Флаш памет. Solid State Drive. Видове флаш памет. Карта с памет

Флаш паметта е вид траен памет за компютри, в който съдържанието може да бъде препрограмирано или изтрито по електронен метод. В сравнение с паметта за програмируема само за четене с електронен изход, действията по нея могат да се извършват в блокове, които са на различни места. Флаш паметта струва много по-малко от EEPROM, така че се превърна в доминиращата технология. Особено в ситуации, при които е необходимо постоянно и дългосрочно съхранение на данни. Използването му е разрешено в различни случаи: цифрови аудио плейъри, фото и видео камери, мобилни телефони и смартфони, където има специални приложения за андроид на картата с памет. В допълнение, той се използва и в устройства с USB флаш, традиционно използвани за съхраняване на информация и прехвърляне между компютри. Тя е придобила известна популярност в света на геймърите, където често се използва в приплъзване, за да съхранява данни за развитието на играта.

Общо описание

Флаш паметта е тип, който може да съхранява информация на борда си дълго време, без да използва захранване. Освен това можете да забележите най-високата скорост на достъп до данни, както и по-добра устойчивост на кинетичен шок в сравнение с твърдите дискове. Благодарение на тези характеристики той стана популярен за устройства, захранвани от батерии и батерии. Друго неоспоримо предимство е, че когато флаш паметта се компресира в твърда карта, е почти невъзможно да се унищожи с някои стандартни физически методи, за да издържа на вряща вода и високо налягане.

Достъп до ниски данни

Начинът за достъп до данни, съхранени във флаш памет, е много различен от този, който се използва за конвенционалните изгледи. Достъпът на ниско ниво се осигурява от водача. Нормалната оперативна памет незабавно отговаря на повиквания за четене на информация и записи, връщайки резултатите от тези операции, а устройството с флаш памет е такова, че отнема време за размисъл.

Устройството и принципът на работа

Понастоящем се разпространява флаш памет, която се създава на единични транзисторни елементи с "плаващ" затвор. Благодарение на това е възможно да се осигури по-голяма плътност на съхранение на данни в сравнение с динамичната RAM, която изисква чифт транзистори и кондензаторен елемент. В момента пазарът изобилства от разнообразни технологии за изграждане на основните елементи за този вид медии, които се разработват от водещи производители. Тя се различава в броя на слоевете, методите за записване и изтриване на информация, както и организацията на структурата, която обикновено е посочена в заглавието.

В момента има няколко типа чипове, които са най-често срещани: NOR и NAND. И в двата случая връзката на транзисторите с памет се осъществява с битовите линии - паралелно и последователно, съответно. В първия тип размерите на клетките са доста големи и има възможност за бърз произволен достъп, който ви позволява да изпълнявате програми директно от паметта. Вторият се характеризира с по-малки размери на клетките, както и с по-бърз последователен достъп, което е много по-удобно, когато става дума за изграждане на блок-тип устройства, където ще се съхранява мащабна информация.

В повечето преносими устройства SSD устройството използва типа памет NOR. Все пак, все по-популярни са устройства с USB интерфейс. Те използват памет тип NAND. Постепенно той измества първия.

Основният проблем е нестабилността

Първите проби на флаш дисковете от масовото производство не задоволяваха потребителите с високи скорости. Сега, обаче, скоростта на писане и четене на информация е на ниво, на което можете да гледате цял филм или да работите с операционна система на компютъра си. Редица производители вече са демонстрирали машини, където твърдият диск е заменен с флаш памет. Но тази технология има много сериозен недостатък, който се превръща в пречка за заместването на съществуващия носител със съществуващи магнитни дискове. Поради естеството на флашпамети позволява изтриване и запис на информация с ограничен брой цикли, което е постижимо, дори и за малките и преносими устройства, да не говорим колко често се прави на компютри. Ако използвате такъв тип носител като твърдотелно устройство на компютъра, тогава ще настъпи много критична ситуация.

Това се дължи на факта, че такова задвижване е изградено върху свойството на полеви транзистори, които трябва да се съхраняват в "плаваща" врата електрически заряд, чието отсъствие или присъствие в транзистора се счита за логическа единица или нула в двоичен система на смятане. Записването и изтриването на данни в NAND-памет се извършват чрез тунелни електрони чрез метода Fowler-Nordheim с участието на диелектрик. Това не е задължително високо напрежение, който ви позволява да направите клетки с минимален размер. Но това води до този процес физическо влошаване клетките, тъй като в този случай електрическият ток кара електроните да проникнат в портата, преодолявайки диелектричната бариера. Обаче, гарантираният срок на съхранение на такава памет е десет години. Амортизацията на чипа не се дължи на четене на информацията, а на операциите за нейното изтриване и записване, тъй като четенето не изисква промяна в структурата на клетките, а преминава само електрически ток.

