Архитектура Flash-памяти

PC-Card Flash бывают двух типов: PCMCIA Linear Flash Card и ATA Flash Card

(Flash Disk). Linear встречается намного реже ATA flash и не совместим с

последним. Отличие между ними состоит в том, что ATA Flash содержит в себе

схему, позволяющую эмулировать обычный HDD, автоматически помечать

испорченные блоки, и производить автоматическое стирание блоков.

Compact Flash (CF)

Интерфейс: параллельный, 50-ти контактный, соответствует стандарту PCMCIA

ATA. Стандарт разработан компанией SanDisk в 1994 году. Разработчики

формата Compact Flash поставили цель: сохранить все преимущества карт ATA

Flash, преодолев их основной недостаток - большие размеры. Конструкция карт

CompactFlash обеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом.

Разъёмы Compact Flash расположены на торце карты, электрически и

функционально повторяя назначение контактов PCMCIA. Таким образом, чтобы

установить CompactFlash в слот PCMCIA достаточно простейшего адаптера CF-

PCMCIA, повторяющего своими размерами обычную PC-Card. Карты бывают двух

типов: I и II (первого и второго типа). Карты типа II толще карт типа I на

2 мм, других существенных отличий между этими картами нет. CF I можно

использовать в устройствах, снабженных разъемами CF II и CF I. CF II можно

использовать только в устройствах с разъемами CF II (т.е. CF II типа

обратно совместим с CF I типа). Compact Flash II типа были разработаны

тогда, когда возникла необходимость в картах большого объема. Сейчас

необходимости в картах CF II отпала, так как CF I догнали по объему карты

CF II, так что карты второго типа постепенно теряют популярность. Карты

Compact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В. В отличие от карт

SmartMedia, которые существуют в двух версиях (трёх- и пяти- вольтовой),

любая карта CF способна работать с любым из двух видов питания. 16 июня

2003 года была утверждена спецификация v2.0. Скорость передачи данных

согласно новой спецификации может достигать 16MB/s, при этом обеспечивается

обратная совместим ость - карты, выпущенные по спецификации 2.0, будут

работать в старых устройствах, но с меньшей скоростью. Произведенные по

современным технологиям чипы флэш-памяти могут оперировать на скоростях 5-7

MB/s, так что теоретический предел в 16 MB/s оставляет солидный запас для

роста. В ближайшее время будут приняты дополнения, позволяющие CF работать

в режиме DMA, а в 2004 году - Ultra DMA 33, что позволит работать картам

CompactFlash с быстродействием до 33 MB/s. Сегодня теоретический предел

емкости для CF составляет 137 GB. Следует заметить, что будущее CF вполне

определенно благодаря тому, что в этом типе карт реализовываются давние

наработки ATA, успешно прошедшие испытание временем на компьютерных жестких

дисках.

SmartMedia (SSFDC – Solid State Floppy Disk Card)

Интерфейс: параллельный, 22-х контактный. Разработана в 1995 году

компаниями Toshiba и Samsung.

8 из 22-х контактов карты используются для передачи данных, остальные

используются для питания микросхемы, управления и несут на себе другие

вспомогательные функции. Толщина карты всего лишь 0,76мм. SmartMedia -

единственный формат флэш-карт (из тех, которые мы здесь рассматриваем), не

имеющий встроенного контроллера. Карты SmartMedia бывают как на одном, так

и на двух чипах NAND. Существует две разновидности SmartMedia: 5-и и 3-х

вольтовые (внешне отличаются маркировкой и тем, с какой стороны у карты

скошен угол: у 5В SmartMedia он скошен слева, а у 3,3В - справа). На карте

имеется специальное углубление (в форме кружочка). Если в это место

приклеить соответствующей формы токопроводящий стикер, то карта будет

защищена от записи. По сравнению с другими картами флэш-памяти, в которых

используется полупроводниковая память, размещённая на печатной плате вместе

с контроллером и другими компонентами, SmartMedia устроена очень просто.

Карта собирается без пайки и, кроме микросхемы NAND-памяти, не содержит в

себе никакой другой микроэлектроники.

xD-Picture Card

Интерфейс: параллельный, 22-х контактный. Анонсирован в 30 июля 2002 года

компаниями Fujifilm и Olympus.

