Flash paměť. Solid State Drive. Typy paměti flash. Paměťová karta

Flash paměť je typ trvanlivé paměti pro počítače, ve kterých lze obsah přeprogramovat nebo odstranit elektrickou metodou. Ve srovnání s elektricky vymažitelnou programovatelnou čtecí pamětí lze provádět akce na bloky, které jsou na různých místech. Flash paměť stojí mnohem méně než EEPROM, takže se stala dominantní technologií. Zvláště v situacích, kdy je nutné ukládat trvalé a dlouhodobé údaje. Jeho použití je povoleno v řadě případů: digitální audio přehrávače, foto a videokamery, mobilní telefony a smartphony, na kterých jsou na paměťové kartě speciální aplikace pro Android. Kromě toho se také používá v USB flash discích, které se tradičně používají k ukládání informací a přenosu mezi počítači. To získalo nějakou popularitu ve světě hráčů, kde je často používán v skluzu k ukládání dat o průběhu hry.

Obecný popis

Flash paměť je typ, který může dlouho ukládat informace na své desce bez použití napájení. Navíc můžete zaznamenat nejvyšší rychlost přístupu k datům, stejně jako lepší odolnost vůči kinetickému rázu v porovnání s pevnými disky. Díky těmto vlastnostem je oblíbená pro zařízení napájená bateriemi a bateriemi. Další nespornou výhodou je to, že když je paměťová karta lisuje do pevné látky, je prakticky nemožné zničit některé standardní fyzikální metody, tak to může vydržet vroucí vodou a vysoký tlak.

Přístup k datům nízké úrovně

Způsob přístupu k datům uloženým ve flash paměti je velmi odlišný od toho, co se používá pro běžné pohledy. Přístup na nízkou úroveň je poskytován prostřednictvím ovladače. Normální paměť RAM okamžitě reaguje na volání pro čtení informací a jejich záznamy, vrátí výsledky takových operací a flash paměť je taková, že to potřebuje čas na odraz.

Zařízení a princip činnosti

V současné době je distribuována flash paměť, která je vytvořena na jednom tranzistorových prvcích s "plovoucí" závěrkou. Díky tomu je možné poskytnout větší hustotu ukládání dat ve srovnání s dynamickou pamětí RAM, která vyžaduje pár tranzistorů a prvku kondenzátoru. V současné době je trh bohatý na řadu technologií pro vytváření základních prvků pro tento typ médií, které jsou vyvíjeny předními výrobci. To se liší v počtu vrstev, metodách záznamu a vymazání informací, stejně jako uspořádání struktury, která je obvykle uvedena v názvu.

V současné době existuje několik druhů čipů, které jsou nejčastější: NOR a NAND. V obou případech se spojení paměťových tranzistorů provádí na bitových linkách - paralelně a postupně. V prvním typu jsou velikosti buněk poměrně velké a existuje možnost rychlého náhodného přístupu, který umožňuje spouštět programy přímo z paměti. Druhá je charakterizována menšími velikostmi buněk a rychlejším sekvenčním přístupem, což je mnohem výhodnější, pokud jde o vytváření blokových zařízení, u nichž budou uložena informace velkého rozsahu.

Ve většině přenosných zařízení jednotka SSD používá typ paměti NOR. Nicméně, nyní více a více populární jsou zařízení s rozhraním USB. Používají paměť typu NAND. Postupně vytěsňuje první.

Hlavním problémem je nestabilita

První vzorky flash disků hromadné výroby nepřátelily uživatele s vysokou rychlostí. Nicméně nyní je rychlost zápisu a čtení informací na úrovni, ve které můžete sledovat film v plné délce nebo spustit operační systém v počítači. Řada výrobců již ukázala stroje, kde je pevný disk nahrazen pamětí flash. Tato technologie má však velmi významnou nevýhodu, která se stává překážkou pro nahrazení stávajícího nosiče stávajícími magnetickými disky. Vzhledem k povaze paměťových zařízení typu flash umožňuje mazání a zapisování informací na omezený počet cyklů, což je dosažitelné, a to i pro malé a přenosné zařízení, nemluvě o tom, jak často se provádí na počítačích. Používáte-li tento typ média jako pevný disk v počítači, pak velmi rychle dojde k kritické situaci.

