No Image

Что такое диск и флеш память

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
22 января 2020

Современному человеку нравится быть мобильным и иметь при себе различные высокотехнологичные гаджеты (англ. gadget — устройство), облегчающие жизнь, да что там скрывать, делающие ее более насыщенной и интересной. И появились-то они всего за 10-15 лет! Миниатюрные, легкие, удобные, цифровые… Всего этого гаджеты достигли благодаря новым микропроцессорным технологиям, но все же больший вклад был сделан одной замечательной технологией хранения данных, о которой сегодня мы и будем говорить. Итак, флэш-память.

Бытует мнение, что название FLASH применительно к типу памяти переводится как «вспышка». На самом деле это не совсем так. Одна из версий его появления говорит о том, что впервые в 1989-90 году компания Toshiba употребила слово Flash в контексте «быстрый, мгновенный» при описании своих новых микросхем. Вообще, изобретателем считается Intel, представившая в 1988 году флэш-память с архитектурой NOR. Годом позже Toshiba разработала архитектуру NAND, которая и сегодня используется наряду с той же NOR в микросхемах флэш. Собственно, сейчас можно сказать, что это два различных вида памяти, имеющие в чем-то схожую технологию производства. В этой статье мы попытаемся понять их устройство, принцип работы, а также рассмотрим различные варианты практического использования.

Поскольку память с такой организацией считается первой представительницей семейства Flash, с нее и начнем. Схема логического элемента, собственно давшего ей название (NOR — Not OR — в булевой математике обозначает отрицание «ИЛИ»), приведена на рисунке.

С помощью нее осуществляется преобразование входных напряжений в выходные, соответствующие «0» и «1». Они необходимы, потому что для чтения/записи данных в ячейке памяти используются различные напряжения. Схема ячейки приведена на рисунке ниже.

Она характерна для большинства флэш-чипов и представляет из себя транзистор с двумя изолированными затворами: управляющим (control) и плавающим (floating). Важной особенностью последнего является способность удерживать электроны, то есть заряд. Также в ячейке имеются так называемые «сток» и «исток». При программировании между ними, вследствие воздействия положительного поля на управляющем затворе, создается канал — поток электронов. Некоторые из электронов, благодаря наличию большей энергии, преодолевают слой изолятора и попадают на плавающий затвор. На нем они могут храниться в течение нескольких лет. Определенный диапазон количества электронов (заряда) на плавающем затворе соответствует логической единице, а все, что больше его, — нулю. При чтении эти состояния распознаются путем измерения порогового напряжения транзистора. Для стирания информации на управляющий затвор подается высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток. В технологиях различных производителей этот принцип работы может отличаться по способу подачи тока и чтению данных из ячейки. Хочу также обратить ваше внимание на то, что в структуре флэш-памяти для хранения 1 бита информации задействуется только один элемент (транзистор), в то время как в энергозависимых типах памяти для этого требуется несколько транзисторов и конденсатор. Это позволяет существенно уменьшить размеры выпускаемых микросхем, упростить технологический процесс, а, следовательно, и снизить себестоимость. Но и один бит далеко не предел: Intel уже выпускает память StrataFlash, каждая ячейка которой может хранить по 2 бита информации. Кроме того, существуют пробные образцы, с 4-х и даже 9-битными ячейками! В такой памяти используются технология многоуровневых ячеек. Они имеют обычную структуру, а отличие заключается в том, что заряд их делится на несколько уровней, каждому из которых в соответствие ставится определенная комбинация бит. Теоретически прочитать/записать можно и более 4-х бит, однако, на практике возникают проблемы с устранением шумов и с постепенной утечкой электронов при продолжительном хранении. Вообще, у существующих сегодня микросхем памяти для ячеек характерно время хранения информации, измеряемое годами и число циклов чтения/записи — от 100 тысяч до нескольких миллионов. Из недостатков, в частности, у флэш-памяти с архитектурой NOR стоит отметить плохую масштабируемость: нельзя уменьшать площадь чипов путем уменьшения размеров транзисторов. Эта ситуация связана со способом организации матрицы ячеек: в NOR архитектуре к каждому транзистору надо подвести индивидуальный контакт. Гораздо лучше в этом плане обстоят дела у флэш-памяти с архитектурой NAND.

NAND — Not AND — в той же булевой математике обозначает отрицание «И». Отличается такая память от предыдущей разве что логической схемой.

Устройство и принцип работы ячеек у нее такой же, как и у NOR. Хотя, кроме логики, все-таки есть еще одно важное отличие — архитектура размещения ячеек и их контактов. В отличие от вышеописанного случая, здесь имеется контактная матрица, в пересечениях строк и столбцов которой располагаются транзисторы. Это сравнимо с пассивной матрицей в дисплеях 🙂 (а NOR — с активной TFT). В случае с памятью такая организация несколько лучше — площадь микросхемы можно значительно уменьшить за счет размеров ячеек. Недостатки (куда уж без них) заключаются в более низкой по сравнению с NOR скорости работы в операциях побайтового произвольного доступа.

