Memorie flash. Solid State Drive. Tipuri de memorie flash. Cartelă de memorie

Memoria flash este un tip de memorie durabilă pentru computere, în care conținutul poate fi reprogramat sau șters printr-o metodă electrică. În comparație cu memoria programabilă numai pentru citire electrizabilă, acțiunile pot fi efectuate în blocuri care se află în diferite locuri. Memoria flash costă mult mai puțin decât EEPROM, așa că a devenit tehnologia dominantă. Mai ales în situațiile în care este necesară stocarea durabilă și pe termen lung a datelor. Utilizarea sa este permisă într-o varietate de cazuri: playere audio digitale, camere foto și video, telefoane mobile și smartphone-uri, în cazul cărora există aplicații speciale Android pe cartela de memorie. În plus, este utilizat și în unități flash USB, utilizate în mod tradițional pentru a stoca informații și a le transfera între computere. A câștigat o anumită popularitate în lumea gamerilor, unde este adesea folosit într-o alunecare pentru a stoca date despre progresul jocului.

Descrierea generală

Memoria Flash este un tip care este capabil de a stoca informațiile de pe cartela pentru o lungă perioadă de timp fără a utiliza puterea. În plus, se poate observa cel mai mare acces la date de viteză, și o mai bună rezistență la șocuri cinetice în comparație cu hard disk-urile. Datorită acestor caracteristici, a devenit o referință pentru dispozitivele populare, alimentate de baterii și acumulatori. Un alt avantaj incontestabil este faptul că atunci când un card de memorie flash este comprimat într-un solid, este practic imposibil de a distruge unele metode fizice standard, astfel încât să poată rezista la apă și presiune ridicată de fierbere.

Acces la date la nivel scăzut

Modul de accesare a datelor stocate în memoria flash este foarte diferit de cel folosit pentru vizualizările convenționale. Accesul la nivel scăzut este asigurat de șofer. RAM-ul normal răspunde imediat apelurilor de citire a informațiilor și înregistrărilor acestora, returnând rezultatele unor astfel de operațiuni, iar dispozitivul de memorie flash este de așa natură încât este nevoie de timp pentru reflecție.

Dispozitivul și principiul funcționării

În prezent, este distribuită memoria flash, care este creată pe elemente cu un singur tranzistor cu un obturator "plutitor". Datorită acestui fapt, este posibil să se asigure o densitate mai mare de stocare a datelor în comparație cu RAM dinamic, care necesită o pereche de tranzistori și un element de condensator. În prezent, piața abundă într-o varietate de tehnologii pentru a construi elementele de bază pentru acest tip de media, care sunt dezvoltate de producători de vârf. Aceasta diferă în ceea ce privește numărul de straturi, metodele de înregistrare și ștergere a informațiilor, precum și organizarea structurii, care este de obicei indicată în titlu.

În acest moment există câteva tipuri de jetoane care sunt cele mai frecvente: NOR și NAND. În ambele, conexiunea tranzistorilor de memorie este făcută la liniile de biți - în paralel și secvențial. În primul tip, dimensiunile celulelor sunt destul de mari și există o posibilitate de acces rapid aleator, ceea ce vă permite să executați programe direct din memorie. Cel de-al doilea se caracterizează prin dimensiuni mai mici ale celulelor, precum și printr-un acces secvențial mai rapid, ceea ce este mult mai convenabil atunci când vine vorba de construirea de dispozitive de tip bloc în care vor fi stocate informații pe scară largă.

În majoritatea dispozitivelor portabile, unitatea SSD utilizează tipul de memorie NOR. Cu toate acestea, acum sunt din ce în ce mai populare dispozitive cu interfață USB. Ei folosesc memoria NAND. Treptat, îl distruge pe primul.

Principala problemă este fragilitatea

Primele mostre de producție memorii flash de serie nu au fost pe placul utilizatorilor viteze mai mari. Acum, cu toate acestea, viteza de înregistrare și de citire este la un nivel care poate fi vizualizat film complet sau de a rula pe sistemul de operare al calculatorului. Un număr de producători au demonstrat deja mașini pe care hard disk-ul este înlocuit cu memorie flash. Dar această tehnologie are un dezavantaj semnificativ, care devine un obstacol în calea înlocuirii transportorului actual cu discurile magnetice existente. Datorită naturii dispozitivelor de memorie flash permite ștergerea și informații scris un număr limitat de cicluri, care este realizabil, chiar și pentru dispozitive mici și portabile, să nu mai vorbim de cât de des se face pe computere. Dacă utilizați acest tip de suport media ca un drive SSD pe un PC, atunci o situație critică va veni foarte repede.