To je způsobeno skutečností, že takový pohon je postaven na vlastnostech tranzistorů s efektem pole, které mají být uloženy v "plovoucí" bráně elektrický náboj, jehož nepřítomnost nebo přítomnost v tranzistoru je považována za logickou jednotku nebo nulovou hodnotu v binárním systém výpočtu. Záznam a mazání dat v NAND paměti se provádí pomocí tunelových elektronů metodou Fowler-Nordheim za účasti dielektrika. To není nutné vysokého napětí, což vám umožní vytvářet buňky s minimální velikostí. Ale právě tento proces vede k tomu fyzické zhoršení protože elektrický proud v tomto případě způsobuje, že elektrony proniknou do brány a překonávají dielektrickou bariéru. Nicméně zaručená trvanlivost takové paměti je deset let. Odpisování čipu není důsledkem čtení informací, ale kvůli operacím pro jeho vymazání a záznam, protože čtení nevyžaduje změnu struktury buněk, ale pouze prochází elektrickým proudem.

Samozřejmě, že výrobci paměti jsou aktivně pracuje ve směru zvyšuje životnost SSD tohoto typu: jsou pevně zajistit jednotnost záznamu / mazání procesů v buňkách pole jednoho ne opotřebovaný více než ostatní. Pro rovnoměrné rozložení zatížení se používají převážně softwarové cesty. Například k odstranění tohoto jevu se uplatňuje technologie "vyrovnávání opotřebení". V takovém případě se data, která se často mění, přesouvají do adresového prostoru paměti flash, protože záznam se provádí na různých fyzických adresách. Každý řadič je vybaven vlastním algoritmem vyrovnání, takže je velmi obtížné porovnávat účinnost některých modelů, protože podrobnosti o implementaci nejsou zveřejněny. Stejně jako u každého roku se stávají stále více a více disků flash disků, je třeba aplikovat stále efektivnější algoritmy práce, které umožňují zajistit stabilitu fungování zařízení.

Odstraňování problémů

Jeden velmi účinný způsob boje proti tomuto jevu dostal určité množství paměti redundance, čímž je zajištěna rovnoměrnost zatížení a opravu chyb pomocí speciálních algoritmů pro substituci logické přesměrování fyzické bloky vyskytujících s těžkým použitím paměťové karty. Aby se zabránilo ztrátě informací, buňky, které selhaly, jsou blokovány nebo nahrazeny záložními buňkami. Toto softwarové rozdělení bloků umožňuje zajistit jednotnost zatížení, což zvyšuje počet cyklů o 3-5 krát, ale to nestačí.

Paměťová karta a jiné typy takových pohonů jsou charakterizovány skutečností, že tabulka se souborovým systémem je uložena v jejich oblasti obsluhy. Zabraňuje narušení čtení informací na logické úrovni, například při nesprávném vypnutí nebo při náhlém výpadku napájení. A protože systém ukládání do mezipaměti není používán při použití vyměnitelných zařízení, časté přepsání má nejvíce škodlivý vliv na tabulku alokace souborů a obsah katalogů. A dokonce ani speciální programy pro paměťové karty nejsou v této situaci schopny pomoci. Například během jednoho hovoru uživatel zkopíroval tisíc souborů. A zdálo se, že jsem jednou použil bloky pro záznam, kde jsou umístěny. Oblasti služeb však odpovídaly každé aktualizaci libovolného souboru, to znamená, že alokační tabulky prošli tímto procesem tisíckrát. Z tohoto důvodu nejprve bloky obsazené těmito daty selžou. Technologie "vyrovnávání opotřebení" také pracuje s těmito bloky, ale její účinnost je velmi omezená. A pak nezáleží na tom, jaký typ počítače používáte, flash disk selže, i když je poskytnut tvůrcem.

