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1 2009 Fachseminar Autor: Prof. Dr. Karl Otto Linn [SPEICHERCHIPS-TECHNOLOGIEN]

2 Inhaltsverzeichnis 1 ERKLÄRUNG MOTIVATION EINLEITUNG SPEICHERCHIPS-TECHNOLOGIEN Flüchtiger Speicher SRAM Asynchrones SRAM (ASRAM) Synchrones SRAM (SSRAM) DRAM Asynchrones DRAM (ADRAM) EDO-RAM Synchrones DRAM (SDRAM) SDRAM DDR-SDRAM DDR2-SDRAM DDR3-SDRAM Nichtflüchtiger Speicher ROM MROM PROM Erasable Programmable ROM FLASH NOR Single Level Cell Multi-Level Cell NAND Single Level Cell Multi Level Cell SCHLUSSFOLGERUNG LITERATURVERZEICHNIS STICHWORTVERZEICHNIS Seite 2 von 32

3 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Samsung Speicherchips... 6 Abbildung 2: PROM Chip Abbildung 3: Ultra Violet EPROM Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Spezifikation EDO-RAM... 7 Tabelle 2: Spezifikation SDR-SDRAM... 8 Tabelle 3: Spezifikation DDR1-SDRAM Tabelle 4:Spezifikation DDR2-SDRAM Tabelle 5: Spezifikation DDR3-SDRAM Tabelle 6: Spezifikation MMC (MultiMedia Card) Tabelle 7: Spezifikation CF (Compact Flash Card) Tabelle 8: Spezifikation M2 (Memory Stick Micro) Tabelle 9: Spezifikation MS Pro Duo (Memory Stick Pro Duo) Tabelle 10: Spezifikation MS Pro-HG Duo HX (Memory Stick Pro-HG Duo HX) Tabelle 11: Spezifikation MS Duo (Memory Stick Duo) Tabelle 12: Spezifikation microsd HC (micro Secure Digital High Capacity Memory Card) Tabelle 13: Spezifikation SDHC (Secure Digital High Capacity Memory Card) Tabelle 14: Spezifikation SD XC (Secure Digital Extendet Capacity Memory Card) Tabelle 15: Spezifikation xd Picture Card Tabelle 16: Spezifikation USB Stick (Universal Serial Bus Stick) Tabelle 17: Spezifikation SSD (Solid State Drive) Seite 3 von 32

4 1 Erklärung Ich versichere hiermit, dass ich die vorliegende Arbeit in allen Teilen selbständig angefertigt habe. Die Stellen, die wörtlich oder dem Sinn nach der Literatur oder anderen Quellen entnommen sind, habe ich in der für wissenschaftliche Arbeiten üblichen Form als Entlehnung kenntlich gemacht. Ort, Datum Unterschrift 2 Motivation Als Vorbereitung auf die Bachelor Thesis wird in Rahmen der Lehrveranstaltung Fachseminar an der FH- Wiesbaden eine wissenschaftliche Ausarbeitung mit anschließender Präsentation über das ausgearbeitete Thema durchgeführt. Um den höchstmöglichsten Lernerfolg zu erzielen, werde ich versuchen das erlernte aus dem Seminar umzusetzen. Für die Ausarbeitung konnten eigene Vorschläge eingebracht oder aus einer Liste von 10 verschiedenen Themengebieten eine Wahl getroffen werden. Aus eigenem Interesse habe ich mich für die Thematik der Speicherchips-Technologien entschieden. Da inzwischen so ziemlich in jedem Elektrogerät heut zu Tage zum Speichern bzw. lesen von Informationen Speicherchips verschiedener Art verwendet werden und ich selbst viele dieser Elektronische-Geräte nutze, war dies eine gute Chance mich tiefer in diesen Sachverhalt einzuarbeiten. 3 Einleitung Aufgrund der immer wachsenden Verbreitung der Elektronischen-Geräten und der damit verbundenen Verbreitung hierfür benötigten Speicherchips-Technologien, wird es immer wichtiger sich mit den betreffenden Geräten und hierfür benötigten verschiedenen Speicherchips auseinanderzusetzten. Da diese Speicherchips in ihrer Eigenschaft unterscheiden je nach dem wo diese eingesetzt werden, ist es essentiell bei den verfügbaren Technologien auf die Unterschiede zu achten. Wegen des umfangreichen Themengebiets habe ich mich entschlossen meine Ausarbeitung so ziemlich alle Speicherchips-Technologien zu behandeln aber nicht zu detailliert im einzeln einzugehen, sondern Vorteile/ Nachteile, Einsatzgebiete und die besonderen Eigenschaften dieser Technologie als eine Art Übersicht zu erläutern. Seite 4 von 32

