Накопичувачі Flash-пам'яті
Останнім часом Flash-пам'ять стали використовувати не тільки як внутрішню пам'ять, але і як зовнішню, підключену до комп'ютера по інтерфейсу USB (1.1 чи 2.0). Як уже зазначалось, перевага цього інтерфейсу полягає в тому, що пристрій можна вмикати і вимикати без перезавантаження комп'ютера. Деякі пристрої, поряд з інтерфейсом USB, мають додаткову можливість підключення до радіомережі по інтерфейсу IEEE 802.11b.
Пристрої Flash-пам'яті мають невеликі розміри і найрізноманітніші форми корпусів (пластмасові чи алюмінієві). Звичайний пристрій має індикатор, що загоряється під час доступу до даних, та перемикач, що дозволяє чи забороняє записування у пам'ять. Крім того, деякі пристрої мають перемикач, що дозволяє чи забороняє зчитування даних без використання пароля. Пристрій Flash-пам'яті можна використовувати як завантажувальний пристрій.
Рис. 1.7. Будова Flash-пам'яті 1 — USB-роз’єм; 2 — мікроконтроллер;
3 — контрольні точки; 4 — мікросхема флеш-пам’яті; 5 — кварцевий резонатор; 6 — світодіод; 7 — перемикач «захист від запису»; 8 — місце для додаткової мікросхеми пам’яті.
Деякі пристрої Flash-пам'яті поєднують декілька функцій. Так деякі дозволяють, не тільки, обмінюватися даними з комп'ютером, але і прослухувати музику, якщо її записано в пам'ять у звуковому форматі МРЗ. Крім того, можуть виконувати функції диктофона, дозволяти прослуховувати записані дані (для цього до комплекту постачання включено навушники і мікрофон), а також прослуховувати радіо в діапазоні ультракоротких хвиль (УКХ) у режимі FM.
Основні характеристики зовнішньої Flash-пам'яті такі:
ємність;
швидкість передавання даних;
надійність.
Ємність Flash-пам'яті має одне з таких значень: 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт, 1, 2, 4, 8, 16, 32 Гбайт. Недавно появилися пристрої ємністю 64 Гбайт.
Максимальна швидкість передавання даних для пристроїв Flash-пам'яті досягає 1,5 Мбайт/с (USB 1.1) і 50...60 Мбайт/с (для USB 2.0).
Пристрої Flash-пам'яті мають такі показники надійності: час зберігання даних - до 10 років, кількість циклів перезаписування - до одного мільйона і міцність на удар - до 1000 g.
Ssd накопичувачі
Твердотільний накопичувач (англ. SSD, solid-state drive) — комп'ютерний запам'ятовувальний пристрій на основі мікросхем пам'яті. Крім них, SSD містить керуючий контролер. Не містить рухомих механічних частин. Розрізняють два види твердотільних накопичувачів: SSD на основі пам’яті, подібної до оперативної пам’яті комп’ютерів, і SSD на основі флеш-пам’яті. В даний час твердотільні накопичувачі використовуються в компактних пристроях: ноутбуках, нетбуках, комунікаторах і смартфонах. Деякі відомі виробники переорієнтувались на випуск твердотільних накопичувачів вже повністю, наприклад Samsung продав бізнес з виробництва жорстких дисків компанії Seagate.
Існують і так звані гібридні жорсткі диски, що з'явилися, в тому числі, через поки що пропорційно більш високу вартість твердотільних накопичувачів. Такі пристрої поєднують в одному пристрої накопичувач на жорстких магнітних дисках (HDD) і твердотільний накопичувач відносно невеликого обсягу (4-8гб), в якості кеша (для збільшення продуктивності, швидкого холодного запуску системи, зниження енергоспоживання). Такі диски використовуються, в основному, в переносних пристроях (ноутбуках) і там, де продуктивність має більше значення, ніж ціна.
Рис. 1.8. SSD-накопичувач.
