Максимальная информационная емкость флеш памяти


Емкость флеш-памяти информационная

Количество полезной информации, которую мы можем хранить в электронном виде, определяется емкостью конкретного устройства. Очень полезной с этой точки зрения является флеш-память. Особенностью устройств, что её используют, обычно называют значительный объем и малый физический размер носителя.

Что такое флеш-память?

Так называют разновидность полупроводниковой технологии создания электрически перепрограммируемой памяти. В схемотехнике так называют законченное с технологической точки зрения решение построения постоянных запоминающих устройств.

В быту словосочетание "флеш-память" используется для обозначения широкого класса твердотельных приборов хранения информации, выполненных с применением этой же технологии. Важными преимуществами, что обусловили их широкое распространение, являются:

  1. Компактность.
  2. Дешевизна.
  3. Механическая прочность.
  4. Большой объем.
  5. Скорость работы.
  6. Низкое энергопотребление.

Благодаря этому всему флеш-память можно найти во многих цифровых портативных устройствах, а также в ряде носителей информации. Увы, есть и недостатки, такие как ограниченный срок технической эксплуатации носителя и чувствительность к электростатическим разрядам. А вот какая емкость у флеш-памяти? Вряд ли сможете угадать, но попробуйте. Максимальная емкость флеш-памяти может достигать огромных размеров: так, несмотря на малые размеры, носители данных на 128 Гб в свободной продаже сейчас мало кого смогут удивить. Недалеко уже тот момент, когда 1 Тб слабо будет интересовать.

История создания

Предшественниками считают постоянные запоминающие устройства, которые стирались с помощью ультрафиолета и электричества. Они тоже имели транзисторные матрицы, у которых был плавающий затвор. Только вот в них инженерия электронов осуществлялась путём создания значительной напряженности электрического поля тонкого диэлектрика. Но при этом резко увеличивалась площадь разводки представленных в матрице компонентов, когда необходимо было создать поле обратной напряженности.

Трудно было инженерам решить проблему с плотностью составляющих цепей стирания. В 1984 году она была успешно решена, а благодаря схожести процессов с фотовспышкой новая технология получила название «флеш» (по-английски - "вспышка").

Принцип действия

Он базируется на регистрации и изменении электрического заряда, который есть в изолированной области полупроводниковой структуры. Эти процессы протекают между истоком большого потенциала и затвором для получения напряжения электрического поля в размещенном здесь тонком диэлектрике, чтобы этого оказалось достаточно для возникновения туннельного эффекта между карманом и каналом транзистора. Чтобы усилить его, используют небольшое ускорение электронов, и тогда возникает инжекция горячих носителей. Чтение информации возложено на полевой транзистор. Карман для него выполняет функцию затвора. Его потенциал меняет пороговые характеристики транзистора, которые и регистрируются цепями чтения. Конструкция имеет элементы, с помощью которых возможно осуществление работы с большим массивом подобных ячеек. Благодаря малому размеру всех деталей емкость флеш-памяти и выходит внушительной.

NOR- и NAND-приборы

Их различают методом, который положен в основу соединения ячеек в один массив, а также алгоритмов чтения и записи. Конструкция NOR базируется на классической двумерной матрице проводников, где на пересечении столбцов и строк имеется по одной ячейке. Во время действия проводник строк подключен к стоку транзистора, а ко второму затвору присоединяются столбцы. Исток подключен к подложке, которая является общей для всех. Эта конструкция позволяет легко считывать состояние конкретных транзисторов, подавая положительное питание на одну строку и один столбец.

Для представления, что такое NAND, вообразите трёхмерный массив. В его основе – всё та же матрица. Но уже не один транзистор расположен в каждом пересечении, а устанавливается уже целый столбец, который состоит из последовательно включенных ячеек. Такая конструкция имеет много затворных цепей всего в одном пересечении. При этом значительно можно увеличить (и этим пользуются) плотность компонентов. Минусом является то, что значительно усложняется алгоритм записи, доступа и чтения ячейки. Для NOR преимуществом является скорость работы, а недостатком – максимальная информационная емкость флеш-памяти. Для NAND размер - плюс, а минус – быстродействие.

SLC- и MLC-приборы

Существуют устройства, которые могут хранить один или несколько бит информации. В первом типе может быть только два уровня заряда плавающего затвора. Такие ячейки называют однобитовыми. В других их больше. Часто многобитовые ячейки ещё называют многоуровневыми. Они, как ни странно, отличаются дешевизной и объемом (в позитивном смысле), хотя и медленнее отвечают, а также переносят меньшее количество перезаписей.

Аудиопамять

По мере развития MLC возникла идея записать аналоговый сигнал в ячейку. Применение получившийся результат получил в микросхемах, которые занимаются воспроизведением относительно небольших звуковых фрагментов в дешевых изделиях (игрушках, к примеру, звуковых открытках и подобных вещах).

Технологические ограничения

Процессы записи и чтения отличаются по энергопотреблению. Так, для первого приходится формировать высокое напряжение. В то же время при чтении затраты на энергию довольно малые.

Ресурс записи

При изменении заряда копятся необратимые изменения в структуре. Поэтому возможность количества записей для ячейки ограничена. В зависимости от памяти и технологического процесса работы устройства могут пережить сотни тысяч циклов (хотя есть отдельные представители, которые и до 1000 не дотягивают).

В многобитовых устройствах гарантированный ресурс работы довольно низок по сравнению с другим типом организации. Но почему происходит сама деградация прибора? Дело в том, что нельзя индивидуально контролировать заряд, который имеет плавающий затвор в каждой ячейке. Ведь запись и стирание делаются для множества одновременно. Контроль качества проводится по средней величине или по референсной ячейке. Со временем происходит рассогласование, и заряд может выходить за грани допустимого, после чего информация становится нечитаемой. Далее ситуация только усугубляется.

Ещё одной причиной является взаимная диффузия проводящих и изолирующих областей в полупроводниковой структуре. При этом периодически возникают электрические пробои, что ведёт к размыванию границ, и флеш-карта памяти выходит из строя.

Срок хранения данных

Поскольку изоляция в кармане неидеальная, то постепенно происходит рассеивание заряда. Обычно срок, который может храниться информация, – около 10-20 лет. Специфические внешние условия катастрофически сказываются на периоде хранения. Так, повышенная температура, гамма-радиация или частицы высоких энергий смогут быстро уничтожить все данные. Сейчас самые передовые образцы, которые могут похвастаться тем, что у них значительная информационная емкость флеш-памяти, имеют слабые места. У них ниже срок хранения, чем у уже давно разработанных и откорректированных устройств, что не раз дорабатывались.

Заключение

Несмотря на проблемы, указанные в конце статьи, технология флеш-памяти является очень эффективной, благодаря чему она получила широкое распространение. А её преимущества с лихвой покрывают недостатки. Поэтому информационная емкость флеш-памяти стала очень полезной и популярной в бытовой технике.

fb.ru

Создана самая большая в мире флешка объемом 4 ТБ

7374

, Текст: Дмитрий Степанов

Sandisk, бренд Western Digital, презентовал прототип флеш-накопителя рекордного объема – 4 ТБ. Спецификации устройства неизвестны, а его будущее туманно.

Самая большая флешка в мире

Sandisk, дочерняя компания американской Western Digital, специализирующаяся на разработке и производстве носителей информации на базе флеш-памяти, в рамках международной выставки потребительской электроники CES 2019 представила прототип флеш-накопителя рекордного объема в 4 ТБ. Устройство оборудовано разъемом стандарта USB Type-C.

На данный момент новинка не имеет названия. Сроки появления накопителя на рынке компания не называет, как и не раскрывает вероятную цену изделия. Нельзя исключать возможность того, что прототип и вовсе никогда не выйдет в серию.

Напомним, в начале 2018 г. Sandisk продемонстрировала прототип «самого маленького флеш-накопителя в мире» емкостью 1 ТБ с интерфейсом USB Type-C, который до сих пор не появился на прилавках магазинов электроники.

Прототип самого вместительного USB-накопителя в мире, представленный Sandisk

В 2017 г. Kingston, другой крупный американский игрок на рынке флеш-памяти, начал продажи устройств серии Datatraveler Ultimate GT объемом 1 ТБ и 2 ТБ, самых емких на тот момент накопителей в мире. Изделия оснащены интерфейсом USB 3.0, обладают заявленными производителем скоростью чтения 300 МБ/сек и скоростью записи – 200 МБ/сек. На старте продаж в США цена изделия составляла $925 и $1 625 за модели вместимостью 1 ТБ и 2 ТБ соответственно.

