Flash-geheugen. SSD. De aard van de flash-geheugen. geheugenkaart

Flash-geheugen is een soort van langdurige geheugen voor computers, waarbij de inhoud kan worden geprogrammeerd of verwijderen van een elektrische methode. In vergelijking met elektrisch wisbaar Programmable Read Only Memory acties erboven kan worden uitgevoerd in de blokken die zich in verschillende plaatsen. Flash-geheugen kost veel minder dan EEPROM, dus het is uitgegroeid tot de dominante technologie. Vooral in situaties waar je een stabiele en lange termijn behoud van data nodig hebben. Het gebruik ervan is toegestaan in verschillende omstandigheden: in digitale audio-spelers, camera's, mobiele telefoons en smartphones, waar er speciale Android-applicaties op de geheugenkaart. Daarnaast wordt het gebruikt in USB-stick, van oudsher gebruikt om informatie op te slaan en uit te wisselen tussen computers. Ze kreeg een zekere bekendheid in de gaming wereld, waar het vaak wordt opgenomen in een slip voor het opslaan van gegevens over de voortgang van het spel.

algemene beschrijving

Flash-geheugen is een type dat in staat is om informatie op te slaan op uw kaart voor een lange tijd zonder gebruik van kracht. Daarnaast kan worden opgemerkt hoogste snelheid toegang tot de gegevens, en betere kinetische schokbestendigheid in vergelijking met de harde schijven. Dankzij deze kenmerken, is het uitgegroeid tot een referentie voor populaire apparaten, aangedreven door batterijen en accu's. Een ander onbetwistbaar voordeel is dat wanneer een geheugenkaart wordt samengedrukt tot een vaste, nagenoeg onmogelijk aantal standaard fysische methoden vernietigen, zodat het kan tegen kokend water onder hoge druk.

Low-level data toegang

een methode van gegevenstoegang, in het flashgeheugen sterk verschilt van die welke geldt voor conventionele types. toegang op laag niveau wordt uitgevoerd door de bestuurder. Normal RAM onmiddellijk te reageren op oproepen van informatie en kan worden gelezen, het retourneren van de resultaten van dergelijke operaties, en het flash-geheugen apparaat is zodanig dat het tijd zal vergen voor reflectie.

De inrichting en werking

Momenteel gemeenschappelijke flashgeheugen, die is ontworpen om elementen met een "zwevende" gate odnotranzistornyh. Hierdoor is het mogelijk om een hoge dichtheid gegevensopslag verschaffen ten opzichte van het dynamische RAM, die een paar transistoren en een condensatorelement vereist. Op dit moment op de markt is vol met een verscheidenheid aan technologieën voor de bouw van de basiselementen voor dit type van media, die zijn ontworpen door toonaangevende fabrikanten. Het verschil is het aantal lagen, de wijze van schrijven en wissen van informatie en organisatiestructuur, die gewoonlijk in de titel is aangegeven.

Op dit moment zijn er een paar soorten chips die het meest voorkomende zijn: NOR en NAND. In beide transistoren de geheugenaansluiting wordt naar de bitlijnen - respectievelijk parallel en in serie. Het eerste type cel maten zijn vrij groot, en er is een mogelijkheid tot snel random access, zodat u programma's direct uit te voeren uit het geheugen. De tweede wordt gekenmerkt door kleinere maaswijdte, evenals de snelle sequentiële toegang die veel gemakkelijker wanneer de noodzaak om een bloktype inrichtingen die grote hoeveelheden informatie opslaat bouwen.

De meeste draagbare apparaten SSD maakt gebruik van het type geheugen NOR. Nu echter, het wordt steeds populairder apparaten met een USB-interface. Zij maken gebruik van NAND-type geheugen. Geleidelijk vervangt de eerste.

Het grootste probleem - kwetsbaarheid

De eerste samples van flash drives serieproductie niet tevreden gebruikers hogere snelheden. Nu echter, de opnamesnelheid en lezen is op een niveau dat full-length film kan worden bekeken of uitvoeren op de computer besturingssysteem. Een aantal fabrikanten hebben reeds de machine, waar de harde schijf wordt vervangen door flash-geheugen aangetoond. Maar deze technologie heeft een zeer belangrijk nadeel, die een belemmering vormt voor de vervanging van de gegevensdrager van de bestaande magnetische schijven niet meer. Vanwege de aard van flash-geheugen apparaten is het mogelijk wissen en schrijven informatie een beperkt aantal cycli, dat is haalbaar, zelfs voor kleine en draagbare apparaten, en niet te vergeten hoe vaak het wordt gedaan op computers. Als je dit soort media te gebruiken als een solid-state drive op een PC, dan komt al snel een kritieke situatie.