5 4 Abstract Due to the ever increasing use of electronic devices and the associated proliferation required for this memory technologies, it is increasingly important with the relevant equipment required for this deal and to put different memory chips. Since these memory chips in their capacity differ depending on where they are used, it is essential to pay attention to the available technologies for the differences. Because of the extensive subject area I decided to pretty much all my development-memory technology to treat but not to respond in detail separately, but discuss advantages / disadvantages, applications and the special characteristics of this technology as a kind of overview. Seite 5 von 32

6 5 Speicherchips-Technologien 5.1 Flüchtiger Speicher Die gängigsten flüchtigen Speicherchips werden hauptsächlich in Computern eingesetzt und werden flüchtig (auch: volatil) genannt, das heißt, die gespeicherten Daten gehen nach Trennung der Stromzufuhr verloren SRAM Abbildung 1: Samsung Speicherchips Static Random Accesss Memory (deutsch: statisches RAM, Abkürzung: SRAM) bezeichnet einen elektronischen Speichertyp. Sein Inhalt ist flüchtig, das heißt, die gespeicherte Information geht auch hier bei Trennung der Stromzufuhr verloren. Beim Static Random Access Memory bleibt der Dateninhalt im statischen RAM bei Anliegen der Betriebsspannung beliebig lange gespeichert, wovon sich auch die Bezeichnung dieses Speichertyps ableiten lässt. SRAMs finden als schneller Speicher mit vergleichsweise kleiner Datenkapazität überall dort Anwendung, wo der Dateninhalt schnell im Zugriff sein muss, wie beispielsweise in Prozessoren als Cache und aber auch auf digitalen ICs Asynchrones SRAM (ASRAM) ASRAMs stellen die einfachste Form der Cache-Bausteine dar. Sie arbeiten ohne vorgegebenen Systemtakt. In heutigen Computer wird ASRAM als Level 2 Cache eingesetzt. Sind meist langsamere Low-Power SRAMs die in kleineren Mikrocontroller eingesetzt werden Synchrones SRAM (SSRAM) SSRAMs entsprechen in ihrer Arbeitsweise den zuvor beschriebenen asynchronen SRAMs. Sie unterscheiden sich von den asynchronen nur dadurch, dass sie mit einem zur CPU synchronen Takt arbeiten. Dadurch werden bestimmte Verzögerungen verhindert, die bei asynchronen SRAMs auftreten DRAM Dynamic Random Access Memory (DRAM), bezeichnet eine Technologie für einen elektronischen Speicherbaustein mit wahlfreiem Zugriff (Random Access Memory, RAM). Diese Technologie wird hauptsächliche eingesetzt in Computern aber auch in anderen elektronischen Geräten wie zum Beispiel Druckern und anderen Peripherie. Der Aufbau einer einzelnen DRAM-Speicherzelle ist sehr einfach, sie besteht nur aus einem Kondensator und einem Transistor. Der hier in Schaltkreise eingesetzte Kondensator ist ein speicherndes Element, der entweder geladen oder entladen ist. Über einen Schalttransistor wird er entweder ausgelesen oder mit neuem Inhalt beschrieben. Seite 6 von 32

7 Asynchrones DRAM (ADRAM) Bei Asynchrone DRAM Baustein erfolgt die Ansteuerung asynchron ohne Takt. Bei der asynchronen Variante sind die Daten erst nach einer bestimmten, bausteinabhängigen Laufzeit da bzw. werden geschrieben. Vor allem diese materialabhängigen, zeitlichen Parameter weisen Exemplarsteuerungen auf und sind von verschiedenen Einflüssen abhängig, aus diesem Grund ist bei asynchronen Speichern der maximale Durchsatz stärker als bei synchronen Speicheransteuerungen limitiert EDO-RAM Der EDO-RAM (Extended Data Output RAM) ist ein Halbleiterspeicher und gehört zur Gruppe der DRAMs. EDO-RAM gibt es wie in der Tabelle1 abgebildet die Zugriffszeiten von 70 ns, 60 ns und 50 ns. Die Versionen mit maximal 32 MB Kapazität haben die weiteste Verbreitung gefunden, wohingegen Versionen ab 64 MB Kapazität sich gehäuft als inkompatibel zu den marktüblichen Mainboards erwiesen haben. Die später Eingeführten 128 MB Module konnten wegen der damals schon vorhandenen Dominanz von SDRAM nicht mehr in großen Stückzahlen verkauft werden. Tabelle 1: Spezifikation EDO-RAM Chip physikalische Taktfrequenz Zugriffszeit 16 MB 66 MHz 70 ns 32 MB 66 MHz 60 ns 64 MB 66 MHz 60 ns 128 MB 66 MHz 50 ns syiok.com Seite 7 von 32

