Mémoire flash

La mémoire flash est une mémoire de masse à semi-conducteurs ré-inscriptible, c'est-à-dire une mémoire possédant les caractéristiques d'une mémoire vive mais dont les données ne disparaissent pas lors d'une mise hors tension.



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La mémoire flash est une mémoire de masse à semi-conducteurs ré-inscriptible, c'est-à-dire une mémoire possédant les caractéristiques d'une mémoire vive mais dont les données ne disparaissent pas lors d'une mise hors tension. Ainsi, la mémoire flash stocke les bits de données dans des cellules de mémoire, mais les données sont conservées en mémoire quand l'alimentation électrique est coupée.

Sa vitesse élevée, sa durée de vie et sa faible consommation (qui est même nulle au repos) la rendent particulièrement utile pour de nombreuses applications : appareils photo numériques, téléphones cellulaires, imprimantes, assistants personnels (PDA), ordinateurs portables ou systèmes de lecture et d'enregistrement sonore comme les baladeurs numériques, clés USB. Qui plus est , ce type de mémoire ne possède pas d'éléments mécaniques, ce qui lui confère une grande résistance aux chocs.

Une clé USB. La puce de gauche est la mémoire flash, celle de droite le microcontrôleur.
Un lecteur USB de cartes mémoires utilisées par exemple dans les appareils photo numériques.

Technologie

La mémoire flash est un type d'EEPROM qui permet la modification de plusieurs espaces mémoires en une seule opération. La mémoire flash est par conséquent plus rapide quand le dispositif doit écrire à plusieurs lieux en même temps.

La mémoire flash utilise comme cellule de base un transistor MOS possédant une grille flottante enfouie au milieu de l'oxyde de grille, entre le canal et la grille. L'information est stockée grâce au piégeage d'électrons dans cette grille flottante. Deux mécanismes sont utilisés pour faire traverser l'oxyde aux électrons :

La technique flash se décline sous deux principales formes : flash NOR et NAND, selon le type de porte logique utilisée pour chaque cellule de stockage.

L'écriture et l'effacement des données dans une mémoire Flash (on parle de programmation) s'effectuent par l'application de différentes tensions aux points d'entrée de la cellule. Ces opérations soumettent la grille flottante à rude épreuve ; on estime qu'une mémoire Flash peut supporter jusqu'à 100 000 écritures et effacements, selon la qualité de l'oxyde utilisé pour la grille.

Il existe des systèmes de fichiers particulièrement conçus pour la mémoire flash : JFFS, JFFS2, YAFFS, UBIFS. Ils permettent, entre autres, d'éviter la réécriture répétée sur une même zone, ceci pour prolonger la durée de vie de la mémoire flash.

Dans les applications strictes (cas des Solid State Drive) le matériel intègre directement un contrôleur implémentant des algorithmes de wear levelling chargés de répartir les écritures de manière uniforme sur la totalité de la mémoire flash. Ces techniques permettent de perfectionner significativement la durée de vie de ces supports, et ceci est d'autant plus vrai que la capacité des puces devient grande (l'usure est alors en effet mieux répartie).

NOR

La flash NOR fut la première à être développée, découverte par Intel en 1988. Les temps d'effacement et d'écriture sont longs mais elle possède une interface d'adressage donnant la possibilité un accès aléatoire et rapide à n'importe quelle position. Le stockage des données est 100 % garanti par le fabricant.

Elle est adaptée à l'enregistrement de données informatiques conçues pour être exécutées directement à partir de cette mémoire. Cette caractéristique est nommée XIP (eXecute In Place). De fait, la quasi totalité des OS des appareils électroniques grand public sont stockés dans une mémoire NOR, que ce soit dans les téléphones portables (principal marché des Flash NOR), les décodeurs télés, les cartes mères ou leurs périphériques (imprimantes, appareils photos, etc. ).

Du fait de son coût, énormément plus élevé que celui de la NAND et de sa densité limitée, elle n'est généralement pas utilisée pour le stockage de masse.

NAND

La flash NAND, développée par Toshiba, suivit en 1989. Elle est plus rapide à l'effacement ainsi qu'à l'écriture, offre une plus grande densité et un coût moindre par bit. Cependant son interface d'entrée / sortie n'autorise que l'accès séquentiel aux données.

Le fabricant généralement ne garantit pas le stockage des données à 100 % mais un taux d'erreurs inférieur à une limite donnée. Cette fiabilité limitée nécessite la mise en place d'un dispositif de gestion des erreurs (ECC - Error Code Correction, Bad blocks management, etc. ) au niveau de l'application — comme cela est le cas, par exemple, pour les disques durs. Cela tend à limiter — au niveau dispositif — sa vitesse effective de lecture ainsi qu'à compliquer le boot direct à partir d'une mémoire NAND. Par conséquent elle est moins bien adaptée que la NOR pour des applications de type XIP. Elle est par conséquent utilisée pour le stockage d'informations. Presque l'ensemble des mémoires de masse externes Carte MMC, Carte SD et Carte MS utilisent cette technologie.

Samsung commence la production fin 2009 d'une puce gravée en 30 nm de 4 Go de mémoire flash NAND ayant la particularité d'avoir une interface de type DDR. Quoique ces dernières aient toujours des problèmes de performances qui font qu'elles ne sont pas utilisées sur les SSD, ces puces offriraient un débit 3 fois supérieur à celles basées sur une interface SDR.

Des constructeurs comme Toshiba, IM Flash Technologies (Micron / Intel) et Samsung utilisent des mémoires Flash NAND MLC stockant 3 bits par cellule (MLC 3PBC).

