Nguyên lý lưu trữ dữ liệu của usb

Kiến Trúc Máy Tính
Đề tài:Phân tích tìm hiểu nguyên lý
lưu trữ giữ liệu của thiết bị USB
Flash memory

Nhóm số 7: Vũ Huy Hùng
Vũ Văn Qúy

Lớp :65DCDT22


Mục Lục
I. Giới thiệu chung về USB Flash
II. Cấu tạo của USB Flash
III. Nguyên lý lưu trữ của Chip Flash
1. Giới thiệu về Chip Flash
2. Ghi- xóa dữ liệu của Cell
3. NOR Flash và NAND Flash
IV. Ứng dụng


I. Giới thiệu
•

•

USB = (Univer Serial Bus) là
một chuẩn kết nối tuần tự đa
dụng trong máy tính.
USB Flash là thiết bị lưu trữ sử
dụng bộ nhớ flash ( một dạng

IC nhớ hỗ trợ cắm nóng, tháo
lắp nhanh) tích hợp với giao
tiếp USB


- 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 nhoáng).

Dung lượng → 256 GB


II. Cấu tạo

Hình ảnh cấu tạo bên trong của một USB dạng dùng bộ nhớ Flash
(Chip bên trái là chip nhớ flash)


1. 1. Đầu cắm đực (male) của
giao tiếp USB
2. Bộ điều khiển bộ nhớ
3. Các đầu nối không chân cắm
4. Chíp nhớ NAND flash
5. Bộ giao động tinh thể thạch anh
12.000 MHz
6. Đèn LED báo hiệu trạng thái
làm việc của USB flash
7. Chuyển mạch để lựa chọn chế
độ làm việc của USB flash

8. Khoảng trống cho phép nâng
cấp lên thêm một chíp nhớ
NAND flash thứ hai


III. Nguyên lý lưu trữ dữ liệu
1.Giới thiệu về Chip Flash

o Chip của USB Flash là 1flash memory.
o Flash memory về kỹ thuật thì Bộ nhớ flash là một
loại EEPROM là bộ nhớ đọc/ghi bằng điện và không
mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện. Chúng có ô nhớ
được lập bằng 2 dạng cổng logic là NAND và NOR,
và cho phép đọc/ghi từng khối nhỏ , 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.
o Flash memory rẻ hơn nhiều so với EEPROM.


2) Cell
o 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.
o 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.


o 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.
o 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)




o 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.
o Ghi dữ liệu, tương đương việc chuyển cell thành
giá trị “0” bởi thủ tục dưới đây:
o Điện áp 5V được đặt vào CG
o Kênh on , electron di chuyển giữa source và drain
o Điện áp giữa source và drain đủ cao để vài electron có
năng lượng cao nhảy qua khoảng cách điện của FG (hotelectron injection)


o 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)

III. NOR và NAND Flash
o 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 1 lúc.
Tuy nhiên thì việc ghi các cell , thông thường có thể
thực hiện ghi 1byte hoặc 1 từ mỗi lần
o 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.


o NAND flash sử dụng tunnel injection (còn gọi
là Fowler-Nordheim tunneling) để ghi và tunnel release
để xóa.
o 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.Nếu ở dạng NOR Flash , có thể
yêu cầu truy xuất ngẫu nhiên quá trình ghi-xóa.
o 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.

IV. Ứng dụng
o NOR flash thường được sử dụng trong các ứng
dụng như chạy một hệ điều hành của điện thoại di động.
o NAND flash được sử dụng điển hình trong các ứng
dụng như các thẻ nhớ USB.