Ринкова частка SSD поки не досягла рівня ринкової частки жорстких дисків, але зростання обсягів продаж SSD значно перевищує зростання обсягів продаж жорстких дисків
Принцип дії:
Даний тип носія пам'яті зберігає інформацію в масиві «комірок», кожна з яких традиційно зберігає по одному біту інформації. Кожна комірка — це транзистор із плавним затвором. Новіші пристрої (інколи їх ще називають багатозарядними пристроями) можуть містити більше, ніж 1 біт в комірці, використовуючи два чи більше рівні електричних зарядів, розташованих при плаваючому затворі комірки.
У пам'яті типу NOR кожна комірка схожа на стандартний MOSFET (оксидний напівпровідниковий польовий транзистор), але у ній є не один затвор, а два. Як і будь-який інший польовий транзистор, вони мають контрольний затвор (КЗ), а, окрім нього, ще й інший — плаваючий (ПЗ), замкнений всередині оксидного шару. ПЗ розташований між КЗ і підкладкою. Оскільки ПЗ відокремлений власним за ізольованим шаром оксиду, будь-які електрони, що попадають на нього відразу потрапляють в пастку, що дозволяє зберігати інформацію. Захоплені плаваючим затвором електрони змінюють (практично компенсують)електричне поле контрольного затвору, що змінює порогову напругу (Vп) затвору. Коли з комірки «зчитують» інформацію, до КЗ прикладають певну напругу, в залежності від якої в каналі транзистора протікатиме або не протікатиме електричний струм. Ця напруга залежить від Vп комірки, яка в свою чергу контролюється числом захоплених плаваючим затвором електронів. Величина порогової напруги зчитується і перекодовується в одиницю чи нуль. Якщо плаваючий затвор може мати кілька зарядових станів, то зчитування відбувається за допомогою вимірювання сили струму в каналі транзистора.
Для запису інформації в "комірку" NOR необхідно зарядити плаваючий затвор. Цього досягають за допомогою тунельного ефекту, пропускаючи через канал транзистора порівняно високий струм, та подаючи на контрольний затвор підвищену напругу. При цьому виникають гарячі електрони, що мають достатню енергію для подолання оксидного шару та потрапляння на ізольований затвор.
Для очищення плаваючого затвору від електронів (стирання інформації) між контрольним затвором та стоком прикладають значну напругу зворотної, ніж при запису, полярності, яка створює сильне електричне поле. Захоплені плаваючим затвором електрони висмоктуються цим полем, тунелюючи через оксидний шар.
У приладах з однотипною напругою (теоретично всі чипи, які доступні нам на сьогоднішній день) ця висока напруга створюється генератором підкачки заряду. Більшість сучасних компонентів NOR-пам'яті розділені на чисті сегменти, які часто називають блоками чи секторами. Всі комірки пам'яті в блоці повинні бути очищені одночасно. На жаль, метод NOR може в загальному випадку обробляти лише одну частину інформації типу byte чи word.
NAND-пам'ять використовує тунельну інжекцію для запису і тунельний випуск для вилучення. NAND'ова флеш-пам'ять формує ядро легкого USB-інтерфейсу запам'ятовуючих приладів, які також відомі як USB-флешки.
Тоді, коли розробники збільшують густину флеш приладів, індивідуальні комірки діляться і кількість електронів в будь-якій комірці стає дуже малою. Парування між суміжними плаваючими затворами може змінити характеристики запису комірки. Нові реалізації, такі як заряджені пастки флеш-пам'яті, намагаються забезпечити кращу ізоляцію між суміжними комірками.
Пам'ять типу NOR
Режим читання NOR-пам'яті схожий до зчитування зі звичайної пам'яті, забезпечені адреси та шина даних вірно прив'язані, тому пам'яті типу NOR виглядають майже так само як і будь-яка залежна від адреси пам'ять. Флеш-пам'ять NOR може бути використана як пам'ять типу XIP (execute-in-place), а це означає що вона веде себе як ROM-пам'ять, прив'язуючись до конкретних адрес. Флеш пам'ять NOR немає впорядкування внутрішніх поганих блоків, тому коли флеш-блок втрачає свою внутрішню структуру, тоді або програма, яка використовує його повинна вчинити деякі дії, або прилад зупиняє роботу.