Существуют еще и такие архитектуры как: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi) и пр. Принципиально нового ничего они не представляют, а лишь комбинируют лучшие свойства NAND и NOR.

И все же, как бы там ни было, NOR и NAND на сегодняшний день выпускаются на равных и практически не конкурируют между собой, потому как в силу своих качеств находят применение в разных областях хранения данных. Об этом и пойдет далее речь…

Где нужна память…

Сфера применения какого-либо типа флэш-памяти зависит в первую очередь от его скоростных показателей и надежности хранения информации. Адресное пространство NOR-памяти позволяет работать с отдельными байтами или словами (2 байта). В NAND ячейки группируются в небольшие блоки (по аналогии с кластером жесткого диска). Из этого следует, что при последовательном чтении и записи преимущество по скорости будет у NAND. Однако с другой стороны NAND значительно проигрывает в операциях с произвольным доступом и не позволяет напрямую работать с байтами информации. К примеру, для изменения одного байта требуется:

  1. считать в буфер блок информации, в котором он находится
  2. в буфере изменить нужный байт
  3. записать блок с измененным байтом обратно

Если еще ко времени выполнения перечисленных операций прибавить задержки на выборку блока и на доступ, то получим отнюдь неконкурентоспособные с NOR показатели (отмечу, что именно для случая побайтовой записи). Другое дело последовательная запись/чтение — здесь NAND наоборот показывает значительно более высокие скоростные характеристики. Поэтому, а также из-за возможностей увеличения объема памяти без увеличения размеров микросхемы, NAND-флэш нашел применение в качестве хранителя больших объемов информации и для ее переноса. Наиболее распространенные сейчас устройства, основанные на этом типе памяти, это флэшдрайвы и карты памяти. Что касается NOR-флэша, то чипы с такой организацией используются в качестве хранителей программного кода (BIOS, RAM карманных компьютеров, мобилок и т. п.), иногда реализовываются в виде интегрированных решений (ОЗУ, ПЗУ и процессор на одной мини-плате, а то и в одном чипе). Удачный пример такого использования — проект Gumstix: одноплатный компьютер размером с пластинку жвачки. Именно NOR-чипы обеспечивают требуемый для таких случаев уровень надежности хранения информации и более гибкие возможности по работе с ней. Объем NOR-флэш обычно измеряется единицами мегабайт и редко переваливает за десятки.

И будет флэш…

Безусловно, флэш — перспективная технология. Однако, несмотря на высокие темпы роста объемов производства, устройства хранения данных, основанные на ней, еще достаточно дороги, чтобы конкурировать с жесткими дисками для настольных систем или ноутбуков. В основном, сейчас сфера господства флэш-памяти ограничивается мобильными устройствами. Как вы понимаете, этот сегмент информационных технологий не так уж и мал. Кроме того, со слов производителей, на нем экспансия флэш не остановится. Итак, какие же основные тенденции развития имеют место в этой области.

Во-первых, как уже упоминалось выше, большое внимание уделяется интегрированным решениям. Причем проекты вроде Gumstix лишь промежуточные этапы на пути к реализации всех функций в одной микросхеме.

Пока что, так называемые on-chip (single-chip) системы представляют собой комбинации в одном чипе флэш-памяти с контроллером, процессором, SDRAM или же со специальным ПО. Так, например, Intel StrataFlash в сочетании с ПО Persistent Storage Manager (PSM) дает возможность использовать объем памяти одновременно как для хранения данных, так и для выполнения программного кода. PSM по сути дела является файловой системой, поддерживающейся ОС Windows CE 2.1 и выше. Все это направлено на снижение количества компонентов и уменьшение габаритов мобильных устройств с увеличением их функциональности и производительности. Не менее интересна и актуальна разработка компании Renesas — флэш-память типа superAND с встроенными функциями управления. До этого момента они реализовывались отдельно в контроллере, а теперь интегрированы прямо в чип. Это функции контроля бэд-секторов, коррекции ошибок (ECC — error check and correct), равномерности износа ячеек (wear leveling). Поскольку в тех или иных вариациях они присутствуют в большинстве других брендовых прошивок внешних контроллеров, давайте вкратце их рассмотрим. Начнем с бэд-секторов. Да, во флэш-памяти они тоже встречаются: уже с конвейера сходят чипы, имеющие в среднем до 2% нерабочих ячеек — это обычная технологическая норма. Но со временем их количество может увеличиваться (окружающую среду в этом винить особо не стоит — электромагнитное, физическое (тряска и т. п.) влияние флэш-чипу не страшно). Поэтому, как и в жестких дисках, во флэш-памяти предусмотрен резервный объем. Если появляется плохой сектор, функция контроля подменяет его адрес в таблице размещения файлов адресом сектора из резервной области.

