11 what are the differences between ram memory and flash memory

Difference Between Flash Memory and Ram

Flash Memory vs Ram

Flash Memory

Flash memory is a type of nonvolatile memory that can be erased electronically and rewritten. Most computers use flash memory to hold their startup instructions because it allows the computer easily to update its contents. For example, when the computer changes from standard time to daylight savings time, the contents of a flash memory chip (and the real-time clock chip) change to reflect the new time.

Flash memory chips also store data and programs on many mobile computers and devices, such as smart phones, portable media players, PDAs, printers, digital cameras, automotive devices, digital voice recorders, and pagers. Some portable media players store music on flash memory chips. Others store music on tiny hard disks or flash memory cards. Flash memory cards contain flash memory on a removable device instead of a chip.

Users typically are referring to RAM when discussing computer memory. RAM (random access memory), also called main memory, consists of memory chips that can be read from and written to by the processor and other devices. When you turn on power to a computer, certain operating system files (such as the files that determine how the desktop appears) load into RAM from a storage device such as a hard disk. These files remain in RAM as long as the computer has continuous power. As additional programs and data are requested, they also load into RAM from storage.

The processor interprets and executes a program’s instructions while the program is in RAM. During this time, the contents of RAM may change. RAM can hold multiple programs simultaneously, provided the computer has enough RAM to accommodate all the programs. Most RAM is volatile, which means it loses its contents when the power is removed from the computer. For this reason, you must save any items you may need in the future. Saving is the process of copying items from RAM to a storage device such as a hard disk.

Three basic types of RAM chips exist: dynamic RAM, static RAM, and magnetoresistive RAM.

RAM chips usually reside on a memory module, which is a small circuit board. Memory slots on the motherboard hold memory modules.

Взгляд изнутри: Flash-память и RAM

Предисловие

Новый Год – приятный, светлый праздник, в который мы все подводим итоги год ушедшего, смотрим с надеждой в будущее и дарим подарки. В этой связи мне хотелось бы поблагодарить всех хабра-жителей за поддержку, помощь и интерес, проявленный к моим статьям (1, 2, 3, 4). Если бы Вы когда-то не поддержали первую, не было и последующих (уже 5 статей)! Спасибо! И, конечно же, я хочу сделать подарок в виде научно-популярно-познавательной статьи о том, как можно весело, интересно и с пользой (как личной, так и общественной) применять довольно суровое на первый взгляд аналитическое оборудование. Сегодня под Новый Год на праздничном операционном столе лежат: USB-Flash накопитель от A-Data и модуль SO-DIMM SDRAM от Samsung.

Теоретическая часть

Постараюсь быть предельно краток, чтобы все мы успели приготовить салат оливье с запасом к праздничному столу, поэтому часть материала будет в виде ссылок: захотите – почитаете на досуге…

Какая память бывает?

На настоящий момент есть множество вариантов хранения информации, какие-то из них требуют постоянной подпитки электричеством (RAM), какие-то навсегда «вшиты» в управляющие микросхемы окружающей нас техники (ROM), а какие-то сочетают в себе качества и тех, и других (Hybrid). К последним, в частности, и принадлежит flash. Вроде бы и энергонезависимая память, но законы физики отменить сложно, и периодически на флешках перезаписывать информацию всё-таки приходится.

Тут можно подробнее ознакомиться с ниже приведённой схемой и сравнением характеристик различных типов «твердотельной памяти». Или тут – жаль, что я был ещё ребёнком в 2003 году, в таком проекте не дали поучаствовать…

Современные типы «твердотельной памяти». Источник

Единственное, что, пожалуй, может объединять все эти типы памяти – более-менее одинаковый принцип работы. Есть некоторая двумерная или трёхмерная матрица, которая заполняется 0 и 1 примерно таким образом и из которой мы впоследствии можем эти значения либо считать, либо заменить, т.е. всё это прямой аналог предшественника – памяти на ферритовых кольцах.

Что такое flash-память и какой она бывает (NOR и NAND)?

Начнём с flash-памяти. Когда-то давно на небезызвестном ixbt была опубликована довольно подробная статья о том, что представляет собой Flash, и какие 2 основных сорта данного вида памяти бывают. В частности, есть NOR (логическое не-или) и NAND (логическое не-и) Flash-память (тут тоже всё очень подробно описано), которые несколько отличаются по своей организации (например, NOR – двумерная, NAND может быть и трехмерной), но имеют один общий элемент – транзистор с плавающим затвором.

Схематическое представление транзистора с плавающим затвором. Источник

Итак, как же это чудо инженерной мысли работает? Вместе с некоторыми физическими формулами это описано тут. Если вкратце, то между управляющим затвором и каналом, по которому ток течёт от истока к стоку, мы помещаем тот самый плавающий затвор, окружённый тонким слоем диэлектрика. В результате, при протекании тока через такой «модифицированный» полевой транзистор часть электронов с высокой энергией туннелируют сквозь диэлектрик и оказываются внутри плавающего затвора. Понятно, что пока электроны туннелировали, бродили внутри этого затвора, они потеряли часть энергии и назад практически вернуться не могут.

NB: «практически» — ключевое слово, ведь без перезаписи, без обновления ячеек хотя бы раз в несколько лет Flash «обнуляется» так же, как оперативная память, после выключения компьютера.

Там же, на ixbt, есть ещё одна статья, которая посвящена возможности записи на один транзистор с плавающим затвором нескольких бит информации, что существенно увеличивает плотность записи.

В случае рассматриваемой нами флешки память будет, естественно, NAND и, скорее всего, multi-level cell (MLC).

Если интересно продолжить знакомиться с технологиями Flash-памяти, то тут представлен взгляд из 2004 года на данную проблематику. А здесь (1, 2, 3) некоторые лабораторные решения для памяти нового поколения. Не думаю, что эти идеи и технологии удалось реализовать на практике, но, может быть, кто-то знает лучше меня?!

Что такое DRAM?

Если кто-то забыл, что такое DRAM, то милости просим сюда.

Опять мы имеем двумерный массив, который необходимо заполнить 0 и 1. Так как на накопление заряда на плавающем затворе уходит довольно продолжительное время, то в случае RAM применяется иное решение. Ячейка памяти состоит из конденсатора и обычного полевого транзистора. При этом сам конденсатор имеет, с одной стороны, примитивное физическое устройство, но, с другой стороны, нетривиально реализован в железе:

Устройство ячейки RAM. Источник

Опять-таки на ixbt есть неплохая статья, посвящённая DRAM и SDRAM памяти. Она, конечно, не так свежа, но принципиальные моменты описаны очень хорошо.

Единственный вопрос, который меня мучает: а может ли DRAM иметь, как flash, multi-level cell? Вроде да, но всё-таки…

Часть практическая

Flash

Те, кто пользуется флешками довольно давно, наверное, уже видели «голый» накопитель, без корпуса. Но я всё-таки кратко упомяну основные части USB-Flash-накопителя:

Основные элементы USB-Flash накопителя: 1. USB-коннектор, 2. контроллер, 3. PCB-многослойная печатная плата, 4. модуль NAND памяти, 5. кварцевый генератор опорной частоты, 6. LED-индикатор (сейчас, правда, на многих флешках его нет), 7. переключатель защиты от записи (аналогично, на многих флешках отсутствует), 8. место для дополнительной микросхемы памяти. Источник

Пойдём от простого к сложному. Кварцевый генератор (подробнее о принципе работы тут). К моему глубокому сожалению, за время полировки сама кварцевая пластинка исчезла, поэтому нам остаётся любоваться только корпусом.

Корпус кварцевого генератора

Случайно, между делом, нашёл-таки, как выглядит армирующее волокно внутри текстолита и шарики, из которых в массе своей и состоит текстолит. Кстати, а волокна всё-таки уложены со скруткой, это хорошо видно на верхнем изображении:

Армирующее волокно внутри текстолита (красными стрелками указаны волокна, перпендикулярные срезу), из которого и состоит основная масса текстолита

А вот и первая важная деталь флешки – контроллер:

Контроллер. Верхнее изображение получено объединением нескольких СЭМ-микрофотографий

Признаюсь честно, не совсем понял задумку инженеров, которые в самой заливке чипа поместили ещё какие-то дополнительные проводники. Может быть, это с точки зрения технологического процесса проще и дешевле сделать.

После обработки этой картинки я кричал: «Яяяяязь!» и бегал по комнате. Итак, Вашему вниманию представляет техпроцесс 500 нм во всей свой красе с отлично прорисованными границами стока, истока, управляющего затвора и даже контакты сохранились в относительной целостности:

«Язь!» микроэлектроники – техпроцесс 500 нм контроллера с прекрасно прорисованными отдельными стоками (Drain), истоками (Source) и управляющими затворами (Gate)

Теперь приступим к десерту – чипам памяти. Начнём с контактов, которые эту память в прямом смысле этого слова питают. Помимо основного (на рисунке самого «толстого» контакта) есть ещё и множество мелких. Кстати, «толстый»
Во-первых, полный список опубликованных статей на Хабре:

Во-вторых, помимо блога на HabraHabr, статьи и видеоматериалы можно читать и смотреть на Nanometer.ru, YouTube, а также Dirty.

В-третьих, если тебе, дорогой читатель, понравилась статья или ты хочешь простимулировать написание новых, то действуй согласно следующей максиме: «pay what you want»

Memory – RAM, ROM, Cache, Flash & Virtual

KS3 Computer Science

48 modules covering EVERY Computer Science topic needed for KS3 level.

GCSE Computer Science

45 modules covering EVERY Computer Science topic needed for GCSE level.

A-Level Computer Science

66 modules covering EVERY Computer Science topic needed for A-Level.

GCSE Computer Memory Resources (14-16 years)

A-Level Data Storage Resources (16-18 years)

Candidates should be able to:

What are the differences between ROM and RAM?

RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory) are both types of solid-state memory, allowing quick access to data and not being sensitive to being moved around while in use.

In both types of memory, individual electronic switches are arranged in blocks (usually of 8, making 1 byte of memory) and binary numbers are stored as a pattern of switch positions.

The differences between Random Access Memory (RAM) and Read-Only Memory (ROM) are summarised below:

Why is ROM needed in a computer system?

ROM is needed for devices where programs or data must not be lost when the power is turned off or batteries are removed etc.

Why is RAM needed in a computer system?

How does the amount of RAM in a personal computer affect its performance?

SUMMARY: The more RAM installed in a personal computer, the higher the performance.

What is virtual memory and why is it needed?

SUMMARY: Virtual memory is a memory that uses secondary storage to supplement RAM, but to the CPU it appears as if the whole program is loaded and running from RAM.

What is cache memory?

SUMMARY: Cache memory is a very fast memory that is built into the CPU. The larger the cache size the less time the CPU has to spend accessing RAM so programs will execute faster.

What is flash memory?

SUMMARY: Flash memory combines the permanence of ROM with the flexibility of RAM, but not the speed.

What are registers?

Registers are tiny but extremely fast memory locations built into the CPU which are used as temporary stores for instructions and data while instructions are being processed.

Examples of registers:

Without such registers, it would be necessary to use cache memory or even RAM to store such temporary data which would be impractically slow. A typical register size might be 32 or 64 bits.

Special single bit registers called flags are set to 0/1 to record true/false data, for example; if the result of a calculation is negative.

SUMMARY: the characteristics of different physical memory types

How do changes in memory technologies lead to changes in computer designs?

SUMMARY: Memory technology has developed significantly over the years. Changes include:

Flash memory vs. RAM: What’s the difference?

When discussing flash memory vs. RAM, you might be inclined to lump them together based on their similarities. While both technologies are made up of solid-state chips and fall into the category of solid-state storage, the way they are made, their performance specifications and the relative costs give them entirely different roles in a computer system.

Flash memory is used primarily for storage, while RAM (random access memory) performs calculations on the data retrieved from storage. By their nature, flash memory and RAM are faster than storage alternatives, such as hard disk and tape.

In terms of flash memory vs. RAM speed, RAM is the faster of the two, but it is also more expensive. There are two types of RAM commonly used in a computer system: dynamic RAM (DRAM) and static RAM (SRAM). In addition to being the fastest option, SRAM is much more expensive than DRAM, so it is mainly used as the cache memory inside the integrated circuit that is a computer’s CPU. DRAM is mainly used as the primary operational memory, running the OS and applications.

Less expensive still is flash memory. Flash memory is non-volatile and can hold data even without power, unlike RAM. Compared to either type of RAM, flash memory speed is significantly slower. Because of its reduced power consumption, persistent nature and lower cost, flash is used for storage memory, in devices such as SD cards, USB drives and SSDs.

This article is part of

Download this entire guide for FREE now!

At a basic level, RAM enables users to read from or write to any element of memory in whatever order they please. This sets it apart from tape and hard-disk storage, which require drives to be accessed in a specific order.

RAM modules

The computer OS running in RAM calls for data from storage when needed, and the bits that make up that data are held in the storage cells until the OS or application calls for them to be written back to the storage memory.

A Look Inside Flash Memory Tech and Costs Through 2025

This presentation is part of our Flash Memory Summit on-demand content series. Get up to speed on NAND vendor offerings, next-gen tech announcements, cost models and more.

Flash memory is made of solid-state chips in which the transistors are connected, so they function similarly to the logic gate type called NAND. NAND was developed to help reduce flash memory costs per bit and increase chip capacity. These developments have helped give flash memory a fighting chance against the cheaper hard-disk storage options in the market.

Flash memory

Today, flash memory lasts much longer due to software functions such as wear leveling. Wear leveling can prolong the life of flash memory by arranging the data in a way that more evenly distributes rewrites and erasures. This avoids single blocks from a high concentration of write cycles, which can cause early failure.

NAND flash could be overtaken by technologies

Flash technology advancements overcome server-side flash challenges

11 what are the differences between ram memory and flash memory

Computer memory is available in two distinct forms of volatile and non-volatile memory. It is easier to identify the differences between volatile and non-volatile memory by seeing the latter as permanent storage and the former as temporary storage.

Definitions

Flash storage is the conventional memory used as hard drive on computers that stores data even when there is no power. There are different variations of flash memory that have been developed with the advances in technology. MicroSD (Secure Digital) cards, external hard drives and flash disks are all examples of the varieties of flash memory.

Memory, conventionally referred to as RAM (Random Access Memory), is the main memory of a PC when it is powered. RAM is used by the computer to run several applications and uses scheduling in allocating memory to each of the applications. It allows the user of a computer or devices such as smart phones and tablets that have such memory to navigate through the system with ease.

Comparison chart

Flash Storage vs Memory

What is the difference between memory and flash storage? Though both memory and flash memory are commonly referred to as ‘solid state memory’ they are very different. Let us compare them.