Historia pamięci typu FLASH..............................................................................................................2
Definicja pamięci typu FLASH............................................................................................................2
Wersje pamięci FLASH .......................................................................................................................2
Pamięci NOR....................................................................................................................................2
Pamięci NAND ................................................................................................................................2
Zasada działania ...................................................................................................................................3
Ograniczenia pamięci FLASH .............................................................................................................5
Główne parametry handlowe pamięci..................................................................................................5
Pojemność ........................................................................................................................................5
Prędkość ...........................................................................................................................................6
Zastosowanie pamięci ..........................................................................................................................6
Lista typów kart pamięci ..................................................................................................................6
Podstawowe typy kart pamięci.........................................................................................................7
Historia pamięci typu FLASH
Pamięć flash (typy NOR i NAND) została wynaleziona przez dr Fujio Masuoka gdy pracował dla
Toshiba w 1984 roku. Nazwa  flash została zasugerowana przez dr Shoji Ariizum, kolegę dr
Masuoka, poniewa\
proces kasowania przypominał błysk aparatu. Wynalazek został
zaprezentowany na konferencji IEEE podczas IEDM(International Elektron Device Meeting) w San
Francisco w Kaliforni, w 1984 roku. Intel zobaczył masowy potencjał wynalazku i wprowadził na
rynek w 1988 roku pierwsze komercyjne pamięci flash typu NOR (256-kilobajtowy układ pamięci
Flash o wielkości pudełka do butów. Do zaprezentowania zalet pamięci zintegrowanej (embedded
memory) Intel wykorzystał wczesny model dyktafonu o wielkości walizki). Rok póz
niej w firmie
Toshiba powstały pamięci typu NAND.
Definicja pamięci typu FLASH
Pamięć FLASH to rodzaj pamięci EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Me-
mory) pozwalającej na zapisywanie lub kasowanie wielu komórek pamięci podczas jednej operacji
programowania. Jest to pamięć nieulotna  po odłączeniu zasilania nie traci swej zawartości.
Standardowe pamięci EEPROM pozwalają zapisywać lub kasować tylko jedną komórkę pamięci na
raz, co oznacza, \
e pamięci Flash są znacznie szybsze, jeśli system je wykorzystujący zapisuje i
odczytuje komórki o ró\
nych adresach w tym samym czasie. Wszystkie typy pamięci Flash, jak i
EEPROM, majÄ… ograniczonÄ… liczbÄ™ cykli kasowania, co powoduje ich uszkodzenie po
przekroczeniu tej liczby.
Wersje pamięci FLASH
Pamięci Flash produkuje się w dwóch wersjach: NOR i NAND. Nazwy odnoszą się do typu bramki
logicznej u\
ywanej w ka\
dej komórce pamięci.
Przykładem urządzeń wykorzystujących pamięć flash są m.in. odtwarzacze mp3, kamery cyfrowe,
telefony komórkowe, urządzenia magazynujące USB. Zyskała równie\
popularność w konsolach do
gier, gdzie jest często u\
ywana zamiast pamięci EEPROM lub zasilanych RAM (SRAM) do zapisu
stanu gier.
Pamięci NOR
Jako pierwszą opracowano pamięć NOR w firmie Intel w roku 1988. Ma ona długie czasy zapisu i
kasowania, ale umo\
liwia bezpośredni dostęp do ka\
dej komórki pamięci. Z tego względu nadaje
się po przechowywania informacji, które nie wymagają częstej aktualizacji, jak np. firmware
ró\
nego rodzaju urządzeń. Wytrzymuje od 10 000 do 100 000 cykli kasowania. Stosowano ją w
pierwszych wersjach kart pamięci CompactFlash.