Acest lucru se datorează faptului că o astfel de unitate este construită pe proprietatea tranzistorilor cu efect de câmp care trebuie să fie depozitați într-o poartă "plutitoare" încărcătura electrică, a căror absență sau prezență în tranzistor este considerată o unitate logică sau zero în binar sistem de calcul. Înregistrarea și ștergerea datelor în memoria NAND se realizează prin intermediul electronilor tunelului prin metoda Fowler-Nordheim cu participarea unui dielectric. Acest lucru nu este necesar de înaltă tensiune, care vă permite să faceți celule de dimensiuni minime. Dar acest proces duce la deteriorarea fizică deoarece curentul electric în acest caz determină ca electronii să pătrundă în poarta, depășind bariera dielectrică. Cu toate acestea, termenul de valabilitate garantat al unei astfel de memorii este de zece ani. Amortizarea cipului nu se datorează citirii informațiilor, ci datorită operațiunilor de ștergere și înregistrare, deoarece citirea nu necesită o schimbare în structura celulelor, ci trece doar un curent electric.

Desigur, producătorii de memorie lucrează în mod activ în direcția de creștere a duratei de viață a unităților în stare solidă de acest tip: acestea sunt fixate pentru a asigura uniformitatea înregistrării / ștergerea proceselor în celulele din matrice una care nu sunt purtate mai mult decât altele. Pentru distribuția uniformă a încărcăturii, se folosesc în mod predominant căile software. De exemplu, pentru a elimina acest fenomen se aplică la „uzură nivelare“ tehnologie. Datele sunt de multe ori pot modifica, muta spațiul de adrese de memorie flash, pentru că înregistrarea se efectuează în conformitate cu diferite adrese fizice. Fiecare controler este echipat cu propriul algoritm de aliniere, astfel încât este foarte dificil de a compara eficacitatea diferitelor modele ca detaliile de implementare nu au fost dezvăluite. Ca în fiecare an, volumul de memorii flash sunt din ce în ce mai necesar să se utilizeze algoritmi mai eficiente care să contribuie la asigurarea stabilității performanței dispozitivului.

Depanarea

O modalitate foarte eficientă de a combate fenomenul a fost dat o anumită cantitate de memorie redundanță, prin care se asigură uniformitatea sarcinii și corectarea erorilor prin intermediul unor algoritmi speciali pentru expediere logică fizică substituție blocuri care apar cu utilizarea grele de memorie stick. Și pentru a preveni pierderea de informații în celulă, defecte, blocate sau înlocuite cu copia de rezervă. O astfel de software face posibilă blocarea de distribuție pentru a asigura uniformitatea sarcinii prin creșterea numărului de cicluri de 3-5 ori, dar acest lucru nu este suficient.

Cartelă de memorie și alte tipuri de astfel de unități se caracterizează prin faptul că un tabel cu un sistem de fișiere este stocat în zona lor de servicii. Împiedică întreruperile în citirea informațiilor la nivel logic, de exemplu, cu o oprire incorectă sau cu o întrerupere bruscă a alimentării. Deoarece caching-ul nu este furnizat de sistem atunci când se utilizează dispozitive detașabile, suprascrierea frecventă are efectul cel mai nociv asupra tabelului de alocare a fișierelor și asupra conținutului cataloagelor. Și chiar programele speciale pentru cardurile de memorie nu sunt capabile să ajute în această situație. De exemplu, în timpul unui singur apel, utilizatorul a copiat o mie de fișiere. Se pare că am aplicat doar blocurile pentru înregistrarea unde sunt plasate. Dar zonele de serviciu corespundeau fiecărei actualizări a oricărui fișier, adică tabelele de alocare au trecut prin această procedură de o mie de ori. Din acest motiv, în primul rând, blocurile ocupate de aceste date vor eșua. Tehnologia de "nivelare a uzurii" funcționează și cu astfel de blocuri, însă eficacitatea acesteia este foarte limitată. Și atunci nu contează ce fel de computer folosiți, unitatea flash va eșua chiar și atunci când este furnizată de creator.