Je třeba poznamenat, že zvýšení kapacity těchto zařízení má za následek čipů pouze k tomu, že celkový počet cyklů zápisu snížené, protože buňky se zmenšují, vyžadují méně napětí a pro rozptýlení oddíly oxidu, které izolují „plovoucí bránu.“ A tady je situace taková, že zvýšení kapacity zařízení použito problém jejich spolehlivost je stále více zhoršuje a třída karta je nyní závislá na mnoha faktorech. Spolehlivost práce takového řešení je dána jejími technickými vlastnostmi, jakož i situací na trhu, který se v současné době vyvinul. Z důvodu tvrdé konkurence jsou výrobci nuceni snížit výrobní náklady jakýmikoli prostředky. Zahrnuje zjednodušení konstrukce, používání součástí z levnějšího souboru, oslabení kontroly nad výrobou a dalších metod. Například, paměťová karta Samsung bude stát víc než méně známých analogů, ale její spolehlivost způsobuje mnohem méně otázek. Dokonce i zde je obtížné mluvit o úplné absenci problémů a je obtížné očekávat něco víc než zařízení úplně neznámých výrobců.

Perspektivy vývoje

Se zjevnými výhodami existuje řada nevýhod, které charakterizují paměťovou kartu SD a brání dalšímu rozšíření jejího rozsahu. To je důvod, proč neustálé hledání alternativních řešení v této oblasti pokračuje. Samozřejmě se nejprve snaží zlepšit stávající typy flash paměti, což nepovede k zásadním změnám ve stávajícím výrobním procesu. Proto bychom neměli pochybovat o jediné věc: firmy zabývající se výrobou těchto typů pohonů se pokusí využít svůj plný potenciál předtím, než se přestěhují do jiného typu, pokračovaly v zlepšování tradičních technologií. Například paměťová karta společnosti Sony je v současnosti k dispozici v široké škále svazků, takže se předpokládá, že bude i nadále prodávána aktivně.

K dnešnímu datu však na prahu průmyslové implementace existuje celá řada technologií pro alternativní ukládání dat, z nichž některé mohou být okamžitě realizovány v případě příznivé situace na trhu.

Feroelektrická paměť RAM (FRAM)

Technologický feroelektrický princip ukládání informací (Ferroelectric RAM, FRAM) je navržen s cílem zvýšit potenciál energeticky nezávislé paměti. Usoudila se, že mechanismus provozu stávajících technologií, který spočívá v přepisování dat v procesu čtení se všemi modifikacemi základních komponent, vede k určitému omezení rychlosti zařízení. A FRAM je paměť charakterizovaná jednoduchostí, vysokou spolehlivostí a rychlostí v provozu. Tyto vlastnosti jsou nyní typické pro DRAM - energeticky nezávislou paměť RAM, která existuje v současné době. Přidá se však i možnost dlouhodobého ukládání dat, která je charakterizována Paměťová karta SD. Výhodou této technologie je odolnost vůči různým druhům pronikavých záření, které mohou být požadovány ve speciálních zařízeních, která se používají k práci v podmínkách zvýšené radioaktivity nebo při průzkumu vesmíru. Mechanizmus ukládání informací se zde realizuje díky aplikaci feroelektrického efektu. Znamená to, že materiál je schopen udržovat polarizaci v nepřítomnosti vnějšího elektrického pole. Každá paměťová buňka FRAM je tvořena umístěním hyperfinučního filmu z feroelektrického materiálu ve formě krystalů mezi dvojicí plochých kovových elektrod tvořících kondenzátor. Údaje v tomto případě jsou uloženy uvnitř krystalové struktury. A zabraňuje tak úniku náboje, který způsobuje ztrátu informací. Data v paměti FRAM zůstávají zachována i po odpojení napájení.

