Flash memorija. Solid State Drive. Vrste fleš memorije. Memorijska kartica

Flash memorija je vrsta dugoročne memorije za računare, u kojoj se sadržaj može reprogramirati ili brisati električnom metodom. U poređenju sa memorijom koja se može programirati samo sa programabilnim čitanjem, radnje na njemu mogu se izvoditi u blokovima koji su na različitim mestima. Flash memorija košta mnogo manje od EEPROM-a, pa je postala dominantna tehnologija. Naročito u situacijama kada je neophodno održivo i dugoročno čuvanje podataka. Njegova upotreba je dozvoljena u velikom broju situacija: digitalni audio uređaji, foto i video kamere, mobilni telefoni i pametni telefoni, gdje postoje posebne Android aplikacije na memorijskoj kartici. Pored toga, koristi se i kod USB fleš diskova, koji se tradicionalno koriste za čuvanje informacija i prenos između računara. Dobila je neku popularnost u svijetu gamera, gdje se često koristi u slipu za čuvanje podataka o napretku igre.

Opšti opis

Flash memorija je vrsta koja može dugo vremena da čuva informacije na svojoj ploči bez upotrebe napajanja. Pored toga, možete zabilježiti najveću brzinu pristupa podacima, kao i bolju otpornost na kinetički šok u odnosu na čvrste diskove. Zahvaljujući takvim karakteristikama postalo je veoma popularno za uređaje koji koriste baterije i baterije. Još jedna nesporna prednost je u tome što kada se fleš memorija kompresuje na čvrstu karticu, gotovo je nemoguće uništiti ga nekim standardnim fizičkim metodama, tako da može izdržati ključanje vode i visoki pritisak.

Niskog nivoa pristupa podacima

Način pristupa podacima koji se čuvaju u flash memoriji su veoma različiti od onoga što se koristi za konvencionalne prikaze. Dostupan je nizak nivo pristupa vozaču. Normalna RAM memorija odmah odgovara pozivima za čitanje informacija i njegovih zapisa, vraćajući rezultate takvih operacija, a uređaj fleš memorije je takav da je potrebno vremena za razmišljanje.

Uređaj i princip rada

Trenutno se distribuira flash memorija koja se kreira na jedinstvenim tranzistorskim elementima sa "plutajućim" zatvaračem. Zbog toga je moguće obezbediti veću gustinu skladištenja podataka u poređenju sa dinamičkom RAM-om, za koji je potreban par tranzistora i kondenzatorski element. U ovom trenutku tržište obiluje raznovrsnim tehnologijama za izgradnju osnovnih elemenata za ovu vrstu medija, koje razvijaju vodeći proizvođači. Ona se razlikuje po broju slojeva, načinima snimanja i brisanja informacija, kao i organizaciji strukture, koja je obično navedena u naslovu.

U ovom trenutku postoje najčešći tipovi čipova: NOR i NAND. U oba, povezivanje tranzistora memorije se vrši na bitnim linijama - paralelno i sekvencijalno, respektivno. U prvom tipu, veličine ćelije su prilično velike, a postoji mogućnost brzog slučajnog pristupa, što omogućava izvršavanje programa direktno iz memorije. Drugi karakteriše manje veličine ćelija, kao i brži sekvencijalni pristup, što je mnogo pogodnije ako je potrebno napraviti blok-tip uređaja gde će se memorisati velike informacije.

U većini prenosivih uređaja, SSD uređaj koristi NOR tip memorije. Međutim, sada su sve popularniji uređaji sa USB interfejsom. Oni koriste NAND tip memorije. Postepeno, prvo se pomera.

Glavni problem - krhkost

Prvi uzorci USB fleš diskova nisu zadovoljili korisnike sa velikim brzinama. Međutim, sada je brzina pisanja i čitanja informacija na nivou na koji možete gledati film u punoj dužini ili pokrenuti operativni sistem na računaru. Veliki broj proizvođača već je demonstrirao mašine na kojima je čvrsti disk zamenjen fleš memorijom. Ali ova tehnologija ima veoma značajan nedostatak, što postaje prepreka zameni postojećih medija postojećim magnetnim diskovima. Zbog karakteristika flash memorijskog uređaja, on vam omogućava da izbrišete i beležite informacije za ograničen broj ciklusa, što je moguće postići čak i za male i prenosive uređaje, a ne pominjati koliko često to radi na računarima. Ako ovu vrstu medija koristite kao SSD uređaj na računaru, onda će vrlo brzo doći do kritične situacije.

