Arhitektura računarskih sistemaSeminarski rad:Fleš memorijaPredmetni nastavnik: Student:

Datum predaje15.12.2006Fleš memorija

2/9TABELA SADRŽAJAUVOD U FLEŠ MEMORIJU....................................................................................................................3PRINCIPI RADA FLEŠ MEMORIJE........................................................................................................3USB FLASH DRIVE ...............................................................................................................................6OGRANIČENJA FLEŠ MEMORIJE .........................................................................................................7FLEŠ FAJL SISTEMI .............................................................................................................................7KAPACITET FLEŠ MEMORIJE...............................................................................................................8BRZINA FLEŠ MEMORIJE.....................................................................................................................8OŠTEĆENJE PODATAKA NA FLEŠ MEMORIJI .....................................................................................8ZAKLJUČAK .........................................................................................................................................8SPISAK KORIŠĆENIH MATERIJALA ....................................................................................................9TABELA SLIKA.....................................................................................................................................9Fleš memorija Stefan Markić 36/063/9UVOD U FLEŠ MEMORIJUFleš memorija je računarska memorija koja može da čuva podatke čak i kada nije podnaponom, a može se brisati i reprogramirati elektronskim putem. Zasnovana je na tehnologijimemorijskih kartica kao što su memorijske kartice za digitalne foto aparate, palmtop računare,

telefone, konzole za video igrice, audio plejere itd. Za razliku od EEPROM-a (ElectronicallyErasable Programmable Read-Only Memory), brisana je i reprogramirana u blokovima koji susačinjeni od višestrukih lokacija. Fleš memorija košta mnogo manje od EEPROM-a, i baš zbogtoga, ova tehnologija memorijskih kartica je postala dominatna na tržištu od kako se pojavioUSB flash drive, koji se koristi za čuvanje i razmenu podataka između računara.Pored karakteristike što joj nije potrebno električno napajanje za čuvanje podataka, flešmemorija nudi i brz pristup podacima (doduše, ne tako brz kao što to nudi DRAM, kojem je, sadruge strane, potrebno konstantno napajanje). Još jedna vrlo važna karakteristika flešmemorije je i ta što ima bolju otpornost na kinetičke šokove u odnosu na hard diskove. Gotovoje fizički neuništiva kada je upakovana u neku memorijsku karticu, koju koristi neki digitalniuredjaj.Slika 1. Fleš memorija, ugrađena na memorijsku karticu USB flash drive-aPRINCIPI RADA FLEŠ MEMORIJEFleš memorija smešta informacije u redove FTG-a (Floating Gate Transistors) koji senazivaju "ćelijama", i svaki od njih smešta po jedan bit informacije. Uređaji novijih generacija,koji koriste fleš memoriju, mogu da smeštaju više od jednog bita informacija po ćeliji, koristećiviše od dva nivoa električnog punjenja, i svaka sledeća informacija je smeštena na "lebdećem"ulazu ćelije.Kod Fleš-a, svaka ćelija izgleda slično kao i ćelija kod standardnog MOSFET-a (Metal OxideSemiconductor Field-Efect Transistor), osim što ima dva ulaza umesto jednog. Jedan ulaz(gate), kao i kod ostalih MOS tranzistora, je kontrolni ulaz (CG), ali drugi ulaz je lebdeći ulaz(FG), izolovan jednim oksidnim slojem koji se nalazi svuda oko njega. Lebdeći ulaz se nalaziizmeđu kontrolnog ulaza i podloge. Pošto je lebdeći ulaz izolovan njegovim oksidnim slojem,bilo koji elektron koji se nađe na njemu ostaje zarobljen tu, i na taj način smešta informaciju.Kada se elektroni nalaze na lebdećem ulazu, oni modifikuju (delimično prekidaju) električnopolje koje se javlja sa kontrolnog ulaza, što modifikuje naponski impuls (Vt) ćelije. Na tajnačin, kada je ćelija "očitana" postavljanjem određenog naponskog impulsa na kontrolnomulazu, trenutno električno stanje će ili proticati ili neće proticati, u zavinosti od naponskogimpulsa (Vt) ćelije, koji je kontrolisan od strane broja elektrona na lebdećem ulazu. Ovoprisustvo ili odsustvo trenutnog električnog stanja je detektovano i prevedno u nule (0) ijedinice (1), reprodukujući tako smešteni podatak.Fleš memorija Stefan Markić 36/06