Magnetická RAM (MRAM)

Dalším typem paměti, která je dnes považována za velmi nadějnou, je MRAM. Je charakterizován poměrně vysokými rychlostmi a nestabilitou. Základním článkem v tomto případě je tenký magnetický film umístěný na křemíkovém substrátu. MRAM je statická paměť. Není třeba, aby byl pravidelně přepsán a informace se při vypnutí napájení neztratí. V současné době většina odborníků souhlasí s tím, že tento typ paměti může být nazýván technologií nové generace, jelikož stávající prototyp ukazuje poměrně vysoké ukazatele rychlosti. Další výhodou tohoto řešení je nízká cena čipů. Flash paměť je vyráběna v souladu se speciálním procesem CMOS. A čipy MRAM mohou být vyráběny ve standardním procesu. Materiály mohou sloužit i těm, které se používají v běžných magnetických médiích. Produkce velkého množství takových čipů je mnohem levnější než všechny ostatní. Důležitou vlastností MRAM je schopnost okamžitě zapnout. A to je zvláště cenné pro mobilní zařízení. Koneckonců, v tomto typu je hodnota buňky určována magnetickým nábojem a nikoliv elektrickým nábojem, jako v tradiční flash paměti.

Ovonic Unified Memory (OUM)

Další typ paměti, nad kterou mnoho firem aktivně pracuje, je pevný disk založený na amorfních polovodičích. Je založen na technologii fázového přechodu, která je podobná principu nahrávání na konvenčních discích. Zde se fázový stav hmoty v elektrickém poli mění od krystalického po amorfní. A tato změna zůstává zachována i bez napětí. Z tradičních optických disků se tato zařízení liší tím, že dochází k zahřívání spíše v důsledku působení elektrického proudu než pomocí laseru. Čtení v tomto případě se provádí z důvodu rozdílu v odrazivosti látky v různých stavech, který je vnímán snímačem pohonu. Teoreticky má toto řešení vysokou hustotu ukládání dat, maximální spolehlivost a vyšší rychlost. Vysoká je zde ukazatel maximálního počtu cyklů přepisu, pro který je počítač používán, flash drive v tomto případě zaostává o několik řádů.

Paměť Chalcogenide RAM (CRAM) a Paměť pro výměnu fází (PRAM)

Tato technologie je také založena na fázových přechodech, kdy v jedné fázi se látka použitá v nosiči chová jako nevodivý amorfní materiál a ve druhé slouží jako krystalický vodič. Přechod uskladňovací buňky z jednoho stavu do druhého se provádí pomocí elektrických polí a ohřevu. Takové třísky jsou charakterizovány odolností vůči ionizujícímu záření.

Informace - Vícevrstvé vytištěné CArd (Info-MICA)

Práce zařízení postavených na základě této technologie se provádí na principu holografické holografie. Informace se zaznamenávají takto: nejprve se vytvoří dvojrozměrný obraz, který se přenáší do hologramu pomocí technologie CGH. Data se odečítají fixací laserového paprsku na okraji jedné ze zapisovatelných vrstev sloužících jako optické vlnovody. Světlo se šíří podél osy, která je umístěna rovnoběžně s rovinou vrstvy, čímž vzniká obraz na výstupu, odpovídající předchozímu zaznamenanému datu. Počáteční data lze získat kdykoliv díky inverznímu kódovacímu algoritmu.

Tento typ paměti se s výhodou liší od polovodičové paměti, protože zajišťuje vysokou hustotu záznamu, nízkou spotřebu energie, nízké náklady na média, bezpečnost a ochranu životního prostředí před neoprávněným použitím. Taková paměťová karta však neumožňuje přepisování informací, takže může sloužit pouze jako dlouhodobé ukládání, výměna papírového média nebo alternativa k optickým diskům pro distribuci multimediálního obsahu.