Что еще нового продемонстрировала компания?

Помимо прототипа, о котором кроме емкости практически ничего неизвестно, Sandisk также представила другие новинки, выход на рынок которых планируется уже в самом ближайшем будущем.

Так, компания продемонстрировала переносной твердотельный накопитель (SSD) Sandisk Extreme Pro Portable, обеспечивающий передачу данных до 1 ГБ/сек в корпусе, который соответствует стандарту защиты IP55 (защита от пыли и водяных струй). Выпускаться портативный накопитель будет в трех исполнениях, отличающихся вместительностью: 500 ГБ, 1 ТБ и 2 ТБ. SSD должен появиться в продаже весной 2019 г. Информация о ценах пока отсутствует.

Sandisk Extreme Pro Portable SSD увидит свет весной 2019 года

Sandisk не ограничилась демонстрацией лишь аппаратных новинок – кроме них был представлен новый облачный сервис резервного копирования данных под названием Flashback. Он доступен обладателям USB-накопителей Sandisk Ultra Flash Drive и Ultra Fit Flash Drive емкостью до 256 ГБ и позволяет создавать в облаке компании точную копию содержимого «флешки», чтобы всегда иметь доступ к важным данным, даже в случае утраты физического носителя.



cnews.ru

Флеш память - это... Что такое Флеш память?

Сюда перенаправляется запрос Флэш-карты. На тему «Флэш-карты» нужна отдельная статья.

Флеш‐память (англ. Flash-Memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти.

Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов[1]). Распространена флеш-память, выдерживающая около 100 тысяч циклов перезаписи — намного больше, чем способна выдержать дискета или жёстких дисков, более надёжна и компактна.

Благодаря своей компактности, дешевизне и низком энергопотреблении флеш‐память широко используется в портативных устройствах, работающих на батарейках и аккумуляторах — цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах (маршрутизаторах, мини‐АТС, принтерах, сканерах), различных контроллерах.

Так же в последнее время широкое распространение получили «флешка», USB‐драйв, USB‐диск), практически вытеснившие дискеты и CD. Одним из первых флэшки JetFlash в 2002 году начал выпускать тайваньский концерн SSD накопителей объёмом 256 ГБ и более.

Ещё один недостаток устройств на базе флеш‐памяти по сравнению с жёсткими дисками — как ни странно, меньшая скорость. Несмотря на то, что производители SSD накопителей заверяют, что скорость этих устройств выше скорости винчестеров, в реальности она оказывается ощутимо ниже. Конечно, SSD накопитель не тратит подобно винчестеру время на разгон, позиционирование головок и т. п. Но время чтения, а тем более записи, ячеек флеш‐памяти, используемой в современных SSD накопителях, больше. Что и приводит к значительному снижению общей производительности. Справедливости ради следует отметить, что последние модели SSD накопителей и по этому параметру уже вплотную приблизились к винчестерам. Однако, эти модели пока слишком дороги.

Принцип действия

Программирование флеш-памяти

Стирание флеш-памяти

Флеш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (англ. cell). В традиционных устройствах с одноуровневыми ячейками (англ. single-level cell, SLC), каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками (англ. multi-level cell, MLC) могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора.

NOR

В основе этого типа флеш-памяти лежит ИЛИ‑НЕ элемент (англ. NOR), потому что в транзисторе с плавающим затвором низкое напряжение на затворе обозначает единицу.

Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Последний полностью изолирован и способен удерживать электроны до 10 лет. В ячейке имеются также сток и исток. При программировании напряжением на управляющем затворе создаётся электрическое поле и возникает туннельный эффект. Некоторые электроны туннелируют через слой изолятора и попадают на плавающий затвор, где и будут пребывать. Заряд на плавающем затворе изменяет «ширину» канала сток-исток и его проводимость, что используется при чтении.

Программирование и чтение ячеек сильно различаются в энергопотреблении: устройства флеш-памяти потребляют достаточно большой ток при записи, тогда как при чтении затраты энергии малы.

Для стирания информации на управляющий затвор подаётся высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток.

В NOR архитектуре к каждому транзистору необходимо подвести индивидуальный контакт, что увеличивает размеры схемы. Эта проблема решается с помощью NAND архитектуры.

NAND

В основе NAND типа лежит И-НЕ элемент (англ. NAND). Принцип работы такой же, от NOR типа отличается только размещением ячеек и их контактами. В результате уже не требуется подводить индивидуальный контакт к каждой ячейке, так что размер и стоимость NAND чипа может быть существенно меньше. Так же запись и стирание происходит быстрее. Однако эта архитектура не позволяет обращаться к произвольной ячейке.

NAND и NOR архитектуры сейчас существуют параллельно и не конкурируют друг с другом, поскольку находят применение в разных областях хранения данных.

История

Флеш-память была изобретена Фудзи Масуока (Fujio Masuoka), когда он работал в 1984 году. Имя «флеш» было придумано также в Toshiba коллегой Фудзи, Сёдзи Ариизуми (Shoji Ariizumi), потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash). Масуока представил свою разработку на IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско, Калифорния. 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип NOR-типа.

NAND-тип флеш-памяти был анонсирован Toshiba в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference. У него была больше скорость записи и меньше площадь чипа.

На конец 2008 года, лидерами по производству флеш-памяти являются Samsung (31% рынка) и Toshiba (19% рынка, включая совместные заводы с Sandisk). (Данные согласно iSupply на Q4'2008). Стандартизацией чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Текущим стандартом считается спецификация ONFI версии 1.0[2], выпущенная 28 декабря 2006 года. Группа ONFI поддерживается конкурентами Samsung и Toshiba в производстве NAND чипов: Hynix и Micron Technology.[3]

Характеристики

Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 Мб/с[4]. В основном флеш-карты имеют большой разброс скоростей и обычно маркируются в скоростях стандартного CD-привода (150 КБ/с). Так указанная скорость в 100x означает 100 × 150 КБ/с = 15 000 КБ/с= 14.65 МБ/с.

В основном объём чипа флеш-памяти измеряется от килобайт до нескольких гигабайт.

В 2005 году SanDisk представили NAND чипы объёмом 1 ГБ[5], выполненные по технологии многоуровневых ячеек, где один транзистор может хранить несколько бит, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе.

Компания Samsung в сентябре 2006 года представила 8 ГБ чип, выполненный по 40-нм технологическому процессу[6]. В конце 2007 года Samsung сообщила о создании первого в мире MLC (multi-level cell) чипа флеш-памяти типа NAND, выполненного по 30-нм технологическому процессу. Ёмкость чипа также составляет 8 ГБ. Ожидается, что в массовое производство чипы памяти поступят в 2009 году.

Для увеличения объёма в устройствах часто применяется массив из нескольких чипов. К 2007 году USB устройства и карты памяти имели объём от 512 МБ до 64 ГБ. Самый большой объём USB устройств составлял 4 ТБ.

Файловые системы

Основное слабое место флеш-памяти — количество циклов перезаписи. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что ОС часто записывает данные в одно и то же место. Например, часто обновляется таблица файловой системы, так что первые сектора памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволяет существенно продлить срок работы памяти.

Для решения этой проблемы были созданы специальные файловые системы: JFFS2[7] и YAFFS[8] для GNU/Linux и Microsoft Windows.

SecureDigital и FAT.

Применение

Флеш-карты разных типов (спичка отображена для оценки размеров)

Флеш-память наиболее известна применением в USB флеш-носителях (англ. USB flash drive). В основном применяется NAND тип памяти, которая подключается через USB по интерфейсу USB mass storage device (USB MSC). Данный интерфейс поддерживается всеми ОС современных версий.

Благодаря большой скорости, объёму и компактным размерам USB флеш-носители полностью вытеснили с рынка дискеты. Например, компания 2003 года перестала выпускать компьютеры с дисководом гибких дисков[9].

В данный момент выпускается широкий ассортимент USB флеш-носителей, разных форм и цветов. На рынке присутствуют флешки с автоматическим шифрованием записываемых на них данных. Японская компания Solid Alliance даже выпускает флешки в виде еды[10].