Pamięci NAND
W roku 1989 pojawiły się pamięci NAND produkowane przez firmy Samsung i Toshiba. W
stosunku do pamięci NOR pamięć NAND ma krótszy czas zapisu i kasowania, większą gęstość
upakowania danych ( komórki pamięci w technologii NAND były o połowę mniejsze od komórek
NOR), lepszy współczynnik koszt/pojemność (w kości o tej samej objętości mo\
na zmieścić więcej
komórek pamięci, co oznacza ni\
szą cenę dla klienta i większy zysk dla producenta) oraz
dziesięciokrotnie większą wytrzymałość. Jej główną wadą jest sekwencyjny dostęp do danych, co
czyni jÄ… u\
yteczną jako pamięć masowa, np. w kartach pamięci, lecz bezu\
yteczną jako pamięć
komputera. Pierwszą kartą pamięci u\
ywającą pamięci NAND była karta SmartMedia, póz
niej
zaczęto ich u\
ywać w innych typach, jak: MMC, Secure Digital, Memory Stick i xD, dyskach USB.
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 2 -
Zasada działania
Moduł pamięci Flash to połączone ze sobą liczne komórki pamięci, które zawierają dodatkowe
kontrolery sterujące operacjami: zapisu, odczytu czy detekcji i kontroli błędów.
Pamięć Flash gromadzi informacje w komórkach pamięci zło\
onych z tranzystorów MOS z bramką
 swobodnÄ… (floating gate). Ka\
da taka komórka gromadzi bit informacji. Nowsze urządzenia flash
(tzw. multi-level cell device) mogą gromadzić więcej ni\
jeden bit w jednej komórce (zazwyczaj są
to 2 bity) poprzez u\
ycie więcej ni\
dwóch wartości napięcia przykładanego na bramkę swobodną
w komórce.
W pamięciach flash ka\
da komórka wygląda podobnie jak standardowy MOSFET, z wyjątkiem
tego, \
e posiada dwie bramki zamiast jednej. Jedna to bramka kontrolna (control gate - CG) jak w
innych tranzystorach MOS, druga to bramka swobodna (floating gate - FG) odizolowana warstwÄ…
tlenku. FG znajduje się pomiędzy CG i podło\
em.
Poniewa\
FG jest izolowana poprzez warstwę tlenku, elektrony zgromadzone na niej są uwięzione
przez co gromadzą informacje. Kiedy elektrony znajdują się na FG modyfikują (częściowo
usuwają) pole elektryczne pochodzące od CG, co zmienia napięcie progowe UT komórki. Dlatego
te\
, kiedy komórka jest  czytana poprzez przyło\
enie określonego napięcia na CG, prąd
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 3 -
elektronowy albo popłynie, albo nie, zale\
nie od napięcia UT komórki, które jest kontrolowane
poprzez liczbę elektronów na FG.
Ta obecność lub brak napięcia jest odczytywana jako tłumaczona jako  jedynki i  zera
odtwarzające zgromadzoną informację. W urządzeniach multi-level cell, które gromadzą więcej ni\

1 bit informacji w pojedynczej komórce,  wielkość prądu będzie odczytana  w przeciwieństwie
do wcześniejszego stanu, gdzie prąd był lub go nie było  aby zdeterminować liczbę elektronów
zgromadzonych na FG.
Pamięć typu NOR jest programowana poprzez przyło\
enie napięcia niezbędnego do przepływu
elektronów od z
ródła do drenu. Póz
niej du\
e napięcie przyło\
one do CG zapewnia wytworzenie
wystarczająco mocnego pola elektrycznego, które zasysa je do FG. Proces ten nosi nazwę iniekcji
gorących elektronów (hot-electron iniection)  gorące elektrony przebijają się przez barierę
potencjału do bramki swobodnej i zostają w niej zatrzymane. Następuje zapis danych w komórce
pamięci  wpisanie logicznego  0 . Po odcięciu zasilania znika napięcie na drenie i bramce
sterującej, lecz nadal zachowana jest informacja w komórce, gdy\
elektrony sÄ… zatrzymywane w
bramce swobodnej.
Aby skasować informacje (ustawić wszystkie wartości na  1 ) pomiędzy CG i z
ródło przykłada się
wysokie napięcie, które powoduje tunelowanie elektronów, a przez co usunięcie ich z FG  tzw.
zjawisko Fowlera-Nordheima. To wysokie napięcie jest generowane poprzez  pompę napięciową 
obwód posiadający kondensator mogący generować wysokie lub niskie napięcia  .