Розблоковуючи, видаляючи чи записуючи на NOR пам'ять спеціальні команди записуються на першу сторінку прив'язаної пам'яті. Ці команди визначають Загальний Стандартний інтерфейс (CFI), заснований Intel'ом, і флеш-область представить список всіх доступних команд фізичного драйвера.
Крім використання в ролі ROM'а, NOR пам'яті можуть, звичайно, також бути розділені файловою системою і тоді використовуватись у будь-якому приладі. Проте файлові системи NOR зазвичай дуже повільні при записі, якщо порівнювати із файловими системами, які побудовані на NAND пам'яті.
Пам'ять типу NAND
NAND флеш пам'яті не можуть забезпечити принцип «миттєвий запис» (XIP) через інші конструкційні принципи. Доступ до цієї пам'яті може бути здійснений методом блокових приладів, таких як вінчестери та карти пам'яті. Розмір блоків зазвичай має 512 або 2048 байт. В кожному блоці зарезервовано деяку кількість байт (зазвичай від 12 до 16), які зберігають різноманітні помилки і контрольну суму блоку.
Прилади типу NAND зазвичай залежать від програмної обробки блоків. Це означає, що коли зчитують логічний блок, він прив'язується до фізичного блоку, і що коли прилад має деяку кількість блоків, встановлених за своїми межами, вони встановлюються зі зміщенням, компенсуючи втрату поганих блоків і зберігають первинну і вторинну таблицю прив'язки.
Методи виправлення помилок та визначення контрольної суми зазвичай виявляють помилку, де один біт інформації в блоці невірний. Коли це трапляється, блок позначається як поганий в таблиці логічного розміщення, і його вміст (ще непошкоджений) копіюється у новий блок, а таблиця логічного розміщення знову змінюється. Якщо у пам'яті пошкоджено більш, ніж 1 блок, тоді вміст блоку практично втрачений, тобто стає неможливо відновити оригінальний вміст. Деякі прилади можуть навіть постачатись в комплекті з вже запрограмованою таблицею поганих блоків від виробника, оскільки деколи просто неможливо виробити безпомилкові пам'яті типу NAND.
Перший, вільний від помилок фізичний блок (блок № 0) завжди гарантує свою прочитність, і не може бути пошкодженим. З цього випливає, що всі життєво важливі вказівники для розподілення пам'яті і впорядкування поганих блоків приладу повинні бути розміщені всередині цього блоку (зазвичай вказівник на погані таблиці блоків, і т. д.). Якщо прилад використовується, щоб завантажувати ОС, цей блок повинен містити Таблицю завантаження (Master Boot Record).
Коли запускати програмне забезпечення з пам'яті NAND, використовується стратегія віртуальної пам'яті: вміст пам'яті спочатку нумерується, або просто копіюється в розподілену пам'ять RAM, а тоді вже звідти виконується.
По цій причині деякі системи будуть використовувати комбінації пам'ятей NOR та NAND, де менша NOR пам'ять використовуватиметься як програмний ROM, а більша NAND пам'ять розбивається на розділи файловою системою, щоб зберігати різну інформацію.
Пошкодження інформації та її відновлення:
Найбільшою поширеною помилкою втрати інформації картки флеш-пам'яті є те, що її витягують із пристрою, коли інформація ще продовжується писатись. Ситуація погіршується, якщо використовувати несумісні файлові системи, що не розроблені для приладів, які виймаються, або якщо існує асинхронізація (коли інформація ще стоїть в черзі на запис, а в той момент відключають пристрій).
В деяких випадках можливо відновити інформацію з флеш пам'яті. Евристичний метод та метод Грубого втручання є прикладами відновлення, які можуть повернути загальну інформацію, збережену на карті флеш пам'яті.