Есть специальные дистрибутивы GNU/Linux и версии программ, которые могут работать прямо с USB носителей, например, чтобы пользоваться своими приложениями в интернет-кафе.

Технология Windows Vista способна использовать USB-флеш носитель или специальную флеш-память, встроенную в компьютер, для увеличения быстродействия[11]. На флеш-памяти также основываются карты памяти, такие как SecureDigital (SD) и Memory Stick, которые активно применяются в портативной технике (фотоаппараты, мобильные телефоны). Вкупе с USB носителями флеш-память занимает большую часть рынка переносных носителей данных.

NOR тип памяти чаще применяется в BIOS и ROM-памяти устройств, таких как DSL модемы, маршрутизаторы и т. д. Флеш-память позволяет легко обновлять прошивку устройств, при этом скорость записи и объём для таких устройств не так важны.

Сейчас активно рассматривается возможность замены жёстких дисков на флеш‑память. В результате увеличится скорость включения компьютера, а отсутствие движущихся деталей увеличит срок службы. Например, в XO-1, «ноутбуке за 100 $», который активно разрабатывается для стран третьего мира, вместо жёсткого диска будет использоваться флеш-память объёмом 1 ГБ[12]. Распространение ограничивает высокая цена за ГБ и меньший срок годности, чем у жёстких дисков из-за ограниченного количества циклов записи.

Типы карт памяти

Существуют несколько типов карт памяти, используемых в портативных устройствах:

MMC (MultiMedia Card): карточка в формате MMC имеет небольшой размер — 24×32×1,4 мм. Разработана совместно компаниями SanDisk и Siemens. MMC содержит контроллер памяти и обладает высокой совместимостью с устройствами самого различного типа. В большинстве случаев карты MMC поддерживаются устройствами со слотом SD.

RS-MMC (Reduced Size MultiMedia Card): карта памяти, которая вдвое короче стандартной карты MMC. Её размеры составляют 24×18×1,4 мм, а вес — около 6 г, все остальные характеристики не отличаются от MMC. Для обеспечения совместимости со стандартом MMC при использовании карт RS-MMC нужен адаптер.
DV-RS-MMC (Dual Voltage Reduced Size MultiMedia Card): карты памяти DV-RS-MMC с двойным питанием (1,8 и 3,3 В) отличаются пониженным энергопотреблением, что позволит работать мобильному телефону немного дольше. Размеры карты совпадают с размерами RS-MMC, 24×18×1,4 мм.
MMCmicro: миниатюрная карта памяти для мобильных устройств с размерами 14×12×1,1 мм. Для обеспечения совместимости со стандартным слотом MMC необходимо использовать переходник.

SD Card (Secure Digital Card): поддерживается фирмами Panasonic и

SD (Trans-Flash) и SDHC (High Capacity): Старые карты SD так называемые Trans-Flash и новые SDHC (High Capacity) и устройства их чтения различаются ограничением на максимальную ёмкость носителя, 2 ГБ для Trans-Flash и 32 ГБ для High Capacity (Высокой Ёмкости). Устройства чтения SDHC обратно совместимы с SDTF, то есть SDTF карта будет без проблем прочитана в устройстве чтения SDHC, но в устройстве SDTF увидится только 2 ГБ от ёмкости SDHC большей ёмкости, либо не будет читаться вовсе. Предполагается, что формат TransFlash будет полностью вытеснен форматом SDHC. Оба суб-формата могут быть представлены в любом из трёх форматов физ. размеров (Стандартный, mini и micro).
miniSD (Mini Secure Digital Card): От стандартных карт Secure Digital отличаются меньшими размерами 21,5×20×1,4 мм. Для обеспечения работы карты в устройствах, оснащённых обычным SD-слотом, используется адаптер.
microSD (Micro Secure Digital Card): являются на настоящий момент (2008) самыми компактными съёмными устройствами флеш-памяти (11×15×1 мм). Используются, в первую очередь, в мобильных телефонах, коммуникаторах, и т. п., так как, благодаря своей компактности, позволяют существенно расширить память устройства, не увеличивая при этом его размеры. Переключатель защиты от записи вынесен на адаптер microSD-SD.

MS Duo (Memory Stick Duo): данный стандарт памяти разрабатывался и поддерживается компанией

MS Duo (Memory Stick Duo): Данный формат является конкурентом формата microSD (по аналогичному размеру), сохраняя преимущества карт памяти Sony.

xD-Picture Card: используются в цифровых фотоаппаратах фирм Fuji и некоторых других.

Примечания

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Основы флэш-памяти

Флэш-память типа Boot Block служит для хранения обновляемых программ и данных в самых разных системах, включая сотовые телефоны, модемы, BIOS, системы управления автомобильными двигателями и многое другое. Используя флэш-память вместо EEPROM для хранения параметрических данных, разработчики добиваются снижения стоимости и повышения надежности своих систем.

Например, в разработках сотовых телефонов параметрические блоки флэш-памяти используются для хранения телефонных номеров, учета времени использования и идентификатора пользователя (SIM-карта). Производители автомобилей используют параметрические блоки флэш-памяти в системах управления двигателями для хранения кодов ошибок и параметров оптимальных режимов работы. В каждом из подобных примеров изготовители экономят как на ненужной микросхеме EEPROM, так и на расходах, связанных с необходимостью содержания складского запаса "прошитых" разными программами EEPROM, используя флэш-память Boot Block Flash Memory не только для хранения прикладных программ, но и параметров. Загрузка кода в чистую память может производиться в составе готовой системы на финальной стадии изготовления изделия. Кроме того, за счет снижения числа комплектующих и внешних контактов достигается более высокая надежность автомобильных систем в целом. И, наконец, повышается объем хранимых параметров и частота их изменения.

В настоящей статье обсуждается структура связных списков для хранения параметров в блочной флэш-памяти с применением схемы, эмулирующей перезапись байтов. Обзор основ флэш-памяти приводится для пояснения того, как используется флэш-память в системе, и описывает ограничения на реализацию схемы программирования. Основное внимание уделено передовой, в настоящий момент, технологии — SmartVoltage.

Основы технологии

Флэш-технология позволяет оснастить системную память уникальными свойствами. Подобно ОЗУ, флэш-память модифицируется электрически внутрисистемно, но подобно ПЗУ, флэш энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. Однако, в отличие от ОЗУ, флэш нельзя переписывать побайтно. Флэш-память читается и записывается байт за байтом и предъявляет новое требование: ее нужно стереть перед тем, как записывать новые данные.

Операции над флэш-памятью

ОперацияМинимальный сегментТипичное времяМаксимальное время
ЧтениеByte60 нс60 нс
ЗаписьByte9 мксне более 100 мкс
Стирание8KB-Block0.6 с4.3 с
Примечание: по спецификации на ИС SmartVoltage 4Мbit Boot Block в 8-bit режиме при VCC=5.0V и VPP=5.0V

Запись (программирование) флэш-памяти — это процесс замены "1" на "0". Стирание — это процесс замены "0" на "1", где флэш стирается блок за блоком. Блоки — это области с фиксированными адресами, как показано на карте 4Мbit Boot Block микросхемы.

Карта памяти Boot Block

16KByte BOOT BLOCK
8KByte PARAMETER BLOCK
8KByte PARAMETER BLOCK
96KByte PARAMETER BLOCK
128KByte MAIN BLOCK
128KByte MAIN BLOCK
128KByte MAIN BLOCK

Когда блок стирается, стираются параллельно все ячейки внутри блока, независимо от других блоков этого прибора флэш-памяти.

Микросхемы Flash Memory Boot Block должны выдерживать не менее 100 тысяч циклов стирания при напряжении питания VCC=5V. Цикл считается законченным, если 8КВ одного из параметрических блоков успешно запрограммировано и после этого стерто. Этот параметр очень важный, так как от него зависит то, какой объем данных можно хранить и как часто их можно обновлять.

Поскольку флэш-память не допускает перезаписи отдельной ячейки без предварительного стирания всего блока памяти, то применяются программные методы эмуляции перезаписи байта с использованием двух 8КВ параметрических блоков, показанных на примере карты памяти.