Ovo je zbog činjenice da je takav pogon izgrađen na svojstvu tranzistora sa efektom polja, kako bi se držao električni charge u "plutajućoj" kapiji , a odsustvo ili prisustvo u tranzistoru se smatra logičkom jedinicom ili nula u binarnom sistemu računala. Snimanje i brisanje podataka u NAND-memoriji vrši se tuneliranjem elektrona metodom Fowler-Nordheim uz učešće dielektrika. To ne zahteva visoki napon, koji vam omogućava da napravite ćelije minimalne veličine. Ali to je proces koji dovodi do fizičkog pogoršanja ćelija, s obzirom da električna struja u ovom slučaju uzrokuje da elektroni prodre u kapiju, prevazilazeći dielektričnu prepreku. Međutim, garantovani rok trajanja takve memorije je deset godina. Amortizacija čipa nije zbog čitanja informacija, već zbog operacija za brisanje i snimanje, jer očitavanje ne zahteva promjenu strukture ćelija, već samo prolazi električnu struju.

Naravno, proizvođači memorije aktivno rade na povećanju trajanja SSD uređaja ove vrste: posvećeni su obezbeđivanju jedinstvenosti procesa pisanja / brisanja u ćelijama polja, tako da se neki ne ističu više od drugih. Za ravnomerno distribuciju opterećenja primarno se koriste softverske staze. Na primjer, radi otklanjanja ove pojave, primjenjuje se tehnologija "izjednačavanje habanja". U ovom slučaju podaci, često podložni promenama, kreću se do adresnog prostora fleš memorije, jer se snimanje vrši na različitim fizičkim adresama. Svaki kontroler je opremljen sopstvenim algoritmom usklađivanja, pa je veoma teško upoređivati efikasnost određenih modela, pošto detalji o implementaciji nisu otkriveni. S obzirom da svake godine količina fleš diskova postaje sve više i više, neophodno je primijeniti sve i efikasnije algoritme kako bi se osigurala stabilnost uređaja.

Rešavanje problema

Jedan od najefektivnijih načina za suzbijanje ove pojave je rezervacija određene količine memorije, koja osigurava jedinstvenost korekcije opterećenja i grešaka pomoću posebnih algoritama za logičko preusmeravanje za zamjenu fizičkih blokova koji se javljaju tokom intenzivnog rada sa fleš diskom. A kako bi se spriječilo gubitak informacija, ćelije koje nisu u porastu su blokirane ili zamijenjene pomoću rezervnih ćelija. Ova softverska distribucija blokova omogućava osiguranje uniformnosti tereta, povećavajući broj ciklusa za 3-5 puta, ali to nije dovoljno.

Memorijska kartica i druge vrste takvih uređaja odlikuju činjenica da se tabela sa fajlovim sistemom čuvaju u njihovom području servisa. On sprečava poremećaje u čitanju informacija na logičkom nivou, na primjer, nepravilno isključivanje ili sa iznenadnim nestankom struje. A pošto kada se koriste prenosivi uređaji sistem ne obezbeđuje keširanje, onda često prepisivanje ima najviše katastrofalan efekat na tabeli raspodele datoteka i sadržaju kataloga. Čak i specijalni programi za memorijske kartice nisu u mogućnosti pomoći u ovoj situaciji. Na primer, tokom jednog poziva, korisnik je kopirao hiljadu datoteka. I, čini se, samo jednom prilikom se koristi za snimanje blokova na kojima se nalaze. Međutim, servisna područja su odgovarala svakom ažuriranju bilo koje datoteke, odnosno tablice raspodele prošle kroz ovaj postupak hiljadu puta. Iz tog razloga, pre svega, blokovi okupirani ovim podacima neće uspeti. Tehnologija "izravnavanja habanja" takođe radi sa takvim blokovima, ali njegova efikasnost je vrlo ograničena. A onda nije bitno kakav kompjuter koristite, fleš disk se neće uspjeti čak i kada ga stvara tvorac.

