Dispozitivele de stocare a datelor sunt destinate stocării de informații electronice. În funcție de caracteristicile lor de design, acestea sunt împărțite în mai multe tipuri, dintre care cele mai comune sunt unitățile flash. S-au răspândit pe scară largă datorită dimensiunilor lor fizice reduse și volumului impresionant, care le permite să stocheze un număr mare de fișiere. Cu toate acestea, la achiziționarea unei unități flash, fiecare utilizator s-a confruntat cu o situație în care capacitatea utilă a unității nu corespundea cu ceea ce a fost declarat de producător. De ce apare această situație?

Definiţia Flash Memory

Memoria flash este unul dintre tipurile de dispozitive moderne de stocare a informațiilor, care se bazează pe tehnologia de programare electrică, care vă permite să obțineți o soluție complet completă, din punct de vedere tehnologic, de înregistrare și stocare a informațiilor electronice.
Utilizatorii obișnuiți folosesc termenul „memorie flash” pentru a clasifica o categorie mare de dispozitive de stocare a informațiilor care sunt fabricate folosind această tehnologie. Principalele avantaje ale acestei categorii de dispozitive de stocare a datelor sunt:

— Dimensiuni mici;
- Cost scăzut;
— Rezistență excelentă la deteriorări mecanice;
- Volum mare;
— Viteză mare de citire a datelor;
- Consum redus de putere.

Datorită tuturor avantajelor de mai sus, acest tip de memorie și-a găsit aplicație largă în producția de diverse gadget-uri electronice, precum și dispozitive externe de stocare a datelor. Cu toate acestea, există și dezavantaje semnificative pe care le are memoria flash. Principalele sunt fragilitatea funcționării și sensibilitatea crescută la descărcări electrostatice.

Dar cantitatea de memorie pe care o pot avea unitățile flash moderne? Nu există un răspuns cert la această întrebare, deoarece în urmă cu doar câțiva ani 128 de gigaocteți păreau a fi limita, iar astăzi nimeni nu este surprins de unitățile flash capabile să stocheze un terabyte de informații. Și aceasta este departe de limită.

Puțină istorie

Primele dispozitive de stocare a datelor din această categorie sunt considerate a fi hard disk-uri, în care procesul de înregistrare a fost efectuat folosind descărcări electrice și ștergere cu ajutorul luminii ultraviolete. Tranzistoarele LED cu poartă plutitoare au fost folosite ca elemente de stocare în astfel de medii. Informațiile acestor dispozitive de stocare permanente au fost reprezentate sub forma unei descărcări electrice, care a fost atașată unui dielectric. Principala problemă a acestor dispozitive a fost suprafața foarte mare de cablare, care a fost redusă abia în 1984. Atunci au apărut primele unități flash moderne.

Principiul de funcționare

Înregistrarea și stocarea electronică a informațiilor pe unități flash are loc prin înregistrarea și modificarea sarcinii electrice a tranzistoarelor LED. Acest proces se bazează pe principiul efectului de tunel, care are loc între sursa de electricitate și poarta în mișcare a tranzistorului. Pentru a crește eficiența acestui proces, se utilizează accelerația electronică. Citirea informațiilor înregistrate se realizează folosind tranzistori cu efect de câmp. Pentru a implementa lucrul cu un număr mare de celule de informații, elemente speciale sunt implementate în designul memoriei flash. Dimensiunile fizice mici ale unităților din această clasă și cantitatea mare de memorie sunt obținute datorită dimensiunii reduse a tuturor elementelor electronice incluse în aceste dispozitive.

Dispozitive NOR și NAND

Aceste elemente diferă în funcție de metoda care stă la baza implementării unei game largi de surse pentru stocarea sarcinilor electrice, precum și de tehnologia de înregistrare și citire a informațiilor. Dispozitivele din categoria NOR sunt create pe baza unei matrice semiconductoare bidimensionale, la intersecția căreia se folosește o celulă. În procesul de scriere și citire a informațiilor electronice, o ieșire a celulei este în contact cu tranzistorul, iar a doua este în contact cu poarta coloanelor. Sursa este în contact cu substratul, care acționează ca o legătură de conectare pentru toate elementele unității flash. Acest design vă permite să furnizați energie unui tranzistor, care stochează partea necesară a informațiilor.

Spre deosebire de structura NOR, dispozitivele din clasa NAND funcționează pe principiul unei matrice tridimensionale. Unitățile cu aceste dispozitive sunt create pe același tip de matrice, cu singura excepție că la intersecția tranzistorilor se bazează nu una, ci o coloană de celule consecutive. Astfel, un număr mare de circuite de poartă poate fi amplasat la o intersecție, ceea ce face posibilă creșterea semnificativă a numărului de elemente incluse în baza dispozitivelor de stocare a informațiilor. Totuși, acest lucru duce la o complicație semnificativă a algoritmului de accesare a elementelor electronice care stochează încărcare electronică, precum și a procesului de scriere și citire a informațiilor. Cu toate acestea, în ciuda designului mai complex, unitățile flash dezvoltate pe aceste dispozitive au o capacitate semnificativ mai mare.