По словам разработчиков, XD следует расшифровывать как eXtreme Digital.

Теоретически емкость карт xD может достигать 8ГБ. Сообщается, что скорость

записи данных на xD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения - 5

Мбайт/с. Размеры карты: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакты у XD расположены, так же

как и у SmartMedia, на лицевой части карты. На вопросы пользователей, не

будет ли проблем с такими контактами, представители компании объясняют, что

с контактами такой конструкции нужно быть очень бережным и протирать их

сухой тряпочкой в случае загрязнения или попадения на них влаги

(единственные карты с таким "свойством", не считая SM). Как и SmartMedia,

xD не содержит контроллера. Карта разработана в качестве замены SmartMedia

и продается по сравнимой со SmartMedia цене (возможно, из-за отсутствия

встроенного контроллера), благо чипы для xD-Picture Card производятся

Toshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.

MMC (MultiMedia Card)

Интерфейс: последовательный, 7-ми контактный. Разработана в 1997 году

компаниями Hitachi, SanDisk и Siemens Semiconductors (Infineon

Technologies). Карты MMC содержат 7 контактов, реально из которых

используется 6, а седьмой формально считается зарезервированным на будущее.

По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточка состоит

из пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхема

памяти, микроконтроллер и разведены контакты.

Назначение контактов MMC:

1 контакт на передачу данных (в SPI - Data out)

1 контакт на передачу команд (в SPI - Data in)

1 часы

3 на питание (2 земли и 1 питание)

1 зарезервирован (в SPI режиме - chip select)

По протоколу MMC данные и команды могут передаваться одновременно.

MultiMedia Card работает с напряжением 2.0В - 3.6В, однако спецификацией

предусматриваются карты с пониженным энергопотреблением - Low Voltage MMC

(напряжение 1.6В - 3.6В). Для совсем уж мобильных устройств Hitachi

выпускаются укороченные карты MMC длиной всего 18мм, вместо обычных 32-х.

Карты MMC могут работать в двух режимах: MMC и SPI (Serial Peripheral

Interface). Режим SPI является частью протокола MMC и используется для

коммуникации с каналом SPI, который обычно используется в микроконтроллерах

Motorola и других производителей. Стандарт SPI определяет только разводку,

а не весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используется

подмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использования

в устройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно

одну). С точки зрения приложения преимущество использования режима SPI

состоит в возможности использования уже готовых решений, уменьшая затраты

на разработку до минимума. Недостаток состоит в потере производительности

на SPI системах, по сравнению с MMC. Кроме описанного нами обычного MMC,

существуют еще несколько стандартов карт MMC, такие как: RS-MMC, HS-MMC, CP-

SMMC, PIN-SMMC. Утвержденный MMCA (MMC Association – ассоциация

производителей MMC) в конце 2002 года стандарт RS-MMC (Redused Size MMC)

отличается от обычной MMC только габаритами – карта приблизительно в два

раза меньше обычного MMC. Размеры карт RS-MMC - 24 x 18 x 1.4 мм, вес 0,8

г. HS -MMC – высокоскоростная (High Speed) MMC-карта у которой не 7, а 13

контактов. Размеры карты как у обычной MMC. В режиме x8 (52Mhz) скорость

передачи данных в теории может достигнуть 52MBps. Форматы CP-SMMC и PIN-

SMMC мы рассмотрим позднее, в разделе SDMI-совместимые карты памяти.

SD Card

Интерфейс: последовательный, 9-ти контактный. Формат разработан компаниями

Matsushita, SanDisk, Toshiba в 2000 году. SD-Card работает с напряжением

2,0В - 3,6В, однако спецификацией предусматриваются SDLV-карты (SD Low

Voltage) с пониженным энергопотреблением (напряжение 1,6В - 3,6В), кроме

того, спецификацией предусмотрены карты толщиной 1,4мм (как у MMC), без

переключателя защиты от записи. Фактически карточки SD являются дальнейшим

развитием стандарта MMC. Флэш-карты SD обратно совместимы с MMC (в

устройство с разъемом SD можно вставить MMC, но не наоборот).