Функционирование в системе

Кроме хранения параметрических данных, блочную флэш-память часто используют под хранение сменного кода программ. Часто в системах в заблокированном Boot-блоке хранится ядро кода, необходимого для инициализации системы и загрузки подпрограммы восстановления, на случай разрушения программы. В "бутовом" блоке обычно хранится также программа для программирования и стирания флэш-памяти. Так, флэш-память не допускает одновременное чтение ячейки с одним адресом и запись в ячейку с другим адресом в пределах одной микросхемы. Это означает, что любой код программы записи во флэш должен перегружаться в ОЗУ.

Воспользовавшись двумя параметрическими блоками флэш-памяти и программными методами, можно сохранять данные побайтно, а операцию стирания выполнять как фоновую задачу. Тем самым добиваются эмуляции перезаписи содержимого на байтной основе — схема программирования для эмуляции побайтной замены.

Структура параметрических данных

Структура данных в форме связных списков обеспечивает организацию данных, очень удобную для флэш-памяти. Например, предположим, что нужно сохранить 3 параметра, которые будут изменяться при условии, что каждый параметр хранится в виде записи. Каждая запись состоит из двух полей: Parameter_Value и Next_Record. В первом поле хранится значение параметра. Второе поле — это указатель, содержащий адрес следующей записи для этого параметра. ParameterX — это переменный указатель, содержащий адрес первой записи для этого параметра, поэтому Parameter1 представляет адрес. В ячейке с этим адресом хранится адрес первой записи параметра Parameter1, которая содержит первое значение Parameter1 и адрес второй записи Parameter1. Вторая запись содержит последнее значение этого параметра и адрес третьей записи, и т.д.. В последней записи в поле Next_Record содержится код FFh, указание на то, что записей больше нет. Код FFh выбран для указания, что записей больше нет, из-за того, что именно этот код представляет собой значение стертого байта флэш-памяти по умолчанию. При каждом изменении параметров программа ищет первую доступную ячейку в параметрическом блоке, записывает новое значение в поле значения новой записи, а потом обновляет поле Next_Record в предыдущей записи. Итак, каждая запись содержит значение и указатель, или связь со следующей записью. Такие структуры данных хорошо известны программистам, и называются связными списками, пользуясь которыми система может быстро найти последнее значение данного параметра.

Пример структуры связного списка

Адрес

Значение

Параметр

Parameter101HParameter 1 Pointer Variable
Parameter203HParameter 2 Pointer Variable
Parameter305HParameter 3 Pointer Variable
01HF8HParameter 1 Value = F8H
02H07HParameter 1 Next_Record = 07H
03H22HParameter 2 Value = 22H
04H09HParameter 2 Next_Record = 09H
05H44HParameter 3 Value = 44H
06HFFHParameter 3 Next_Record = FFH = latest
07H55HParameter 1 Value = 55H
08H0BHParameter 1 Next_Record = 0BH
09HF2HParameter 2 Value = F2H
0AHFFHParameter 2 Next_Record = FFH = latest
0BHF4HParameter 1 Value = F4H
0CHFFHParameter 1 Next_Record = FFH = latest

Для простоты в примере использовано однобайтное поле для Parameter_Value и Next_Record. В действительности, для кодирования поля Next_Record потребуется как минимум два байта указателя на другую ячейку параметрического блока. Количество байтов, необходимых для кодирования поля Parameter_Value, зависит от специфики информации, хранимой в этом параметре.

Альтернативный подход к использованию связного списка состоит в применении поля parameter ID и поля статуса параметра, которое указывает, является ли текущая запись параметра самой поздней. В альтернативной схеме для того, чтобы получить последнее значение параметра, система считывает каждый параметр до тех пор, пока не найдет последнее значение данного параметра.

Запоминание параметров продолжается до тех пор, пока параметрический блок не заполнится или пока в параметрическом блоке хватает места для целой следующей записи. По достижении этой точки последние значения каждого параметра передаются во второй параметрический блок, а связный список продолжает формироваться во втором блоке параметров. Запись заголовка (Block_Header) в начале каждого параметрического блока показывает состояние блока. Состояние — это информация, например, о том, что параметрический блок активен, т.е. либо передает данные, либо стирается. Таким образом и осуществляются блочные передачи.

Стирание параметрического блока

После передачи действительных значений параметров из первого блока во второй, первый блок стирается. Вспомним, что стирание флэш-памяти занимает примерно 0,5s на каждый параметрический блок. Поскольку так много времени во время работы системы может не оказаться, во флэш-памяти используется команда приостановки стирания (Erase Suspend). По этой команде операцию стирания можно приостановить, чтобы система смогла считать данные из другого блока данного прибора памяти. Когда команда Erase Suspend поступает в микросхему, операция стирания останавливается, а память входит в "подвешенное" состояние, и тогда можно прочесть данные из другого блока. Когда снова будет можно стирать, команда Erase Resume прикажет прибору продолжить стирание с того места, где оно было прервано, что позволяет реализовать операцию стирания в пределах конечного программного цикла, используя несколько вызовов (Call). После полного стирания первого блока он снова готов к записи параметров, когда заполнится второй блок. Важно то, что никакие новые параметры нельзя записать, пока не закончится операция стирания блока. Текущие версии флэш-памяти Boot Block не допускают запись в моменты, когда стирание приостановлено.

Эмуляция побайтного обновления

Ступень 1. Резервирование параметрических записей в параметрическом блоке 1 (Parameter Block 1)
PARAMETER BLOCK 1
block_status record
parameter records
 
PARAMETER BLOCK 2
block_status record
erased
Ступень 2. Когда Parameter Block 1 заполнен, осуществляется передача последнего параметра записи в Parameter Block 2 и изменение block_status record.
PARAMETER BLOCK 1
block_status record
parameter records
 
 
PARAMETER BLOCK 2
block_status record
 
Ступень 3. Резервирование параметра записи в Parameter Block 2. Стирание Parameter Block 1, используя команду приостановки стирания (Erase Suspend) для возврата в фазу чтения флэша, когда это необходимо.
PARAMETER BLOCK 1
block_status record
erased
 
PARAMETER BLOCK 2
block_status record
parameter records

Требования к системе

Как отмечено выше, для исполнения программы в моменты программирования и стирания флэш-памяти требуется ОЗУ. Необходимый объем ОЗУ зависит от сложности базы данных параметров. Программа, которая должна быть загружена в ОЗУ, включает подпрограммы чтения, записи и стирания флэш-памяти. Размер ее кода лежит в диапазоне от 512 байт до одного килобайта. Кроме того, для хранения этой программы потребуется место внутри самой флэш-памяти. Образец программы занимает около 15KB, но только небольшая ее часть (около 1KB) выгружается в ОЗУ.

Другое системное требование — адекватное напряжение программирования (VPP) для записи и стирания. Большинство современных микросхем флэш-памяти требует подачи 12V для внутрисистемной записи и стирания. Например, микросхемы семейства SmartVoltage позволяют использовать напряжение 5 В для операций записи и стирания, если источник 12 В в системе отсутствует.

Кроме 12V и 5V SmartVoltage стандартов существует технология 3.3 В SmartVoltage — микросхемы Flash-памяти емкостью 4 Mбит, имеющие архитектуру Boot Block. Эти микросхемы дополняют существующий ряд и позволяют разработчикам оптимизировать производительность и энергопотребление запоминающих устройств, пользуясь только одним типом памяти. SmartVoltage — технология, соединяющая в себе свойства низкой потребляемой мощности, самого быстрого программирования и единственного напряжения питания в одном приборе. Архитектура Boot Block позволяет совместить функции ROM, Flash или EPROM и EEPROM памяти в одной микросхеме.

Данная память позволяет эффективно удовлетворить противоречивые требования к разработке изделия, используя напряжения программирования VPP уровней 5 В или 12 В, и VCC со значениями 3.3 В или 5 В в любой комбинации. Это позволяет оптимизировать время записи, выбирая напряжение VPP=l2 В, или цену устройства, выбрав единственное напряжение питания VСС=VPP=5 В. Данное семейство имеет самое низкое потребление энергии без потерь производительности. При потреблении 150 мВт на 6 Mгц, 3V-read режим на 40% более эффективен, чем 5V-only. Дополнительно, SmartVoltage Flash в 3V-read режиме обеспечивает доступ за 110 нс, что вдвое быстрее, чем лучшие 3V-EEPROM. Теперь же еще микросхемы имеют реконфигурируемую шину данных, поэтому их можно применять как с 16bit, так и с 8bit микропроцессорами.