Dispozitive SLC și MLC

Unele dispozitive utilizate în producția de dispozitive de stocare flash sunt capabile să stocheze simultan mai multe biți de informații în loc de doar unul. Acest lucru se realizează prin creșterea numărului de încărcări pe care poarta plutitoare a tranzistoarelor le poate stoca simultan. Astfel de dispozitive sunt numite multi-bit sau multi-level, iar în documentația tehnică sunt desemnate ca MLC. Este demn de remarcat faptul că, în ciuda avantajelor în funcționare, acestea au un cost mai mic, cu toate acestea, există și o latură negativă, de exemplu, o resursă mai mică de cicluri de rescriere, care le reduce semnificativ durata de viață.

Memorie audio

Pe măsură ce progresul tehnologic s-a dezvoltat și au fost inventate dispozitivele MLC, tehnicienii au venit cu ideea de a converti un semnal analogic într-un semnal electric și apoi de a-l înregistra într-o celulă de memorie flash. Această idee a fost pusă în practică, iar exemplul cel mai frapant sunt diversele jucării pentru copii care pot reproduce sunete.

Limitări tehnologice

În timpul funcționării memoriei flash, informațiile sunt scrise și citite în mod regulat. În același timp, costurile energetice pentru ambele procese sunt foarte diferite. Pentru a scrie date electronice într-o celulă, este nevoie de mai multă energie electrică decât pentru a o citi.

Resursă de înregistrare și stocare a informațiilor

În procesul de plasare a unei sarcini electrice într-o celulă de tranzistor, apar modificări ireversibile în structura acestor elemente. La rândul său, fiecare tranzistor are un număr limitat de cicluri de scriere. Numărul maxim de cicluri depinde de tehnologiile de fabricație utilizate, precum și de piesele utilizate. Acest lucru se explică prin faptul că este imposibil să se controleze sarcina electrică plasată în poarta plutitoare, prin urmare, pe măsură ce este utilizată unitatea, structura tranzistorului este deteriorată și sarcina electrică se pierde.

Aceeași tendință se observă în timpul maxim pentru care o încărcare poate fi stocată. În medie, informațiile electronice pot fi stocate pe unități flash timp de 10 până la 20 de ani, totuși, aceste perioade pot varia în funcție de tehnologiile și elementele utilizate în producție.

Fizică,

Electronice pentru începători

Prefaţă

Anul Nou este o sărbătoare plăcută, luminoasă, în care rezumam cu toții anul trecut, privim viitorul cu speranță și dăm cadouri. În acest sens, aș dori să mulțumesc tuturor locuitorilor Habr pentru sprijinul, ajutorul și interesul manifestat față de articolele mele (, , ,). Dacă nu l-ai fi susținut o dată pe primul, nu ar fi existat următoarele (deja 5 articole)! Mulțumesc! Și, bineînțeles, vreau să ofer un cadou sub forma unui articol științific popular despre cum poți folosi echipamentul analitic destul de dur la prima vedere într-un mod distractiv, interesant și benefic (atât personal, cât și social). Astăzi, de Revelion, pe masa de operație festivă se află: o unitate USB-Flash de la A-Data și un modul SO-DIMM SDRAM de la Samsung.

Partea teoretică

Voi încerca să fiu cât mai succint, astfel încât să avem cu toții timp să pregătim salata Olivier cu plus pentru masa festivă, așa că o parte din material va fi sub formă de link-uri: dacă doriți, o puteți citi la dvs. timp liber...

Ce fel de amintire există?

În prezent, există multe opțiuni pentru stocarea informațiilor, unele dintre ele necesită alimentare constantă cu energie electrică (RAM), unele sunt pentru totdeauna „cusute” în cipurile de control ale echipamentelor din jurul nostru (ROM), iar unele combină calitățile ambele și altele (Hibrid). Flash, în special, aparține acestuia din urmă. Pare a fi memorie nevolatilă, dar legile fizicii sunt greu de anulat și din când în când mai trebuie să rescrieți informații pe unități flash.

Singurul lucru care, poate, poate uni toate aceste tipuri de memorie este mai mult sau mai puțin același principiu de funcționare. Există o matrice bidimensională sau tridimensională care este umplută cu 0 și 1 aproximativ în acest fel și din care ulterior putem citi aceste valori sau le putem înlocui, de exemplu. toate acestea sunt un analog direct al predecesorului său - memorie pe inele de ferită.

Ce este memoria flash și în ce tipuri vine (NOR și NAND)?

Să începem cu memoria flash. Pe vremuri, cunoscutul ixbt a publicat destul de multe despre ce este Flash și care sunt cele 2 tipuri principale ale acestui tip de memorie. În special, există memorie flash NOR (logical not-or) și NAND (logical not-and) (totul este, de asemenea, descris în detaliu), care sunt oarecum diferite în organizarea lor (de exemplu, NOR este bidimensional, NAND pot fi tridimensionale), dar au un element comun - un tranzistor cu poartă plutitoare.

Reprezentare schematică a unui tranzistor cu poartă flotantă.

Deci, cum funcționează această minune inginerească? Acesta este descris împreună cu câteva formule fizice. Pe scurt, între poarta de control și canalul prin care trece curentul de la sursă la scurgere, plasăm aceeași poartă plutitoare, înconjurată de un strat subțire de dielectric. Ca rezultat, atunci când curentul trece printr-un astfel de tranzistor cu efect de câmp „modificat”, unii electroni de înaltă energie tunel prin dielectric și ajung în interiorul porții plutitoare. Este clar că în timp ce electronii tuneleau și rătăceau în interiorul acestei porți, ei și-au pierdut o parte din energie și practic nu se pot întoarce înapoi.

NB:„practic” este cuvântul cheie, pentru că fără a rescrie, fără a actualiza celulele cel puțin o dată la câțiva ani, Flash este „resetat la zero” la fel ca RAM, după oprirea computerului.

Din nou avem o matrice bidimensională care trebuie umplută cu 0 și 1. Deoarece este nevoie de destul de mult timp pentru a acumula încărcare pe poarta plutitoare, se folosește o soluție diferită în cazul RAM. Celula de memorie constă dintr-un condensator și un tranzistor convențional cu efect de câmp. Mai mult, condensatorul în sine are, pe de o parte, un dispozitiv fizic primitiv, dar, pe de altă parte, este implementat netrivial în hardware:

Design celule RAM.

Din nou, ixbt are unul bun dedicat memoriei DRAM și SDRAM. Desigur, nu este atât de proaspăt, dar punctele fundamentale sunt descrise foarte bine.

Singura întrebare care mă chinuie este: poate DRAM-ul să aibă o celulă cu mai multe niveluri, precum flash-ul? Se pare că da, dar totuși...

Partea practică

Flash

Cei care folosesc unități flash de ceva timp probabil au văzut deja o unitate „goală”, fără carcasă. Dar voi menționa în continuare pe scurt principalele părți ale unei unități flash USB:

Elementele principale ale unei unități flash USB: 1. conector USB, 2. controler, 3. placă de circuit imprimat multistrat PCB, 4. modul de memorie NAND, 5. oscilator de frecvență de referință de cuarț, 6. indicator LED (acum, totuși, aprins multe unități flash nu o au), 7. comutator de protecție la scriere (în mod similar, lipsește pe multe unități flash), 8. spațiu pentru un cip de memorie suplimentar.

Să trecem de la simplu la complex. Oscilator de cristal (mai multe despre principiul de funcționare). Spre regretul meu profund, în timpul lustruirii placa de cuarț în sine a dispărut, așa că nu putem decât să admirăm corpul.

Carcasă oscilator de cristal

Din întâmplare, între timp, am găsit cum arată fibra de armare din interiorul PCB-ului și bilele care alcătuiesc PCB-ul în cea mai mare parte. Apropo, fibrele sunt încă așezate cu răsucire, acest lucru este clar vizibil în imaginea de sus:

Fibră de armare din interiorul PCB (săgețile roșii indică fibrele perpendiculare pe tăietură), care formează cea mai mare parte a PCB

Și aici este prima parte importantă a unității flash - controlerul:

Controlor. Imaginea de sus a fost obținută prin combinarea mai multor micrografii SEM

Sincer să fiu, nu prea am înțeles ideea inginerilor care au plasat niște conductori suplimentari în cip în sine. Poate că acest lucru este mai ușor și mai ieftin de făcut din punct de vedere tehnologic.

După procesarea acestei imagini, am strigat: „Yayyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy!” și a alergat prin cameră. Așadar, vă prezentăm în atenție procesul tehnologic de 500 nm în toată splendoarea lui, cu limitele perfect trasate ale drenului, sursei, porții de control și chiar și contactele sunt păstrate în relativa integritate:

— Ide! microelectronică - tehnologie de control de 500 nm cu drenuri individuale frumos desenate (Drain), surse (Sursă) și porți de control (Gate)

Acum să trecem la desert - cipuri de memorie. Să începem cu contactele care alimentează literalmente această memorie. Pe lângă cel principal (cel mai „gros” contact din imagine), există și multe mici. Apropo, „grasă”< 2 диаметров человеческого волоса, так что всё в мире относительно:

Imagini SEM ale contactelor care alimentează cipul de memorie

Dacă vorbim despre memorie în sine, atunci succesul ne așteaptă și aici. Am putut fotografia blocuri individuale, ale căror limite sunt indicate prin săgeți. Privind imaginea cu mărire maximă, încercați să vă încordați privirea, acest contrast este cu adevărat greu de deslușit, dar este acolo în imagine (pentru claritate, am marcat o celulă separată cu linii):

Celulele de memorie 1. Granițele blocurilor sunt marcate cu săgeți. Liniile indică celule individuale

La început mi s-a părut un artefact de imagine, dar după ce am procesat toate fotografiile casei, mi-am dat seama că acestea fie sunt porți de control alungite de-a lungul axei verticale într-o celulă SLC, fie sunt mai multe celule asamblate într-un MLC. Deși am menționat MLC mai sus, aceasta este încă o întrebare. Pentru referință, „grosimea” celulei (adică distanța dintre cele două puncte luminoase din imaginea de jos) este de aproximativ 60 nm.

Pentru a nu disimula, iată fotografii similare din cealaltă jumătate a unității flash. O imagine complet asemanatoare:

Celulele de memorie 2. Granițele blocurilor sunt evidențiate cu săgeți. Liniile indică celule individuale

Desigur, cipul în sine nu este doar un set de astfel de celule de memorie; există și alte structuri în interiorul său, a căror identitate nu am putut-o determina:

Alte structuri din interiorul cipurilor de memorie NAND
 

DRAM

Desigur, nu am tăiat întreaga placă SO-DIMM de la Samsung; am „deconectat” doar unul dintre modulele de memorie folosind un uscător de păr. Este de remarcat faptul că unul dintre sfaturile propuse după prima publicație a venit la îndemână aici - tăierea în unghi. Prin urmare, pentru o imersiune detaliată în ceea ce ați văzut, este necesar să țineți cont de acest fapt, mai ales că tăierea la 45 de grade a făcut posibilă și obținerea, parcă, secțiuni „tomografice” ale condensatorului.

Totuși, conform tradiției, să începem cu contactele. A fost plăcut să văd cum arată un „cip” BGA și cum este lipirea în sine:

Lipituri BGA „ciobite”.

Și acum este timpul să strigăm „Ide!” pentru a doua oară, deoarece am reușit să vedem condensatori individuali cu stare solidă - cercuri concentrice în imagine, marcate cu săgeți. Ei sunt cei care ne stochează datele în timp ce computerul funcționează sub forma unei încărcări pe plăcuțele lor. Judecând după fotografii, dimensiunile unui astfel de condensator sunt de aproximativ 300 nm în lățime și aproximativ 100 nm în grosime.

Datorită faptului că cipul este tăiat la un unghi, unii condensatori sunt tăiați frumos la mijloc, în timp ce alții au doar „laturile” tăiate:

Memoria DRAM la cea mai bună calitate

Dacă cineva se îndoiește că aceste structuri sunt condensatoare, atunci vă puteți uita la o fotografie mai „profesională” (deși fără un semn de scară).

Singurul punct care m-a derutat este că condensatoarele sunt amplasate pe 2 rânduri (foto jos din stânga), adică. Se pare că există 2 biți de informații pe celulă. După cum am menționat mai sus, sunt disponibile informații despre înregistrarea multibiți, dar în ce măsură această tehnologie este aplicabilă și utilizată în industria modernă rămâne îndoielnică pentru mine.

Desigur, pe lângă celulele de memorie în sine, există și câteva structuri auxiliare în interiorul modulului, al căror scop îl pot doar ghici:

Alte structuri din interiorul unui cip de memorie DRAM

Postfaţă

Pe lângă acele link-uri care sunt împrăștiate în text, în opinia mea, această recenzie (chiar și din 1997), site-ul în sine (și o galerie foto, și chip-art, și brevete și multe, multe altele) și acest birou , care s-a angajat de fapt în inginerie inversă.

Din păcate, nu a fost posibil să găsiți un număr mare de videoclipuri pe tema producției Flash și RAM, așa că va trebui să vă mulțumiți doar să asamblați unități flash USB:

P.S.:Încă o dată, La mulți ani al Dragonului de Apă Neagră tuturor!!!
Se dovedește ciudat: am vrut să scriu un articol despre Flash unul dintre primele, dar soarta a hotărât altfel. Încrucișăm degetele, să sperăm că următoarele cel puțin 2 articole (despre obiecte biologice și afișaje) vor fi publicate la începutul lui 2012. Între timp, sămânța este bandă de carbon:

Bandă de carbon pe care au fost atașate mostrele studiate. Cred că banda obișnuită arată similar.

Memoria flash este un tip de memorie de lungă durată pentru computere în care conținutul poate fi reprogramat sau șters electric. În comparație cu memoria de doar citire programabilă ștergabilă electric, operațiunile pe aceasta pot fi efectuate în blocuri care sunt situate în locuri diferite. Memoria flash costă mult mai puțin decât EEPROM, motiv pentru care a devenit tehnologia dominantă. În special în situațiile în care este necesară stocarea stabilă și pe termen lung a datelor. Utilizarea acestuia este permisă într-o mare varietate de cazuri: în playere audio digitale, camere foto și video, telefoane mobile și smartphone-uri, unde există aplicații speciale Android pentru cardul de memorie. În plus, este folosit și în unitățile flash USB, folosite în mod tradițional pentru a salva informații și a le transfera între computere. A câștigat oarecare faimă în lumea jucătorilor, unde este adesea folosit pentru a stoca datele despre progresul jocului.

descriere generala

Memoria flash este un tip care este capabil să stocheze informații pe placa sa pentru o lungă perioadă de timp, fără a utiliza energie. În plus, putem observa cea mai mare viteză de acces la date, precum și o rezistență mai bună la șocul cinetic în comparație cu hard disk-urile. Datorită acestor caracteristici, a devenit atât de popular pentru dispozitivele alimentate cu baterii și baterii reîncărcabile. Un alt avantaj incontestabil este că, atunci când memoria flash este comprimată într-un card solid, este aproape imposibil să o distrugi prin orice mijloace fizice standard, astfel încât să reziste la fierbere la apă și la presiune mare.

Acces la date la nivel scăzut

Modul de accesare a datelor care se află în memoria flash este foarte diferit de cel al tipurilor convenționale. Accesul la nivel scăzut este asigurat prin intermediul șoferului. RAM convențională răspunde imediat la apelurile de citire și scriere a informațiilor, returnând rezultatele unor astfel de operațiuni, dar designul memoriei flash este de așa natură încât este nevoie de timp pentru a te gândi la asta.

Proiectare și principiu de funcționare

În prezent, memoria flash este larg răspândită, care este creată pe elemente cu un singur tranzistor cu o poartă „plutitoare”. Acest lucru face posibilă asigurarea unei densități mai mari de stocare a datelor în comparație cu RAM dinamică, care necesită o pereche de tranzistori și un element condensator. În prezent, piața este plină cu diverse tehnologii pentru construirea elementelor de bază pentru acest tip de suport, care sunt dezvoltate de producători de top. Ele se disting prin numărul de straturi, metodele de înregistrare și ștergere a informațiilor, precum și prin organizarea structurii, care este de obicei indicată în nume.

În prezent, există câteva tipuri de cipuri care sunt cele mai comune: NOR și NAND. În ambele, tranzistoarele de stocare sunt conectate la magistralele de biți - în paralel și, respectiv, în serie. Primul tip are celule de dimensiuni destul de mari și permite acces rapid aleatoriu, permițând executarea programelor direct din memorie. Al doilea este caracterizat de celule de dimensiuni mai mici, precum și de acces secvențial rapid, ceea ce este mult mai convenabil atunci când este necesar să se construiască dispozitive de tip bloc în care vor fi stocate cantități mari de informații.

În majoritatea dispozitivelor portabile, SSD-ul folosește tipul de memorie NOR. Cu toate acestea, dispozitivele cu interfață USB devin din ce în ce mai populare. Ei folosesc memorie NAND. Treptat îl înlocuiește pe primul.

Problema principală este fragilitatea

Primele mostre de unități flash produse în serie nu au mulțumit utilizatorilor cu viteze mari. Cu toate acestea, acum viteza de scriere și citire a informațiilor este la un asemenea nivel încât puteți viziona un film de lungă durată sau puteți rula un sistem de operare pe computer. O serie de producători au demonstrat deja mașini în care hard disk-ul este înlocuit cu memorie flash. Dar această tehnologie are un dezavantaj foarte semnificativ, care devine un obstacol în calea înlocuirii discurilor magnetice existente cu acest mediu. Datorită designului memoriei flash, permite ștergerea și scrierea informațiilor într-un număr limitat de cicluri, ceea ce este realizabil chiar și pentru dispozitive mici și portabile, ca să nu mai vorbim de cât de des se face acest lucru pe computere. Dacă utilizați acest tip de suport ca unitate 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 de a stoca într-o poartă „plutitoare” a cărei absență sau prezență în tranzistor este considerată una logică sau zero în binar. ștergerea datelor din memoria NAND se realizează folosind electroni tunelați folosind metoda Fowler-Nordheim cu participarea unui dielectric. Acest lucru nu necesită ceea ce vă permite să faceți celule de dimensiuni minime. Dar acest proces este cel care duce la celule, deoarece curentul electric în acest caz forțează electronii să pătrundă în poartă, depășind bariera dielectrică. Cu toate acestea, durata de valabilitate garantată a unei astfel de memorii este de zece ani. Uzura microcircuitului se produce nu din cauza citirii informațiilor, ci din cauza operațiunilor de ștergere și scriere a acestora, deoarece citirea nu necesită modificarea structurii celulelor, ci doar trece un curent electric.

Desigur, producătorii de memorie lucrează activ pentru creșterea duratei de viață a unităților SSD de acest tip: se străduiesc să asigure uniformitatea proceselor de scriere/ștergere în celulele matricei, astfel încât unele să nu se uzeze mai mult decât altele. Pentru a distribui în mod uniform încărcarea, sunt utilizate în mod predominant căile software. De exemplu, pentru a elimina acest fenomen, se folosește tehnologia de „nivelare a uzurii”. În acest caz, datele care sunt adesea supuse modificărilor sunt mutate în spațiul de adrese al memoriei flash, astfel încât înregistrarea se efectuează la diferite adrese fizice. Fiecare controler este echipat cu propriul algoritm de aliniere, deci este foarte dificil să se compare eficiența diferitelor modele, deoarece detaliile de implementare nu sunt dezvăluite. Deoarece volumul unităților flash devine tot mai mare în fiecare an, este necesar să se utilizeze algoritmi de operare din ce în ce mai eficienți pentru a garanta funcționarea stabilă a dispozitivelor.

Depanare

Una dintre modalitățile foarte eficiente de a combate acest fenomen a fost rezervarea unei anumite cantități de memorie, care asigură uniformitatea încărcării și corectarea erorilor prin algoritmi speciali de redirecționare logică pentru înlocuirea blocurilor fizice care apar în timpul lucrului intens cu o unitate flash. Iar pentru a preveni pierderea de informații, celulele care se defectează sunt blocate sau înlocuite cu altele de rezervă. Această distribuție software a blocurilor face posibilă asigurarea uniformității sarcinii, mărind numărul de cicluri de 3-5 ori, dar acest lucru nu este suficient.

Și alte tipuri de unități similare sunt caracterizate prin faptul că un tabel cu un sistem de fișiere este introdus în zona lor de servicii. Previne eșecurile în citirea informațiilor la nivel logic, de exemplu, în cazul unei opriri incorecte sau a unei întreruperi bruște a furnizării de energie electrică. Și, deoarece sistemul nu oferă cache atunci când se utilizează dispozitive amovibile, rescrierea frecventă are cel mai dăunător efect asupra tabelului de alocare a fișierelor și a cuprinsului directorului. Și nici programele speciale pentru carduri de memorie nu pot ajuta în această situație. De exemplu, în timpul unei solicitări unice, utilizatorul a suprascris o mie de fișiere. Și, se pare, am folosit doar o singură dată blocurile în care erau amplasate pentru înregistrare. Dar zonele de servicii au fost rescrise cu fiecare actualizare a oricărui fișier, adică tabelele de alocare au trecut prin această procedură de o mie de ori. Din acest motiv, blocurile ocupate de aceste date vor eșua mai întâi. Tehnologia de nivelare a uzurii funcționează și cu astfel de blocuri, dar eficiența sa este foarte limitată. Și nu contează ce fel de computer utilizați, unitatea flash va eșua exact când a intenționat creatorul.

Este de remarcat faptul că creșterea capacității microcircuitelor unor astfel de dispozitive a dus doar la faptul că numărul total de cicluri de scriere a scăzut, deoarece celulele devin mai mici, astfel încât este necesară din ce în ce mai puțină tensiune pentru a disipa oxidul. partiții care izolează „poarta plutitoare”. Și aici situația este astfel încât odată cu creșterea capacității dispozitivelor utilizate, problema fiabilității lor a început să se înrăutățească din ce în ce mai mult, iar clasa cardului de memorie depinde acum de mulți factori. Fiabilitatea unei astfel de soluții este determinată de caracteristicile sale tehnice, precum și de situația actuală a pieței. Din cauza concurenței acerbe, producătorii sunt nevoiți să reducă costurile de producție prin orice mijloace. Inclusiv datorită designului simplificat, utilizarea componentelor dintr-un set mai ieftin, slăbirea controlului asupra producției și a altor metode. De exemplu, un card de memorie Samsung va costa mai mult decât analogii mai puțin cunoscuți, dar fiabilitatea sa ridică mult mai puține întrebări. Dar chiar și aici este dificil să vorbim despre o absență completă a problemelor și este greu să te așteptăm la ceva mai mult de la dispozitive de la producători complet necunoscuți.

Perspective de dezvoltare

Deși există avantaje evidente, există o serie de dezavantaje care caracterizează cardul de memorie SD, care împiedică extinderea în continuare a domeniului său de aplicare. De aceea există o căutare constantă de soluții alternative în acest domeniu. Desigur, în primul rând, încearcă să îmbunătățească tipurile existente de memorie flash, ceea ce nu va duce la nicio modificare fundamentală în procesul de producție existent. Prin urmare, nu există nicio îndoială cu privire la un singur lucru: companiile implicate în fabricarea acestor tipuri de unități vor încerca să își folosească întregul potențial înainte de a trece 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, așa că se presupune că va continua să fie epuizat în mod activ.

Cu toate acestea, astăzi, în pragul implementării industriale, există o întreagă gamă de tehnologii de stocare alternativă a datelor, dintre care unele pot fi implementate imediat la apariția unei situații favorabile de piață.

RAM ferroelectric (FRAM)

Tehnologia principiului feroelectric de stocare a informațiilor (Ferroelectric RAM, FRAM) este propusă pentru a crește potențialul memoriei nevolatile. Este general acceptat că mecanismul de funcționare al tehnologiilor existente, care constă în rescrierea datelor în timpul procesului de citire cu toate modificările componentelor de bază, duce la o anumită reținere a potențialului de viteză al dispozitivelor. Și FRAM este o memorie caracterizată prin simplitate, fiabilitate ridicată și viteză de funcționare. Aceste proprietăți sunt acum caracteristice DRAM - memorie non-volatilă cu acces aleatoriu care există în prezent. Dar aici vom adăuga și posibilitatea stocării pe termen lung a datelor, care se caracterizează prin Printre avantajele unei astfel de tehnologii, putem evidenția rezistența la diferite tipuri de radiații penetrante, care pot fi solicitate în dispozitivele speciale care sunt folosite pentru a funcționa în condiţii de radioactivitate crescută sau în explorarea spaţiului. Mecanismul de stocare a informațiilor aici este implementat prin utilizarea 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 intercalarea unei pelicule ultra-subțiri de material feroelectric sub formă de cristale între o pereche de electrozi metalici plati, formând un condensator. Datele în acest caz sunt stocate în interiorul structurii cristaline. Și acest lucru previne efectul scurgerii de încărcare, care provoacă pierderea de informații. Datele din memoria FRAM sunt păstrate chiar și atunci când sursa de alimentare este oprită.

RAM magnetică (MRAM)

Un alt tip de memorie care este considerat astăzi foarte promițător este MRAM. Se caracterizează prin performanță la viteză destul de mare și independență energetică. în acest caz, se folosește o peliculă magnetică subțire plasată pe un substrat de siliciu. MRAM este memorie statică. Nu are nevoie de rescriere periodică, iar informațiile nu se vor pierde atunci când alimentarea este oprită. În acest moment, majoritatea experților sunt de acord că acest tip de memorie poate fi numit o tehnologie de ultimă generație, deoarece prototipul existent demonstrează performanțe la viteză destul de mare. Un alt avantaj al acestei soluții este costul scăzut al cipurilor. Memoria flash este fabricată folosind un proces CMOS specializat. Și cipurile MRAM pot fi produse folosind un proces de fabricație standard. Mai mult, materialele pot fi cele utilizate în medii magnetice convenționale. Este mult mai ieftin să produci cantități mari de astfel de microcircuite decât toate celelalte. O proprietate importantă a memoriei MRAM este capacitatea sa de pornire instantanee. Și acest lucru este deosebit de valoros pentru dispozitivele mobile. Într-adevăr, la acest tip, valoarea celulei este determinată de sarcina magnetică, și nu de sarcina electrică, ca în memoria flash tradițională.

Ovonic Unified Memory (OUM)

Un alt tip de memorie la care lucrează în mod activ multe companii este o unitate solid-state bazată pe semiconductori amorfi. Se bazează pe tehnologia de schimbare de fază, care este similară cu principiul înregistrării pe discuri convenționale. Aici starea de fază a unei substanțe într-un câmp electric se schimbă de la cristalin la amorf. Și această schimbare persistă chiar și în absența tensiunii. Astfel de dispozitive diferă de discurile optice tradiționale prin faptul că încălzirea are loc datorită acțiunii curentului electric și nu a unui laser. Citirea în acest caz se realizează datorită diferenței de reflectivitate a substanței în diferite stări, care este percepută de senzorul unității de disc. Teoretic, o astfel de soluție are o densitate mare de stocare a datelor și o fiabilitate maximă, precum și o performanță sporită. Numărul maxim de cicluri de rescriere este mare aici, pentru care se folosește un computer; o unitate flash în acest caz rămâne în urmă cu câteva ordine de mărime.

RAM cu calcogenă (CRAM) și memorie cu schimbare de fază (PRAM)

Această tehnologie se bazează și pe principiul că într-o fază substanța utilizată în purtător acționează ca un material amorf neconductor, iar în a doua servește ca un conductor cristalin. Tranziția unei celule de memorie de la o stare la alta se realizează datorită câmpurilor electrice și încălzirii. Astfel de cipuri se caracterizează prin rezistență la radiațiile ionizante.

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

Funcționarea dispozitivelor construite pe baza acestei tehnologii se realizează conform principiului holografiei cu peliculă subțire. Informațiile sunt înregistrate după cum urmează: în primul rând, se formează o imagine bidimensională și se transferă într-o hologramă folosind tehnologia CGH. Datele sunt citite prin fixarea fasciculului laser pe marginea unuia dintre straturile înregistrate, care servesc drept ghiduri de undă optice. Lumina se propagă de-a lungul unei axe care este paralelă cu planul stratului, formând o imagine de ieșire corespunzătoare informațiilor înregistrate mai devreme. Datele inițiale pot fi obținute în orice moment datorită algoritmului de codare inversă.

Acest tip de memorie se compară favorabil cu memoria semiconductoare datorită faptului că oferă o densitate mare de înregistrare, un consum redus de energie, precum și un cost scăzut al suportului de stocare, siguranță a mediului și protecție împotriva utilizării neautorizate. Dar un astfel de card de memorie nu permite rescrierea informațiilor, așa că poate servi doar ca stocare pe termen lung, un înlocuitor pentru suportul de hârtie sau o alternativă la discurile optice pentru distribuirea conținutului multimedia.

Designul de bază al dispozitivului a rămas neschimbat din 1995, când unitățile flash au început să fie produse la scară industrială. Fără a intra în detalii, un card USB flash este format din trei elemente cheie: * Conector USB - un conector bine cunoscut de toată lumea, care este o interfață între o unitate flash și un sistem informatic, fie că este un sistem de computer personal, un centru multimedia sau chiar și un radio auto; * controlerul de memorie este un element foarte important al circuitului. Conectează memoria dispozitivului cu conectorul USB și gestionează transferul de date în ambele direcții; * Cipul de memorie este cea mai scumpă și importantă parte a unui card USB flash. Determină cantitatea de informații stocate pe card și viteza de citire/scriere a datelor. Ce se poate schimba în această schemă? Nimic în principiu, dar industria modernă oferă mai multe opțiuni pentru o astfel de schemă; combinație de conectori eSATA și USB, doi conectori USB.

1 -- conector USB; 2 -- microcontroler; 3 -- puncte de control; 4 -- chip de memorie flash; 5 -- rezonator de cuarț; 6 -- LED; 7 -- comutator „protecție la scriere”; 8 -- spațiu pentru un cip de memorie suplimentar.

Principiul de funcționare

Memoria flash stochează informații într-o serie de tranzistori cu poartă flotantă numite celule. În dispozitivele tradiționale cu celule cu un singur nivel (celule un singur nivel în engleză, SLC), fiecare dintre ele poate stoca doar un bit. Unele dispozitive noi cu celule cu mai multe niveluri (MLC; celulă cu trei niveluri, TLC) pot stoca mai mult de un bit prin utilizarea diferitelor niveluri de sarcină electrică pe poarta plutitoare a unui tranzistor.

Tipuri de memorie flash

NICI

Acest tip de memorie flash se bazează pe o poartă NOR, deoarece într-un tranzistor cu poartă flotantă, o tensiune de poartă scăzută denotă una.

Tranzistorul are două porți: de control și flotant. Acesta din urmă este complet izolat și este capabil să rețină electronii până la 10 ani. Celula are, de asemenea, un dren și o sursă. La programarea cu tensiune, se creează un câmp electric la poarta de control și apare un efect de tunel. Unii electroni traversează stratul izolator și ajung la poarta plutitoare. Sarcina de pe poarta plutitoare modifică „lățimea” canalului sursă de scurgere și conductivitatea acestuia, care este utilizată pentru citire.

Celulele de programare și citire au un consum de energie foarte diferit: dispozitivele de memorie flash consumă destul de mult curent la scriere, în timp ce consumul de energie este scăzut la citire.

Pentru a șterge informațiile, o tensiune negativă mare este aplicată la poarta de control, iar electronii de la poarta plutitoare se deplasează (tunel) către sursă.

În arhitectura NOR, fiecare tranzistor trebuie conectat la un contact individual, ceea ce mărește dimensiunea circuitului. Această problemă este rezolvată folosind arhitectura NAND.

NAND

Tipul NAND se bazează pe elementul NAND. Principiul de funcționare este același; diferă de tipul NOR doar prin amplasarea celulelor și a contactelor acestora. Ca urmare, nu mai este necesar să faceți un contact individual cu fiecare celulă, astfel încât dimensiunea și costul cipului NAND pot fi reduse semnificativ. De asemenea, scrierea și ștergerea sunt mai rapide. Cu toate acestea, această arhitectură nu permite accesul la o celulă arbitrară.

Arhitecturile NAND și NOR există acum în paralel și nu concurează între ele, deoarece sunt utilizate în diferite domenii de stocare a datelor.

Tehnologiile moderne se dezvoltă destul de repede, iar ceea ce abia ieri părea apogeul perfecțiunii astăzi nu ni se potrivește deloc. Acest lucru se aplică în special tipurilor moderne de memorie de computer. Nu există în mod constant suficientă memorie sau viteza media este foarte mică, conform standardelor moderne.

Memoria flash a apărut relativ recent, dar având multe avantaje, epuizează destul de serios alte tipuri de memorie.

Memoria flash este un tip de memorie solidă, nevolatilă, reinscriptibilă. Spre deosebire de un hard disk, o unitate flash are o viteză mare de citire, care poate ajunge până la 100 MB/s, și are dimensiuni foarte mici. Poate fi transportat cu ușurință deoarece se conectează printr-un port USB.

Poate fi folosit ca RAM, dar spre deosebire de RAM, memoria flash stochează date atunci când alimentarea este oprită, în mod autonom.

Astăzi, pe piață sunt disponibile unități flash cu capacități cuprinse între 256 megabytes și 16 gigabytes. Dar există medii cu un volum mai mare.

Funcțiile suplimentare ale memoriei flash includ protecție la copiere, un scaner de amprente, un modul de criptare și multe altele. De asemenea, dacă placa de bază acceptă pornirea printr-un port USB, atunci poate fi folosită ca dispozitiv de pornire.

Noile tehnologii flash includ UЗ. Acest mediu este recunoscut de computer ca două discuri, unde datele sunt stocate pe unul, iar computerul pornește de pe al doilea. Avantajele acestei tehnologii sunt evidente; puteți lucra pe orice computer.

Dimensiunea destul de mică permite ca acest tip de memorie să fie utilizat pe scară largă. Acestea includ telefoane mobile, camere, camere video, înregistratoare de voce și alte echipamente.

În descrierea caracteristicilor tehnice ale oricărui dispozitiv mobil este indicat tipul de memorie flash, și nu întâmplător, deoarece nu toate tipurile sunt compatibile. Pe baza acestui lucru, trebuie să alegeți unități flash care sunt destul de comune pe piață pentru a nu avea probleme cu niciun dispozitiv.
Pentru unele tipuri de carduri flash, există adaptoare care își extind capacitățile.

Tipuri existente de memorie flash

Cardurile flash moderne pot fi împărțite în șase tipuri principale.

Primul și cel mai comun tip este CompactFlash (CF), există două tipuri CF tip I și CF tip II. Are viteză, capacitate și preț bune.
Dezavantajele includ dimensiunea 42*36*4 mm. Este destul de versatil și este folosit în multe dispozitive.

IBM Microdrive-ieftin, dar mai puțin fiabil și consumă mai multă energie decât de obicei, motiv pentru care limitările sale.

SmartMedia- subțire și ieftin, dar nu o protecție ridicată împotriva abraziunii.

Card multimedia (MMC)- dimensiuni reduse (24x32x1,4mm), consum redus de energie, folosit la dispozitive miniaturale. Dezavantajul este viteza redusă.

Secure Digital (SD) cu dimensiuni comparabile cu Cardul Multimedia, are capacitate si viteza mai mare. Dar mai scump.

MemoryStick- are protectie buna a informatiilor, viteza, dar capacitate nu foarte mare.

Astăzi, CompactFlash și SD/MMC sunt considerate cele mai comune, dar
Pe lângă cardurile enumerate, există și alte tipuri de carduri flash

Ar trebui să alegeți un card flash în funcție de nevoile dvs., ținând cont că cu cât capacitatea și viteza sunt mai mari, cu atât cardul flash este mai scump.