fopi / методичка по флаш

Исследование характеристик носителей информации на основе flash-памяти.

Оборудование: IBM PC с Windows XP sp1, Intel Celeron 800 Mhz, 256 mb SDRAM, Nvidia GeForce 2 MX/MX 400 64 mb,, набор программ для тестирования flash-накопителей (Flash Memory Toolkit, SiSoftware Sandra).

Цель работы: изучение программ для тестирования характеристик носителей информации на основе flash-памяти, исследование характеристик flash-накопителей с помощью этих программ.

Описание работы.

1.Теоретическая часть.

Принцип действия

Флеш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (англ. cell). В традиционных устройствах с одноуровневыми ячейками (англ. single-level cell, SLC), каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками (англ. multi-level cell, MLC) могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора.

NOR

В основе этого типа флеш-памяти лежит ИЛИ‑НЕ элемент (англ. NOR), потому что в транзисторе с плавающим затвором низкое напряжение на затворе обозначает единицу.

Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Последний полностью изолирован и способен удерживать электроны до 10 лет. В ячейке имеются также сток и исток. При программировании напряжением на управляющем затворе создаётся электрическое поле и возникает туннельный эффект. Некоторые электроны туннелируют через слой изолятора и попадают на плавающий затвор, где и будут пребывать. Заряд на плавающем затворе изменяет «ширину» канала сток-исток и его проводимость, что используется при чтении. Схематично принцип программирования показан на Рис.1.

Программирование и чтение ячеек сильно различаются в энергопотреблении: устройства флеш-памяти потребляют достаточно большой ток при записи, тогда как при чтении затраты энергии малы.

Для стирания информации на управляющий затвор подаётся высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток (Рис.2).

В NOR архитектуре к каждому транзистору необходимо подвести индивидуальный контакт, что увеличивает размеры схемы. Эта проблема решается с помощью NAND архитектуры.

Рисунок 1 Программирование flash-памяти

1. 

Рисунок 2. Стирание flash-памяти

NAND

В основе NAND типа лежит И-НЕ элемент (англ. NAND). Принцип работы такой же, от NOR типа отличается только размещением ячеек и их контактами. В результате уже не требуется подводить индивидуальный контакт к каждой ячейке, так что размер и стоимость NAND чипа может быть существенно меньше. Так же запись и стирание происходит быстрее. Однако эта архитектура не позволяет обращаться к произвольной ячейке.

NAND и NOR архитектуры сейчас существуют параллельно и не конкурируют друг с другом, поскольку находят применение в разных областях хранения данных.

Устройство USB Flash Drive

Рисунок 3 Устройство типичного USB Flash Drive (на примере изделия фирмы «Saitek»:

1 — USB-разъём

2 — микроконтроллер

3 — контрольные точки

4 — микросхема флеш-памяти

5 — кварцевый резонатор

6 — светодиод

7 — переключатель «защита от записи»

8 — место для дополнительной микросхемы памяти

2. Практическая часть.

• Включите компьютер, дождитесь окончания загрузки операционной системы.

• Перед вами появится рабочий стол с размещенными на нем ярлыками тестовых программ.

• Запускаем Flash Memory Toolkit, нажимаем кнопку Try.

• В выподающем окне вверху слева выбираем flash-накопитель.

• В меню слева выбираем пункт File Benchmark

• Жмем кнопку Start.

• Результаты теста представленные графиком заносим в таблицу 1.

• Повторяем тесты 3 раза

• В меню слева выбираем пункт Info, и заполняем таблицу 2 характеристик носителя

• Проводим тестирование и заполняем таблицы для всех flash-накопителей.

Таблица 1 Результаты тестирования на скорость чтения/записи Flash Memory Toolkit

Номер теста Объем	Скорость чтения				Скорость записи
	1	2	3	средняя	1	2	3	средняя
1 Мб
2 Мб
3 Мб
4 Мб
5 Мб

Таблица 2 Технические характеристики flash-накопителя

Фирма производитель
Объем Мб
Файловая система
Кол.-во секторов

• Запустить программу SiSoftware Sandra.

• Найти вкладку «Эталонные тесты», затем пункт «Съемные носители»

• Выбрать в выпадающем окне справа нужный flash-накопитель

• Тест начнется автоматически, процент выполнения будет показан справа вверху

• Результаты теста занести в таблицу 3

Таблица 3 Результаты теста программой SiSoftware Sandra

Размер блока файлов Скорость	512б	32кб	256кб	2мб	64мб	256мб
Чтение, Мб/с
Запись, МБ/с
Чтение, оп/мин
Запись, оп/мин
Удаление, оп/мин

• Построить графики зависимости скорости (Мб/с) от индекса устройства (оп/мин) для чтения и записи для блоков файлов размером 512 байт и 256 мбайт.

Оп/мин

• Сделать выводы о зависимостях производительности flash-накопителе отусловий работы и их технических характеристик

3.Вопросы для проверки:

1. Объяснить, на каком эффекте построена вся flash-память.

2. Из-за чего появляется разница в указанном и реальном объеме носителя?

3. Как зависит скорость чтения и записи flash-накопителя от объема передаваемых данных?