Este de remarcat faptul că o creștere a capacității de astfel de dispozitive a dus la jetoane numai la faptul că numărul total de cicluri de scriere a scăzut, din moment ce celula devin mai mici, care necesită mai puțin de tensiune și să se disipeze partiții de oxid care izolează „poarta plutitoare.“ Și aici situația este de așa natură încât o creștere a capacității de dispozitive folosite pentru problema fiabilității lor a devenit din ce în forma agravată și carte de clasă este acum depinde de mai mulți factori. funcționare fiabilă a unui astfel de decizie este determinată de caracteristicile sale tehnice, precum și de situația existentă pe piață în acest moment. Din cauza concurenței dure, producătorii sunt obligați să reducă costurile de producție prin orice mijloace. Inclusiv prin simplificarea construcției, utilizarea componentelor dintr-un set mai ieftin, scăderea controlului asupra producției și alte metode. De exemplu, cardul de memorie „Samsung“ va costa mai mult decât omologii mai puțin cunoscute, dar fiabilitatea este mult mai putine probleme. Dar aici, prea greu pentru a vorbi despre absența completă a problemelor, și numai pe dispozitivele în întregime necunoscute producătorilor este dificil să se aștepte ceva mai mult.

Perspectivele dezvoltării

Cu avantaje evidente, există o serie de dezavantaje care caracterizează cardul de memorie SD, împiedicând extinderea domeniului său de aplicare. De aceea, continuarea căutării de soluții alternative în acest domeniu este în desfășurare. Desigur, în primul rând încearcă să îmbunătățească tipurile de memorie flash existente, ceea ce nu va duce la schimbări fundamentale ale procesului de producție existent. Prin urmare, nu trebuie să ne îndoim de un singur lucru: firmele implicate în fabricarea acestor tipuri de unități vor încerca să-și utilizeze întregul potențial înainte de a se deplasa la un alt tip, continuând să îmbunătățească tehnologia tradițională. De exemplu, cardul de memorie Sony este disponibil în prezent într-o gamă largă de volume, deci se presupune că acesta va continua să fie vândut în mod activ.

Cu toate acestea, până în prezent, pe pragul implementării industriale există o gamă întreagă de tehnologii pentru stocarea alternativă a datelor, dintre care unele pot fi implementate imediat atunci când o situație favorabilă a pieței.

RAM feroelectric (FRAM)

Se propune principiul feroelectric al tehnologiei de stocare a informațiilor (RAM feroelectric, FRAM) cu scopul de a crește potențialul de memorie nevolatilă. Se consideră că mecanismul de funcționare a tehnologiilor existente constând în rescrierea datelor în procesul citirilor cu toate modificările componentelor de bază conduce la o anumită limitare a potențialului de viteză al dispozitivelor. Și FRAM este o memorie caracterizată prin simplitate, fiabilitate ridicată și viteză în funcționare. Aceste proprietăți sunt acum tipice pentru memoria DRAM - non volatile, care există în prezent. Dar se va adăuga și posibilitatea stocării pe termen lung a datelor, caracterizată prin Card de memorie SD. Printre avantajele acestei tehnologii se numără rezistența la diferite tipuri de radiații penetrante, care pot fi solicitate în dispozitive speciale care sunt utilizate pentru a lucra în condiții de radioactivitate sporită sau în explorarea spațiului. Mecanismul de stocare a informațiilor se realizează aici datorită aplicării efectului feroelectric. Aceasta implică faptul că materialul este capabil să mențină polarizarea în absența unui câmp electric extern. Fiecare celulă de memorie FRAM este formată prin plasarea unui film hiperfină dintr-un material feroelectric sub formă de cristale între o pereche de electrozi metalici plate care formează un condensator. Datele din acest caz sunt stocate în structura cristalului. Și acest lucru previne efectul de scurgere a încărcăturii, ceea ce duce la pierderea de informații. Datele din memoria FRAM sunt păstrate chiar și atunci când sursa de alimentare este deconectată.