Dit komt door het feit dat een dergelijke aandrijving is gebouwd op het terrein van de veldeffekttransistoren te slaan in de "zwevende" gate elektrische lading, de afwezigheid of aanwezigheid in de transistor wordt gezien als een logische één of nul binair getallenstelsel. Het registreren en wissen van data in het NAND geheugen getunnelde elektronen door de werkwijze van Fowler-Nordheim waarbij diëlektricum. Het vereist geen hoogspanning, waarmee u tot een minimum cel grootte te maken. Maar juist dit proces leidt tot fysieke achteruitgang van de cellen, aangezien de elektrische stroom in dit geval veroorzaakt de elektronen dringen de poort, het breken van de barrière diëlektricum. Echter, een gegarandeerde houdbaarheid van een dergelijke geheugensteun is tien jaar. Afschrijving chip niet door het lezen van de informatie, maar vanwege de werking van het wissen en schrijven, omdat meting niet veranderingen in de structuur van cellen vereisen, maar laat alleen een elektrische stroom.

Uiteraard zijn geheugen fabrikanten actief in de richting van het verhogen van de levensduur van solid state drives van dit type: ze zijn bevestigd aan uniformiteit van de opname te verzekeren / wissen van processen in de cellen van de array één niet meer dan anderen gedragen. Voor load balancing programmapad bij voorkeur gebruikt. Bijvoorbeeld, om dit fenomeen te elimineren van toepassing op "dragen nivellering" -technologie. De gegevens zijn vaak onderhevig aan verandering, verplaats de adresruimte van het flash-geheugen, omdat de opname op basis van verschillende fysieke adressen wordt uitgevoerd. Elke controller is uitgerust met een eigen alignment-algoritme, dus het is erg moeilijk om de effectiviteit van verschillende modellen te vergelijken als de implementatie details werden niet bekendgemaakt. Zoals elk jaar is het volume van de flash drives worden steeds meer nodig om meer efficiënte algoritmen die helpen zorgen voor de stabiliteit van de prestaties van het apparaat te gebruiken.

Problemen oplossen

Een zeer effectieve manier om dit verschijnsel te bestrijden is een bepaalde hoeveelheid geheugen redundantie, waardoor de gelijkmatigheid van de belasting wordt gewaarborgd en foutcorrectie gegeven door speciale algoritmes voor logische doorsturen fysieke blokken substitutie optreedt bij intensief gebruik van memory stick. En om het verlies van de cel informatie, defecte geblokkeerd of vervangen door de back-up te voorkomen. Dergelijke software maakt het mogelijk verdeelblok de uniformiteit van de lading door de verhoging van het aantal cycli van 3-5 keer, maar dit is niet genoeg.

Geheugenkaarten en andere soortgelijke opslagapparaten worden gekenmerkt door het feit dat in hun dienstgebied wordt opgeslagen met het bestandssysteem tabel. Het voorkomt uitgelezen informatie tekortkomingen in het logische niveau, bijvoorbeeld onjuiste of loskoppelen van de plotselinge beëindiging van de levering van elektrische energie. En omdat bij het gebruik van verwijderbare apparaten die door de caching systeem, de frequente overschrijven heeft de meest verwoestende uitwerking op de File Allocation Table en directory inhoud. En zelfs speciale programma's voor geheugenkaarten zijn niet in staat om te helpen in deze situatie. Bijvoorbeeld voor een enkele behandeling gebruiker gekopieerd duizenden bestanden. En, blijkbaar, slechts één keer toegepast om de opname blokken waarin ze zijn geplaatst. Maar de service gebied correspondeerde met elke update een bestand, dat wil zeggen, allocation table hebben deze procedure duizenden keren ondergaan. Om deze reden is in de eerste plaats zal blokken ingenomen door deze gegevens ontbreken. Technologie "wear leveling" werken met dergelijke eenheden, maar de effectiviteit ervan is beperkt. En dan maakt het niet uit wat u uw computer gebruikt, zal de flash drive worden beschadigd, zelfs wanneer deze wordt verstrekt door de maker.