Так, если соединить выводы VPP и VCC, то память предлагает самую высокую производительность при единственном напряжении питания. При питании от 5 В SmartVortage обеспечивает чтение данных за 60 нс, и запись за 13 мкс, что превосходит те же параметры у сопоставимых 5V-only изделий другой технологии. Кроме этого, 3.3 В SmartVoltage позволяет переходить от режима с единственным напряжением питания к более гибкому режиму 3V-read/5V-write в портативной аппаратуре без дополнительных затрат на сертификацию Flash-микросхем. Для максимальной скорости программирования в процессе производства, приборы SmartVoltage могу быть запрограммированы при VPP=12 В, что вдвое сокращает время записи и снижает затраты при изготовлении больших партий аппаратуры.

Так, "новые" микросхемы выпускаются в 44-выводных пластиковых корпусах (PSOP — Plastic Small Outline Package) и 48-выводных корпусах с уменьшенной толщиной (TSOP — Thin Small Outline Package), и имеют разводку выводов в соответствии со стандартом JEDEC, что позволяет разрабатывать платы, на которые можно установить микросхемы 2-8 Mбит. В настоящее время доступны микросхемы с типами упаковки, начиная "обычным" пластиковым вариантом двухстороннего расположения выводов (PDIP — Plastic Dual In-line Package) и заканчивая современным "масштабируемым" вариантом (SCP — Chip Scale Package), комбинируя для разных ситуаций степень упаковки, расстояние между выводами, габаритные размеры и, наконец, условия эксплуатации. Эти микросхемы имеют ту же проверенную длительной эксплуатацией технологию запоминающих матриц на транзисторах с плавающим затвором (технология ЕТОХ IV — EPROM Tunnel OXide), и поэтому имеют те же характеристики надежности и времени жизни, как и другие микросхемы Flash-памяти. Они предназначены для широкого круга применений, включая BIOS, сотовые телефоны, приводы жестких дисков, point-of-sale терминалы, а также блоки управления двигателем и другими автомобильными системами.

Интересным моментом является вопрос пропадания питания во время стирания или в процессе обновления значений параметров. С ситуацией исчезновения питания можно надежно справиться, добавив дополнительные поля как к параметрическим, так и к блочным записям. Например, в дополнение к полям Parameter_Value и Next_Record, которые ввели для параметрической записи, можно установить поле статуса (Parameter_Status). Один бит поля состояния указывает, что обновление параметра началось, а другой бит — что обновление параметра завершилось. Таким образом, если питание исчезнет в процессе модификации параметра, то когда питание восстановится, можно узнать состояние каждого параметра. К примеру, если питание появилось, и видно по битам состояния, что обновление параметра начато, но не закончено, то отсюда следует, что запись испорчена и должна быть исправлена. Эту же концепцию можно применить в отношении записи Block_Status, чтобы обрабатывать ошибки при стирании, вследствие прерывания процесса стирания из-за отказа питания, либо из-за пересылки параметров между блоками.

В процессе инициализации определяется состояние параметрических блоков. Считав запись Block_Status, можно установить, какой блок активен и нужно ли стирать какой-нибудь другой блок. В момент первой инициализации параметрические блоки можно стереть и сформировать для них записи Block_Status.

Ранее обсуждалось, как читать и программировать флэш-память на побайтной основе. Флэш-память, в действительности, допускает программирование на уровне битов (или группы битов) за один раз. Надо помнить, что программирование флэш-памяти — это процесс замены логических "1" на "0". Одиночные биты можно запрограммировать путем маскирования остальных битов в байте или слове "единицами". Пользуясь такой удобной особенностью, можно минимизировать затраты памяти, отводимой под разные поля состояния.

Пример 1
1111 1111
0111 1111
0111 1111
Содержание памяти
Программируемые данные
Результирующее состояние памяти
Пример 2
0111 1111
1011 1111
0011 1111
Содержание памяти
Программируемые данные
Результирующее состояние памяти
Пример 3
0011 1111
0001 1111
0001 1111
Содержание памяти
Программируемые данные
Результирующее состояние памяти

Временная диаграмма работы

Динамический анализ работы системы необходим, чтобы определить длительность времени, необходимого для чтения параметров, выгрузки кода программы Write/Erase в ОЗУ, записи параметров, передачи параметров в новый блок и стирания параметрического блока.

Точные значения временных параметров зависят от особенностей реализации системы. Кроме задержек самого прибора, нужно также учитывать программные задержки.

Время, необходимое для чтения параметров, зависит от длины записи каждого параметра и количества параметров, которые придется считать, прежде чем будет найдена действительная запись этого параметра. Умножив число байтов или слов на длительность цикла чтения системы, можно рассчитать общее время чтения действительного параметра.

При выполнении каждой операции записи или стирания (Write/Erase) флэш-памяти, нужно перегрузить из нее в ОЗУ код программы, содержащий драйверы программирования и стирания. Время, необходимое для этой перегрузки кода в ОЗУ, зависит от объема кода (обычно 1 Kбайт или меньше). Умножив размер кода на длительность цикла записи, определим длительность загрузки кода в ОЗУ.

Для определения максимального времени, требующегося для записи параметра, необходимо воспользоваться временем записи слова или байта для наихудшего случая, приведенным в спецификации на ИС флэш-памяти. Умножив максимальное время записи слова на количество слов в записи параметра, можно узнать наихудшее время записи параметра.

Понятно, что время передачи действительных параметров из одного блока (параметрического) в другой зависит от количества хранимых параметров. Если эта операция выполняется как задача переднего плана, то на нее потребуется блок времени, состоящий из времени чтения действительных параметров и времени записи этих параметров в новый блок. Эту операцию можно также рассматривать как часто выполняемую фоновую задачу. Для тех применений, где известна длительность выполнения основного программного цикла, операция передачи может выполняться исходя из наличного времени в пределах программного цикла, когда передача параметров начинается, а затем приостанавливается в моменты, когда время основного цикла подходит к концу. Может потребоваться несколько основных циклов для полной передачи всех параметров в новый блок флэш-памяти. Общее время выполнения задачи будет зависеть от ресурса времени, доступного в каждом цикле и от количества вызовов цикла, необходимого для завершения операции.

Как и в случае передачи параметров, стирание блока можно рассматривать как задачу переднего плана или как фоновую. В случае фоновой задачи, общее время стирания зависит от величины временного "окна" в рамках программного цикла. Число необходимых вызовов определяется путем деления общего времени стирания на длительность времени, доступного в пределах каждого цикла. Умножив число вызовов цикла на длительность цикла, получим полное время стирания параметрического блока.

Так, для микросхем флэш-памяти типа Boot Block в спецификации гарантируется не менее 100 тысяч циклов стирания. Как это влияет на хранение параметров (цикличность), легко рассчитать, воспользовавшись выражением:
100000 Cycles=[8KB-(Block_Record size)/Parameter_Record size]*number of Parameter_Record

Это уравнение можно решить как для искомого числа записей параметров, так и для длины поля Parameter_Record, в зависимости от того, что известно. По сравнению с EEPROM устойчивость флэш-памяти к ре-программированию значительно выше.

Заключение

В настоящей статье были описаны основные моменты программных методов эмуляции побайтовой работы с использованием двух параметрических блоков флэш-памяти. Разработчики систем, используя для хранения параметров вместо EEPROM параметрические блоки микросхем Boot Block, могут снизить стоимость и повысить надежность своих систем. Так, уже давно осознали преимущества перехода от микросхем, стираемых целиком, к приборам, основанным на блочной архитектуре. Флэш-память типа Bulk Erase, изготавливаемая по устаревшей технологии, перестала модернизироваться и уже давно вытеснена более современными семействами.

www.ixbt.com

Pci flash память что это – емкость флеш памяти

Флэш-память относится к классу EEPROM, но использует особую технологию построения запоминающих ячеек. Стирание во флэш-памяти производится сразу для целой области ячеек (блоками или полностью всей микросхемы). Это позволило существенно повысить производительность в режиме записи (программирования). Флэш-память обладает сочетанием высокой плотности упаковки (ее ячейки на 30% меньше ячеек DRAM), энергонезависимого хранения, электрического стирания и записи, низкого потребления, высокой надежности и невысокой стоимости…Это репрограммируемые ЗУ.

