フラッシュメモリのしくみ

私たちは、デジタル写真、音楽ファイル、ワープロ文書、PDF、その他の無数のメディアなど、あらゆる種類のファイルをコンピューターに保存して転送します。ただし、コンピュータのハードドライブが情報を必要とする場所に正確に配置されていない場合があります。システムから離れた場所にあるファイルのバックアップコピーを作成する場合でも、セキュリティが心配な場合でも、フラッシュメモリと呼ばれるタイプの電子メモリを使用するポータブルストレージデバイスが適切なソリューションとなる可能性があります。

電子メモリには、さまざまな目的に役立つさまざまな形式があります。フラッシュメモリは、コンピュータ、デジタルカメラ、家庭用ビデオゲームコンソールでの簡単かつ高速な情報ストレージに使用されます。RAMとしてよりもハードドライブのように使用されます。実際、フラッシュメモリはソリッドステートストレージデバイスとして知られています。つまり、可動部品はありません。すべてが機械的ではなく電子的です。

フラッシュメモリの例をいくつか示します。

フラッシュメモリはEEPROMチップの一種で、Electronicly Erasable Programmable Read OnlyMemoryの略です。列と行のグリッドがあり、各交差点に2つのトランジスタがあるセルがあります（下の画像を参照）。

2つのトランジスタは薄い酸化物層によって互いに分離されています。トランジスタの1つはフローティングゲートと呼ばれ、もう1つはコントロールゲートです。行またはワードラインへのフローティングゲートの唯一のリンクは、コントロールゲートを経由します。このリンクが設定されている限り、セルの値は1です。値を0に変更するには、Fowler-Nordheimトンネリングと呼ばれる奇妙なプロセスが必要です。

この記事では、フラッシュメモリがどのように機能するかを調べ、フラッシュメモリがとるいくつかの形式とそれを使用するデバイスの種類を見ていきます。次に、トンネリングについて詳しく説明します。

コンテンツ

1. フラッシュメモリ：トンネリングと消去
2. 取り外し可能なフラッシュメモリカード
3. フラッシュメモリ規格

トンネリングは、フローティングゲート内の電子の配置を変更するために使用されます。フローティングゲートには、通常10〜13ボルトの電荷が印加されます。電荷はカラムまたはビットラインから発生し、フローティングゲートに入り、地面に排出されます。

この電荷により、フローティングゲートトランジスタは電子銃のように機能します。励起された電子は、薄い酸化物層の反対側に押し出されてトラップされ、負の電荷を与えます。これらの負に帯電した電子は、コントロールゲートとフローティングゲートの間のバリアとして機能します。セルセンサーと呼ばれる特別なデバイスが、フローティングゲートを通過する電荷のレベルを監視します。ゲートを通過する流量が50％のしきい値を超える場合、値は1になります。通過する電荷が50％のしきい値を下回ると、値は0に変わります。空のEEPROMでは、すべてのゲートが完全に開いています。各セルに1の値を与えます。

フラッシュメモリチップのセル内の電子は、より高い電圧の電荷である電界を印加することにより、通常の状態（「1」）に戻すことができます。フラッシュメモリは、回路内配線を使用して、チップ全体またはブロックと呼ばれる所定のセクションに電界を印加します。これにより、チップのターゲット領域が消去され、再書き込みが可能になります。フラッシュメモリは、一度に1バイトを消去する代わりに、ブロックまたはチップ全体を消去してから再書き込みするため、従来のEEPROMよりもはるかに高速に動作します。

プリセットをプログラムすることができ、ラジオがそれらを記憶しているので、カーラジオにはフラッシュメモリがあると思うかもしれません。しかし、実際にはフラッシュRAMを使用しています。違いは、フラッシュRAMはその内容を維持するためにある程度の電力を必要とするのに対し、フラッシュメモリは外部電源なしでデータを維持することです。電源をオフにしても、カーラジオはフラッシュRAMにデータを保存するために少量の電流を流しています。そのため、車のバッテリーが切れたり、ワイヤーが外れたりすると、ラジオのプリセットが失われます。

より多くのメモリ！

• コンピュータメモリのしくみ
• RAMのしくみ
• 仮想メモリのしくみ
• ROMのしくみ
• リムーバブルストレージの仕組み
• BIOSのしくみ

ハードディスクの代わりにフラッシュメモリを使用する理由はいくつかあります。

では、すべてにフラッシュメモリを使用しないのはなぜですか？ハードディスクのメガバイトあたりのコストが大幅に安くなり、容量が大幅に増えるためです。

ソリッドステートフロッピーディスクカード良好スマートメディアとして知られている（SSFDC）、元々東芝によって開発されました。スマートメディアカードは、2MBから128MBの範囲の容量で利用できます。カード自体は非常に小さく、長さ約45 mm、幅37 mm、厚さ1mm未満です。 