4/9U uređajima koji smeštaju više od jednog bita informacija po ćeliji (tzv. multi-level cell device),količina trenutnog proticanja će biti detektovana, da bi se utvrdio broj elektrona smeštenih nalebdećem ulazu.Slika 2. Dizajn fleš memorijeDa bi memorijska ćelija bila programirana, fleš kontrola dovodi kratak naponski impuls. Ovookida lavinski proboj u memorijskom tranzistoru koji puni lebdeći ulaz (tzv. hot-electroninjection). Na ovaj način, 1-Mbitni čip fleš memorije može biti programiran za dve sekunde, zarazliku od normalnih EEPROM-ova, međutim, brisanje čipa se izvršava istovremeno. Tokombrisanja, kontrola fleš memorije koristi trenutno prebacivanje brisanja za slanje impulsabrisanja u celo polje memorijske ćelije, pa se brišu sve memorijske ćelije. Vreme brisanja zacelu fleš memoriju je oko jedne sekunde.Slika 3. Blok dijagram fleš memorijeCentralni deo fleš memorije je matrica memorijskih ćelija. Ćelije su adresirane baferom adrese,koji prima signale adrese i prenosi ih do sektora redova i kolona, naizmenično. Fleš memorije,slično SRAM čipovima, ne izvršavaju multipleksiranje adrese. Dekoderi redova i kolonaselektuju jednu liniju reči i jedan, ili više parova bitskih linija, kao i u uobičajenommemorijskom čipu. Čitljivi podatak izlazi preko ulazno/izlaznog bafera podataka, ili se upisujeu adresiranu memorijsku ćeliju ovim baferom preko U/I ulaza.Fleš memorija Stefan Markić 36/065/9Procesi očitavanja, brisanja i programiranja se kontrolišu dvobajtnim instrukcijama, kojeeksterni mikroprocesor upisuje u registar instrukcija fleš kontrole. Za tipičnu fleš memorijudostupne su sledeće instrukcije: Čitanje memorije (Read Memory): fleš memorija obezbeđuje podatke preko pinovapodataka. Očitavanje identifikatora memorije (Red Identifier Code): fleš memorija obezbeđuje kodna pinovima podataka, koji označavaju vrstu i verziju čipa. Podešavanje brisanja/brisanja (Set-up Erase/Erase): priprema fleš memoriju za procesbrisanja i izvršava brisanje. Brisanje-potvrđivanje (Erase-Verify): briše sve memorijske ćelije i potvrđuje ovajproces. Podešavanje programiranja/programiranje (Set-up Program/Program): pripremaprogramiranje pojedinačnih memorjskih ćelija i izvršava ovaj proces. Programiranje-potvrđivanje (Program-Verify): izvršava programiranje i potvrđuje ovajproces. Resetovanje (Reset): resetuje fleš memoriju u definisano početno stanje.Proizvođač Vrsta Napon programiranja

AMD Am28F010 12 VAMD Am28F010A 12 VAMD Am29F010 5 VAtmel AT28C010 5 VAtmel AT28MC010 5 VAtmel ATAT29C010 5 VCatalyst CAT28F010 12 VCatalyst CAT28F010V5 5 VFujitsu 28F010 12 VHitachi HN28F101 12 VHitachi HN29C010 12 VHitachi HN29C010B 12 vIntel A28F010 12 VIntel 28FF001BX-B 12 VIntel 28F001BX-T 12 VMitsubishi M5M28F101P 12 VMitsubishi M5M28FRV 12 VMitsubishi M5M28F101VP 12 VSEEQ DQ28C010A 5 VSEEQ DQM28C010 5 VSEEQ DQ28C010A 5 VSGS Tompson M28F010 12 VSGS Tompson M28F1001 12 VTabela 1. Prepisive vrste memorije, korišćene za skladištenje BIOS-a na matičnim pločamaFleš memorija Stefan Markić 36/066/9USB FLASH DRIVEFleš memorija je postala dominantna na tržištu od kako se pojavio USB flash drive, kojise koristi za čuvanje i razmenu podataka između računara, i sve pohvale koja je fleš memorijapokupila krajem 20. veka pa sve do danas, dolaze upravo od USB flas drive-a. USB flash driveje mobilan i moćan memorijski uređaj – mali, lagan, prenosiv, mogućnost pisanja i brisanjapodataka. Danas, maksimalan kapacitet USB flash drive-a je zvanično 64GB, a pre samogodinu dana kapcitet od 1GB se smatrao luksuzom. Kapacitet je ograničen samo u zavisnostiod trenutne "gustine" fleš memorije.Slika 4. USB flash drive, prikazan sa američkim novčićem pri merenju dimenzijaUSB flash drive ima velike prednosti u odnosu na ostale prenosive memorijske uređaje.Kompaktniji su, generalno brži, mogu da nose veliku količinu podataka, i veoma su pouzdani(fizički pre svega). Moderni operativni sistemi kao što su Linux, Mac OS X, i Windows, imajuhardversku podršku za uređaje poput USB flash drive-a.Slika 5. USB flash drive dolazi u raličitim, ponekad i interesantnim oblicimaUSB flash drive, dolazi u različitim, a ponekad i interesantnim oblicima koji neretko čine uređajnezgodnim za korišćenje. Pošto su USB portovi na računarima uglavnom jedan do drugog, neki