Подобно ОЗУ, флэш-память модифицируется электрически внутрисистемно, но подобно ПЗУ, флэш энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. Однако, в отличие от ОЗУ, флэш нельзя переписывать побайтно. Флэш-память читается и записывается байт за байтом и предъявляет новое требование: ее нужно стереть перед тем, как записывать новые данные.

Флэш-память — это полупроводниковая память, причем особого типа. Ее элементарная ячейка, в которой хранится один бит информации, представляет собой не конденсатор, а полевой транзистор со специальной электрически изолированной областью, которую называют "плавающим затвором". Электрический заряд, помещенный в эту область, способен сохраняться в течение многих лет. При записи одного бита данных ячейка заряжается — заряд помещается на плавающий затвор, при стирании — заряд снимается с плавающего затвора и ячейка разряжается.

Выделяют среди таких устройств схемы со специализированными блоками (несимметричные блочные структуры). По имени так называемых Boot блоков в которых информация надежно защищена от случайного стирания, ЗУ называются Boot Block Flash Memory.

Флэш-память типа Boot Block служит для хранения обновляемых программ и данных в самых разных системах, включая сотовые телефоны, модемы, BIOS, системы управления автомобильными двигателями и многое другое. Используя флэш-память вместо EEPROM для хранения параметрических данных, разработчики добиваются снижения стоимости и повышения надежности своих систем.

Преимущества флэш-памяти по сравнению с EEPROM:
1.

Более высокая скорость записи при последовательном доступе за счёт того, что стирание информации во флэш производится блоками.
2. Себестоимость производства флэш-памяти ниже за счёт более простой организации.
Недостаток: Медленная запись в произвольные участки памяти.

Память с последовательным доступом Используются, где данные могут быть выстроены в очередь.

Флэш-память с адресным доступом. Хранение редко изменяемых данных. Запись и стирание осу­ществляет процессор выч устр-ва в обычном рабочем режиме. Для этого Флэш-память имеет дополнительное управление словами-командами, записывае­мыми процессором в специальный регистр микросхемы. При подаче специального напряжения программирования схема обеспечивает запись и стирание информации. Перед программировани­ем процессор считывает из микросхемы код — идентификатор, содержащий код фирмы-изготовителя и микросхемы для согласования алгоритмов стирания и записи, автоматически.

Стираются все байты памя­ти или выбранного блока, после чего все они проверяются, выполняется повторное стирание и проверка.

Программирование памяти ведется байт за байтом, записанная информация проверяется. Процессор счи­тывает из ЗУ записанный байт и сравнивает его с исходным.

Один из блоков предназначен для хранения ПО BIOS и аппаратно защищен от случайного стирания.

Принцип работы и устройство флеш-памяти

В ЗУ есть также блоки парамет­ров и главные блоки, не защищенные от случайного стирания. Главные блоки хранят основные управляющие программы, а бло­ки параметров — относительно часто меняемые параметры систе­мы.

Файловая Флэш-память применяется для замены твердых дис­ков. Сокращает потребляемую мощность, повышает надежность ЗУ, уменьшает их размеры и вес, повышает быстродействие при чтении данных. Программа может читаться процессором непосредственно из файловой Флэш-памяти, туда же записываются и результаты.

На основе файловой Флэш-памяти создаются компактные съемные внешние ЗУ.

ЗЭ – МНОП.

2 пороговых напр-ия. Uпор1 – имеет маленькую величину, 1-2 В. При подаче Uпор инициируется канал м/д стоком-истоком. Если м/д нитридом и двуокисью кремния есть заряды, то Uпор увеличилось до 7В.

Запись (программирование) флеш-памяти – процесс замены 1 на 0. Стирание – замена 0 на 1.

3.Архитектура РС. Процессоры ЭВМ. Структура процессоров и их основные характеристики. Системные шины и их характеристики. Локальные шины. Чипсеты.
Архитектура – это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.

Структура – это совокупность элементов и их связей.

ЭВМ – это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.

Архитектура ЭВМ — это общее описание структуры и функций ЭВМ на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ, не включающее деталей технического и физического устройства компьютера.

К архитектуре относятся следующие принципы построения ЭВМ:

1. структура памяти ЭВМ;
2. способы доступа к памяти и внешним устройствам;
3. возможность изменения конфигурации;
4. система команд;
5. форматы данных;
6. организация интерфейса.

Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину (другое название — системная магистраль).

Шина — это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников — шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой — шине адреса — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др).

Системная шина характеризуется тактовой частотой и разрядностью.Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Тактовая частота характеризует число элементарных операций по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в битах, тактовая частота – в мегагерцах.
Системные шины

Переда­ча информации между МП и осталь­ными элементами. Осуществляется также адресация устройств и обмен специальными служебными сигналами. Передачей информации по шине управляет одно из подключенных к ней устройств или специально выделенный для этого узел, называемый ар­битром шины.

Шина ISA (Industry Standard Architecture) есть 36-контактный разъем для плат расширения. За счет этого количество адресных линий – 4, а данных – 8. Можно передавать параллельно 16 разрядов данных, а благодаря 24 адресным линиям напрямую обращаться к 16 МБ сист памяти. Кол-во линий аппаратных прерываний — 15.

Шина EISA (Extended ISA). обеспечивает наи­больший возможный объем адресуемой памяти, 32-разрядную передачу данных, улучшенную систему прерываний, автоматическую конфи­гурацию системы и плат расширения. В EISA-разъем на системной плате компьютера совместим с ISA. Шина EISA позволяет адресовать 4Гб адресного про­ст-ва. Теор максимальная скорость 33 Мбайт/с. Шина тактируется частотой около 8—10 МГц.

Локальные шины предназначены для увеличения быстродействия компа, позволяя периферийным устройствам (видеоадаптеры, контроллеры накопителей) работать с тактовой частотой до 33 МГц и выще. Используется разъем типа MCA.

Шины PCI. Между локальной шиной процессора и самой PCI находится специальная согласующая м\схема

В соответствии со спецификацией PCI к шине могут подклю­чаться до 10 устройств. Шина PCI работает на фиксированной тактовой часто­те 33 МГц и предусматривает напряжение питания для контрол­леров как 5, так и 3,3 В, режим plug and play.

Шина PCI-X –высокопроизводительная PCI. является синхронной, т.е. все данные обрабатываются одновременно при поступлении управляющего сигнала. Разрядность шины 32-бита. При частоте 33 МГц теоретическая пропускная способность 132 МБ/с.

Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождаетсяадресом, передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес ячейки памяти или адрес периферийного устройства. Необходимо, чтобы разрядность шины позволила передать адрес ячейки памяти. Таким образом, словами разрядность шины ограничивает объем оперативной памяти ЭВМ, он не может быть больше чем , где n – разрядность шины.

схема устройства компьютера, построенного по магистральному принципу

Чипсет — от англ. "chip set" — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, ЦПУ, ввода-вывода и других. Чипсеты встречаются и в других устройствах, например, в радиоблоках сотовых телефонов.

Чипсет материнских плат компьютеров состоит из двух основных микросхем (иногда они объединяются в один чип):

  1. MCH — контроллер-концентратор памяти (Memory Controller Hub) — северный мост (northbridge) — обеспечивает взаимодействие центрального процессора (ЦП) с памятью и видеоадаптером. В новых чипсетах часто имеется интегрированная видеоподсистема.

    Контроллер памяти может быть интегрирован в процессор (например Opteron, Nehalem, UltraSPARC T1).

  2. ICH — контроллер-концентратор ввода-вывода (I/O Controller Hub) — южный мост (southbridge) — обеспечивает взаимодействие между ЦП и жестким диском, картами PCI, интерфейсами IDE, SATA, USB и пр.

Также иногда к чипсетам относят микросхему Super I/O, которая подключается к южному мосту и отвечает за низкоскоростные порты RS232, LPT, PS/2.

В настоящее время основными производителями чипсетов для настольных компьютеров являются фирмы Intel, nVidia, AMD (которая приобрела фирму ATI и в настоящее время выпускает чипсеты под своим именем), VIA и SIS.