8 Synchrones DRAM (SDRAM) Fast alle Hersteller von DRAMs haben sich auf die Entwicklung und Produktion von SDRAMs geeinigt. Als SDRAMs bezeichnet man synchrone DRAMs. Das Besondere ist, dass sich alle Signale auf ein Taktsignal beziehen SDRAM SDRAM ist die Abkürzung für Synchronous Dynamic Random Access Memory, diese Art des Arbeitsspeichers wurde auch in Computern und Drucker verwendet. SDRAM ist eine getaktete DRAM-Technologie, der Takt wird durch den Systembus vorgegeben, oft wurde auch durch einen separaten, am Systembus angeschlossenen Speicherbus dies realisiert. Die Taktung erfolgt über die Verwendung von Registern für Adresseingänge, Steuerinformationen sowie die Ein-/Ausgabedaten, indem Wertänderungen in den Registern nur mit den Taktflanken durchgeführt werden. Man spricht auch von DDR- SDRAM (Double Data Rate SDRAM), wenn Wertänderungen sowohl bei positiven wie auch bei negativen Taktflanken möglich sind. Zudem können Register Puffer- und Pipelining-Techniken genutzt werden, so dass sich insgesamt ein deutlicher Zeitgewinn ergibt. SDRAM ist etwa doppelt so schnell wie EDO-DRAM und wird dabei mit 3,3 Volt betrieben. Die genauen Spezifikationen können in Tabelle2 entnommen werden. Tabelle 2: Spezifikation SDR-SDRAM Chip physikalische Taktfrequenz Zugriffszeit Übertragungsrate pro Modul PC MHz 10 ns 0,5 GByte/s PC MHz 8 ns 0,75 GByte/s PC MHz 7,5 ns 0,99 GByte/s microlanbh.com PC- 150/ /160 MHz <7 ns 1,12-1,24 GByte/s Seite 8 von 32

9 DDR-SDRAM DDR-SDRAM ( Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory ) ist ein Typ von Random Access Memory (RAM). Verwendet werden diese hauptsächlich für Speichermodule des DIMM- bzw. SO-DIMM-Standards als Arbeitsspeicher in PCs und Laptops. Während die zuvor beschriebene SDRAM-Module bei einem Takt von 133 MHz eine Datenübertragungsrate von 1,06 GB/s bieten, arbeiten Module mit DDR-SDRAM nahezu mit der doppelten Datenrate. Möglich wird das durch einen relativ simplen Trick: Sowohl bei der auf- als auch bei der absteigenden Flanke des Taktsignals wird ein Datenbit übertragen, anstatt wie bisher nur bei der aufsteigenden. Damit dieses Verfahren zu einer Beschleunigung führt, muss die Anzahl zusammenhängend angeforderter Daten immer gleich oder größer als die doppelte Busbreite sein. Der DDR- SDRAM ist im Vergleich zu einfachem SDRAM bei gleichem Takt nicht exakt doppelt so schnell, liegt an der zuvor beschriebenen Problematik die Daten exakt gleich oder größer als doppelte Busbreite zu partitionieren. Ein weiterer Grund ist, dass Adress- und Steuersignale im Gegensatz zu den Datensignalen nur mit einer Taktflanke gegeben werden. DDR-RAM arbeitet mit physikalischer Taktfrequenz von 100 MHz bis 200 MHz wie dies in Tabelle 3 abgebildet ist, um die den effektiven Takt errechnen zu können, muss der Physikalische Takt als Beispiel genommen DDR-200 Chip der mit der 100 MHz getaktert ist, mit zweifach-prefetch multipliziert werden dies führt zu 200 MHz effektiver Takt. Zweifach-Prefetch kommt zu Stande, da wir ja jetzt jeweils bei auf- und bei absteigende einen Datenbit übertragen können, muss wie zuvor beschrieben der effektive Takt errechnet werden. Die Übertragungsrate bzw. PC-XXXX errechnet sich folgender maßen: Übertragungsrate pro Modul = (2 Datenbit (zweifach-prefetch) Speichertakt Busbreite)/8bit und entspricht der Datenrate in MB/s. Die Busbreite beträgt bei DDR1-3-DRAM 64 Bit. Beispiel: DDR-200 Übertragungsrate pro Modul = (2 x 100 MHz x 64 bit) / 8 bit = 1,6 GB/s. Seite 9 von 32

