- •Архитектура вычислительных систем. Вычислительные машины, системы и сети
- •2 Простейшие типовые элементы вычислительных машин 21
- •10 Вычислительные системы параллельной обработки. 147
- •11 Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем 165
- •12 Организация компьютерных сетей 174
- •13 Стандартизация компьютерных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем 182
- •1 Основные понятия вычислительной техники и принципы организации вычислительных систем
- •1.1 Основные понятия и определения
- •1.2 Принципы организации вычислительных машин и систем
- •1.3 Основные характеристики вычислительных машин и
- •1.4 Многоуровневая организация вычислительных процессов
- •Вопросы для самопроверки
- •2 Простейшие типовые элементы вычислительных машин
- •2.1 Комбинационные схемы
- •1) Конъюнкция (логическое умножение) .
- •2) Дизъюнкция (логическое сложение) .
- •3) Отрицание (инверсия) .
- •4) Конъюнкция и инверсия (Штрих Шеффера) .
- •5) Дизъюнкция и инверсия (Стрелка Пирса) .
- •6) Эквивалентность .
- •7) Отрицание эквивалентности .
- •2.2 Автоматы с памятью
- •2.3 Триггеры
- •2.4 Проблемы и перспективы развития элементной базы
- •Вопросы для самопроверки
- •3 Функциональные узлы комбинационного и
- •3.1 Функциональные узлы последовательного типа
- •3.1.1 Регистры
- •3.1.2 Счётчики
- •3.1 Функциональные узлы комбинационного типа
- •3.2.1 Шифраторы и дешифраторы
- •3.2.2 Компараторы
- •3.2.3 Сумматоры
- •Вопросы для самопроверки
- •4 Функциональная организация процессора
- •4.1 Основные характеристики и классификация процессоров
- •4.2 Физическая и функциональная структура процессора
- •4.2.1 Операционное устройство процессора
- •4.2.2 Шинный интерфейс процессора
- •4.3 Архитектурные принципы организации risc-процессоров
- •4.4 Производительность процессоров и архитектурные
- •Вопросы для самопроверки
- •5 Организация работы процессора
- •5.1 Классификация и структура команд процессора
- •5.2 Способы адресации данных и команд
- •5.2.1 Способы адресации данных
- •5.2.2 Способы адресации команд
- •5.3 Поток управления и механизм прерываний
- •Вопросы для самопроверки
- •6 Современное состояние и тенденции развития процессоров
- •6.1 Архитектурные особенности процессоров Pentium
- •6.2 Программная модель процессоров Pentium
- •6.2.1 Прикладная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.2 Системная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.3 Система команд и режимы адресации процессоров
- •6.3 Аппаратная организация защиты в процессорах Pentium
- •6.4 Аппаратные средства поддержки многозадачности
- •6.5 Перспективы развития процессоров
- •Вопросы для самопроверки
- •7 Память. Организация памяти.
- •7.1 Иерархическая организация памяти
- •7.2 Классификация запоминающих устройств
- •7.3 Структура основной памяти
- •7.4 Память с последовательным доступом
- •7.5 Ассоциативная память
- •7.6 Организация флэш-памяти
- •7.7 Архитектурные способы повышения скорости обмена между процессором и памятью
- •Вопросы для самопроверки
- •8 Управление памятью. Виртуальная память
- •8.1 Динамическое распределение памяти
- •8.2 Сегментная организация памяти
- •8.3 Страничная организация памяти
- •8.4 Сегментно-страничная организация памяти
- •Вопросы для самопроверки
- •9 Организация ввода-вывода информации. Системная шина
- •9.1 Организация шин. Системная шина
- •9.1.1 Структура системной шины
- •9.1.2 Протокол шины
- •9.1.3 Иерархия шин
- •9.2 Организация взаимодействия между периферийными устройствами и процессором и памятью вычислительных машин
- •9.3 Внешние интерфейсы вычислительных машин
- •9.3.1 Параллельный порт lpt и интерфейс Centronics
- •9.3.1 Последовательный порт com и интерфейс rs-232c
- •9.3.3 Универсальная последовательная шина usb
- •9.3.4 Беспроводные интерфейсы
- •Вопросы для самопроверки
- •10 Вычислительные системы параллельной обработки.
- •10.1 Параллельная обработка информации
- •10.2 Классификация систем параллельной обработки данных
- •10.2.1 Классификация Флинна
- •10.2.2 Классификация Головкина
- •10.2.3 Классификация многопроцессорных систем по
- •10.3 Вычислительные системы на кристалле. Многоядерные системы
- •10.4 Тенденции развития вс
- •Вопросы для самопроверки
- •11 Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем
- •11.1 Общие сведения о системах управления
- •11.2 Организация микроконтроллеров и
- •11.3 Области применения и тенденции развития мк
- •Вопросы для самопроверки
- •12 Организация компьютерных сетей
- •12.1 Обобщённая структура компьютерных сетей
- •12.2 Классификация компьютерных сетей
- •Вопросы для самопроверки
- •13 Стандартизация компьютерных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.1 Понятие «открытой системы». Взаимодействие
- •13.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.3 Структура блоков информации
- •7 Прикладной
- •Вопросы для самопроверки
- •Архитектура вычислительных систем. Вычисдительные машины, системы и сети
7.6 Организация флэш-памяти
В соответствии с /2, 5, 7, 17/, флэш-память – это особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой твердотельной памяти.
