Flash it. Как работает флэш-память
Life-Hack [Жизнь-Взлом]/ХакингФлэш-память содержит в себе кристалл кремния, на котором размещены полевые транзисторы с плавающими и управляющими изолированными затворами. Стоит сказать, что полевые транзисторы имеют сток и исток. Так вот плавающий затвор транзистора способен удерживать заряд (электроны). Во время записи данных на управляющий затвор подается положительное напряжение и некоторая часть электронов направляется (двигается) от стока к истоку, отклоняясь к плавающему затвору. Часть электронов преодолевает тонкий слой изолятора и проникают в плавающий затвор, где и остаются на продолжительный срок хранения. Время хранения информации измеряется годами, но так или иначе оно ограничено.
Информация на флешке хранится в ячейках памяти, каждая из которых может запомнить один бит: 0 или 1. Флешка состоит из миллиардов таких ячеек памяти.
Ячейка памяти
Одна ячейка памяти — один бит. Одна буква в тексте — 8 бит или 1 байт. Текст, который занимает примерно 6 тысяч байт, чтобы сохранить его на флешку, потребует 48 тысяч ячеек памяти. Для нового эпизода Доктора Хауса в HD потребуется примерно 11 миллиардов ячеек памяти. Трудно представить себе, что они все легко поместятся на площади в 1 квадратный сантиметр.
Ячейка памяти — это транзистор. С двух сторон у него находится два полупроводника n-типа, у которых много свободных электронов, которые могут свободно двигаться, то есть переносить ток.
Между этими полупроводниками находится полупроводник p-типа, у которого, наоборот, недостаток электронов. Ток там переносится, соответственно, дырками от недостающих электронов.
Ток не может проходить между n-полупроводниками, потому что между ними находится p-проводник, а у них разный тип проводимости.
Но над p-полупроводником находится управляющий затвор. Это такой электрод, на который можно подать положительное или отрицательное напряжение. Если на него подать положительное напряжение, то он отодвинет дырки в p-полупроводнике и притянет электроны, поскольку противоположные заряды притягиваются.
Плавающий затвор окружен диэлектриком, чтобы электрончики с него не сбежали. Теоретически, ячейка памяти может хранить свое значение бесконечно, ну или по крайней мере десятки лет.
Получится так называемый n-переход, по которому может пройти электричество с одного полупроводника n-типа на другой и транзистор сможет проводить ток.
Между управляющим затвором и p-полупроводником есть металлическая пластинка — это плавающий затвор. Если ее зарядить отрицательно, то она будет мешать работе управляющего затвора, и транзистор не будет проводить ток вне зависимости от того, есть на управляющем затворе положительное напряжение или нет.
Как читаются данные
Чтобы проверить, что записано в ячейке памяти, ноль или единица, на управляющий затвор подают напряжение и проверяют, может ли идти по транзистору ток:
- — Если на управляющем затворе есть избыток электронов, то ток идти не будет, значит это единица.
- — Если на управляющеи затворе избытка электронов нет, то ток пойдет, значит это ноль.
Как записываются
Чтобы записать единичку в ячейку памяти, надо на плавающий затвор закинуть электронов. Но это не так-то просто сделать, потому что плавающий затвор окружен диэлектриком, который, как известно, не проводит ток.
Туннельный эффект — явление, возможное только в квантовой механике, когда, благодаря своим волновым свойствам, электрон перепрыгивает с одного места на другое. То есть он оказывается по ту сторону диэлектрика, не проходя через него. В классической механике такое невозможно.
Для того, чтобы поместить электроны в плавающий затвор, на управляющий затвор подают положительное напряжение — гораздо выше, чем при чтении. Часть проходящих электронов запрыгивают на плавающий затвор благодаря туннельному эффекту.
Стирание данных происходит точно так же, только вместо положительного напряжение на управляющий затвор подается отрицательное, и электроны спрыгивают с плавающего затвора.
История создания USB-флешек
История создания USB-флешки началась в Японии в 1984 году, когда компания Toshiba изобрела полупроводниковую перепрограммируемую флеш-память. А конкретно, первую флешку изобрёл японец Фудзи Масуока. В его компании было всего 5 человек. Кстати, название «флеш» придумал коллега Фудзи . Стирание информации с носителя сопровождалась вспышкой (фотовспышка с английского flash), и эта ассоциация легла в основу названия нового гаджета. Первый чип с флеш-памятью типа NAND появился в 1989 году. У него была большая плотность компановки, благодаря которой создавались микросхемы внушительных объёмов. В 1994-1996 годах был создан и разработан первый стандарт интерфейса USB.
В Конце 1990-ых возникла необходимость в создании накопителя, который по объёму и надёжности будет превосходить дискеты. Накопители Iomega Zip так и не смогли стать стандартом. Высокой цены и низкой надёжности были миниатюрные жёсткие диски Microdrive. Со временем компакт диски, которые позволяли хранить большой объём информации вытеснили накопители на гибких магнитных досках, но для их чтения необходим был оптический привод. В итоге самым популярным способом хранения и переноса информации были признаны накопители, подключаемые по интерфейсу USB с флеш-памятью типа NAND. Картридер или дополнительный привод этим накопителям был ненужен. Тем самым они зяняли первое место среди накопителей. Компактные, с большим объёмом, разнообразными дизайнами, они теперь как мобильные телефоны есть у всех.