10 Tabelle 3: Spezifikation DDR1-SDRAM Chip Modul physikalische Taktfrequenz Effektiver Takt Übertragungsrate pro Modul DDR- 200 PC MHz 200 MHz 1,6 GB/s elektronik-kompendium.de/.../com/ htmkompendium.de/.../com/ htm DDR- 266 PC MHz 266 MHz 2,1 GB/s DDR- 333 PC MHz 333 MHz 2,7 GB/s DDR- 400 PC MHz 400 MHz 3,2 GB/s Seite 10 von 32

11 DDR2-SDRAM DDR2-SDRAM ist eine Weiterentwicklung des Konzeptes von DDR-SDRAM, bei dem statt mit einem Zweifach-Prefetch mit einem Vierfach-Prefetch gearbeitet wird. DDR2- Module sind mechanisch und elektrisch nicht kompatibel mit DDR-Modulen da die unterschiedliche Anzahl Kontakte/Pins besitzen, und durch unterschiedliche Kontaktleisten wird eine versehentliche Verwechselung verhindert. Eine weitere Optimierung des DDR2-SDRAM, die sogenannte Dual-Channel, führt dazu, dass der Speicherkontroller in der Lage ist zwei Speichermodule parallel anzusprechen. Dies sorgt für eine höhere Transferrate und eine damit verbundene Leistungssteigerung gegenüber Single Channel betrieb. Auch hier lässt sich die Übertragungsrate bzw. PC- XXXX folgender maßen errechnen: Übertragungsrate pro Modul = (4 Datenbit (vierfach- Prefetch) Speichertakt Busbreite)/8bit und entspricht der Datenrate in MB/s. Die Busbreite beträgt bei DDR1-3-DRAM DRAM 64 Bit. Beispiel: DDR-400 Übertragungsrate pro Modul = (4 x 100 MHz x 64 bit) / 8 bit = 3,2 GB/s. Allerdings durch Dual-Channel erreichen wir bei Übertragungsrate pro Modul 3,2 GB/s im Dual-Channel Betrieb eine Übertragungsrate von 6,4 GB/s. Tabelle 4:Spezifikation DDR2-SDRAM Chip Modul physikalische Taktfrequenz Effektiver Takt Übertragungsrate pro Modul Übertragungsrate Dual-Channel DDR2-400 PC MHz 400 MHz 3,2 GB/s 6,4 GB/s DDR2-533 PC MHz 533 MHz 4,2 GB/s 8,4 GB/s elektronik-kompendium.de/.../com/ htmkompendium.de/.../com/ htm DDR2-667 PC MHz 667 MHz 5,3 GB/s 10,6 GB/s DDR2-800 PC MHz 800 MHz 6,4 GB/s 12,8 GB/s DDR PC MHz 1066 MHz 8,5 GB/s 17,0 GB/s Seite 11 von 32

12 Tabelle 5: Spezifikation DDR3-SDRAM Chip Mod ul physikalische Taktfrequenz Effektiver Takt Übertragu ngsrate pro Modul Übertragu ngs rate Dual- Channel Übertragungsra te Triple- Channel DDR3-800 PC MHz 800 MHz 6,4 GB/s 12,8 GB/s 19,2 GB/s [SPEICHERCHIPS-TECHNOLOGIEN] 1. Oktober DDR3-SDRAM DDR3-SDRAM ist eine Weiterentwicklung des Konzeptes von DDR2-SDRAM, bei dem mit einem Achtfach-Prefetch (8 bit) gearbeitet wird. Die Chips verarbeiten Daten mit 8500 Mb/s und sind damit deutlich schneller als DDR-400- oder auch DDR2-800-SDRAM. DDR3-SDRAM ist besonders geeignet für den mobilen Einsatz, bei dem es auf lange Akkulaufzeiten ankommt, dies wurde ermöglicht durch das herabsetzten der Spannung von 1,8 Volt auf 1,5 Volt. DDR3-SDRAM hat gleiche Anzahl der Kontakte/Pins wie DDR2- SDRAM, sie sind trotz gleicher Pinzahl verglichen DDR2-SDRAM nicht zu DDR2-SDRAM kompatibel und besitzen unterschiedlichen Einkerbungen. Bei Tripple Channel erreicht man eine dreifache Datentransferrate. Eine weitere Erweiterung des Speicherkontrollers auf Triple-Channel ist man dadurch in der Lage mit DDR3-SDRAM, Übertragungsraten von 19,2 GB/s bis zu 38,4 GB/s Daten zu übertragen. Auch hier lässt sich die Übertragungsrate bzw. PC-XXXX folgender maßen errechnen: Übertragungsrate pro Modul = (8 Datenbit (achtfach-prefetch) Speichertakt Busbreite)/8bit und entspricht der Datenrate in MB/s. Die Busbreite beträgt bei DDR1-3-DRAM DRAM 64 Bit. Beispiel: DDR3-800 Übertragungsrate pro Modul = (8 x 100 MHz x 64 bit) / 8 bit = 6,4 GB/s. Allerdings durch Dual-Channel erreichen wir, bei Übertragungsrate pro Modul 6,4 GB/s und im Triple-Channel Betrieb eine Übertragungsrate von 19,2 GB/s. elektronikkompendium.de/.../com/ htm DDR DDR DDR PC PC PC MHz 1066 MHz 8,5 GB/s 17,0 GB/s 25,5 GB/s 166 MHz 1333 MHz 10,6 GB/s 21,2 GB/s 31,8 GB/s 200 MHz 1600 MHz 12,8 GB/s 25,6 GB/s 38,4 GB/s Seite 12 von 32