Естествено, производителите на памет активно се работи в посока на увеличаване на срока на експлоатация на твърди дискове от този тип: те са фиксирани за да се осигури еднаквост на записа / изтриване процеси в клетките на масива до една не носят повече от другите. За еднакво разпределение на товара, предимно се използват софтуерните трасета. Например, за да се премахне това явление, се прилага технологията "изравняване на износването". В този случай данните, които често се променят, се преместват в адресното пространство на флаш паметта, защото записът се извършва на различни физически адреси. Всеки контролер е снабден със собствен алгоритъм на подравняване, така че е много трудно да се сравни ефективността на някои модели, тъй като подробностите за изпълнението не се оповестяват. Както и с всяка година обемите на флаш дискове стават все повече и повече, е необходимо да се прилагат все по-ефективни алгоритми на работа, които да позволят да се гарантира стабилността на функционирането на устройствата.

отстраняване на неизправности

Един много ефективен начин за борба с това явление е дадено определено количество памет съкращение, с които се гарантира единството на товара и корекция на грешки с помощта на специални алгоритми за логично спедиция смяна физически блокове, настъпили с интензивно използване на флаш памет. И за да се предотврати загубата на информация, клетките, които не са успели, са блокирани или заменени от резервни клетки. Това софтуерно разпределение на блоковете прави възможно да се осигури еднородност на товара, като се увеличи броят на циклите с 3-5 пъти, но това не е достатъчно.

Карта с памет и други видове такива устройства се характеризират с факта, че в тяхната сервизна област се съхранява таблица с файлова система. Предотвратява прекъсвания при четенето на информация на логическо ниво, например при неправилно изключване или при внезапно прекъсване на захранването. И тъй като кеширането не се осигурява от системата при използване на сменяеми устройства, честият презапис има най-вредно въздействие върху таблицата за разпределение на файловете и върху съдържанието на каталозите. И дори специални програми за карти с памет не са в състояние да помогнат в тази ситуация. Например, по време на един разговор потребителят копира хиляди файлове. И, изглежда, само веднъж прилагах блоковете за записване там, където са поставени. Но зоните за обслужване съответстват на всяко актуализиране на всеки файл, т.е. разпределителните таблици преминаха през тази процедура хиляди пъти. По тази причина, на първо място, блоковете, заети от тези данни, ще се провалят. Технологията "изравняване на износването" също работи с такива блокове, но ефективността му е много ограничена. И тогава няма значение какъв вид компютър използвате, флаш устройството ще се провали дори когато е предоставено от създателя.

Заслужава да се отбележи, че увеличаването на капацитета на такива устройства е довело чипове само на факта, че общият брой на запис цикли са намалели, тъй като клетката стават по-малки, изисква по-малко напрежение и да се разсее оксид прегради, които изолират "плаващ порта." И тук ситуацията е такава, че увеличаването на капацитета на устройствата, използвани на проблема с тяхната надеждност става все по-утежнени и клас карта сега зависи от много фактори. Надеждността на работата на такова решение се определя от неговите технически характеристики, както и от ситуацията на пазара, който се развива в момента. Поради трудната конкуренция, производителите са принудени да намалят производствените разходи по всякакъв начин. Включително чрез опростяване на строителството, използването на компоненти от по-евтин комплект, отслабване на контрола върху производството и други методи. Например, картата с памет на Samsung ще струва повече от по-малко известни аналози, но нейната надеждност причинява много по-малко въпроси. Но дори тук е трудно да се говори за пълната липса на проблеми и е трудно да се очаква нещо повече от устройства на напълно непознати производители.

Перспективи за развитие

С очевидни предимства има редица недостатъци, които характеризират картата с памет SD, предотвратявайки по-нататъшно разширяване на нейния обхват. Ето защо постоянното търсене на алтернативни решения в тази област продължава. Разбира се, на първо място те се опитват да подобрят съществуващите типове флаш памети, които няма да доведат до основни промени в съществуващия производствен процес. Следователно не бива да се съмняваме само в едно нещо: фирмите, които се занимават с производството на тези видове дискове, ще се опитат да използват пълния си потенциал, преди да се преместят в друг вид, като продължат да подобряват традиционните технологии. Например, картата с памет на Sony понастоящем се предлага в широк диапазон от томове, така че се предполага, че тя ще продължи да се продава активно.

Досега обаче, на прага на индустриалното изпълнение има цял набор от технологии за алтернативно съхранение на данни, някои от които могат да бъдат приложени незабавно, когато е налице благоприятна пазарна ситуация.