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 4 -
Większość nowoczesnych pamięci flash typu NOR jest podzielona na elementy zawierające bloki i
sektory, które muszą być kasowane w tym samym czasie. Jakkolwiek programowanie pamięci flash
mo\
e następować bit po bicie, lub słowo po słowie.
Pamięci typu NAND wykorzystują zarówno przy zapisie jak i kasowaniu tunelowanie elektronów.
Ograniczenia pamięci FLASH
By mo\
na było zapisać komórkę pamięci Flash, nale\
y ją wcześniej skasować. Nie jest mo\
liwe
ponowne zapisanie danych do ju\
zapisanej komórki. Jakkolwiek mo\
na odczytać i zapisać
dowolną komórkę pamięci, to operacja kasowania umo\
liwia skasowanie tylko całych bloków
komórek. Nie mo\
na skasować pojedynczej komórki.
Z tego powodu zapis danych nie jest w pełni swobodny. Pamięci te umo\
liwiajÄ… odczyt i zapis
dowolnej komórki, ale ju\
nie swobodne kasowanie i nadpisanie zawartości. Powy\
sze
ograniczenia powodują pewne trudności w obsłudze dostępu do danych w pamięciach masowych.
Zapis plików musi być skoordynowany z operacją kasowania bloków pamięci.
Zazwyczaj jeśli plik ma zostać zaktualizowany lub nadpisany, system zarządzania pamięcią tworzy
nowÄ… kopiÄ™ pliku w innym miejscu, oznaczajÄ…c tylko poprzedniÄ… wersjÄ™ jako bezu\
ytecznÄ…. Taka
wersja pliku nadal zajmuje wolne miejsce, jest ono zwalniane jeśli operacja kasowania jest
mo\
liwa, czyli w danym bloku pamięci nie ma fragmentu innego pliku. W celu efektywniejszego
kasowania bloków pamięci mo\
liwe jest te\
przenoszenie części innych plików (nie wymagających
modyfikacji) w inne miejsce, tak by blok nadawał się do skasowania. Dodatkową komplikacją jest
fakt, \
e operacja kasowania jest znacznie dłu\
sza ni\
operacja zapisu i odczytu.
Główne parametry handlowe pamięci
Pojemność
Zazwyczaj pojemność pamięci flash waha się od kilobitów do kilku gigabajtów. Pojemność chipów
flash zmienia się mniej więcej zgodnie z prawem Moore a poniewa\
sÄ… produkowane w ten sam
sposób jak inne układy scalone.
W 2005 roku Toshiba i San Disk rozwinęły chipy typu NAND zdolne pomieścić 1 gigabajt danych
w technologii MLC(multi-level-cell) gromadząc 2 bity informacji w jednej komórce. We wrześniu
2005 roku Samsung Electronics ogłosił, \
e wyprodukował pierwszy na świecie 2 gigabajtowy chip.
W marcu 2006 roku Samsung ogłosił dyski flash o pojemności 4 gigabajtów, czyli o wielkości jaką
początkowo miały mniejsze dyski laptopów, a we wrześniu ogłosił wyprodukowanie dysku 64
gigabajtowego wyprodukowanego w technologii 40 nm. Na przełomie 2005 i 2006 roku produkty
jak karty pamięci lub pamięci USB o pojemności 256 megabajtów i mniejsze przestały być
produkowane.
Pamięci o pojemność 1 gigabajta zaczęły być optymalnymi dla zwykłych u\
ytkowników
wykorzystujących ten typ gromadzenia informacji. Obecnie coraz więcej u\
ytkowników wybiera
pamięci 2 lub 4 gigabajtowe.
Firma Hitachi proponuje dysk twardy w oparciu o technologiÄ™ flash o nazwie MICRODRIVE o
pojemności 8 GB. Zaś fima BiTMicro oferuje 155 GB 3,5 dysk o nazwie EDISK.
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 5 -
Prędkość
Są dostępne karty pamięci flash o ró\
nej prędkości. Niektóre są określane poprzez szybkość
przesyłanych danych w czasie 1 sekundy np. 2 MB, 12 MB itp. Dokładna prędkość zale\
y od
zdefiniowania pojęcia  megabajt jakie przyjmuje producent.
