11.2. Flash-память.

Микросхемы FLASH-памяти впервые были представлены фирмой Intel в 1988 году. Память нового типа является энергонезависимой, электрически стираемой и перепрограммируемой.

Запоминающий элемент (ЗЭ) микросхемы FLASH-памяти построен на одном МОП-транзисторе с плавающим затвором, выполненным по особой технологии. Полупроводниковая структура этого транзистора сходна со структурой ЗЭ репрограммируемого ПЗУ (ЭПРОМ) со стиранием информации ультрафиолетовым облучением. Но в отличие от последнего, новый ЗЭ содержит 2 плавающих затвора (ПЗ), причем толщина оксидного слоя между затвором и каналом проводимости уменьшена более чем в три раза. Следствием этого стали две особенности транзистора, которые и позволили создать память нового типа:

- напряжение, используемое для записи информации (для инжекции электронов в ПЗ), снизилось до 12 В;

- появилась возможность электрического стирания (удаления заряда с ПЗ) за счет туннельного эффекта при напряжении между стоком и управляющим затвором равным 12 В.

Эти особенности позволили обеспечить перезапись информации в составе микропроцессорной системы и во много раз увеличить число перезаписей.

В настоящее время можно выделить три группы микросхем FLASH-памяти:

- первого поколения, стираемые целиком (BULK - ERASE);

- с разделением массива памяти на блоки разного размера с различными уровнями защиты от электрического стирания (BOOT - BLOCK);

- третьего поколения с наибольшим размером массива, разделенного на блоки одинакового объем с независимым стиранием (FLASH - FILE).

Микросхемы BULK - ERASE могут быть напрямую использованы вместо EPROM во встроенных системах и микроконтроллерах. Их основное преимущество — возможность электрического стирания при сохранении энергонезависимости. Если при использовании обычных ПЗУ процесс модификации хранимого в нем кода требует длительной процедуры стирания, для чего микросхему необходимо извлечь из платы и подвергнуть ультрафиолетовому облучению, то FLASH-память можно перепрограммировать под управлением процессора самой системы. По сравнению с EEPROM (электрически стираемым ПЗУ), отличающимся усложненной структурой ЗЭ, а следовательно, имеющим ограничения на плотность их размещения на кристалле, FLASH-память, использующая один транзистор на один ЗЭ, несомненно, выигрывает по плотности и себестоимости.

Микросхемы группы BOOT - BLOCK применяют для хранения BIOS в ПК. Они позволяют объединить BIOS, который теперь может быть обновлен прямо с дискеты, ОЗУ с неотключаемым питанием, где хранятся параметры ПК, и часть операционной системы, загрузочный код которой может быть защищен от несанкционированного или случайного стирания. Особенность FLASH - памяти в том, что ее содержимое нельзя стереть, не подав на специальный вход напряжение программирования +12 В.

Наконец, микросхемы группы FLASH - FILE используют для хранения большого объема данных в так называемых FLASH - картах - альтернативе жестким магнитным дискам. Ожидается, что в недалеком будущем FLASH-память заменит жесткие магнитные диски во многих областях применения, например, в портативных ПК типа “Notebook”. По времени доступа FLASH-память в 125...250 раз “быстрее” жесткого диска, однако уступает ему по информационному объему: в настоящее время он не превышает 40 Мбайт.

Число циклов стирания/записи микросхем FLASH-памяти - 100000. Один бит FLASH-памяти стоит чуть дороже одного бита динамического ОЗУ и в четыре раза дешевле одного бита статического ОЗУ. Благодаря полупроводниковой технологии FLASH-память потребляет значительно меньше энергии, имеет значительно меньшие размеры, легче, надежнее и устойчивее к механическим воздействиям, чем накопители на жестких магнитных дисках. Кроме того, важным преимуществом FLASH-памяти по сравнению с накопителями на жестких магнитных дисках является возможность прямого выполнения программного кода, т. е. исключается стадия “ перекачивания” кода программы в динамическое ОЗУ для выполнения программы.