Флеш-память, широко известная в обиходе как «флешка», является типом твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Это означает, что данные сохраняются даже при отключении питания. Она выдерживает практически неограниченное количество операций чтения, а количество циклов записи ограничено, хотя и достигает внушительных значений – порядка миллиона. В отличие от традиционных жестких дисков, флеш-память лишена движущихся частей, что делает ее устойчивой к механическим воздействиям. Благодаря своей компактности и надежности, она нашла широкое применение в портативных устройствах: фотоаппаратах, MP3-плеерах, смартфонах и других.
В основе флеш-памяти лежит массив ячеек, представляющих собой транзисторы с плавающим затвором. В классической реализации, с одноуровневыми ячейками (SLC), каждая ячейка хранит один бит информации. Однако, современные многоуровневые ячейки (MLC, TLC, QLC) позволяют увеличить плотность хранения, сохраняя несколько битов в одной ячейке за счет использования различных уровней электрического заряда на плавающем затворе.
Архитектура NOR
В основе архитектуры NOR лежит логический элемент «ИЛИ-НЕ». В транзисторе с плавающим затвором низкое напряжение на затворе соответствует логической единице. Каждый транзистор имеет два затвора: плавающий (Floating Gate) и управляющий (Control Gate), а также сток и исток. Плавающий затвор, полностью изолированный диэлектриком, способен удерживать захваченные электроны в течение длительного времени (до 10 лет). Программирование ячейки осуществляется путем подачи напряжения на управляющий затвор, создавая электрическое поле, достаточное для возникновения туннельного эффекта. В результате, часть электронов туннелирует через слой диэлектрика и попадает на плавающий затвор, изменяя тем самым ширину канала сток-исток и его проводимость. Это изменение проводимости используется при чтении информации.
Процессы программирования (записи) и чтения значительно отличаются по энергопотреблению: запись требует относительно высокого тока, в то время как чтение – минимального. Для стирания информации на управляющий затвор подается высокое отрицательное напряжение, вызывая перемещение электронов с плавающего затвора на исток. Одним из недостатков NOR-архитектуры является необходимость индивидуального контакта к каждому транзистору, что увеличивает размеры чипа.
Архитектура NAND
В основе NAND-архитектуры лежит логический элемент «И-НЕ». Принцип работы аналогичен NOR, однако существенное отличие заключается в топологии расположения ячеек и схеме подключения контактов. В NAND-архитектуре не требуется индивидуальный контакт к каждой ячейке, что позволяет значительно уменьшить размер чипа и снизить его стоимость. Запись и стирание данных происходят быстрее, чем в NOR. Однако, недостатком является невозможность произвольного доступа к отдельной ячейке – доступ осуществляется блоками.
Обе архитектуры, NOR и NAND, существуют параллельно, не конкурируя напрямую, и находят применение в различных областях, определяемых их характеристиками и преимуществами.
