CFA LogoCFA Logo Computer
Загрузка поиска
Новости Компьютеры Прайс-лист [Новое] Прайс-лист [Б/У] Для ноутбуков Конфигуратор ПК Заказ, Оплата, Доставка Сервис объявления Драйвера Статьи Как нас найти Контакты
Новости
RSS канал новостей
Компания Hewlett-Packard выпустила в продажу ноутбук модели HP Envy x360, основой для которого послужил ...
Компания G.Skill в эти дни объявила о выпуске новых представителей серии оперативной памяти Trident ...
Список материнских плат компании Biostar пополнился свежими моделями под поколения процессоров Intel ...
Похоже, что компания Gionee в эти дни очень сильно занята. Только недавно мы сообщали об анонсе ...
Компания Enermax в своем коротеньком пресс-релизе рассказала общественности о старте серии недорогих ...
Самое интересное
Программаторы 25 SPI FLASH Адаптеры Optibay HDD Caddy Драйвера nVidia GeForce Драйвера AMD Radeon HD Игры на DVD Сравнение видеокарт Сравнение процессоров

АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2003 ГОД

На долгую память

Руслан РИЗВАНОВ rizvanov_ruslan@mail.ru

Вопреки бытующему мнению, название Flash применительно к типу памяти переводится не как «вспышка». По одной из версий это слово впервые было использовано в 1989-90 году компанией Toshiba в значении «быстрый, мгновенный» при описании ее новых микросхем. Вообще же, первопроходцем в этой области была 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, на сегодняшний день 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.

NOR

Поскольку память с архитектурой NOR 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 1 (справа). С ее помощью осуществляется преобразование входных напряжений в выходные, соответствующие «0» и «1». Эти преобразования необходимы, потому что для чтения/записи данных в ячейки памяти используются различные напряжения. Схема ячейки приведена на рисунке 2. Она характерна для большинства флэш-чипов и представляет собой 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 под воздействием 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 заряд на плавающем затворе соответствует логической единице, а все, что больше него, — нулю. При чтении эти состояния распознаются путем измерения порогового напряжения транзистора. Для стирания же 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.

Рис. 1.   Рис. 2.

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, оказывается, не предел. Intel уже выпускает память StrataFlash, каждая ячейка которой может хранить по 2 бита информации. Кроме того, существуют пробные образцы с 4-битными ячейками! В такой памяти используется технология многоуровневых ячеек. Они имеют обычную структуру. Отличие заключается в том, что их заряд 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 же, для ячеек существующих на сегодняшний день микросхем памяти 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. То есть нельзя уменьшать площадь чипов путем уменьшения размеров транзисторов. Данная ситуация объясняется 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

Итак, NAND (Not AND — в той же булевой математике обозначает отрицание «И»). Отличается такая память от предыдущей разве что логической схемой (рис. 1, слева). Устройство и принцип работы ячеек у нее такой же, как и у NOR. Хотя, кроме логики, все-таки есть еще одна важна отличительная особенность — архитектура размещения ячеек и их контактов. В отличие от вышеописанного случая, в NAND имеется контактная матрица, в пересечениях строк и столбцов которой располагаются транзисторы (рис. 3). Это сравнимо с пассивной матрицей в дисплеях :-) (а NOR же можно соотнести с активной TFT). В случае с памятью такая организация несколько лучше — площадь микросхемы можно значительно уменьшить за счет размеров ячеек.

Рис. 3.

Недостатки, куда уж без них, заключаются в более низкой, по сравнению с NOR, скорости работы в операциях побайтового произвольного доступа. 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 особенностей находят применение в разных областях хранения данных. Об этом и пойдет речь далее...

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 в 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:

считать в буфер блок информации, в котором байт находится;

изменить в буфере нужный байт;

записать блок с измененным байтом обратно.

Да, 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. Именно поэтому, а также благодаря возможности увеличения объема памяти без увеличения размеров микросхемы, NAND-флэш нашел применение в устройствах хранения и переноса больших объемов информации. Наиболее распространенные сейчас устройства, основанные на этом типе памяти, это флэш-брелоки и карты памяти.

Что касается NOR-флэша. Чипы с такой организацией используются для хранения программного кода (BIOS, RAM карманных компьютеров, мобилок и т.п.). Они обеспечивают требуемый для таких случаев уровень надежности хранения информации и более гибкие возможности по работе с ней.

Примеры практического применения

За последние два года флэш-память значительно подешевела. Связано это с разработкой новых технологических процессов и последующим их интенсивным освоением большим количеством китайцев :-). Судя по ассортименту устройств с флэш-памятью, редкий китаец сейчас не занимается ее производством. Фирма NONAME тоже не осталась в стороне. Да, устройства таких производителей дешевле, но и контроль брака у них соответствующий. Причем здесь речь идет не столько о качестве чипов, сколько о качестве контроллеров и другой сопутствующей электроники (как, к примеру, во флэш-брелоках). Так автору статьи приходилось наблюдать, как noname-флэш-брелоки, вопреки заявленной «бездрайверной» совместимости c Win Me и 2000, распознавались этими ОС как USB-концентраторы и начинали работать только после принудительной установки драйверов (а вот в WinXP все работало нормально).