Treba napomenuti da povećanje kapaciteta mikrovezi takvih uređaja dovelo je samo do činjenice da se ukupan broj ciklusa snimanja smanjio, s obzirom da ćelije postaju manje, i stoga je potrebno manje i manje napona da se rasipaju oksidne barijere koje izoluju "plutajuću kapiju". I ovde se situacija razvija tako da se povećanjem kapaciteta upotrebljenih uređaja problem njihove pouzdanosti sve više pogoršava, a klase memorijske kartice sada zavise od mnogih faktora. Pouzdanost rada takvog rešenja određuje se njenim tehničkim karakteristikama, kao i situacijom na tržištu koja se razvila u ovom trenutku. Zbog teške konkurencije, proizvođači su prisiljeni da na bilo koji način snize troškove proizvodnje. Uključujući zahvaljujući pojednostavljenju dizajna, korištenju komponenti od jeftinijeg setova, slabljenju kontrole nad proizvodnjom i drugim metodama. Na primer, Samsung memorijska kartica će koštati više od manje poznatih analoga, ali njegova pouzdanost uzrokuje mnogo manje pitanja. Ali i ovde je teško govoriti o potpunom odsustvu problema i teško je očekivati nešto više od uređaja potpuno nepoznatih proizvođača.

Perspektive razvoja

Uz očigledne prednosti, postoje brojni nedostaci koji karakterišu SD memorijsku karticu, sprečavajući dalje širenje svog područja primjene. Zbog toga je stalna pretraga alternativnih rješenja u ovoj oblasti. Naravno, pre svega pokušavaju poboljšati postojeće tipove fleš memorije, što neće dovesti do bilo kakvih fundamentalnih promjena u postojećem proizvodnom procesu. Stoga nema potrebe za sumnjama samo na jednu stvar: firme koje se bave proizvodnjom ovih vrsta pogona pokušaće da iskoriste svoj pun potencijal pre nego što pređu u drugi tip, nastavljajući da poboljšavaju tradicionalnu tehnologiju. Na primer, Sonyjeva memorijska kartica je trenutno dostupna u velikom broju obima, pa se pretpostavlja da će i dalje biti aktivno prodato.

Međutim, do danas, na pragu industrijske implementacije postoji čitav niz tehnologija za alternativno skladištenje podataka, od kojih se neke mogu odmah implementirati u slučaju povoljne tržišne situacije.

Ferroelektrična RAM (FRAM)

Predložen je tehnološki feroelektrični princip za skladištenje informacija (Ferroelektrična RAM, FRAM) sa ciljem povećanja potencijala nestalnog memorije. Smatra se da mehanizam rada raspoloživih tehnologija, koji se sastoji u prepisivanju podataka tokom čitanja sa svim modifikacijama osnovnih komponenti, dovodi do određenog ograničenja brzog potencijala uređaja. FRAM je memorija koja karakteriše jednostavnost, velika pouzdanost i brzina rada. Ova svojstva sada su tipična za DRAM - nestabilna RAM memorija, koja postoji u ovom trenutku. Ali, tu će biti dodata i mogućnost dugotrajnog čuvanja podataka, koji karakteriše SD memorijska kartica. Među prednostima ove tehnologije je otpornost na različite vrste penetracionih zračenja, koje se mogu pokazati u potrazi za specijalnim uređajima koji se koriste za rad u uslovima povećane radioaktivnosti ili u istraživanju svemira. Mehanizam skladištenja informacija se realizuje ovdje zbog primjene ferroelektričnog efekta. To podrazumeva da je materijal sposoban održavati polarizaciju u odsustvu spoljašnjeg električnog polja. Svaka FRAM memorijska ćelija se formira postavljanjem hiperfinovog filma od feroelektričnog materijala u obliku kristala između par ravnih elektroda koji stvaraju kondenzator. Podaci u ovom slučaju se čuvaju unutar kristalne strukture. A ovo sprečava efekat curenja punjenja, što uzrokuje gubitak informacija. Podaci u FRAM memoriji se čuvaju čak i kada je napajanje isključeno.