Wiele kart jest oznaczanych symbolem 100x, 130x, 200x, itp. Dla tych kart przelicznik jest typu
1x = 150 kB/s.
Jest to prędkość z jaką pierwsze napędy CD mogły przesyłać informacje. Np. karta 100x (150 kB x
100 = 15000 kB = 14,65 MB), jest szybsza od karty 12 MB.
Zastosowanie pamięci
W ostatnich latach w niezwykłym tempie rośnie popularność zastosowań pamięci Flash. Od przeno-
śnych urządzeń PenDrive z interfejsem USB (często wzbogaconym o odtwarzacz muzyki w
formatach MP3, WMA czy AAC), poprzez standardowe karty pamięci (początkowo
wykorzystywane w aparatach cyfrowych), po karty pamięci w formacie mini  u\
ywane w
telefonach komórkowych.
Na rynku istnieje obecnie bardzo wiele standardów kart pamięci. Największy udział w nim
przypada obecnie formatowi SD  Secure Digital. Dość du\
ą popularnością cieszą się karty:
Compact Flash, Sony Memory Stick, xD-Picture Card czy MultiMediaCard.
Wykres 1. Zapotrzebowanie na pamięci NAND Flash (obecne i prognoza)
z
ródło: http://www.cdrinfo.pl/artykuly/od-dyskietki-do-flash/strona7.php
Lista typów kart pamięci
" High Speed CompactFlash
" CompactFlash Type I
" IBM Microdrive
" CompactFlash Type II
" Hitachi Microdrive
" Extreme CompactFlash
" MagicStor
" Extreme III CompactFlash
" XS  Xtreme Speed Compact Flash
" Ultra II CompactFlash
" Compact Flash Elite Pro
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 6 -
" Compact Flash PRO " SD miniSD
" Memory Stick " Extreme SD
" Memory Stick PRO " Extreme III SD
" Memory Stick Duo " Ultra II SD
" Memory Stick PRO Duo " SD PRO
" Memory Stick MagicGate " SD Elite Pro
" Memory Stick MagicGate PRO " MultiMediaCard
" Memory Stick MagicGate Duo " MultiMediaCard 4.0
" Memory Stick MagicGate PRO Duo " High Speed MultiMediaCard
" Extreme Memory Stick PRO " Reduced Size MultiMediaCard (RS
MMC)
" Extreme III Memory Stick PRO
Ultra II Memory Stick PRO " High Speed Reduced Size
MultiMediaCard
" High Speed Memory Stick MagicGate
PRO " TransFlash Memory
" High Speed Memory Stick MagicGate " SmartMedia
PRO Duo
" SmartMedia ROM
" High Speed Memory Stick PRO
" xD-Picture Card
" High Speed Memory Stick PRO Duo
" Memory Stick Rom
" Memory Stick Select
Nowe standardy kart, pojawiajÄ…ce siÄ™ w ostatnich kilku latach bazujÄ… na wymienionych powy\
ej, a
ró\
nią się od swoich pierwowzorów głównie rozmiarami i złączami.
Podstawowe typy kart pamięci
SD (ang. Secure Digital)  jeden ze standardów kart pamięci opracowany
przez firmy Panasonic, SanDisk i Toshiba w 2000 roku. Karty SD charaktery-
zujÄ… siÄ™ niewielkimi wymiarami (24 x 32 x 2,1mm) i masÄ… (ok. 2 gramy). Poza
grubością, ich wymiary są identyczne jak kart MMC. Karty SD posiadają 9
wyprowadzeń oraz rzadko u\
ywanÄ… funkcjÄ™ zabezpieczenia danych
chronionych prawami autorskimi przed kopiowaniem. Dodatkowo posiadajÄ…
mały przełącznik zabezpieczający zapisane na karcie dane przed
przypadkowym skasowaniem. Pojemności kart SD wahają się od 8 MB do 8
GB.