以下に示すように、スマートメディアカードは非常にシンプルです。平面電極によってフラッシュメモリチップに接続されるボンディングワイヤ。フラッシュメモリチップ、平面電極、およびボンディングワイヤは、オーバーモールドシンパッケージ（OMTP）と呼ばれる手法を使用して樹脂に埋め込まれます。これにより、はんだ付けをしなくても、すべてを1つのパッケージに統合できます。

OMTPモジュールは、実際のカードを作成するためにベースカードに接着されています。カードがデバイスに挿入されると、電力とデータが電極によってフラッシュメモリチップに運ばれます。切り欠きのあるコーナーは、スマートメディアカードの電力要件を示しています。電極を上に向けてカードを見ると、ノッチが左側にある場合、カードには5ボルトが必要です。ノッチが右側にある場合は、3.3ボルトが必要です。

スマートメディアカードは、メモリを小さなブロック（256バイトまたは512バイト単位）で消去、書き込み、および読み取ります。このアプローチは、保持するデータを指定しながら、高速で信頼性の高いパフォーマンスを実現できることを意味します。他の形式のリムーバブルソリッドステートストレージよりも頑丈ではないため、取り扱いと保管には十分注意する必要があります。xD-PictureCardsやSecureDigitalカードなど、より新しい、より小さなカードでより大きなストレージ容量を備えているため、東芝はSmartMediaカードの生産を実質的に中止しており、現在では見つけるのが困難です。

CompactFlashカードは1994年にSandiskによって開発されましたが、SmartMediaカードとは2つの重要な点で異なります。

CompactFlashは、フラッシュメモリチップと専用コントローラチップを備えた小さな回路基板で構成されており、すべてSmartMediaカードよりも厚い頑丈なシェルに収められています。コンパクトフラッシュカードの幅は43mm、長さは36 mmで、厚さは2つあります。タイプIカードの厚さは3.3 mm、タイプIIカードの厚さは5.5mmです。

コンパクトフラッシュカードはデュアル電圧をサポートし、3.3ボルトまたは5ボルトのいずれかで動作します。

カードの厚みが増すと、スマートメディアカードよりも大きなストレージ容量が可能になります。CompactFlashのサイズは8MBから最大100GBの範囲です。オンボードコントローラーは、特にプロセッサーの速度が遅いデバイスでパフォーマンスを向上させることができます。ケースとコントローラーチップは、スマートメディアカードと比較した場合、コンパクトフラッシュカードにサイズ、重量、および複雑さを追加します。

SmartMediaとCompactFlashの両方、およびPCMCIAタイプIとタイプIIのメモリカードは、Personal Computer Memory Card International Association（PCMCIA）によって開発された標準に準拠しています。これらの規格により、コンパクトフラッシュおよびスマートメディア製品をさまざまなデバイスで簡単に使用できます。標準のフロッピードライブ、USBポート、またはPCMCIAカードスロット（一部のラップトップコンピューターで使用可能）を介してこれらのカードにアクセスできるアダプターを購入することもできます。）。たとえば、ソニーのオリジナルのプレイステーションとプレイステーション2のゲームは、最新のコンソールであるプレイステーション3と下位互換性がありますが、古いシステムで使用されていたメモリカード用のスロットはありません。保存したゲームデータを最新のシステムにインポートしたいゲーマーは、アダプターを購入する必要があります。ソニーのメモリースティックは、ソニーが提供するさまざまな製品で利用可能であり、現在、他のメーカーの製品にも登場しています。

標準は繁栄していますが、一部のビデオゲームシステムのメモリカードなど、本質的に完全に独自仕様のフラッシュメモリ製品が多数あります。しかし、電子部品がますます交換可能になり、相互に通信できるようになると（Bluetoothなどのテクノロジを介して）、標準化されたリムーバブルメモリを使用すると、世界を身近に保つことができます。

2006年9月、SamsungはPRAM（相変化ランダムアクセスメモリ）の開発を発表しました。この新しいタイプのメモリは、RAMの高速処理速度とフラッシュメモリの不揮発性機能を組み合わせており、「パーフェクトRAM」というニックネームが付けられています。PRAMは、従来のフラッシュメモリの30倍の速度で、10倍の寿命があると考えられています。サムスンは、2010年に512MBの容量を持つ最初のPRAMチップを市販する予定です[出典：Numonyx ]。それらはおそらく携帯電話や他のモバイルデバイスで使用され、フラッシュメモリを完全に置き換える可能性さえあります。

フラッシュメモリ、他の形式のコンピュータメモリ、および関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

関連記事

その他のすばらしいリンク