Читайте также:  Соковыжималка для яблок большой производительности отзывы

Собственно, выявлением бэдов занимается алгоритм ECC — он сравнивает записываемую информацию с реально записанной. Также в связи с ограниченным ресурсом ячеек (порядка нескольких миллионов циклов чтения/записи для каждой) важно наличие функции учета равномерности износа. Приведу такой редкий, но встречающийся случай: брелок с 32 Мбайт, из которых 30 Мбайт заняты, а на свободное место постоянно что-то записывается и удаляется. Получается, что одни ячейки простаивают, а другие интенсивно исчерпывают свой ресурс. Чтобы такого не было, в фирменных устройствах свободное пространство условно разбивается на участки, для каждого из которых осуществляется контроль и учет количества операций записи.

Еще более сложные конфигурации класса «все-в-одном» сейчас широко представлены такими компаниями как, например, Intel, Samsung, Hitachi и др. Их изделия представляют собой многофункциональные устройства, реализованные в одной лишь микросхеме (стандартно в ней имеется процессор, флэш-память и SDRAM). Ориентированы они на применение в мобильных устройствах, где важна высокая производительность при минимальных размерах и низком энергопотреблении. К таким относятся: PDA, смартфоны, телефоны для сетей 3G. Приведу пример подобных разработок — чип от Samsung, объединяющий в себе ARM-процессор (203 МГц), 256 Мбайт NAND памяти и 256 SDRAM. Он совместим с распространенными ОС: Windows CE, Palm OS, Symbian, Linux и имеет поддержку USB. Таким образом на его основе возможно создание многофункциональных мобильных устройств с низким энергопотреблением, способных работать с видео, звуком, голосом и прочими ресурсоемкими приложениями.

Другим направлением совершенствования флэш является уменьшение энергопотребления и размеров с одновременным увеличением объема и быстродействия памяти. В большей степени это касается микросхем с NOR архитектурой, поскольку с развитием мобильных компьютеров, поддерживающих работу в беспроводных сетях, именно NOR-флэш, благодаря небольшим размерам и малому энергопотреблению, станет универсальным решением для хранения и выполнения программного кода. В скором времени в серийное производство будут запущены 512 Мбит чипы NOR той же Renesas. Напряжение питания их составит 3,3 В (напомню, хранить информацию они могут и без подачи тока), а скорость в операциях записи — 4 Мбайт/сек. В то же время Intel уже представляет свою разработку StrataFlash Wireless Memory System (LV18/LV30) — универсальную систему флэш-памяти для беспроводных технологий. Объем ее памяти может достигать 1 Гбит, а рабочее напряжение равно 1.8 В. Технология изготовления чипов — 0,13 нм, в планах переход на 0,09 нм техпроцесс. Среди инноваций данной компании также стоит отметить организацию пакетного режима работы с NOR-памятью. Он позволяет считывать информацию не по одному байту, а блоками — по 16 байт: с использованием 66 МГц шины данных скорость обмена информацией с процессором достигает 92 Мбит/с!

Что ж, как видите, технология развивается стремительно. Вполне возможно, что к моменту выхода статьи появится еще что-нибудь новенькое. Так что, если что — не взыщите 🙂 Надеюсь, материал был вам интересен.

Флеш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (англ. cell ). В традиционных устройствах с одноуровневыми ячейками (англ. single-level cell, SLC ), каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками (англ. multi-level cell, MLC ) могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора.

В основе этого типа флеш-памяти лежит ИЛИ‑НЕ элемент (англ. NOR ), потому что в транзисторе с плавающим затвором низкое напряжение на затворе обозначает единицу.

Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Последний полностью изолирован и способен удерживать электроны до 10 лет. В ячейке имеются также сток и исток. При программировании напряжением на управляющем затворе создаётся электрическое поле и возникает туннельный эффект. Некоторые электроны туннелируют через слой изолятора и попадают на плавающий затвор, где и будут пребывать. Заряд на плавающем затворе изменяет «ширину» канала сток-исток и его проводимость, что используется при чтении.

Программирование и чтение ячеек сильно различаются в энергопотреблении: устройства флеш-памяти потребляют достаточно большой ток при записи, тогда как при чтении затраты энергии малы.

Для стирания информации на управляющий затвор подаётся высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток.

В NOR архитектуре к каждому транзистору необходимо подвести индивидуальный контакт, что увеличивает размеры схемы. Эта проблема решается с помощью NAND архитектуры.

В основе NAND типа лежит И-НЕ элемент (англ. NAND ). Принцип работы такой же, от NOR типа отличается только размещением ячеек и их контактами. В результате уже не требуется подводить индивидуальный контакт к каждой ячейке, так что размер и стоимость NAND чипа может быть существенно меньше. Так же запись и стирание происходит быстрее. Однако эта архитектура не позволяет обращаться к произвольной ячейке.