USB flash drive specifičnog, oblika može da blokira ulaz do susednog USB porta.Fleš memorija Stefan Markić 36/067/9Karakteristike USB fleš drive-a: Prenos ličnih podataka – Uglavnom se koristi da bi čuvali i nosili sa sobom neke ličnepodatke kao što su dokumenti, slike, audio i video zapisi. Popravka računara i backup podataka – Često se na njemu drži neki antivirus programkao i ostali programi za softversko održavanje sistema. Sistemska administracija – Veoma je popularan kod sistemiskih i mrežnihadministratora, na kojem čuvaju podatke sa nekim konfiguracionim fajlovima, koji supovremeno potrebni za sistemsko i mrežno održavanje. Audio plejeri – Mnoge kompanije prave audio plejere u obliku USB flash drive-a.Najpopularniji audio plejer u ovakvom obliku je iPod, kompanije Apple Compute’s. Podizanje operativnih sistema – Može da posluži kao što funkcioniše i LiveCD nekogoperativnog sistema. Potreban je samo boot-abilni flash drive, tzv. Live USB. Igrice – Koristi se za snimanje i praćenje napretka u nekoj igrici.OGRANIČENJA FLEŠ MEMORIJEOno što ograničava fleš memoriju je to što se mora brisati jedan po jedan "blok". Ovogeneralno svim bitovima u ćeliji dodeljuje vrednost 1. Počevši od sveže obrisanog bloka, svakalokacija unutar tog bloka može biti programirana. Ipak, čim se bitu jednom dodeli vrednost 0,samo brisanjem celog bloka, bitu se može promeniti vrednost ponovo na 1. Drugim rečima,fleš memorija nudi nasumičan pristup operacije čitanja i programiranja, ali ne može da ponudibilo kakav nasumičan pristup ponovnom pisanju (rewrite) ili operaciji brisanja.U odnosu na hard disk, fleš memorija ima konačan broj ciklusa za brisanje i pisanje (erasewritecycles) tako da se ovo mora malo ozbiljnije uzeti u obzir, pogotovo ako na nekom USBflash drive-u držimo neki operativni sistem. Mnogi komercijalni fleš produkti garantuju 1 milionciklusa.Cena po bajtu fleš memorije ostaje i dalje značajno veća od cene hard diska (plus što imakonačan broj erase/write ciklusa), i ovo preventuje fleš da postane dobra zamena za harddiskove kod običnih desktop i laptop računara.FLEŠ FAJL SISTEMIZbog posebnih karakteristika fleš memorije, njena upotreba je najefikasnija ako sekoristi pod posebno dizajniranim fajl sistemima. Osnovni koncept "ispod haube" fajl sistema je:Kada magacin fleša treba da se ažurira, fajl sistem će napisati novu kopiju promenjenihpodataka na svež blok, postaviće nove pokazivače (pointer-e), i obrisaće stari blok kada budeimao vremena. Jedan od starijih fleš fajl sistema bio je Microsoft-ov FFS2, koji je korišćen zarad pod MS-DOS-om. Oko 1994. PCMCIA Industry Group je odobrila FTL (Flash TranslationLayer) specifikaciju, koja je dozvoljavala fleš uređaju da izgleda kao FAT disk. Drugi