Het is vermeldenswaard dat de capaciteit van dergelijke inrichtingen heeft geleid tot chips alleen het feit dat het totale aantal schrijfcycli verminderd, aangezien de cel kleiner, waardoor minder spanning en oxide partities die isoleren verdwijnen "floating gate." En hier is de situatie zo dat een toename van de capaciteit van apparaten die het probleem van de betrouwbaarheid is in toenemende mate verergerd en klasse kaart is nu afhankelijk van vele factoren. Betrouwbare werking van een dergelijk besluit wordt bepaald door de technische kenmerken, alsmede de markt situatie op dit moment. Als gevolg van de hevige concurrentie gedwongen fabrikanten om de productiekosten op enigerlei wijze te snijden. Onder meer door vereenvoudiging van het ontwerp, het gebruik van componenten van een goedkoper toestel, voor de controle van bereiding en een verzwakking op andere manieren. Bijvoorbeeld, de geheugenkaart "Samsung" zal meer dan minder bekende collega's kosten, maar de betrouwbaarheid is veel minder problemen. Maar ook hier moeilijk om te praten over het volledig ontbreken van problemen, en alleen op de apparaten geheel onbekend fabrikanten is het moeilijk om iets meer verwachten.

ontwikkelingsperspectieven

Hoewel er duidelijke voordelen, zijn er een aantal nadelen die de SD-geheugenkaart karakteriseren, waardoor verdere uitbreiding van de toepassing. Daarom wordt gehandhaafd constante zoektocht naar alternatieve oplossingen op dit gebied. Natuurlijk, in de eerste plaats proberen om bestaande typen flash-geheugen, die niet leiden tot een aantal fundamentele veranderingen in het bestaande productieproces te verbeteren. Dus geen twijfel slechts een: bedrijven die betrokken zijn fabricage van dit soort schijven, zal proberen om zijn volledige potentieel te gebruiken, voordat u naar een ander type blijven de traditionele technologie te verbeteren. Bijvoorbeeld, Sony Memory Card geproduceerd momenteel in een breed scala van volumes, dan wordt aangenomen dat het is en blijft actief worden verkocht.

Echter, tot op heden, op de industriële toepassing van de drempel is een hele reeks alternatieve opslagtechnologieën, waarvan sommige onmiddellijk na het optreden van gunstige marktomstandigheden kan worden geïmplementeerd.

Ferro-elektrische RAM (FRAM)

Technologie principe ferro-elektrische opslag (ferroelektrische RAM, FRAM) wordt voorgesteld om een niet-vluchtig geheugen capaciteit op te bouwen. Er wordt aangenomen dat het mechanisme van de beschikbare technologie, die bestaat uit het overschrijven van de gegevens in het proces van het lezen van alle modificaties van de basiscomponenten, leidt tot een zekere insluiting van snelle apparaten potentiaal. Een FRAM - een geheugen, gekenmerkt door eenvoud, hoge betrouwbaarheid en werksnelheid. Deze eigenschappen zijn nu kenmerkend voor DRAM - vluchtige RAM-geheugen dat op dit moment bestaat. Maar dan nog zal worden toegevoegd, en de mogelijkheid van langdurige opslag van gegevens, die wordt gekenmerkt door een SD-geheugenkaart. Onder de voordelen van deze technologie kunnen onderscheiden weerstand tegen verschillende soorten doordringende straling die in bijzondere inrichtingen die worden gebruikt om te werken onder omstandigheden van verhoogde radioactiviteit of plaatsen onderzoek kan worden gevorderd. informatieopslagapparaat mechanisme wordt verwezenlijkt door toepassing van de ferro-elektrische effect. Dit houdt in dat het materiaal in staat is om polarisatie te handhaven in de afwezigheid van extern elektrisch veld. FRAM elke geheugencel wordt gevormd door de uiterst dunne film van ferroelektrisch materiaal in de vorm van kristallen tussen een paar vlakke metaalelektroden die een condensator. De gegevens in dit geval in de kristalstructuur gehouden. Dit voorkomt dat de ladinglekkage effect dat informatieverlies veroorzaakt. De gegevens in het FRAM-geheugen behouden, ook wanneer spanning.