NAND и NOR архитектуры сейчас существуют параллельно и не конкурируют друг с другом, поскольку находят применение в разных областях хранения данных.

История

Флеш-память была изобретена Фудзи Масуока (Fujio Masuoka), когда он работал в 1984 году. Имя «флеш» было придумано также в Toshiba коллегой Фудзи, Сёдзи Ариизуми (Shoji Ariizumi), потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash ). Масуока представил свою разработку на IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско, Калифорния. 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип NOR-типа.

NAND-тип флеш-памяти был анонсирован Toshiba в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference. У него была больше скорость записи и меньше площадь чипа.

На конец 2008 года, лидерами по производству флеш-памяти являются Samsung (31% рынка) и Toshiba (19% рынка, включая совместные заводы с Sandisk). (Данные согласно iSupply на Q4’2008). Стандартизацией чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Текущим стандартом считается спецификация ONFI версии 1.0 [2] , выпущенная 28 декабря 2006 года. Группа ONFI поддерживается конкурентами Samsung и Toshiba в производстве NAND чипов: Hynix и Micron Technology. [3]

Характеристики

Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 Мб/с [4] . В основном флеш-карты имеют большой разброс скоростей и обычно маркируются в скоростях стандартного CD-привода (150 КБ/с). Так указанная скорость в 100x означает 100 × 150 КБ/с = 15 000 КБ/с= 14.65 МБ/с.

В основном объём чипа флеш-памяти измеряется от килобайт до нескольких гигабайт.

В 2005 году SanDisk представили NAND чипы объёмом 1 ГБ [5] , выполненные по технологии многоуровневых ячеек, где один транзистор может хранить несколько бит, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе.

Компания Samsung в сентябре 2006 года представила 8 ГБ чип, выполненный по 40-нм технологическому процессу [6] . В конце 2007 года Samsung сообщила о создании первого в мире MLC (multi-level cell) чипа флеш-памяти типа NAND, выполненного по 30-нм технологическому процессу. Ёмкость чипа также составляет 8 ГБ. Ожидается, что в массовое производство чипы памяти поступят в 2009 году.

Для увеличения объёма в устройствах часто применяется массив из нескольких чипов. К 2007 году USB устройства и карты памяти имели объём от 512 МБ до 64 ГБ. Самый большой объём USB устройств составлял 4 ТБ.

Файловые системы

Основное слабое место флеш-памяти — количество циклов перезаписи. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что ОС часто записывает данные в одно и то же место. Например, часто обновляется таблица файловой системы, так что первые сектора памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволяет существенно продлить срок работы памяти.

Для решения этой проблемы были созданы специальные файловые системы: JFFS2 [7] и YAFFS [8] для GNU/Linux и Microsoft Windows.

SecureDigital и FAT.

Применение

Флеш-память наиболее известна применением в USB флеш-носителях (англ. USB flash drive ). В основном применяется NAND тип памяти, которая подключается через USB по интерфейсу USB mass storage device (USB MSC). Данный интерфейс поддерживается всеми ОС современных версий.

Благодаря большой скорости, объёму и компактным размерам USB флеш-носители полностью вытеснили с рынка дискеты. Например, компания 2003 года перестала выпускать компьютеры с дисководом гибких дисков [9] .

В данный момент выпускается широкий ассортимент USB флеш-носителей, разных форм и цветов. На рынке присутствуют флешки с автоматическим шифрованием записываемых на них данных. Японская компания Sol >[10] .

Есть специальные дистрибутивы GNU/Linux и версии программ, которые могут работать прямо с USB носителей, например, чтобы пользоваться своими приложениями в интернет-кафе.

Технология Windows Vista способна использовать USB-флеш носитель или специальную флеш-память, встроенную в компьютер, для увеличения быстродействия [11] . На флеш-памяти также основываются карты памяти, такие как SecureDigital (SD) и Memory Stick, которые активно применяются в портативной технике (фотоаппараты, мобильные телефоны). Вкупе с USB носителями флеш-память занимает большую часть рынка переносных носителей данных.

Читайте также:  Смартфон с мощным звуком

NOR тип памяти чаще применяется в BIOS и ROM-памяти устройств, таких как DSL модемы, маршрутизаторы и т. д. Флеш-память позволяет легко обновлять прошивку устройств, при этом скорость записи и объём для таких устройств не так важны.

Сейчас активно рассматривается возможность замены жёстких дисков на флеш‑память. В результате увеличится скорость включения компьютера, а отсутствие движущихся деталей увеличит срок службы. Например, в XO-1, «ноутбуке за 100 $», который активно разрабатывается для стран третьего мира, вместо жёсткого диска будет использоваться флеш-память объёмом 1 ГБ [12] . Распространение ограничивает высокая цена за ГБ и меньший срок годности, чем у жёстких дисков из-за ограниченного количества циклов записи.