Основные отличия от MMC:

. По сравнению с MMC, в SD на 2 контакта больше. Оба новых контакта

используются как дополнительные линии передачи данных, а тот контакт,

который в MMC был декларирован как зарезервированный, в SD

используется для передачи данных. Таким образом, по сравнению с MMC,

где данные передаются по одному-единственному контакту, в SD данные

могут передаваться по 4-м контактам одновременно (число линий, по

которым передаются данные, может быть равно 1, 2 и 4, причём

количество используемых линий можно динамически изменять). Эта

особенность переводит карту из разряда карт с чисто последовательным

интерфейсом в разряд карт с последовательно-параллельным интерфейсом.

. В отличие от MMC, SD изначально соответствует соглашениям SDMI (т.е.

карты SD содержат т.н. механизм защиты авторских прав). Скорее всего,

именно по этой причине карты и получили свое название: SD-Card -

SecureDigital Card. Множество значений слова Secure находится в

диапазоне глаголов [охранять, обезопасить, запирать, овладевать,

достигать, брать под стражу] и прилагательных [спокойный, безопасный,

надёжный, застрахованный]. Digital, видимо, следует понимать как

цифровой, а как правильно перевести всё вместе я предлагаю подумать

вам самим.

. На карточке присутствует переключатель защиты от записи - write

protection switch (как на дискетах)

. MMC по спецификации работает на частотах до 20МГц, SD на частотах до

25МГц.

. В режиме SPI карты SD работают по протоколу SD-Card, а не по протоколу

MMC.

. Добавлен один дополнительный внутренний регистр, часть остальных

несколько отличаются от аналогичных в MMC.

. Обычно карточка несколько толще и тяжелее MMC.

. За счёт более толстой пластиковой оболочки, улучшена стойкость карты к

статическим разрядам (ESD Tolerance).

Несколько удивляет отсутствие прямой совместимости между этими двумя видами

карт (т.е. то, что SD неспособна работать по протоколу MMC). Если

внимательно рассматривать спецификации обоих типов карт и не обращать

внимания на то, что SD может быть толще MMC, то отсутствие такой

совместимости даже удивляет, поскольку реализовать её было несложно, да и

выглядело бы это очень естественно. Что наводит на мысль о том, что, хотя

подобную совместимость можно было реализовать без особых трудностей, SD

намеренно разработана не как расширение спецификации MMC, а как отдельный

конкурирующий стандарт.

Sony Memory Stick:

Интерфейс: последовательный, 10-ти контактный. Разработана в 1998 году

компанией Sony. Особенных технических инноваций в MemoryStick не заметно,

разве что переключатель защиты от записи (Write Protection Switch) выполнен

действительно грамотно, да контакты хорошо упрятали. До недавнего времени

голубые "палочки памяти" использовалась исключительно в цифровой фото-,

аудио- и видео- технике фирмы Sony. В настоящее время Sony активно

продвигает свой формат, и лицензирует технологию другим производителям.

На питание у MemoryStick отведено 4 из 10 контактов, еще 2 контакта

зарезервированы, один контакт используется для передачи данных и команд,

один для синхронизации, один для сигнализации состояния шины (может

находится в 4-х состояниях), а один (sic!) для определения того, вставлена

карта, или нет. Карта работает в полудуплексном режиме. Максимальная

частота, на которой может работать карта - 20МГц. Зарезервированные

контакты (по непроверенным данным) используются в устройствах на базе

интерфейса MemoryStick (фотокамерах для Clie [PEGA-MSB1], модулей GPS [PEGA-

MSC1]и bluetooth [PEGA-MSG1]). Существует разновидность Memory Stick -

Memory Stick Magic Gate (сокращенно MG). От обычного Memory Stick, MG

отличается лишь цветом (цвет карточки - белый) и поддержкой механизма

"защиты авторских прав" - Magic Gate (об этой технологии подробнее будет

сказано в разделе “SDMI-совместимые карты памяти”). Благодаря поддержке

этой технологии карточка и получила свое название. Механизм защиты,

реализованной в MG, соответствует соглашениям SDMI. Пытаясь угнаться за

малым весом и размерами конкурирующих форматов (SD/MMC), в 2000 году Sony

разработала ещё один формат - Memory Stick Duo. От обычного MemoryStick,

Duo отличается меньшими размерами и весом. При использовании MemoryStick

Duo в устройствах, предназначенных для обычных MemoryStick, требуется

специальный адаптер. Также существует модификация этого формата флэш-памяти

- Memory Stick Duo MG. Карточки Duo появились в продаже с июля 2002 года.