Karta SD 512 MB
firmy Kingston Technology
Karty pamięci SD są powszechnie stosowane w:
" aparatach cyfrowych
" palmtopach
" niektórych odbiornikach GPS
" niektórych telefonach komórkowych
Inne standardy zgodne z SD:
" miniSD
" microSD
" SDIO
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 7 -
CompactFlash - karta pamięci, w której zastosowano pamięć Flash EEPROM, znalazła
zastosowanie w takich urządzeniach jak aparaty cyfrowe, przenośne odtwarzacze muzyki i in.
Standard został przedstawiony w 1994 r. - są to pierwsze dostępne na rynku karty flash. Posiadają
rozmiar 42.8 x 36.4 mm i grubość 3.3 mm (typ I) lub 5 mm (typ II). Zasilane są napięciem
odpowiednio 3.3 i 5.0 V. Największa pojemność to 8GB. Dodatkową cechą
kart CF jest fakt, i\
interfejs elektroniczny jest prawie identyczny z interfejsem
IDE stosowanych w komputerach osobisych do obsługi dysków - to umo\
liwia
stosowanie kart Compact Flash jako dysków o bardzo du\
ej wytrzymałości
mechanicznej, niskim poborze prądu oraz małym wydzielaniu ciepła, nawet ze
standardowymi płytami głównymi (wymagana jest jedynie odpowiednia
przelotka).
Sony Memory Stick - karta pamięci, w której zastosowano pamięć Flash EEPROM
opracowana przez firmÄ™ Sony. U\
ywana głównie w aparatach cyfrowych Sony, konsolach do gier
Playstation i telefonach komórkowych marki Sony Ericsson oraz NEC.
Karta pamięci Memory Stick marki Sony - 256MB
Pojemność kart Memory Stick:
" 16 MB
" 32 MB
" 64 MB
" 128 MB
" 256 MB (Tylko w wersji Pro)
" 512 MB (Tylko w wersji Pro)
" 1 GB (Tylko w wersji Pro)
" 2 GB (Tylko w wersji Pro)
" 4 GB (wersja duo produkowana przez San Disk; tylko w wersji Pro)
" 8 GB (Niedługo wejdzie do sprzeda\
y)
" 32 GB (Wersja testowa stworzona wspólnie z San Disk'iem)
Wersja Memory Stick Pro charakteryzuje się zwiększoną prędkością przesyłu danych oraz
większą pojemnością.
Wersja Memory Stick Duo oraz Memory Stick Pro Duo to wersje kart pamięci, w których
wielkość zredukowano o połowę.
Prędkość transferu danych:
Standard:
" Maksymalna prędkość zapisu: 14,4 Mbit/s (1,8 MB/s)
" Maksymalna prędkość odczytu: 19,6 Mbit/s (2,5 MB/s)
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 8 -
Pro/Pro Duo:
" Transfer: 160 Mbit/s (20 MB/s)
" Minimalna prędkość zapisu: 15 Mbit/s
" Maksymalna prędkość zapisu: 80 Mbit/s (High Speed Pro Duo)
Micro (M2):
" Transfer: 160 Mbit/s (20 MB/s)
Karta Memory Stick
Pro Duo 1 GB firmy Sony
Wymiary:
" Standard/Pro: 50,0 × 21,5 × 2,8 mm
" Duo/Pro Duo: 31,0 × 20,0 × 1,6 mm
" Micro: 15,0 × 12,5 × 1,2 mm
Karta pamięci xD-Picture - (ang. xD-Picture Card) karta pamięci flash stosowana
głównie w aparatach cyfrowych Olympus i Fujifilm. xD jest skrótem
od extreme Digital. Karty te zadebiutowały na rynku w lipcu 2002 r.
ProdukujÄ… je Toshiba i Samsung dla Olympus i Fujifilm,a sprzedajÄ…
równie\
pod swoimi markami Kodak, SanDisk oraz Lexar.
Z kart pamięci xD korzystają cyfrowe aparaty fotograficzne Olympus
oraz Fujifilm, a tak\
e cyfrowe dyktafony Olympus. Fujifilm
wyprodukował te\
odtwarzacz MP3 u\
ywajÄ…cy tych\
e kart. W obecnej chwili są dostępne w
pojemnościach 16 MB, 32 MB, 64 MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1 GB oraz 2 GB. Karta ma
wymiary 20 mm × 25 mm × 1.78 mm (porównywalne ze znaczkiem pocztowym) i wa\
y 2.8 g.