Фирма Intel выпускает чипсеты только для собственных процессоров. Для процессоров фирмы AMD наиболее распространенными являются чипсеты nVidia (выпускаемые как правило под торговой маркой nForce) и AMD.

Чипсеты фирм VIA и SIS популярны в основном в секторе low end, а также в офисных системах, хотя встроенная графика у них по 3D возможностям значительно уступает nVidia и AMD.

Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 262 | Нарушение авторского права страницы

steptosleep.ru

будущее SSD / Bigd.host corporate blog / Habr

Будущее принадлежит флэш-накопителям (SSD): они способны обеспечить гораздо более высокие скорости передачи данных, чем традиционные жесткие диски (HDD), и при этом становятся сравнительно недорогими. Широкое внедрение SSD может привести к существенным изменениям в архитектуре ЦОД и вычислительных систем.

Серверы и системы хранения с флэш-накопителями SSD позволяют решать самые ресурсоемкие задачи, такие как поиск в крупных базах данных, оперативная обработка транзакций, бизнес-аналитика, обработка больших данных и крупномасштабная виртуализация. SSD имеют все шансы заметно потеснить HDD в серверах и системах хранения данных, становятся ключевым компонентом гиперконвергентных систем. К 2020 году может появиться флэш-накопитель емкостью 40 Тбайт, практически решена проблема долговечности SSD.


Стирание и запись во флэш-память NAND приводит к ее постепенной деградации на уровне отдельных ячеек, но если потребительские накопители NAND рассчитаны на 3000-10000 операций записи, то современные флэш-накопители корпоративного класса выдерживают до 100 000 циклов.

Флэш-память помогает эффективнее работать с данными и хранить их. SSD все чаще используются для хранения не только «горячих», но и «холодных» данных.

Из истории жестких дисков


Жесткие диски существуют уже более 60 лет с тех пор, как IBM впервые представила их в 1956 году. Первый диск был огромного размера и мог хранить всего 3,75 мегабайта, а стоил 300 000 долларов в пересчете по сегодняшнему курсу.

IBM 350 Disk Storage System образца 1956 года

СХД 350 Disk Storage System была основным компонентом системы IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Она состояла из 40 пластин и двойной головки чтения/записи, которая перемещалась вверх и вниз по стопке магнитных дисков.

С тех пор основной механизм жесткого диска, его конструкция остаются неизменными, хотя и претерпели существенную доработку. HDD использует принцип намагничивания для хранения данных на вращающемся диске. Головка чтения/записи «плавает» над магнитной поверхностью диска. Чем выше скорость вращения, тем быстрее может работать жесткий диск. Типичные бытовые HDD сегодня работают на скорости 5400 или 7200 об/мин, а у некоторых серверных дисков скорость еще выше – 10-15К об/мин.


Компоненты HDD

Пластины HDD покрыты магниточувствительным слоем, и данные записываются, когда магнитная головка перемещается над поверхностью вращающегося диска. Она быстро инвертирует намагниченность магнитных доменов, меняя ее на 1 или 0 в двоичном коде. Основное и, пожалуй, единственное на сегодня преимущество жесткого диска том, что он обеспечивает недорогое хранение большого объема данных – 10-12 Тбайт на диск.

Плотность записи и скорость вращения HDD продолжают расти. И если сравнить цены обычных жестких дисков и SSD, то у твердотельных накопителей стоимость хранения единицы данных примерно в 3-5 раз выше. Поэтому обычные жесткие диски остаются наиболее экономичным способом хранения. По данным IDC, сегодня на них приходится более 90% поставок накопителей корпоративного класса, однако к 2025 году SSD составят почти 20% от объема поставок.


Прогноз IDC: как будет меняться соотношение HDD и SSD в поставках корпоративных накопителей.

Каковы оптимальные сценарии использования жестких дисков?

  • Дисковые массивы (NAS, RAID и т. д.), где требуется большая емкость.
  • Настольные компьютеры, когда приоритетной является низкая стоимость.
  • Хранение медиафайлов (фото, видео, аудио).
  • Хранение резервных копий и архивных данных.

Практически во всех остальных задачах преимущество – за флэш-памятью.

Что такое SSD?


На самом деле SSD также имеют давнюю историю. Первое полупроводниковое запоминающее устройство, совместимое с интерфейсом жесткого диска, появилось в далеком 1978 году. Это StorageTek 4305.
Storage Technology 4305 — SSD емкостью 45 Мбайт образца 1978 года.

Устройство StorageTek было предназначено для мейнфреймов IBM. STC 4305 был в семь раз быстрее, чем популярная в то время система на жестких дисках IBM 2305. Этот шкаф стоил 400 000 долларов и обладал пропускной способностью до 1,5 Мбайт/с.

В современных SSD применяется энергонезависимая память NAND (от булевого оператора «NOT AND»). Флэш-память хранит данные в отдельных ячейках памяти на основе транзисторов. Эта полупроводниковая память хранит данные даже при отсутствии питания, как и HDD.


Накопитель Samsung SSD 850 Pro, объединивший новый контроллер MJX и 64-слойную MLC 3D V-NAND, — один из лучших продуктов в сегменте SATA SSD.

По сравнению с жестким диском накопители SSD демонстрируют более высокую скорость передачи данных и плотность их хранения, лучшую надежность, значительно меньшую задержку и время доступа. Для большинства пользователей в первую очередь важна скорость SSD, с которой они могут читать и записывать данные.

Поскольку SSD не имеют движущихся частей, они могут работать со скоростями, значительно превышающими скорость работы обычного жесткого диска. И фрагментация данных — для SSD не проблема. В отличие от HDD, на скорость работы SSD она не влияет. От постоянного использования и SSD, и жесткие диски в конечном итоге изнашиваются, несмотря на разные физические методы записи. В SSD есть механизмы для минимизации этого эффекта, такие как команда TRIM. Во флэш-память данные записываются блоками, что требует предварительного стирания существующих данных блока. Если имеется пустой блок, операция записи выполняется намного быстрее. Команда TRIM, которая должна поддерживаться как в ОС, так и в SSD, позволяет операционной системе сообщать накопителю, какие блоки больше не нужны. Это позволяет ему заранее стирать блоки данных, чтобы сделать пустые блоки доступными для последующей записи.


Печатная плата SSD.

В целом, SSD считаются гораздо более надежными, чем жесткие диски из-за отсутствия механических деталей. Движущиеся механизмы HDD не только изнашиваются со временем, но и уязвимы в случае механического воздействия. Если уронить ноутбук с жестким диском, то высока вероятность потери данных и даже фатальных физических повреждений, которые могут полностью вывести жесткий диск из строя. У SSD нет движущихся частей, поэтому они способны выдержать суровые условия эксплуатации портативных устройств.

Каковы наилучшие варианты применения для SSD?

  • Ноутбуки и другие портативные устройства, где желательны такие характеристики как малый вес, плотная плотность хранения, устойчивость к ударам и общая прочность.
  • Загрузочные диски, содержащие операционную систему и приложения, что ускорит загрузку и запуск приложений.
  • Хранение редактируемых рабочих файлов.
  • Кэш-память.
  • Хранилища серверов баз данных.
  • Апгрейд старой системы. Замена загрузочного диска на SSD.