Magnetna RAM (MRAM)

Druga vrsta memorije, koja se danas smatra veoma obećavajućim, je MRAM. Karakteriše ga prilično visoka brzina indikatora i nestabilnost. Elementarna ćelija u ovom slučaju je tanka magnetna folija postavljena na silicijumsku podlogu. MRAM je statična memorija. Ne mora se periodično prepisati, a informacije se neće izgubiti kada se napajanje isključi. Trenutno se većina stručnjaka slaže da se ova vrsta memorije može nazvati sledećom tehnologijom, pošto postojeći prototip pokazuje prilično visoke pokazatelje brzine. Još jedna prednost ovog rešenja je niska cena čipova. Flash memorija je proizvedena u skladu sa specijalizovanim CMOS procesom. Čipovi MRAM-a mogu se proizvoditi u standardnom procesu. A materijali mogu poslužiti onima koji se koriste u konvencionalnim magnetnim medijima. Da bi proizveli velike količine takvih čipova, mnogo je jeftinije od svih ostalih. Važna osobina MRAM-memorije je mogućnost da se odmah uključi. Ovo je naročito korisno za mobilne uređaje. Na kraju krajeva, u ovom tipu, vrednost ćelije određuje se magnetnim punjenjem, a ne električnim punjenjem, kao u tradicionalnoj fleš memoriji.

Ovonic Unified Memory (OUM)

Druga vrsta memorije, na kojoj mnoge kompanije aktivno rade, je solid state disk koji se zasniva na amorfnim poluprovodnicima. Zasnovan je na tehnologiji fazne tranzicije, koja je slična principu snimanja na konvencionalnim diskovima. Ovde fazno stanje materije u električnom polju varira od kristalnog do amorfnog. Ova promjena se održava čak iu odsustvu napetosti. Od tradicionalnih optičkih diskova takvi uređaji se razlikuju u tome što se grejanje javlja zbog dejstva električne struje, a ne lasera. Čitanje u ovom slučaju se vrši zbog razlike u refleksivnosti supstance u različitim državama, koje percepira senzor pogona. Teoretski, ovo rješenje ima veliku gustinu skladištenja podataka i maksimalnu pouzdanost, kao i povećanu brzinu. Visoko ovde je indikator maksimalnog broja ciklusa prepisivanja, za koji se računar koristi, fleš disk u ovom slučaju zaostaje na nekoliko redova.

Chalcogenide RAM (CRAM) i Memory Change Phase (PRAM)

Ova tehnologija se takođe temelji na faznim prelazima, kada u jednoj fazi supstanca koja se koristi u nosaču deluje kao neprevodni amorfni materijal, au drugom služi kao kristalni provodnik. Prelazak memorijske ćelije iz jedne države u drugo ostvaruje se električnim poljima i grejanjem. Takve čipove karakterišu otpornost na jonizujuće zračenje.

Informativno-višeslojni ispisani CArd (Info-MICA)

Rad uređaja napravljen na bazi ove tehnologije vrši se na principu tankoplastične holografije. Informacije se pišu na sledeći način: prvo se generiše dvodimenzionalna slika, koja se prenosi na hologram koristeći CGH tehnologiju. Podaci se čita fiksiranjem laserskog zraka na ivicu jednog od slojeva za snimanje koji služe kao optički valovod. Svetlost se širi duž osi, koja se postavlja paralelno sa ravnicom sloja, formirajući sliku na izlazu koji odgovara informacijama snimljenim ranije. Inicijalni podaci se mogu dobiti u bilo kom trenutku zahvaljujući algoritmu inverznog kodiranja.

Ovaj tip memorije povoljno sa poluvodiča zbog činjenice da osigurava visoku gustoću podataka, niska potrošnja energije i niski troškovi nosača, sigurnosti i zaštite životne sredine od neovlaštenog korištenja. Ali prepisivanjem informacije kao memorijska kartica ne dopušta, dakle, može poslužiti samo kao dugoročno skladištenje, zamijeniti medij papir ili alternativni optičkih diskova za distribuciju multimedijalnih sadržaja.