MultiMedia Card (MMC) Karta pamięci nieulotnej typu Flash o rozmiarach 24mm x
32mm x 1,5mm. Karta odznacza się wysoką wytrzymałością na warunki zewnętrzne.
Karty MMC mają zastosowanie w ró\
nego rodzaju elektronicznych
urządzeniach przenośnych takich jak:
" cyfrowe aparaty fotograficzne
" telefony komórkowe
" przenośne odtwarzacze MP3
" palmtopy
RS-MMC firmy SanDisk
W odró\
nieniu od nowszych kart SD karty MMC charakteryzują się brakiem przełącznika
zabezpieczania danych przed zapisem.
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 9 -
Karty typu M i typu H:
Karty typu M wykorzystujÄ… architekturÄ™ Multi Level Cell (MLC) dla zapewnienia mo\
liwości
produkcji kart o pojemnościach do 8 GB. W obecnej chwili są dostępne w pojemnościach od 256
MB do 2 GB, jednak\
e charakteryzuje je wolniejsza prędkość zapisu i odczytu od standardowych
kart xD.
Karta pamięci typu M - 2 GB
Karta pamięci typu H - 1 GB
Karty typu H oferujÄ… teoretycznie trzykrotnie wy\
sze prędkości
odczytu i zapisu od kart typu M, lecz obecnie są dostępne jedynie w
pojemnościach 512 MB i 1GB. Są tak\
e kompatybilne z "efektami
specjalnymi" dostępnymi w aparatach cyfrowych Olympus. Z powodu zmian w architekturze,
nowsze modele typu M i H mogą być niekompatybilne z niektórymi starszymi aparatami oraz
czytnikami kart.
Tabela prędkości transferu:
Typ Pojemność Zapis Odczyt
(MB/s) (MB/s)
Standardowe 16 MB, 32 MB 1.3 5
64 MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB 3 5
Typ M 256 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB 2.5 4
Typ H 256 MB, 512 MB, 1 GB 9 15
Zalety:
" Szybsze od kart starszych formatów, tj. SmartMedia (SM), MultiMedia Card oraz Memor
Stick.
" Mniejsze wymiary w porównaniu do innych formatów (choć karty Memory Stick M2 są
mniejsze).
" Niski pobór mocy.
Wady:
" Mała maksymalna teoretyczna pojemność kart.
" O wiele wolniejsza prędkość od głównego rywala - Secure Digital (SD).
" Dro\
sze od kart innych formatów identycznej pojemności.
" Mniejsza liczba akcesoriów obsługujących te karty.
" Ryzyko zgubienia, przypadkowego zniszczenia lub złego umieszczenia karty z powodu
niewielkich rozmiarów.
" Szczegółowa specyfikacja jest własnością firm Olympus oraz Fujifilm i jest niedostępna dla
podmiotów trzecich.
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 10 -
microSD to karta pamięci Secure Digital o rozmiarach 11 x 15 x 1 mm.
Jest to najmniejsza seryjnie produkowana karta pamięci. Jest dwukrotnie
mniejsza od miniSD. Karta posiada złącze o ośmiu stykach.
1 Euro  MicroSD
Dzięki niewielkim rozmiarom, karta jest przeznaczona głównie do małych,
mobilnych urządzeń.
Format microSD został stworzony przez firmę SanDisk. Nowa karta (o nazwie TransFlash) została
zatwierdzona w lipcu 2005 r. przez Secure Digital Card Association jako nowy standard microSD.
Karty TransFlash mają pojemność do 4 GB.
SmartMedia - typ karty pamięci wprowadzony na rynek w 1996 r. Moduły te wyglądają jak
miniaturowa dyskietka. Karta Smart Media ma wymiary 45x37x0.76 mm, zasilana jest napięciem
3,3 i 5 V, wyposa\
ona jest w 22 styki kontaktowe. Dostępne są moduły o pojemności do 128 MB.
SmartMedia
_____________________________
UTK. Pamięci FLASH - 11 -