На январской выставке Consumer Electronics Show 2003 была представлена

карта MemoryStick Pro, разработанная Sony совместно с SanDisk. Новая

модификация карт Sony имеет те же размеры и такое же количество контактов,

как и у обычных MemoryStick. Однако карта не совместима со старыми

MemoryStick (в разъеме, предназначенном для обычных MemoryStick, карточка

MemoryStick Pro работать не будет, однако обратная поддержка реализована –

в разъеме для карточек Pro, обычный MemoryStick читается).

Технически карточки Pro отличаются от обычных MemoryStick тем, что работают

на более высокой частоте (40MHz), а данные передаются по четырем линиям,

вместо одной. Кроме того, все карточки Pro “в нагрузку” поддерживают

MagicGate. Пропускная способность интерфейса 160Mbps, или 20MB/s (4 линии x

40 MHz), однако с таким быстродействием карточка долго работать не может –

на такой скорости способен работать только внутренний кэш, а по его

заполнении карточка будет работать с пропускной способностью 15mbps.

Вывод: «Война стандартов» на рынке флэш-карт продолжается уже не первый

год, и конца ей не видно. Производители разрабатывают все новые форматы

карт, в то время как старые до сих не желают исчезать. Практически можно

говорить лишь о смерти устаревшего достаточно давно стандарта SmartMedia,

хотя какая ж это смерть, если карты продолжают выпускаться (пусть и

остановившись в развитии), выходят новые устройства, рассчитанные именно на

этот стандарт, да и старых на руках сохраняется немало. Однако некоторые

тенденции уже просматриваются. В частности, продолжают терять свою долю

карты CompactFlash: еще не так давно они (и поддерживающие их устройства)

на рынке доминировали (по разным оценкам, доля формата составляла порядка

70-80%), в то время как сейчас они уже потеряли лидирующие позиции. Новым

победителем, как многие и предсказывали, становится SecureDigital. Эти

карты меньше, что упрощает их применение, интерфейс проще, конструкция

надежней, скорости постоянно растут. Единственное, что мешает SD одержать

безоговорочную победу — ориентация многих производителей техники на свои

форматы. Впрочем, что касается последнего, то наиболее ходовые объемы в 256-

512 Мбайт производителями уже освоены, а широкое распространение карт

емкостью 1 Гбайт и больше не за горами.

Литература:

. Г93 Аппаратные средства IBM РС. Энциклопедия, 2-е. – СПб.: Питер, 2001

928 с.: ил. Автор – Михаил Гук

. А. Жаров Ж35 "Железо IBM 2000" Москва: "МикроАрт", 352с.

Internet:

1) http://www.ixbt.com/storage.shtml

2) http://www.itc.ua/

3) http://www.ak-cent.ru/?parent_id=9842

-----------------------

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

ІСУЕП 04254.009

Разраб.

Крывонижко К.Н.

Провер.

Рудаков К.С.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Романкевич

Архитектура Flash-памяти

Лит.

Листов

30

ІСУЕП

ІСУЕП 04254.009

15

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

ІСУЕП 04254.009

4

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ІСУЕП 04254.009

3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Изм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

ІСУЕП 04254.009

ІСУЕП 04254.009

9

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ІСУЕП 04254.009

14

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ІСУЕП 04254.009

16

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ІСУЕП 04254.009

17

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ІСУЕП 04254.009

17

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ІСУЕП 04254.009

13

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ІСУЕП 04254.009

11

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

ІСУЕП 04254.009

10

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

26

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

28

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

18

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

27

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

23

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

24

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

25

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

ІСУЕП 04254.009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

29

ІСУЕП 04254.009

ІСУЕП 04254.009

30

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Страницы: 1, 2, 3