Типы карт памяти

Существуют несколько типов карт памяти, используемых в портативных устройствах:

MMC (MultiMedia Card): карточка в формате MMC имеет небольшой размер — 24×32×1,4 мм. Разработана совместно компаниями SanDisk и Siemens. MMC содержит контроллер памяти и обладает высокой совместимостью с устройствами самого различного типа. В большинстве случаев карты MMC поддерживаются устройствами со слотом SD.

RS-MMC (Reduced Size MultiMedia Card): карта памяти, которая вдвое короче стандартной карты MMC. Её размеры составляют 24×18×1,4 мм, а вес — около 6 г, все остальные характеристики не отличаются от MMC. Для обеспечения совместимости со стандартом MMC при использовании карт RS-MMC нужен адаптер. DV-RS-MMC (Dual Voltage Reduced Size MultiMedia Card): карты памяти DV-RS-MMC с двойным питанием (1,8 и 3,3 В) отличаются пониженным энергопотреблением, что позволит работать мобильному телефону немного дольше. Размеры карты совпадают с размерами RS-MMC, 24×18×1,4 мм. MMCmicro: миниатюрная карта памяти для мобильных устройств с размерами 14×12×1,1 мм. Для обеспечения совместимости со стандартным слотом MMC необходимо использовать переходник.

SD Card (Secure Digital Card): поддерживается фирмами Panasonic и SD (Trans-Flash) и SDHC (High Capacity): Старые карты SD так называемые Trans-Flash и новые SDHC (High Capacity) и устройства их чтения различаются ограничением на максимальную ёмкость носителя, 2 ГБ для Trans-Flash и 32 ГБ для High Capacity (Высокой Ёмкости). Устройства чтения SDHC обратно совместимы с SDTF, то есть SDTF карта будет без проблем прочитана в устройстве чтения SDHC, но в устройстве SDTF увидится только 2 ГБ от ёмкости SDHC большей ёмкости, либо не будет читаться вовсе. Предполагается, что формат TransFlash будет полностью вытеснен форматом SDHC. Оба суб-формата могут быть представлены в любом из трёх форматов физ. размеров (Стандартный, mini и micro). miniSD (Mini Secure Digital Card): От стандартных карт Secure Digital отличаются меньшими размерами 21,5×20×1,4 мм. Для обеспечения работы карты в устройствах, оснащённых обычным SD-слотом, используется адаптер. microSD (Micro Secure Digital Card): являются на настоящий момент (2008) самыми компактными съёмными устройствами флеш-памяти (11×15×1 мм). Используются, в первую очередь, в мобильных телефонах, коммуникаторах, и т. п., так как, благодаря своей компактности, позволяют существенно расширить память устройства, не увеличивая при этом его размеры. Переключатель защиты от записи вынесен на адаптер microSD-SD.

MS Duo (Memory Stick Duo): данный стандарт памяти разрабатывался и поддерживается компанией MS Duo (Memory Stick Duo): Данный формат является конкурентом формата microSD (по аналогичному размеру), сохраняя преимущества карт памяти Sony.

xD-Picture Card: используются в цифровых фотоаппаратах фирм Fuji и некоторых других.

Что такое флэш-диск?

По функциональному назначению флэш-диски ничем не отличаются от всех остальных компьютерных дисков: это устройства для долговременного энергонезависимого хранения информации с возможностью многократной перезаписи. Самое главное их отличие от тривиальных винчестеров и флоппи-дисков заключается в отсутствии каких-либо подвижных механических деталей конструкции. Для хранения информации во флэш-дисках используются микросхемы памяти, выполненные по технологии Flash, которую еще в начале 80-х годов разработала фирма Intel. В сущности эти микросхемы являются обычными электрически стираемыми ППЗУ, однако имеют три существенные особенности. Во-первых, их можно стирать и перезаписывать миллион раз, а то и больше – невероятная цифра для ЭСППЗУ, допускавших в то время в лучшем случае 1000 перезаписей. Во-вторых, емкость этих микросхем очень быстро достигла объема 1 Мбайт при весьма малых габаритах. И в-третьих, время хранения записанной в такой микросхеме информации практически неограниченно. Итак, с точки зрения инженера флэш-диск представляет собой компактное электронное устройство на основе микросхем памяти, которое можно подключить к компьютеру вместо накопителя жесткого диска. Нужно только точно знать, для чего это нужно.

Зачем нужны флэш-диски?