Фероелектрична RAM (FRAM)

Технологичният фероелектричен принцип за съхранение на информация (Ferroelectric RAM, FRAM) се предлага с цел повишаване на потенциала на енергонезависимата памет. Счита се, че механизмът на експлоатация на съществуващите технологии, състоящ се в пренаписване на данни в процеса на четене с всички модификации на основните компоненти, води до известно ограничаване на скоростния потенциал на устройствата. И FRAM е памет, характеризираща се с простота, висока надеждност и скорост на работа. Тези свойства сега са типични за DRAM - енергонезависимата RAM, която съществува в момента. Но ще бъде добавена и възможността за съхранение на данни в дългосрочен план, което се характеризира с SD карта с памет. Сред предимствата на тази технология е устойчивостта към различни видове проникващи лъчения, които могат да бъдат търсени в специални устройства, които се използват за работа в условия на повишена радиоактивност или в изследване на космоса. Механизмът за съхранение на информация се осъществява тук, благодарение на приложението на фероелектричния ефект. Това означава, че материалът е способен да поддържа поляризация при липса на външно електрическо поле. Всяка FRAM памет клетка се формира чрез поставяне на хиперфин филм от фероелектричен материал под формата на кристали между чифт плоски метални електроди, образуващи кондензатор. Данните в този случай се съхраняват в кристалната структура. И това предотвратява ефекта от изтичане на заряда, което води до загуба на информация. Данните в FRAM паметта се запазват дори когато захранването е изключено.

Магнитна RAM (MRAM)

Друг вид памет, който днес се счита за много обещаващ, е MRAM. Тя се характеризира с доста висока скорост и нестабилност. Елементарната клетка в този случай е тънък магнитен филм, поставен върху силиконова основа. MRAM е статична памет. Не е необходимо периодично да се презаписва и информацията няма да се загуби, когато захранването е изключено. В момента повечето експерти се съгласяват, че този тип памет може да се нарече технология от ново поколение, тъй като съществуващият прототип показва доста високи скорости. Друго предимство на това решение е ниската цена на чиповете. Флаш паметта се произвежда в съответствие със специален процес CMOS. Чантите MRAM могат да се произвеждат в стандартен процес. И материалите могат да служат на тези, които се използват в конвенционалните магнитни носители. Произвеждането на големи количества такива чипове е много по-евтино от всички останали. Важно свойство на MRAM е способността за незабавно включване. И това е особено ценно за мобилните устройства. В крайна сметка в този тип стойността на клетката се определя от магнитния заряд, а не от електрическото зареждане, както в традиционната флаш памет.

Универсална памет с овуци (OUM)

Друг вид памет, върху която много компании работят активно, е твърд диск, базиран на аморфни полупроводници. Тя се основава на технологията на фазовия преход, която е подобна на принципа на записване на конвенционални дискове. Тук фазовото състояние на материята в електрическото поле варира от кристален до аморфен. И тази промяна се запазва дори при липса на напрежение. От традиционните оптични дискове такива устройства се различават по това, че нагряването се получава поради действието на електрически ток, а не на лазер. Четенето в този случай се извършва поради разликата в отражението на веществото в различни състояния, което се възприема от сензора на устройството. Теоретично това решение има висока плътност на съхранение на данни и максимална надеждност, както и повишена скорост. Високото тук е индикаторът за максималния брой цикли на пренаписване, за които се използва компютърът, флаш устройството в този случай изостава с няколко порядъка.

Chalcogenide RAM (CRAM) и памет за промяна на фазите (PRAM)

Тази технология също така се основава на фазови преходи, когато в една фаза веществото, използвано в носача, действа като непроводящ аморфен материал, а във втория служи като кристален проводник. Преходът на клетката за съхранение от едно състояние в друго се осъществява посредством електрически полета и отопление. Такива чипове се характеризират с устойчивост на йонизиращо лъчение.

Информационно-многослойно отпечатано CArd (Info-MICA)

Работата на устройствата, изградени въз основа на тази технология, се осъществява на принципа на тънкослойната холография. Информацията се записва по следния начин: първо се генерира двуизмерно изображение, което се предава на холограмата с помощта на технологията CGH. Данните се отчитат чрез фиксиране на лазерния лъч на ръба на един от записващите се слоеве, служещи като оптични вълноводи. Светлината се разпространява по оста, която е разположена успоредно на равнината на слоя, образувайки изображение на изхода, съответстващо на информацията, записана по-рано. Първоначалните данни могат да бъдат получени по всяко време благодарение на обратния кодиращ алгоритъм.

Този тип памет изгодно се различава от полупроводниковата памет поради факта, че осигурява висока плътност на запис, ниска консумация на енергия, както и ниска цена на медиите, безопасност и опазване на околната среда срещу неразрешено използване. Но такава карта с памет не позволява пренаписване на информация, така че тя може да служи само като дългосрочно съхранение, подмяна на хартиен носител или алтернатива на оптични дискове за разпространение на мултимедийно съдържание.