Magnetic RAM (MRAM)

Un alt tip de memorie, care se consideră astăzi foarte promițătoare, este MRAM. Se caracterizează prin indicatori de viteză destul de înalți și non-volatilitate. Celula elementară în acest caz este o peliculă subțire magnetică plasată pe un substrat de siliciu. MRAM este o memorie statică. Nu este nevoie să fie suprascrisă periodic, iar informațiile nu vor fi pierdute atunci când alimentarea este oprită. În prezent, majoritatea experților sunt de acord că acest tip de memorie poate fi numit tehnologie de generație următoare, deoarece prototipul existent demonstrează indicatori de viteză destul de mare. Un alt avantaj al acestei soluții este costul scăzut al chips-urilor. Memoria flash este produsă în conformitate cu un proces CMOS specializat. Chipsurile MRAM pot fi fabricate într-un proces standard. Iar materialele pot servi pe cele utilizate în mediile magnetice convenționale. Producerea unor cantități mari de astfel de chips-uri este mult mai ieftină decât celelalte. O proprietate importantă a MRAM este capacitatea de a porni instantaneu. Și acest lucru este deosebit de valoros pentru dispozitivele mobile. La urma urmei, în acest tip, valoarea celulei este determinată de încărcarea magnetică și nu de sarcina electrică, ca în memoria flash tradițională.

Memoria Unificată Ovonic (OUM)

Un alt tip de memorie, asupra căruia multe companii activează în mod activ, este o unitate solid-state bazată pe semiconductori amorfi. Se bazează pe tehnologia tranziției de fază, care este similară cu principiul de înregistrare pe discurile convenționale. Aici starea de fază a materiei într-un câmp electric variază de la cristal la amorf. Și această schimbare este menținută chiar și în absența tensiunilor. Din discurile optice tradiționale, astfel de dispozitive diferă prin faptul că încălzirea se produce datorită acțiunii unui curent electric, mai degrabă decât a unui laser. Citirea în acest caz este efectuată datorită diferenței de reflexie a substanței în diferite stări, percepută de senzorul de acționare. Teoretic, această soluție are o densitate mare de stocare a datelor și o fiabilitate maximă, precum și o viteză crescută. Ridicat aici este indicatorul numărului maxim de cicluri de rescriere, pentru care este folosit computerul, în acest caz, unitatea flash se află la câteva ordine de mărime.

Chromogenide RAM (CRAM) și memorie de schimbare a fazei (PRAM)

Această tehnologie se bazează, de asemenea, pe tranziții de fază, atunci când într-o fază, substanța utilizată în purtător acționează ca un material amorf neconducător, iar în al doilea serveste ca un conductor cristalin. Trecerea celulei de stocare de la o stare la alta se realizează prin câmpuri electrice și încălzire. Astfel de chipsuri sunt caracterizate prin rezistența la radiațiile ionizante.

Informații-CArd imprimat cu mai multe straturi (Info-MICA)

Lucrarea dispozitivelor construite pe baza acestei tehnologii se desfășoară pe principiul holografiei subțiri. Informația este înregistrată astfel: mai întâi este generată o imagine bidimensională, care este transmisă hologramei utilizând tehnologia CGH. Datele sunt citite prin fixarea fasciculului laser pe marginea unuia dintre straturile care pot fi înregistrate, care servesc drept ghiduri de undă optice. Lumina se propagă de-a lungul axei, care este plasată paralel cu planul stratului, formând o imagine la ieșire corespunzătoare informațiilor înregistrate anterior. Datele inițiale pot fi obținute în orice moment datorită algoritmului de codare inversă.

Acest tip de memorie diferă în mod avantajos de memoria semiconductorului datorită faptului că asigură o densitate mare de înregistrare, un consum redus de energie, precum și un cost redus al suportului media, siguranța mediului și securitatea împotriva utilizării neautorizate. Dar o astfel de carte de memorie nu permite rescrierea informațiilor, astfel încât acestea pot servi doar ca o stocare pe termen lung, înlocuirea unui mediu de hârtie sau o alternativă la discurile optice pentru distribuirea conținutului multimedia.