Прогресс в области производства традиционных дисков настолько велик, что кажется, нет никакой необходимости создавать какие-либо аналогичные изделия на основе микросхем. И в самом деле, в офисном компьютере применение внутреннего флэш-диска оправдать пока невозможно. Однако стоит бегло сравнить эти устройства, и даже очень небогатое воображение подскажет тысячи возможностей применения, где альтернативы флэш-дискам пока не существует. Чем же они так хороши? Во-первых, в отличие от любого жесткого диска флэш-диск практически невосприимчив к вибрациям. Во вторых, устойчивость к ударам в 1000 g является нормой для этих устройств. И наконец, в третьих, диапазон рабочих температур флэш-дисков составляет от 40°С до +85°С, что является абсолютно недостижимым для традиционных механических дисков. Они все-таки вертятся, а на морозе это не так-то просто. Кроме того, самые маленькие флэш-диски, например DiskOnChip 2000 фирмы M-Systems, имеют размер микросхемы в корпусе DIP32 – и это при емкости от 2 до 72 Мб! К сожалению, все остальные свойства флэш-дисков пока еще несколько отстают от возможностей их механических собратьев, но и перечисленных преимуществ вполне достаточно для того, чтобы сделать правильный выбор устройства памяти для работы в жестких условиях эксплуатации. В мобильных приложениях, цифровых камерах, промышленных, встраиваемых и блокнотных компьютерах, радиотелефонах, в авиации, космосе и тысячах других областей работают флэш-диски.

Какими они бывают?

Проще всего на этот вопрос ответить одним словом: любыми. И это действительно так. В настоящее время флэш-диски выпускаются с интерфейсами ISA, PC/104, PCMCIA, СompactFlash, IDE, SCSI, в корпусе микросхем DIP32 с контактами, как у обычных микросхем ПЗУ, и в виде специализированных комплектов “контроллер + флэш-память” для распайки на платы. В зависимости от емкости и функционального назначения диски имеют различное конструктивное исполнение. Флэш-диски с интерфейсами ISA и PC/104 производятся в виде модулей на основе печатных плат (см. рис. 1) и предназначены для непосредственной установки в соответствующие разъемы компьютеров.

Рис.1. Флэш-диски в формате карт ISA и PC/104 фирмы M-Systems

Эти устройства фиксируются внутри изделия и имеют емкость до 32 Мб. На их основе обычно реализуются системные диски для компьютеров с повышенными требованиями к надежности и скорости начальной загрузки. Если на таком диске запретить запись, то ни один злоумышленник, ни один сбой в программе не разрушит записанную на нем информацию. Диски, выполненные в конструктиве PCMCIA (рис. 2)

Рис. 2. Флэш-диски в формате карт PCMCIA фирмы SanDisk

и CompactFlash (рис. 3), применяются в мобильной аппаратуре типа ноутбуков и палмтопов или во входящих в моду цифровых фотоаппаратах в качестве сменных устройств для хранения или переноса информации в обычные настольные компьютеры.

Рис. 3. Флэш-диски в формате карт Compact-Flash фирмы SanDisk

В соответствии со своими задачами они имеют специальную конструкцию в виде компактной карточки, напоминающей кредитную или телефонную. Стандарт допускает три возможные толщины карточек PCMCIA – 2,5; 5 и 10 мм. Соответственно эти карточки называются PCMCIA Card Type I, II и III. Одной из самых главных функциональных особенностей этих устройств является возможность их установки в приемный слот в “горячем” режиме без выключения питания. Для этого разъем приемного слота имеет специальную конструкцию, обеспечивающую строгую очередность соединения контактов земли, питания и логических сигналов. Сегодня для карточек Type III достигнута емкость 300 Мб. Карточки серии Compact Flash являются логическим продолжением развития стандарта PCMCIA в сторону дальнейшего уменьшения габаритов. По размеру они примерно вдвое меньше PCMCIA Сard Type I, но сохраняют совместимость с ними на уровне интерфейса. С помощью специального переходника CompactFlash можно устанавливать в приемный слот для карточек PCMCIA. Максимальная емкость дисков в формате CompactFlash пока составляет 24 Мб. Диски с интерфейсом SCSI (рис. 4) имеют просто огромную для флэш-дисков емкость – до 1,7 Гб и применяются в таких экзотических областях, как бортовые накопители в авиации или тестирующее оборудование, перемещающееся внутри нефте- и газопроводов.

Рис. 4. Флэш-диск SCSI фирмы M-Systems

Это объясняется только экономической нецелесообразностью применения подобных дисков для “нормальных” задач: стоимость флэш-диска SCSI такого объема составляет сегодня около 25 000 долларов (!). Настоящий бум среди производителей одноплатных компьютеров вызвало появление новой версии флэш-диска DiskOnChip2000 в корпусе DIP32 (рис. 5) производства фирмы M-Systems. Гнезда для установки этих малюток появились в нынешнем году на платах многих производителей промышленных компьютеров.

Рис. 5. Так выглядит DiskOnChip 2000, установленный на плате процессора

Читайте также:  Установка виндовс 7 фото

Почему они так дорого стоят?

