常小，约45毫米长，37毫米宽，厚度不到1毫米。而这个小产品的制作工艺会让您拍案叫绝！   如下图所示，SmartMedia卡的设计优雅简单。一块平面电极通过结合线连接到闪存芯片。闪存芯片、平面电极和结合线通过一种称为薄型顶部成形封装(OMTP)的技术嵌入到一块树脂中。通过该技术，可以将任何部件集成到一个组件中，而无需焊接。      将OMTP模块粘接到卡座后，卡的主要部件就完成了。将卡插入设备时，电极将向闪存芯片输送电流和数据。缺角指示SmartMedia卡所需的电压。使电极朝向观察闪存卡的一侧，如果凹口位于左侧，则需要5伏特。如果凹口位于右侧，则需要3.3伏特。   SmartMedia卡以较小的块单位（增量为256字节或512字节）对内存进行擦除、写和读操作，通过这种方法能获得快速可靠的性能，同时还可以指定要保留的数据。SmartMedia卡小巧、轻便并且简单易用。它不如其他形式的可移动固态存储器那么坚固，因此在使用和存放时要非常谨慎。   CompactFlash CompactFlash卡由Sandisk在1994年开发，与SmartMedia卡的主要不同在于以下两个方面：   较厚。   采用一块控制器芯片。   CompactFlash内置一块小型电路板、若干闪存芯片和一块专用的控制器芯片，并且都包装在一块坚固的外壳内，比SmartMedia卡要厚出数倍。   如下图所示，CompactFlash卡宽43毫米，长36毫米，有两种厚度：Type I卡厚3.3毫米，Type II卡厚5.5毫米。   CompactFlash 卡    CompactFlash卡支持双重电压，在3.3伏和5伏两种环境下都可操作。   厚度较大使得CompactFlash卡比SmartMedia卡具有更大的存储容量。CompactFlash容量最小为8MB，最大为6GB。板载控制器可以提高性能，尤其在配置有速度较慢的处理器的设备上更是如此。与SmartMedia卡相比，这种容器和控制器芯片增加了CompactFlash卡的尺寸、重量和复杂性。   内存标准 SmartMedia和CompactFlash以及PCMCIA Type I和Type II内存卡都符合PC机内存卡国际联合会(PCMCIA)制定的标准。有了这些标准，就会更便于在各种设备中使用CompactFlash和SmartMedia产品。您也可以购买适配器，以通过标准的软盘驱动器、USB端口或PCMCIA卡插槽（类似于笔记本电脑上的插槽）来访问这些卡。索尼的记忆棒在索尼提供的许多产品中都可以使用，现在也开始出现在其他制造商的产品中。   尽管这些标准取得了成功，但也有许多闪存产品本质上是完全享有专利权的，如电子游戏系统中的内存卡。不过，随着电子元件日具互换性，并学会”互相沟通“（通过蓝牙等技术），标准化的可移动内存将使您可随手掌控您的生活。   2006年9月，三星宣布开发 PRAM（Phase-change Random Access Memory，相变随机存取存储器）。这种新型存储器致力于将RAM快速处理与闪存非易失特性合而为一，有些人将其昵称为“超完美RAM”。PRAM旨在将速度提高到比传统闪存快30倍，而生命周期提高10倍。三星计划第一批PRAM芯片在2010年进入商用领域，以512Mb的容量。这些芯片也可能用于手机和其他移动设备 计算机存储器工作原理   RAM的工作原理   虚拟内存工作原理   只读存储器工作原理   可移动存储器工作原理   BIOS工作原理   我们已在只读存储器工作原理中讨论了闪存的基本技术，本文仅做简单回顾：   闪存是一种EEPROM芯片。它包含一个由若干行和列组成的网格，其中各个交汇处均有一个含有两个晶体管的单元。 闪存工作原理   这两个晶体管由一层薄氧化层隔开。两个晶体管分别称为浮点门和控制门。浮点门只能通过控制门连接到行，即字元线。一旦连接，该单元值将为1。若要将值更改为0，需要经过名为Fowler-Nordheim隧道效应的奇妙过程。接下来，我们将介绍隧道效应。隧道效应和擦除 隧道效应用于更改浮点门中的电子位置。浮点门通常采用10到13伏之间的电荷。电荷来自列，即位元线，进入浮点门，并排入地面。   通过这些电荷，浮点门晶体管可具有类似电子枪的作用。将激发的电子推入薄氧化层并在薄氧化层的另一面将其捕获，使其带有负电荷。这些带负电荷的电子在控制门和浮点门之间起到障碍物的作用。一种称为单元传感器的特殊设备用于监控通过浮点门的电荷水平。如果通过浮点门的电流超过电荷的50%，则值为1。通过的电荷低于50%的限制时，值更改为0。在一个空白EEPROM中，所有门完全打开，每个单元值均为1。   通过使用电场（一种高压电荷），闪存芯片各单元中的电子可恢复正常值（“1”）。闪存通过内电路布线将电场应用于整个芯片或预先确定的区域（称为块）。这将擦除芯片的目标区域，该区域可在以后重新写入数据。闪存每次不是擦除一个字节，而是每次擦除一个块或整个芯片，然后再进行重写，因此比传统 EEPROM速度更快。   您可能会想到车载收音机装有闪存，因为您可以设计预设值，车载收音机能够记住预设值。但实际上车载收音机使用的是Flash RAM。区别是Flash RAM必须通过电源来保留其中的内容，而闪存则无需任何外部电源即可保留其数据。即使关掉电源，车载收音机也在使用很小的电流来保留Flash RAM中的数据。因此，如果您的车载电池电量耗尽或线路断开，收音机预设值将丢失。