Durée de vie

Une cellule de mémoire flash ne peut être écrite (2008) que 10 000 (MLC - multiple-level-cell, 3 bits par cellule) à 100 000 (SLC - single-level-cell, 1 bit par cellule) fois[1]. La raison en est que ces écritures nécessitent l'application de tensions plus élevées que la simple lecture, qui endommagent progressivement la zone écrite. Les lectures, même répétées, ne lui causent par contre aucun dommage.

La technique de répartition de l'usure, par des procédés variant selon les constructeurs, diminue cet inconvénient; cependant, dans quelques mémoires conçues pour remplacer les disques dur d'ordinateur[2], on aurait observé à l'usage des ralentissements sensibles à l'écriture[3], dus aux relocalisations de blocs successives.

Les constructeurs Sun et Micron envisagent de porter cette durée de vie à un million de cycles au moyen de la technologie NAND dans les disques SSD[4]. Enfin, les promoteurs de la mémoire ferroélectrique (autre technique flash en cours de développement) attribuent à cette dernière un potentiel de 100 millions d'écritures[5].

Les types de cartes Flash

En bref

xD Card.

Les formats SD sont actuellement les plus communs et les moins onéreux.

En détail

La mémoire CompactFlash

Article détaillé : CompactFlash.

La mémoire Memory Stick

Memory Stick de 32 Mo à 8 Go (face avant)

La mémoire Memory Stick (notée MS) est un type de carte mémoire créé conjointement par Sony et SanDisk en janvier 2000. L'architecture des cartes Memory Stick est basée sur des circuits de mémoire flash (EEPROM) de type NAND.

La mémoire Memory Stick originale est de petites dimensions (21, 5 mm x 50 mm x 2, 8 mm), équivalentes à celles d'une petite boîte d'allumettes, et pèse à peine 4 g.

La Memory Stick se décline dorénavant en trois dimensions :

Si le Memory Stick a rétréci pour s'intégrer dans les appareils mobiles ultra compacts, il délivre néanmoins les mêmes fonctions et performances que le Memory Stick de taille standard. Seuls les qualificatifs PRO, PRO High Speed ou PRO-HG témoignent d'une différence de technique. C'est pourquoi il existe des adaptateurs pour insérer et utiliser les cartes Duo ou Micro dans des lecteurs pour Memory Stick classiques. Il en existe aussi un pour utiliser les cartes Micro dans un lecteur de cartes Duo.

Avec le temps la technique des Memory Sticks a aussi évolué :

Memory Stick 
Memory Stick PRO et PRO High Speed 
Memory Stick PRO-HG 

Toutes les cartes actuelles au format Standard et Duo sont équipées d'un connecteur latéral possédant 10 broches. Les cartes Micro comportent 11 broches et les futures technologies PRO-HG nécessiteront un connecteur à 14 contacts.

Pour une compatibilité ascendante avec les anciens appareils, les cartes Memory Stick PRO et plus récentes sont aussi capables de fonctionner en série mais avec des débits inférieurs. Les lecteurs MS Pro peuvent lire et écrire des cartes MS classiques, mais les lecteurs MS classiques ne peuvent ni lire ni écrire les cartes MS Pro.

De plus, pour lire les cartes Memory Stick PRO d'une capacité supérieure à 2 Go, votre appareil doit non seulement prendre en charge les Memory Stick PRO, mais également utiliser le dispositif de fichier FAT32[7]

La technique «Magic Gate» est la solution Sony de protection des droits d'auteur, utilisée surtout dans le format audio ATRAC 3. Cela n'empêche en aucun cas les appareils n'utilisant pas cette technique (ie. appareils photo) de fonctionner avec des cartes Magic Gate.

Il existe aussi un modèle spécifique, dit «with Memory Select Function» (à sélection de mémoire), qui sépare physiquement la mémoire disponible en 2 parties identiques. Le choix de l'une ou l'autre partition se fait par un interrupteur au dos de la carte.

La mémoire Smart Media

La mémoire SmartMedia est un type de carte mémoire créé par Toshiba et Samsung. Son architecture est basée sur des circuits de mémoire flash (EEPROM) de type NAND La mémoire SmartMedia possède de très petites dimensions (45 mm × 37 mm × 0, 76 mm), équivalentes à celles d'un timbre poste, et pèse à peine 3 g. Il existe deux types de cartes SmartMedia fonctionnant à des tensions différentes :

L'accès aux données est réalisé par l'intermédiaire d'une puce possédant 22 broches. Quelle que soit la capacité de la carte Smartmedia, les dimensions et l'emplacement de la puce sont les mêmes. Le temps d'accès à la mémoire est d'environ 25 µs pour le premier accès et de cycles de 50 ns pour les suivants.

Tailles comparées des différentes cartes

Toutes les dimensions sont en millimètres, volume en mm³ et les masses en grammes.

Type Largeur Profondeur Épaisseur Volume Masse approximative
Secure Digital 24 32 2, 1 1613 3
MiniSD 20, 3 20, 3 1, 3 536 2
Micro SD/TransFlash 15 11 1, 0 165 < 1
CompactFlash I 42, 6 36, 4 3, 3 5117 variable
CompactFlash II 42, 6 36, 4 5 7753 variable
MultiMediaCard 24 32 1.4 1075 2
SmartMedia 37 45 0, 76 1265 2
MemoryStick 21, 5 50 2, 8 3010 4
MemoryStick Duo 20 31 1, 6 992 2
xD Picture 24, 9 20, 1 1, 8 901 3

Notes

Voir aussi

Liens externes

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
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