При единичных закупках стоимость одного мегабайта на флэш-диске составляет от 10 до 24 долларов. Это объясняется в первую очередь ценой самих микросхем флэш-памяти. Для сравнения: стоимость мегабайта на обычном электромеханическом диске сегодня не превышает 20 центов. Но если уж речь зашла о стоимости, то неплохо проследить динамику изменения цен на флэш-диски. Еще год назад стоимость одного мегабайта на флэш-диске была не меньше 50 долларов, по прогнозам же производителей этих устройств, к 2000 г. эта цифра должна уменьшиться до 1 доллара. С другой стороны, есть такое понятие, как начальная стоимость накопителя. Эта величина остается почти неизменной с момента появления жестких дисков и составляет около 250 долларов. Десять лет назад за эту цену потребителю предлагался жесткий диск объемом 32 Мб, год назад еще можно было найти 500-мегабайтовые диски за такую стоимость, а сегодня за эти деньги почти невозможно найти НЖМД емкостью менее 1 Гб. В то же время начальная стоимость флэш-дисков гораздо ниже: она составляет сегодня 40 – 50 долларов. За 250 долларов можно приобрести флэш-диск относительно большой емкости – 16 Мб (или 32 Мб, если использовать программы уплотнения типа Stacker). При этом существует огромное количество приложений, нуждающихся в накопителях емкостью меньше 10 Мб, например кассовые аппараты, мобильные компьютерные устройства, станки с ЧПУ или аппараты для выдачи чеков на автомобильных стоянках. В подобных случаях применение флэш-дисков оправданно не только с точки зрения эксплуатационных свойств, но и экономически. А если рассматривать мобильные компьютеры, то здесь стоимость диска просто отступает на задний план, если оценить его энергопотребление: лучше заплатить бо/льшую цену, чем каждый час менять или перезаряжать батареи, да и само устройство более компактно. Таким образом, если вам требуется надежный накопитель небольшого объема, логично применить флэш-диск. Хотя с точки зрения высокоскоростной работы в нормальных условиях позиции традиционных жестких дисков еще долго не пошатнутся.

Чем ОЗУ с батарейным питанием хуже?

Во-первых, микросхемы статической памяти, на которых основаны ОЗУ с батарейным питанием, всегда были гораздо дороже микросхем флэш-ПЗУ. С течением времени этот разрыв в цене только возрастает. Другим важным аспектом является надежность хранения данных. Диск на основе ОЗУ сохраняет записанную информацию после выключения питания благодаря дополнительной батарее питания. Малейшая неисправность батареи (например, в связи с переохлаждением или по истечении срока годности) приводит к полной потере записанной на таком диске информации. Кроме того, емкость дисков на основе статической памяти, как правило, не превышает 4 Мб. Единственное, в чем флэш-диски проигрывают по сравнению с дисками на основе статической памяти, – это скорость записи. Если приложение требует скорости записи, превышающей 500 Кб/с, то это единственный повод задуматься о приобретении диска на основе статического ОЗУ с батарейным питанием.

Сто тысяч циклов записи – это много или мало?

Давайте разберемся, что означает внушительная цифра 100 тысяч циклов записи, часто приводимая в технических описаниях флэш-дисков. Нередко можно услышать такое мнение: “Мое устройство каждую секунду записывает 1 Кб. Значит, через полтора часа работы мне придется покупать новый флэш-диск?”. Конечно же нет! Посмотрим, например, как работают флэш-диски компании M-Systems на основе микросхем флэш-памяти 28F008SA фирмы Intel. Эти микросхемы объемом 1 Мб имеют блочную структуру по 64 Кб. Физическая организация флэш-памяти подразумевает стирание блока, если мы хотим его переписать заново. Иными словами, если мы будем осуществлять последовательную запись в один блок по одному байту, то на 64 тыс. циклов записи нам потребуется один цикл стирания. Здесь стоит вспомнить, что большинство производителей микросхем флэш-памяти, в том числе и Intel, гарантируют не менее одного миллиона циклов стирания блока памяти микросхемы. При этом все производители флэш-дисков применяют различные программные либо аппаратные приемы, чтобы обеспечить равномерное распределение числа циклов стирания по всем блокам флэш-диска. В частности, файловая система TrueFFS, разработанная фирмой M-Systems, гарантирует 95%-ную утилизацию блоков флэш-диска. Иными словами, на диск объемом 1 Мб в течение срока его жизни может быть записано до 95 Гб. Рассмотрим конкретный пример.

Пример. Кассовый аппарат

Каждая транзакция – 200 байт

Каждый чек – 20 транзакций, итого 4 Кб

В день – 1000 чеков, итого 4 Мб

На флэш-диск размером 4 Мб за время эксплуатации может быть записано 95 Гб x 4 = 380 Гб, что соответствует общему времени эксплуатации в приложении кассового аппарата 380 Гб: 4 Мб/день = 95 000 дней. В худшем случае гарантированное время эксплуатации 4 Мб флэш-диска может составить 260 лет. Если применяется диск объемом 1 Мб, это будет 65 лет.