13 5.2 Nichtflüchtiger Speicher Die heute gängigsten nichtflüchtigen Speicherchips werden hauptsächlich in Computern eingesetzt und sind nicht flüchtig (auch: non volatil) genannt, das heißt, die gespeicherten Daten gehen nach Abschaltung der Stromzufuhr nicht verloren. Einsatz findet überall dort statt, wo kleinere, variable Datenmengen wie Konfigurationsdaten, von einigen KByte bis zu wenigen MByte, die unteranderem ohne externe Energieversorgung längere Zeit gespeichert werden sollen. Eine typische Anwendung stellt das bei Personal-Computern als CMOS-RAM dar ROM Unter Nur-Lese-Speicher oder Festwertspeicher (engl. auch read-only memory, ROM) ist ein Datenspeicher, der nur lesbar ist, im normalen Betrieb aber nicht beschrieben werden kann. ROM zählt zu nicht flüchtige Speichertechnologie. ROM hält seine Daten auch in stromlosem Zustand. Die häufigste Anwendung fand die ROM Technologie in Computerprogrammen wie z.b. dem BIOS. Das Einschreiben von Daten in ein ROM wird als Programmierung des Bausteins bezeichnet und ist nicht mit den Schreibzugriffen in einem Schreib-Lese-Speicher vergleichbar MROM Als Masked ROM, deutsch Masken-ROM oder kurz MROM bezeichnet man Festwertspeicher. Bei dieser Art der Technologie werden die Informationen im Rahmen des Fertigungsprozesses fest angelegt. Da diese Masken in der Herstellung vergleichsweise teuer sind und im Nachhinein nicht mehr verändert werden können, werden Masked ROMs lediglich in der Massenproduktion eingesetzt. MROMs wurden vor allem von Unterhatungsindustrie in Spielen eingebaut, wie Nintendo (Game-Boy-Spiele, SNES) oder Sega, Masked ROM wurde ebenfalls für Taschenrechner oder BIOS-Chips in eingebetteten Systeme verwendet. Seite 13 von 32

14 PROM Abbildung 2: PROM Chip gmcopo.com Ein Programmable Read Only Memory (PROM), zu Deutsch programmierbarer Nur-Lese-Speicher, ist ein weiteres elektronisches Bauteil. Bei PROM handelt es sich um eine programmierbare logische Anordnung, bei der ausschließlich das ODER-Array programmierbar ist. PROMs werden inzwischen nicht mehr verwendet und sind von nächste Technologie EPROMs abgelöst worden. Der Unterschied vom PROM zum ROM liegt darin, dass der PROM (einmal) programmierbar ist, und der ROM bei der Herstellung seinen Speicherinhalt erhält, der wiederrum nicht mehr veränderbar ist Erasable Programmable ROM Die Idee von Erasable Programmable ROM ist es, eine flexibleres Verfahren zu entwickeln, welches es ermöglicht nicht nur Read Only Memory sprich einmal zur Fertigungszeit festgelegte und einprogrammierte Daten in Speicherzellen zu haben, sondern jeder Zeit ohne viel Aufwand den Inhalt verändern zu können. EPROMs gelten als Nachfolger von PROMs und sind mehrfach programmierbar und dadurch flexibler in ihrer Art einsetzbar. EPROMs gibt es in zwei Varianten die in ihrer Eigenschaft in nächsten Unterpunkten beschrieben werden. Seite 14 von 32

15 Ultra-Violet Erasable PROM Abbildung 3: Ultra Violet EPROM nationmaster.com Ein EPROM (Erasable Programmable Read-Only-Memory, wörtlich: Löschbarer, programmierbarer Nur-Lese-Speicher) ist ein nichtflüchtiger, elektronischer Speicherbaustein. Die Breite Anwendung diese Art der Technologie fand vor allem in der Computertechnik statt. Dieser spizielle Bausteintyp ist mit Hilfe spezieller Programmiergeräte die so genannte EPROM-Brennern programmieren und dieser lässt sich mittels UV-Licht wieder löschen und anschließend wieder neu programmieren. Das Ende seiner Lebensdauer hat das EPROM nach etwa Löschvorgängen erreicht. Das zur Löschung benötige Quarzglas-Fenster (normales Glas ist nicht UV-durchlässig) macht das Gehäuse relativ teuer. Siehe Abbildung Electrically Erasable PROM EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, wörtlich: elektrisch löschbarer, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, auch E 2 PROM genannt) ist ein nichtflüchtiger elektronischer Speicherbaustein. Die Anwendung dieser Art von Technologie fand unter anderem in der Computertechnik statt und dort hauptsächlich in eingebetteten Systemen. Zu Anfangszeit wurde dieser Bausteintyp mittels eines Programmiergerätes programmiert, inzwischen kann das auch von der angeschlossenen CPU im System bewerkstelligt werden. EEPROM besteht aus einer Feldeffekt-Transistorenmatrix mit isoliertem Floating Gate, hierbei repräsentiert jeder Transistor ein Bit. Beim Schreiben wird auf das Floating Gate eine Ladung angelegt dadurch sperrt der Transistor und beim Löschen wird diese Ladung wieder entfernt. Beim zuvor beschriebenen EPROM ist hingegen zum Löschen eine UV-Lampe nötig. Um den gesamten Inhalt eines EEPROMs zu löschen werden deshalb nur einige Sekunden benötigt, in Vergleich zu EPROM wo ein vollständiger Löschvorgang 10 bis 30 Minuten die Prozedur dauert. Seite 15 von 32

16 5.2.2 FLASH Flash-Speicher mit der genauen Bezeichnung Flash-EEPROM sind digitale Speicherchips, die im Gegensatz zu gewöhnlichem EEPROM-Speicher, sich bei Flash-EEPROMs Bytes nicht einzeln löschen sondern blockweise lassen NOR NOR-Flash besteht aus NOR Gattern und wurde als flexibler Ersatz für EPROM-, PROM und ROM Speicher entwickelt. NOR-Flash wird über eine klassische Adress- und Datenbus-Schnittstelle angesprochen und kann ohne zusätzliche Glue Logic an das Bussystem eines Controllers angebunden werden. Typische NOR-Flash-Speicher liefern beim Auslesen höhere Datentransferraten als solche von NAND-Typ, benötigen aber pro Bit mehr Siliziumfläche und sind deshalb deutlich teurer als NAND-Chips gleicher Kapazität. Außerdem lassen sich NOR- Flash-Zellen nicht so schnell beschreiben wie NAND-Flashes. Die Verbreitung NOR-Speicherchips im Vergleich zu NAND-Chips ist sehr gering, deshalb habe ich hier keine Speicherchips von diesem Typ aufgelistet bzw. erklärt. NOR-Flash wird hauptsächlich bei Servern als Festplattenersatz eingesetzt Single Level Cell Die Single Level Cell (SLC) speichert mit einer fest definierten Spannung nur ein Bit pro Flash-Zelle. SLC-Chips bieten geringere Speicherkapazitäten pro Fläche und sind deshalb deutlich teurer als die MLC-Chips (Multi Level Cell). Die Schreibrate der SLC-Chips ist beim Schreiben langsamer aber beim Lesen schneller als bei den MLC-Chips. Aus diesen Gründen werden MLC-Chips bevorzugt Multi-Level Cell Multi-Level-Cell-Speicherzellen (kurz MLC genannt), sind Speicherzellen in denen mehr als ein Bit pro Zelle gespeichert wird. Dies wird durch Speichern von mehr als zwei Zuständen (engl. levels) in der Zelle erreicht. Das Speichern von mehreren Bits pro Speicherzelle hat zum Nachteil, dass die Lese- und Schreibgeschwindigkeit im Vergleich zu SLC reduziert ist. Im Ausfall einer Zelle die Bitfehlerrate (engl. Bit error rate, BER) erhöht. Aus diesem Grund sind komplexere Fehlerkorrekturverfahren zum Sichern des Informationsgehalts der Daten erforderlich. Seite 16 von 32

17 NAND NAND-Flash wird in der sogenannten NAND-Technologie gefertigt und bezeichnet einen Typ von Flash-Speicher. Der Ausdruck NAND-Technologie bezieht sich dabei auf die serielle Anordnung der einzelnen Speicherzellen, diese bestehen aus speziellen MOS-FETs, die wie bei einem NAND-Gatter verschaltet sind. Die Verbreitung NAND-Speicherchips im Vergleich zu NOR- Speicherchips ist sehr gering, deshalb habe ich hier alle bekannte Speicherchips als Einsatz in Speichermedien aufgelistet bzw. erklärt Single Level Cell Die Single Level Cell (SLC) speichert mit einer fest definierten Spannung nur ein Bit pro Flash-Zelle. SLC-Chips bieten geringere Speicherkapazitäten pro Fläche und sind deshalb deutlich teurer als die MLC-Chips (Multi Level Cell). Die Schreibrate der SLC-Chips ist beim Schreiben langsamer aber beim Lesen schneller als bei den MLC-Chips. Aus diesen Gründen werden MLC-Chips bevorzugt Multi Level Cell Multi-Level-Cell-Speicherzellen (kurz MLC genannt), sind Speicherzellen in denen mehr als ein Bit pro Zelle gespeichert wird. Dies wird durch Speichern von mehr als zwei Zuständen (engl. levels) in der Zelle erreicht. Das Speichern von mehreren Bits pro Speicherzelle hat zum Nachteil, dass die Lese- und Schreibgeschwindigkeit im Vergleich zu SLC reduziert ist. Im Ausfall einer Zelle die Bitfehlerrate (engl. Bit error rate, BER) erhöht. Aus diesem Grund sind komplexere Fehlerkorrekturverfahren zum Sichern des Informationsgehalts der Daten erforderlich. Seite 17 von 32

18 MMC MultiMedia Card MMC 1997 wurde von Siemens-Tochter Ingentix zusammen mit SanDisk der MMC- Standard entwickelt. MultiMedia Card speichert Daten mittels Flash-Speicherung. Die MMC besitzt sieben Pins, diese werden über einen integrierten Controller angesteuert. Die Kapazität der MMC beträgt zwischen 2 MB und 8 GB wobei die Variante unterhalb von 1 GB nicht mehr auf Markt ist sprich nicht mehr Produziert wird. Die MMC Card wird beispielweise verwendet in Digitalkameras, MP3-Player, Handys oder PDAs. Geräte mit SD-Memory-Card-Steckplatz sind in der Regel abwärtskompatibel zu Multimedia Cards. So lassen sich MMCs meist auch in Geräten betreiben, die für SD Memory Card ausgelegt sind. Das Betreiben von SD-Karten in Geräten, die nur für MMC ausgelegt sind, ist hingegen nicht möglich. Die SD-Karten haben ein etwas dickeres Gehäuse als MMC-Karten, dadurch wird das Fehlbenutzen verhindert. Daher passen SD- Karten aufgrund der Dicke nicht in MMC-Steckplätze Februar 2004 wurde ein neuer MMC Standard MMC 4.0 entwickelt, der durch optional 4 oder 8 Bit gesteigerte Busbreite und zusätzlich höhere Taktraten höhere Lese- und Schreibgeschwindigkeiten (Idealfall bis 52 MB/s) brachte. Die MMC Card wird als SLC so wie auch als MLC produziert, ob es in SLC oder MLC produziert wird hängt von Hersteller ab. Tabelle 6: Spezifikation MMC (MultiMedia Card) Kapazität: Lesen: Schreiben: Anschluss: 128 MByte bis 4 GByte 20 MByte/s 17 MByte/s 13 Pins Spannung: 3,3 V (±5 %) Betrieb bei: -25 C ~ 85 C kingston.com Lagerung bei: -40 C ~ 85 C Gewicht ca. 1,5g Seite 18 von 32

19 Compact Flash Card Compact Flash-Karte wurde 1994 von SanDisk entwickelt. Compact Flash-Karten mit Flash-Speicher haben neben dem eigentlichen Speicher-Chip noch einen Controller, der den Speicher verwaltet und nach außen eine (E)-IDE-Schnittstelle anbietet. Im Gegensatz zu allen anderen Flash-basierten Speicherkarten ist für die Adressierung des eigentlichen Speichers der karteninterne Controller und nicht das Endgerät (z. B. Digitalkamera) zuständig. Tabelle 7: Spezifikation CF (Compact Flash Card) Kapazität: Lesen: Schreiben: Lesezugriff: Schreibzugriff: Anschluss: 2 MByte bis 64 GByte 6 bis 90 MByte/s = 25x bis 600x (1x entspricht 150 kbyte/s, der 1-fachen CD-Lesegeschwindigkeit.) 4 bis über 80 MByte/s < 1 ms 10 ms bis 35 ms 50 Pins Spannung: 3,3 V (±5 %) oder 5 V (±10 %) wikipedia.de Strom: Betrieb bei: Lagerung bei: Angabe (x-fach) 6x-666x Schreib- und Lesebetrieb: ma 0 C bis 60 C -40 C bis 85 C Geschwindigkeit (MB/s) 0,9-100 MB/s Seite 19 von 32

20 Memory Stick Memory Stick ist eine weitere Speicherkarte die von Sony speziell für eigen entwickelte Produkte 1998 entwickelt wurde. Es werden die Varianten Memory Stick (MS), Memory Stick Duo (MSD), Memory Stick PRO (MSP), Memory Stick PRO Duo (MSPD). Teilweise tragen diese auch das Suffix Highspeed (HS). Memory Sticks werden hauptsächlich von Sony im eigenen Multimediageräte eingesetzt wie Spiele-Konsole, Kameras und MP3- Player. Inzwischen produziert Sony nicht alleine diese Speicherkarten sondern lässt unteranderem von Firmen wie Sandisk oder Lexar produzieren Memory Stick Micro (M2) Tabelle 8: Spezifikation M2 (Memory Stick Micro) sony.de Speicher Flash-Speicher Aufnahmekapazität (GB) 16 0,5 Betriebsspannung (V) 2,7-3,6 Betriebsstrom (ma) bis zu 100 Übertragungsrate (Mbit/s) 160,0 Minimale Schreibgeschwindigkeit (Mbit/s) 15,0 Umgebungstemperatur ( C) -25 ~ +85 Breite (mm) 12,5 Höhe (mm) 15,0 Tiefe (mm) 1,2 Gewicht (g) 1,0 Seite 20 von 32

21 Memory Stick Pro Duo Tabelle 9: Spezifikation MS Pro Duo (Memory Stick Pro Duo) sony.de Speicher Flash-Speicher Aufnahmekapazität (GB) 32-1 Betriebsspannung (V) 2,7-3,6 Betriebsstrom (ma) bis zu 100 Übertragungsrate (Mbit/s) 160 Min. Schreibgeschwindigkeit (Mbit/s) Umgebungstemperatur ( C) -25~85 Breite (mm) 31 Höhe (mm) 20 Tiefe (mm) 1,6 Gewicht (g) Memory Stick PRO-HG Duo HX Tabelle 10: Spezifikation MS Pro-HG Duo HX (Memory Stick Pro-HG Duo HX) sony.de Aufnahmekapazität (GB) 32-4 Speicher Flash-Speicher Betriebsspannung (V) 2,7-3,6 Betriebsstrom (ma) bis zu 100 Lese-/Schreibgeschwindigkeit ( MB/s) bis zu 20 Schreibgeschwindigkeit (mind. MB/s) 15 Umgebungstemperatur ( C) -25 ~ +85 Breite (mm) 31 Höhe (mm) 20 Tiefe (mm) 1,6 Gewicht (g) 2 Seite 21 von 32

22 Memory Stick Duo Tabelle 11: Spezifikation MS Duo (Memory Stick Duo) sony.de Speicher Flash-Speicher Aufnahmekapazität (MB) 128,0 Betriebsstrom (ma) Bis zu 100 Standby-Spannung (µa) Bis zu 300 Übertragungsrate (Mbit/s) 160,0 Umgebungstemperatur ( C) 0 Breite (mm) 31,0 Höhe (mm) 20,0 Tiefe (mm) 1,6 Gewicht (g) SD Memory Card Ein weiteres von Prinzip Flash arbeitende Speicherkarte ist SD-Memory Card Kurzform für Secure Digital Memory Card (deutsch: Sichere digitale Speicherkarte). Diese Karte wurde 2001 von Sandisk auf Basis des älteren MMC Standards entwickelt. Der Name Secure Digital leitet sich von zusätzlichen Hardware-Funktionen für das Digital Rights Management (DRM) ab. Mittels eines im geschützten Speicherbereich abgelegten Schlüssels soll die Karte das unrechtmäßige Abspielen geschützter Mediendateien verhindern. Die Verschlüsselung erfolgt nach dem CPRM-Verfahren des 4C Konsortiums, die auch in ähnlicher Weise (CPPM) bei der DVD-Audio benutzt wird. Die Kapazitäten der Karte liegen derzeit zwischen 8 MB und 2 GB. Die Transferraten der SD Karten werden mit Class und einer Zahl versehen. Beim Kauf der Karten kann man die Class der Karte ersichtlich von Hersteller auf Gehäuse der Speicherkarte aufgedruckt erkennen. Die geschätzte Lebensdauer wird bei SLC-NAND-Chips mit Zugriffen, beim Einsatz von MLC-NAND-Chips mit Schreibvorgängen angegeben. Seite 22 von 32

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