I. Giới thiệu chung về USB Flash II. Cấu tạo USB Flash III. Nguyên lý lưu trữ của Chip Flash 1. Giới thiệu Chip Flash 2. Ghi-xóa dữ liệu của Cell 3. NOR Flash và NAND Flash I. Giới thiệu - USB = Univer Serial Bus (đường truyền tiếp nối đa dụng). Là một chuẩn giao tiếp tốc độ cao, được Intel và Microsoft phát triển, còn gọi là Flash Storage (lưu trữ chớp nhoáng). - USB Flash là thiết bị lưu trữ dữ liệu ngoài máy tính. - USB Flash sử dụng loại bộ nhớ dạng non-volatile , nghĩa là bộ nhớ không mất dữ liệu khi ngắt nguồn điện. Khá phổ biến là bộ nhớ NVRAM ( non-volatile random access memory), còn gọi là flash memory (bộ nhớ chớp choáng).
Trang 1Bài tập lớn môn: Kiến trúc máy tính
Đề tài: Phân tích nguyên lý lưu trữ dữ liệu của
USB Flash memory
Trang 2Mục Lục
I Giới thiệu chung về USB Flash
II Cấu tạo USB Flash
III Nguyên lý lưu trữ của Chip Flash
1 Giới thiệu Chip Flash
2 Ghi-xóa dữ liệu của Cell
3 NOR Flash và NAND Flash
IV Ứng dụng
Trang 4I Giới thiệu
- USB Flash sử dụng loại bộ nhớ dạng non-volatile , nghĩa là bộ nhớ không mất dữ liệu khi ngắt nguồn điện Khá phổ biến là bộ nhớ NVRAM ( non-volatile random access memory), còn gọi là flash memory (bộ nhớ chớp choáng)
Trang 5II Cấu tạo
Trang 6II Cấu tạo
Trang 7II Cấu tạo
1 Đầu cắm , cổng giao tiếp của USB
2 Khối điều khiển bộ nhớ
3 Các đầu nối không chân cắm
4 Chíp nhớ NAND flash.
Trang 8II Cấu tạo
5 Bộ dao động tinh thể thạch anh
6 Đèn LED
7 Chuyển mạch
8 Khoảng trống nâng cấp thêm chíp nhớ
Trang 9III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
1 Giới thiệu về Chip Flash
- Chip của USB flash là 1 flash memory
- Flash memory là 1 dạng đặc trưng của EEPROM, nhưng nó khác với EEPROM là nó được xóa và ghi lại theo từng block, còn ban đầu EEPROM chỉ có thể xóa toàn bộ Flash memory rẻ hơn nhiều so với EEPROM
Trang 10III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
1 Giới thiệu về Chip Flash
-Flash memory được chia thành 2 kiểu: NOR và NAND NOR (Not OR) sử dụng các cổng logic NOR trong khi đó NAND (Not AND) lại sử dụng các cổng logic NAND
Trang 11III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
2 Cell
- Flash memory lưu thông tin trong một mảng các ô nhớ (cell) Các cell nhận giá trị 0 và 1 qua một quá trình phức tạp được gọi là Fowler-Nordheim tunneling.
Trang 12III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
2 Cell
- Tunneling được dùng để thay đổi cách sắp đặt các electrons trên floating gate Những Electrons kích thích được đẩy qua (bởi một điện tích khoảng 10 đến 13 volts) và chặn lại ở mặt khác của lớp Oxit dày
Trang 13III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
2 Cell
- Một thiết bị đặc biệt được gọi là cell sensor sẽ theo dõi mức truyền của các electron qua floating gate Nếu trong ngưỡng 50% thì nó hiện giá trị 1, vượt quá 50% thì nhận giá trị 0 Các electrons có thể được đẩy trở lại vị trí ban đầu, khi đó cell nhận giá trị 1
Trang 14III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
2 Cell
Trang 15III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
2 Cell
- Mỗi cell tương tự như MOSFET, ngoài cổng điều khiển (control gate CG) giống như Transistor
MOS, còn có 1 cổng luân chuyển (floating gate FG)
được bảo vệ bằng 1 lớp oxit dày FG đứng giữa CG và kênh MOSFET Bởi vì FG là tế bào điện độc lập được cách ly bởi lớp cách điện, nên bất cứ electron nào bị lọt vào lớp đó đều bị giữ lại (và vì thế nó lưu trữ thông tin
ko ảnh hưởng thời gian)
Trang 16III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
2 Cell
- Trạng thái mặc định tương ứng logic với giá trị
“1” nhị phân, bởi vì dòng điện sẽ đi qua kênh với điện
áp thích hợp tới cổng điều khiển
Trang 17III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
2 Cell
- Ghi dữ liệu, tương đương việc chuyển cell thành giá trị “0” bởi thủ tục dưới đây:
* Điện áp 5V được đặt vào CG
* Kênh on, electron di chuyển giữa source và
drain
* Điện áp giữa giữa source và drain đủ cao để vài electron có năng lượng cao nhảy qua khoảng cách điện của FG (hot-electron injection)
Trang 18III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
2 Cell
- Xóa dữ liệu, tương đương đưa cell về 1 (reset),
1 điệp áp cao đc đặt ngược lại giữa CG và drain, kéo electron ra khỏi FG (quantum - tunneling)
Trang 19III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
3 NOR và NAND Flash
Trang 20III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
3 NOR và NAND Flash
- NOR flash được tách ra thành các segment thường được gọi là các block hay các sector Vì thao tác xóa chỉ có thể thực hiện trên từng đơn vị nhớ cơ bản
segment ( là block hoặc sector), nên khi xóa 1 segment thì tất cả các cell thuộc segment đó bị xóa cùng 1lúc
Tuy nhiên thì việc ghi các cell , thông thường có thể
thực hiện ghi 1byte hoặc 1 từ mỗi lần
Trang 21III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
3 NOR và NAND Flash
- NOR flash cơ bản có số lần ghi-xóa nhiều, nhưng phải cung cấp toàn bộ các địa chỉ và các bus dữ liệu, nó cho phép truy xuất ngẫu nhiên đến bất kỳ vùng nhớ nào
Trang 22III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
3 NOR và NAND Flash
- NAND flash sử dụng tunnel injection (còn gọi
là Fowler-Nordheim tunneling) để ghi và tunnel release
để xóa
Trang 23III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
3 NOR và NAND Flash
- Bắt đầu tất cả các bit đều ở giá trị 1, bất kỳ vùng nào thuộc block đều có thể ghi được Nhưng khi 1 bit được chuyển thành 0 chỉ có thể xóa toàn bộ khối mới có thể đưa về trạng thái ban đầu Ở dạng NOR flash, có thể yêu cầu truy xuất ngẫu nhiên quá trình ghi-xóa, nhưng ở đây thì ko thể như vậy
Trang 24III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
3 NOR và NAND Flash
- Tuy nhiên, 1 khối như thế có thể được tái ghi chừng nào mà các giá trị mới đều là bit 0 Ví dụ, giá trị ban đầu đc xóa về là 1111, sau đó viết 1110, rồi 1010,
0010 và cuối cùng là 0000 Công nghệ này đã đc sửa chữa ở thiết bị đa cấp (multi-level devices), nơi mà 1 cell có thể lưu giữ nhiều hơn 1 bit
Trang 25III Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
3 NOR và NAND Flash
- Mặc dù cả NAND và NOR Flash đều tương tự nhau nhưng chúng cũng có một số điểm khác nhau
NAND flash sử dụng công nghệ truy cập tuần tự phù hợp hơn cho việc lưu trữ dữ liệu NOR flash là một
công nghệ truy cập ngẫu nhiên, điều này làm cho nó tốt hơn trong việc lưu trữ các chương trình sử dụng tốn ít
bộ nhớ
Trang 26IV Ứng dụng
- NOR flash thường được sử dụng trong các ứng dụng như chạy một hệ điều hành của điện thoại di động NAND flash được sử dụng điển hình trong các ứng
dụng như các thẻ nhớ USB