Кроме того, не известно, как такие устройства контролируют равномерность износа ячеек. Приведу такой редкий, но имеющий место пример: допустим, у нас есть брелок с 32 Мб, из которых 30 Мб заняты, а на свободное место постоянно что-то записывается и удаляется. Получается, что одни ячейки простаивают, а другие интенсивно исчерпывают свой ресурс (около миллиона циклов), что приводит к сокращению срока службы памяти. В фирменных же устройствах применяются специальные алгоритмы коррекции «бэдов» (как и в случае с HDD, в таблице размещения файлов они отмечаются как занятые), позволяющие, помимо всего прочего, следить за равномерностью использования свободных ячеек. Да, такие вот пироги с памятью. Ну ладно, как говорят истинные шотландцы, не время еще играть запрещенные песни на запрещенных волынках — на практике, кроме драйверных неприятностей, о других проблемах с подобными носителями информации слышать не доводилось.

Идем далее. Итак, в каком же виде флэш-память имеется в продаже? Начнем с упоминавшихся уже флэш-брелоков (рис. 4). По сути, это «кусочек» памяти, с помощью которого можно быстро переносить информацию с компьютера на компьютер. Существующие модели имеют объем от 16 Мб до 4 Гб. Они легкие, компактные, имеют хороший дизайн, не нуждаются в источниках питания, совместимы с распространенными ОС (Windows, MacOS, Linux), плюс ко всему, в связи с отсутствием движущихся частей и механики очень надежны. Есть модели с поддержкой USB 1.1 и USB 2.0. В первом случае скорость чтения порядка 1 Мб/с, записи — от 500 до 900 Кб/с. Использование же USB 2.0 не приводит к ожидаемым 400 Мбит/с (50 Мб/с) — скорость записи не превышает 1 Мб/с, хотя скорость чтения может достигать 5 Мб/с. Наиболее известные производители флэш-брелоков —Transcend, Kingmax, M-Systems (DiskOnKey), Canyon, Samsung.

Рис. 4.

Кроме брелоков, есть еще флэш-карты (рис. 5), которые на данный момент по большей части используются в качестве устройства памяти в цифровых фотоаппаратах и т.п. и обладают всеми характеристиками, присущими флэш-памяти. То есть они энергонезависимы и могут хранить информацию в течение нескольких лет. Одна такая карточка представляет собой тонкую пластинку, на которой содержится чип флэш-памяти с выведенными наружу контактами. Для работы с ней понадобится специальный кардридер (рис. 6), подключаемый к USB. По сути, кардридер можно сравнить с дисководом, а карточки — с дискетами. Однако объем их гораздо больше — до 4 Гб! В отличие от брелоков, карточки бывают разных стандартов (Multimedia Card, CompactFlash (type I, II), SmartMedia, SecureDigitall, xD-Picture Card и MemoryStick). Связанные с этим неудобства сводятся на нет при покупке универсального кардридера, умеющего работать с картами различных стандартов.

Рис. 5.   Рис. 6.

Кстати, встречаются и карточки с собственным контроллером —ATA CompactFlash (рис. 7), которые можно подключать через стандартный IDE-интерфейс, но они не получили такого широкого распространения.

Рис. 7.

Из недостатков обычных флэш-карт (без контроллера) стоит отметить их хрупкость. К тому же при загрязнении или окислении контактов возможна некорректная работа, а разряд статического электричества вообще способен вывести карту из строя. Благодаря своей компактности, большому объему и отсутствию механики, карты памяти используются в цифровых фотокамерах и других подобных девайсах. В качестве средства переноса информации все же более уместны флэш-брелоки.

Мы рассмотрели самые распространенные варианты практического использования микросхем флэш NAND — о NOR особо рассказывать нечего, так как это бойцы невидимого фронта. Они есть у вас на материнской плате или, к примеру, в мобильном телефоне, а также в других электронных устройствах. Вот, собственно и все.

Да, чуть не забыл. В завершении просто не могу не упомянуть еще об одном недавно появившемся в продаже интересном флэш-устройстве. Итак, часы и флэш-брелок в одном корпусе —GEMBIRD F-WATCH (рис. 8). По внешнему виду и размерам они ничем не отличаются от обычных часов, но в то же время могут выступать в качестве устройства хранения и переноса информации. Объем встроенной флэш-памяти — от 32 до 256 Мб! Вес такой замечательной вещицы всего 15 грамм, к тому же она имеет очень стильный дизайн и хорошо смотрится на руке. Добавлю также еще, что часы эти ударопрочные, водонепроницаемые, не требуют батареек (встроенный аккумулятор подзаряжается от USB-порта) и сочетают в себе лучшие качества часов и технические параметры флэш-брелока (USB 1.1, чтение 1 Мб/с, запись 800 Кб/с). По-моему, это отличный подарок компьютерщику, да и просто полезная и удобная вещь :-).

Рис. 8.

Что ж, на этом позвольте окончить повествование. Надеюсь, статья была вам интересна. Выражаю благодарность сотрудникам харьковской фирмы «Смит» за оказанную помощь в написании материала.

Рекомендуем ещё прочитать:






Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить





Хостинг на серверах в Украине, США и Германии. © www.sector.biz.ua 2006-2015 design by Vadim Popov