komercijalni sistemi, kao što je FlashFX kompanije Datalight, su bili tako kreirani da bi izbegliprobleme sa patentima FTL-a.JFFS je bio prvi specificarni fleš fajl sistem za Linux, koji je ubrzo zamenjen fajl sistemomJFFS2, a 2003. se pojavio YAFFS. Ove fleš fajl sisteme uglavnom koriste digitalne kamere, fotoaparati i sl. uređaji.Fleš memorija Stefan Markić 36/068/9KAPACITET FLEŠ MEMORIJESvaki čip fleš memorije doseže kapacitet od kibibit-a (128 byte-a) do nekoliko gibibita(1,073,741,824 bit-a). Čipovi su glavnom sakupljeni zajedno kako bi se postigao što većikapacitet memorije koju koriste uređaji kao što je iPod nano ili SanDisk Sansa e200. Kapacitetfleš čipova prati Moore-ov zakon. Ipak, bilo je i skokova iznad tog zakona.U 2005, Toshiba i SanDisk su razvili fleš čip koji je mogao da smesti 8 gibibit-a podatakakoristeći MLC (multi-level cell) tehnologiju. U septembru 2005, Samsung Electronics jeproizveo prvi čip od 16 gibibit-a i godinu dana kasnije, Flash Hard Drive kapaciteta od 32gibibyte-a.Za neke produkte fleš memorije, kao što je USB-memorija, sredinom 2006. godine, kapacitetod 1GB se smatrao nekom normalnom veličinom, a samo godinu dana ranije se ovako neštosmatralo luksuzom.U martu 2006, Samsung je objavio fleš uređaj kapaciteta od 32GB, baziran na fleš čipu od32GB.BRZINA FLEŠ MEMORIJEKartice fleš memorije su dostupne u različitim brzinama. Neke su optimizovane zabrzinu od 2MB sekundi, 12MB po sekundi, itd. Ostale memorijke kartice su rangirane po 100x,130x, 200x, itd. Za takve kartice, ovo 1x znači da je brzina prenosa podataka 150KB posekundi. Ovo je bila brzina kojom su prvi CD uređaji mogli da prenose informacije. Kadaporedimo neku memorijsku od 100x sa fleš memorijskom karticom brzine od 12MB po sekundi,možemo da dobijemo neke korisne proračune:150KB x 100 = 15000KB po sekundiDa bi pretvorili KB u MB, delimo sa 1024.15000KB / 1024 = 14.65MB po sekundi.Dakle, neka memorijska kartica od 100x je za 2.65MB po sekundi brža od kartice koja prenosi12MB po sekundi.OŠTEĆENJE PODATAKA NA FLEŠ MEMORIJINajćešći razlog zbog kojeg dolazi do oštećenja podataka je taj što nekada ljudi ukloneuređaj sa fleš memorijom (USB flash drive na primer) u toku pisanja podataka na nju.Situacija bi bila još gora ako uz to ne bi koristili i odgovarajući fajl sistem, ili ako bi usledila

asinhronizacija (gde podatak i dalje čeka da bude napisan, a uređaj je već uklonjen).ZAKLJUČAKSve veće potrebe i zahtevi korisnika prenosivih memorijskih uređaja je izazvaodramatičan "boom" u proizvodnji fleš memorije. 2004. godine je prodato oko 12 miliona flešmemorijskih kartica, a 2006. godine 2.5 puta više. Sve veća potražnja za USB flash drive-omje smanjio broj nezaposlenih u celoj Aziji za čak 5%, pošto je bilo potrebno još više jeftineradne snage samo za ovaj produkt.Ko od koga danas zavisi – Fleš memorija od digitalnih uređaja poput foto aparata, kamera,konzola, audio plejera, mobilnih telefona..., ili obrnuto?Fleš memorija Stefan Markić 36/069/9SPISAK KORIŠĆENIH MATERIJALA Literatura – PC hardver; Hans-Peter Messmer; Kompjuter Biblioteka 2002. Link - http://en.wikipedia.org/wiki/Flash_memory Link - http://electronics.howstuffworks.com/flash-memory.htm Link - http://en.wikipedia.org/wiki/USB_flash_drive Link - http://www.elitesecurity.org/TABELA SLIKASlika 1. Fleš memorija, ugrađena na memorijsku karticu USB flash drive-a ...................................................3Slika 2. Dizajn fleš memorije.....................................................................................................................4Slika 3. Blok dijagram fleš memorije..........................................................................................................4Slika 4. USB flash drive, prikazan sa američkim novčićem pri merenju dimenzija...........................................6Slika 5. USB flash drive dolazi u raličitim, ponekad i interesantnim oblicima..................................................6