Возвращаясь к первоначальному вопросу о записи на флэш-диск по 1 Кб в секунду круглосуточно, легко подсчитать, что срок службы диска объемом 4 Мб в такой фантастической задаче составит 12 лет.

Как установить флэш-диск в компьютер?

Это зависит от типа флэш-диска, но в любом случае можно сказать: это не сложнее, чем установка обычного жесткого диска. Флэш-диски имитируют работу традиционного НЖМД на аппаратном или программном уровне. Устройства с интерфейсами IDE и SCSI с точки зрения операционной системы компьютера и способов обращения к ним ничем не отличаются от традиционных жестких дисков и не требуют какого-либо дополнительного программного обеспечения кроме того, что стандартно входит в данную ОС. Для флэш-дисков, выполненных в виде плат с разъемом ISA, необходим дополнительный драйвер, эмулирующий работу НЖМД. Но они поставляются с уже записанным необходимым ПО. Как правило, после установки такого диска в компьютер и включения питания в системе просто появляется дополнительный жесткий диск. Никаких операций форматирования или разбиения на разделы не нужно. Единственной проблемой может оказаться конфликт с другим устройством, работающим через то же самое окно в области расширенной памяти. В этом случае для устранения конфликта придется переставить перемычки начального адреса на плате флэш-диска или внести необходимые изменения в начальные установки компьютера. Все это хорошо описано в документации на каждый конкретный флэш-диск. При установке дисков в виде карточек PCMCIA в зависимости от типа карточки требуется установка в config.sys ссылки на соответствующий драйвер: atadrv.sys для карточек типа АТА или драйвер фирмы-изготовителя – в других случаях. Для установки в систему флэш-диска типа DiskOnChip2000 на плате процессора должно быть 32-контактное гнездо под микросхему ПЗУ в корпусе DIP32. На многих платах промышленных компьютеров такие гнезда есть. Установите в него DiskOnChip2000 и подайте питание – все необходимое ПО для DOS/Windows уже записано на диске.

Можно ли применить флэш-диск в несовместимом с IBM PC компьютере?

Этот вопрос задается практически всегда, когда разработчик микропроцессорного устройства, несовместимого с IBM PC, а точнее, несовместимого с DOS, узнает о существовании флэш-дисков серии DiskOnChip2000 или о специальных комплектах “контроллер и флэш-ПЗУ” для встраивания в компьютерные платы. Да, это возможно. Более того, есть даже специальные комплекты для разработки таких приложений и программное обеспечение в исходных текстах для быстрой разработки встроенного ПО. Например, для встраивания DiskOnChip2000 в несовместимые с DOS компьютеры, в том числе и на основе микроконтроллеров (например, 8051 или 80188), фирма M-Systems предлагает пакет Flite, включающий исходные тексты на языке Си для работы с флэш-памятью. Но в этой бочке меда есть ложка дегтя: стоимость такого пакета на 1000 лицензий превышает 20 000 долларов. Устанавливая эту цену, фирма руководствовалась, по всей вероятности, достаточно логичными соображениями. Во-первых, крупный производитель вполне способен пойти на такое капиталовложение. 20 долларов в стоимости крупносерийного продукта, производимого в тысячах экземпляров, за встроенный флэш-диск – вполне экономически оправданная сумма, особенно на фоне дорогостоящего труда западных программистов. Время разработки конечного продукта при этом ощутимо сокращается. Во-вторых, техническая поддержка нескольких крупных разработчиков значительно выгоднее, чем огромного числа “самодельщиков”, – если бы внутреннее устройство и система команд контроллера флэш-памяти распространялись открыто. В России, к сожалению, компьютерное оборудование с флэш-дисками такими тиражами пока не производится. Поэтому на время забудем о возможности простого встраивания флэш-дисков в “самопальную” аппаратуру. Исключение, пожалуй, составляют флэш-диски с интерфейсом IDE (рис. 6), схемотехника, функционирование которых широко известны.

Рис. 6. Флэш-диск с интерфейсом IDE

Мне нужен флэш-диск, кто их производит?

В настоящее время за пальму первенства в производстве флэш-дисков борются две фирмы: SanDisk (США) и M-Systems (Израиль). Все остальные, как правило, только наклеивают свои логотипы на продукцию этих фирм. Поэтому если вы увидите флэш-карточку PCMCIA с надписью MAXTOR или Compaq – не верьте глазам своим, это наверняка M-Systems или SanDisk. Принципиальной разницы между продукцией этих фирм нет, хотя у M-Systems номенклатура производимых дисков несколько шире, в частности, в нее входят диски в формате карт с шиной ISA, интерфейсом SCSI и DiskOnChip 2000. Время от времени обе фирмы устраивают небольшие ценовые войны, что нам, конечным пользователям, только на руку: глядишь, и в самом деле в каждом компьютере займут свое место неприхотливые и недорогие флэш-диски.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector