Почему флэш-память должна быть записана / стерта в страницах / блоках?

Название говорит обо всем.

Я пытаюсь понять работу технологий флэш-памяти на уровне транзисторов. После некоторых исследований я получил хорошее представление о транзисторах с плавающим затвором и о том, как вводить электроны или удалять их из ячейки. Я из КС, поэтому мое понимание физических явлений, таких как туннелирование или инжекция горячих электронов, вероятно, довольно шатко, но все же мне это удобно. Я также получил представление о том, как считывать данные из макетов памяти NOR или NAND.

Но я везде читал, что флэш-память может быть стерта только в единицах блоков и может быть записана только в единицах страниц. Однако я не нашел оправдания этому ограничению и пытаюсь понять, почему это так.

Лучший ответ, который я нашел на ваш вопрос, описан в разделе «Как работает флэш-память» :

Электроны в ячейках чипа флэш-памяти могут быть возвращены в нормальное состояние («1») путем приложения электрического поля, заряда более высокого напряжения. Флэш-память использует внутрисхемную проводку для приложения электрического поля либо ко всему чипу, либо к заранее определенным участкам, известным как блоки. Это стирает целевую область чипа, который затем может быть переписан. Флэш-память работает намного быстрее, чем традиционные EEPROM, потому что вместо стирания одного байта за раз, она стирает блок или весь чип, а затем переписывает его.

Я не понимаю, почему «внутрисхемное подключение» позволяет программировать битовый уровень (переключение с 1 на 0), но это может быть связано с другим способом выполнения переходов с 1 на 0 (программирование с помощью горячего впрыска) по сравнению с 0 переход к 1 (стирание через туннелирование Фаулера-Нордхайма).

Это по определению. Флэш-память, которая позволяет записывать отдельные биты, называется EEPROM .

Flash отличается от EEPROM тем, что стирание выполняется в блоках, а не в отдельных битах. Поскольку стирание является относительно медленной операцией и должно выполняться перед записью, выполнение стирания в большом блоке ускоряет выполнение больших операций записи благодаря параллельному стиранию большого количества битов.

Стирание в блоках также позволяет упростить IC, уменьшая стоимость. Экономия от масштаба еще больше снижает стоимость флэш-памяти по сравнению с EEPROM, поскольку в наши дни флэш-память используется в больших количествах для твердотельных накопителей, а EEPROM используется в гораздо меньших количествах.

Вы правы в том, что нет физического оправдания необходимости стирать в единицах блока.

Программирование ячейки выполняется путем создания электрического поля между массой и управляющим затвором, как показано на фиг.1, и та же идея применима для стирания ячейки, электрическое поле в противоположном направлении будет выполнять работу, как показано на фиг.2. Однако, по конструктивным причинам, генерировать и использовать отрицательное напряжение относительно сложно, поэтому используется стратегия, показанная на рис. 3, путем установки высокого напряжения на уровне (который является логическим эталоном заземления в секторе). Селективные транзисторы больше не могут использоваться, только управляющие затворы могут управляться на низком уровне, и это вызывает полное стирание сектора.