Впервые флэш-память была разработана компанией Toshiba в 1984 году. В 1988 году компания Intel разработала собственный вариант флэш-памяти. Полное историческое название флэш-памяти Flash Erase Electronically Electrically Programmable ROM – электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ. Считается, что название Flash было дано компанией Toshiba во время разработки первых микросхем флэш-памяти как характеристика скорости стирания информации в микросхеме («in a flash» - мгновенно).
Главной отличительной особенностью флэш является возможность перепрограммирования при подключении к стандартной системной шине микропроцессора. Число циклов репрограммирования флэш-памяти хотя и велико (от 10 000 до 1 000 000 раз), но ограничено. Это связано с тем, что перезапись идёт через стирание, которое приводит к износу микросхемы. Для увеличения долговечности флэш-памяти в её работе применяются специальные алгоритмы для «разравнивания» числа перезаписей по всем блокам микросхемы.
В отличие от жёстких дисков, CD- и DVD-ROM, во флэш-носителях нет движущихся частей, поэтому их и называют твердотельными. По оценкам производителей, информация на флэш может храниться от 20 до 100 лет. Благодаря компактным размерам, высокой степени надёжности и низкому энергопотребелению, флэш-память активно используется в современных вычислительных машинах в качестве съёмного носителя информации.
Одним из элементов структуры флэш-памяти является накопитель (матрица запоминающих элементов). По организации массива запоминающих элементов различают микросхемы флэш-памяти следующих типов /2, 5, 7, 17/:
1) Bulk Erase – стирание допустимо только для всего массива запоминающих элементов.
2) Boot Block – массив запоминающих элементов разделён на несколько блоков разного размера, содержимое которых может осуществляться независимо. Среди блоков есть так называемый загрузочный блок, содержимое которого аппаратно защищено от случайного стирания. В нём хранится программное обеспечение для правильной эксплуатации и инициализации микросхемы.
3) Flash File – массив запоминающих элементов разделён на несколько равноправных блоков одинакового размера, содержимое которых может стираться независимо. Файловая флэш-память ориентирована на замену жёстких дисков, поэтому её блоки являются аналогами секторов магнитных дисков.
Базовым элементом матрица является флэш-ячейка, которая состоит из транзистора особой архитектуры – полевого двухзатворного транзистора. Ячейки флэш-памяти можно соединить последовательно (в цепочку) или параллельно. В первом случае логическая организация памяти называется NAND (Not AND, НЕ-И), во втором – NOR (Not OR, НЕ-ИЛИ).
Процесс записи информации для ячеек NOR и NAND различный. В ячейках NOR запись осуществляется методом инжекции (когда электронам даётся дополнительная энергия для преодоления потенциального барьера пред изолированным затвором). В ячейках NAND запись производится путём туннелирования электронов (когда электроны переходят сквозь барьер). Стирание информации в ячейках обоих типов осуществляется механизмом туннельного перехода.
В чистом виде флэш-память NOR похожа на обычную оперативную память, а память NAND больше напоминает дисковый накопитель с блочным доступом. При существенно большей скорости чтения данных память NOR имеет значительно меньшую скорость стирания и несколько меньшую скорость записи по сравнению с памятью NAND. Однако память NOR позволяет исполнять записанный код, а программы из NAND перед исполнением всегда необходимо предварительно загружать в оперативную память. Ячейка NAND имеет значительно меньшие размеры в сравнении с ячейкой NOR. Хотя первоначально была более распространена память NOR в виде оперативной памяти для вы числительных машин и других программируемых устройств, то сегодня широкое применение получила память NAND в виде карт памяти и твердотельных носителей. Однако, для работы, требующей побайтового произвольного доступа (например, для хранения программного кода), память NOR предпочтительней. Следует отметить, что существуют гибридные решения, в одном корпусе объединяющие разные типы памяти.
Одна ячейка флэш-памяти содержит один транзистор, который в простейшем случае хранит один бит информации. Такие ячейки называются одноуровневыми (SLC – Single Level Cell). Создание многоуровневой ячейки или ячейки с многоуровневым кодированием (MLC – Multi Level Cell) позволило хранить на одном транзисторе два бита информации. В качестве опытных образцов существуют 4-битовые ячейки. Компания Intel в 1997 году /5/ представила флэш-память с 2-битовыми ячейками, которая получила название Strata Flash.
Ячейки MLC применяются в памяти NOR, но наиболее популярны в памяти NAND. Память SLC NAND, в сравнении с MLC NAND, имеет более высокие скорости передачи данных, меньшее энергопотребление и повышенную надёжность. Однако, MLC NAND имеет большую ёмкость и меньшую цену.
Для согласования выходного интерфейса флэш-памяти с внешней шиной используется контроллер, выполненный в виде отдельной микросхемы либо встроенный в микросхему флэш-памяти.