Magnetic RAM (MRAM)

Een ander type geheugen, dat is vandaag de dag beschouwd als zeer veelbelovend te zijn, is MRAM. Het wordt gekenmerkt door relatief hoge snelheid prestaties en niet-volatiliteit. Eenheidscel in dit geval dunne magnetische film geplaatst op een siliciumsubstraat. MRAM is een statisch geheugen. Het hoeft niet periodiek herschrijven nodig hebben, en de gegevens niet verloren wanneer de stroom wordt uitgeschakeld. Momenteel hebben de meeste deskundigen het erover eens dat dit type geheugen kan worden genoemd de volgende generatie technologie als de bestaande prototype toont een vrij hoge snelheid prestaties. Een ander voordeel van deze oplossing is de lage kosten van chips. Flash-geheugen wordt gedaan in overeenstemming met de gespecialiseerde CMOS-proces. Een MRAM chip kan worden vervaardigd met standaard fabricage. Bovendien kunnen de materialen dienen als die gebruikt bij conventionele magnetische media. Produceren grote batches van deze chips is veel goedkoper dan alle anderen. Belangrijke MRAM-geheugen functie is de mogelijkheid om direct in te schakelen. Dit is vooral belangrijk voor mobiele apparaten. Inderdaad, in dit type cel wordt bepaald door de waarde van magnetische lading en geen elektrische, zoals bij de conventionele flashgeheugen.

Ovonic Unified Memory (OUM)

Een ander type geheugen, waar veel bedrijven actief zijn bezig - het is een solid-state drive-gebaseerde amorfe halfgeleiders. Aan de basis ligt de faseovergang technologie die vergelijkbaar is met het principe van het opnemen van conventionele schijven. Hier de fasetoestand van de stof in een elektrisch veld wordt veranderd van kristallijn naar amorf. En deze verandering wordt opgeslagen in de afwezigheid van spanning. Van conventionele optische schijven , worden dergelijke inrichtingen kenmerk, dat het verwarmen gebeurt door inwerking van elektrische stroom, niet laser. Lezing wordt uitgevoerd in dit geval als gevolg van het verschil in reflecterend vermogen stoffen in verschillende toestanden, die door de aandrijving sensor wordt waargenomen. Theoretisch dergelijke oplossing een hoge dichtheid gegevensopslag en maximale betrouwbaarheid en verhoogde snelheid. Hoog cijfer is het maximale aantal schrijfcycli, die een computer, flashdrive gebruikt, in dit geval loopt met verscheidene orden van grootte.

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

Deze technologie is ook gebaseerd op basis van faseovergangen bij één fase stoffen die bij de drager als een niet-geleidend amorf materiaal, en de tweede geleider is kristallijn. De overgang van de geheugencel van de ene toestand naar de andere wordt uitgevoerd door het elektrische veld en verhitting. Dergelijke chips worden gekenmerkt door resistentie tegen ioniserende straling.

Informatie-Meerlaagse Imprinted kaart (Info-MICA)

Werkzaamheden apparaten gebouwd op basis van deze technologie, gebaseerd op het principe van dunne film holografie. eerst een tweedimensionaal beeld overgebracht naar het hologram van CGH techniek vormen: de informatie wordt als volgt geregistreerd. Lezen van gegevens als gevolg van fixatie van de laserstraal op de rand van een van de opnamelagen, de lichtgeleiders medewerkers. Licht zich langs een as die parallel is opgesteld aan het vlak van de laag, het uitgangsbeeld overeenkomt met de eerder geregistreerde informatie vormt. De eerste gegevens kunnen worden verkregen op elk moment door middel van inverse coderingsalgoritme.

Dit type geheugen gunstig af bij de halfgeleider door het feit dat hoge gegevensdichtheid, laag energieverbruik en lage kosten van de drager, milieuveiligheid en bescherming tegen ongeoorloofd gebruik verzekert. Maar herschrijven van informatie, geheugenkaart niet mogelijk, dan kan dienen als een langdurige opslag, vervangt de papieren drager of een andere optische schijven voor verspreiding van multimedia-inhoud.