SSD vs HDD


Рассмотрим основные различия между жесткими дисками и твердотельными накопителями:
HDD
SSD
Стоимость
0,03 долл./Гбайт (для моделей на 4 Тбайта)
0,20- 0,30 долл./Гбайт (для моделей емкостью 1 Тбайт)
Емкость
Обычно 0,5-2 Тбайта для ноутбуков, до 10 Тбайт для ПК
Обычно не более 1 Тбайта для ноутбуков, до 4 Тбайт для ПК
Среднее время загрузки ОС
30-40 сек
8-13 сек
Шум
Шум от перемещения штанги с головками и вращения диска
Нет движущихся частей – нет шума
Вибрация
Вращение диска иногда сопровождается вибрацией
Нет движущихся частей – нет вибрации
Тепловыделение
HDD не выделяет много тепла, но греется значительно больше, чем SSD без движущихся частей, потребляет больше электроэнергии
Низкое энергопотребление и отсутствие движущихся частей ведут к малому тепловыделению
Коэффициент наработки на отказ (MTBF)
1,5 млн. часов
2 млн. Часов
Скорость записи при копировании файлов
50–120 Мбайт/с
В последних моделях – 200-550 Мбайт/с
Шифрование
Некоторые модели поддерживают полное шифрование — Full Disk Encryption (FDE)
Некоторые модели поддерживают полное шифрование
Скорость открытия файлов
Медленнее SSD
До 30% быстрее HDD
Влияние магнитных полей
Могут стереть данные
На SSD магнитные поля не влияют
Прочность
Уязвимость к физическим ударам
Устойчивость к ударам и вибрации

Можно также сравнить «типовой» SSD и HDD корпоративного класса:
Параметр
SSD
HDD SAS 10-15 RPM
Время доступа, мсек
0,1
5,5-8
Производительность при произвольном доступе (IOPS)
6000
400
Надежность (коэф. отказов)
0,5%
2-5%
Энергопотребление, Вт
2-5
6-15
Энергопотребление ЦП (среднее время ожидания ввода-вывода)
1%
7%
Резервное копирование (часов)
6
20-24

Важную роль играют интерфейсы накопителей:
Интерфейс
Описание
SATA (Serial Advanced Technology Attachment)
Общий интерфейс, обеспечивающий обмен данными с HDD и SSD. Накопители SATA SSD отлично подходят для бытового применения: они, как правило, дешевле, но работают на более низкой скорости и имеют более низкий ресурс записи.
SAS (Serial Attached SCSI)
Накопители SAS часто применяются RAID-массивах, серверах и в центрах обработки данных. Этот тип интерфейса также подходит для HDD и SSD. SAS обладает большей производительностью в IOPS по сравнению с SATA, то есть можно быстрее читать и записывать данные. Это делает SAS оптимальным выбором для систем, требующих высокой производительности. SAS поддерживает резервирование и специально разработан для сред с постоянным использованием накопителя.
PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)
Высокопроизводительный последовательный шинный интерфейс, который поддерживает значительно более высокие скорости передачи данных по сравнению с интерфейсами SATA или SAS, так как для передачи данных доступно больше каналов.
NVMe (Non-Volatile Memory Express)
В отличие от SAS и SATA, протокол NVMe изначально разрабатывался именно для твердотельных накопителей. Он используется для высокоскоростного подключения флэш-накопителя через шину PCI Express.
NVMe over Fabric, включая NVMe over Ethernet
Позволяет подключить серверы к системам хранения с малой задержкой и тем самым претендует на место Fibre Channel. 

Многие ведущие производители накопителей используют PCIe в качестве стандарта для новых бытовых и корпоративного хранилищ данных и некоторых периферийных устройств. Интерфейс PCIe применяется в центрах обработки данных, в RAID-системах, повышая общую производительность и поддерживая новые и более емкие жесткие диски.

Интерфейсы SAS и SATA разрабатывались для HDD, поэтому они не оптимальны для подключения флэш-накопителей. Предпочтительным интерфейсом последних становится комбинация шины PCIe c NVMe. PCIe реализует физический интерфейс, а NVMe — протокол управления флэш-памятью.
SATA заметно ограничивает пропускную способность и добавляет дополнительные задержки, поэтому в современных продуктах вендоры переходят на NVMe и постепенно отказываются от дальнейшего развития линеек SATA. Однако накопители SATA пока что имеют большую емкость и конкурируют с HDD в задачах, где требуется хранить большие объемы данных.


IDC прогнозирует заметное снижение доли флэш-накопителей SATA в единицах продукции.

NVMe обеспечивает высокую производительность флэш-накопителей внутри серверов. Что касается внешних СХД, то преодолеть узкие места в сети хранения помогает NVMe over Fabric — передача команд NVMe через сети Ethernet, Infiniband и Fibre Channel.

Технология трехмерной флэш-памяти


Технология трехмерной флэш-памяти 3D NAND (V-NAND) позволяет преодолеть ограничения «плоской» компоновки за счет размещения ячеек одна над другой. Кроме того, вместо традиционных МОП-транзисторов с плавающим затвором в ней используется флэш-память с захватом заряда (Charge Trap Flash, CTF).

В 2015 году компаниями Intel и Micron была анонсирована память 3D XPoint. Она обладает большей производительностью и долговечностью, чем NAND, и занимает промежуточную позицию между DRAM и NAND. Как ожидается, этот тип памяти с фазовым переходом (PCM) позволит сократить расходы, заменив часть оперативной памяти, а также увеличив производительность твердотельных накопителей NAND.

Технология 3D XPoint обеспечивает до 10 раз большую производительность по сравнению с «обычной» NAND и до 1000 раз долговечнее – выдерживает более миллиона циклов записи. Малая задержка 3D XPoint (в тысячу раз меньше, чем у накопителей NAND) позволяет применять ее для задач с высокой нагрузкой ввода-вывода, например, в системах обработки транзакций. Последние версии 3D NAND содержат до 72 слоев памяти, и производители уже проектируют продукты с более 96 слоями.


Комбинирование разных видов накопителей и получаемая в результате задержка в миллисекундах (по данным Intel).

Кроме того, ожидается, что 3-битовые ячейки (TLC) NAND заменят на 4-битовые (QLC). Это позволит увеличить плотность памяти и снизить ее стоимость. В прошлом году компания Toshiba сообщила о создании флэш-памяти BiCS FLASH, способной хранить в одной ячейке четыре бита (QLC), что позволило увеличить емкость по сравнению с памятью TLC NAND. В такой микросхеме с объемной компоновкой насчитывается 64 слоя ячеек QLC NAND. 16 микросхем QLC 3D NAND в одном корпусе дают накопитель ёмкстью 1,5 Тбайта.

SSD+HDD


Применение SSD для «горячих» и HDD для «холодных» данных в сочетании с механизмами их автоматического перемещения по уровням хранения (тиринг) повышает эффективность инфраструктуры ИТ в ЦОД. Для ускорения доступа к данным можно использовать кэширование, что влияет на общую производительность системы. При большом числе накопителей применение SSD в дата-центре существенно снижает плату за электроэнергию.
Накопители SSD дополняют HDD и позволяют оптимизировать производительность/стоимость хранения при использовании алгоритмов автоматического размещения данных (источник: IBM). Справа показана нормализованная производительность, внизу – варианты размещения данных (от «все на HDD» до «все на SSD»).

SSD-хостинг


В условиях стремительного роста объемов данных хорошим выходом становятся облачные хранилища. Использование в них накопителей SSD позволяет провайдеру гарантировать SLA в IOPS.

Завоевывает популярность SSD-хостинг — виртуальный хостинг с использованием массива из твердотельных накопителей. VPS создаются на высокопроизводительных аппаратных RAID-10 массивах быстрых SSD.

На серверах хостинга обычно применяют SSD с высокой производительностью, функцией защиты данных и большим ресурсом перезаписи. Это позволяет в три раза увеличить скорость чтения/записи, чтение блоков по 512 Кбайт выполняется в 10, а блоков по 4 Кбайт — в 50 раз быстрее, производительность в IOPS возрастает в 400 раз больше. Максимальную скорость и производительность SSD показывают для хостинга интернет-магазинов и других сайтов, использующих базы данных.


Хостинг на SSD и HDD: скорость, производительность в IOPS, задержка.

Твердотельные диски заставляют веб-сайты «летать». Высокую скорость оценят как пользователи, так и поисковые системы. Последние учитывают параметры загрузки страниц в их рейтингах.

В ближайшие годы накопители HDD останутся самым экономичным решением для хранения данных. К 2020 году их емкость может вырасти в 10–20 раз. Но если прогресс в разработке SSD продолжится прежними темпами, то через несколько лет жестким дискам придется столкнуться с жесткой конкуренцией, особенно, если цены на SSD значительно снизятся.

Твердотельная память найдет место в центрах обработки данных. Рост объемов транзакций, облачные вычисления, аналитика больших данных и рабочие нагрузки следующего поколения потребуют более высокой производительности. SSD будут использоваться для хранения потоковых данных, пакетной обработки, для задач аналитики, систем управления базами данных и во многих других приложениях, вытесняя HDD.

habr.com

6.7.3. Накопители информации на основе флэш-памяти. Информатика: аппаратные средства персонального компьютера

6.7.3. Накопители информации на основе флэш-памяти

Накопители информации на основе флэш-памяти относятся к внешним (переносным) ЗУ и предназначены для долговременного хранения относительно небольших объемов информации (единицы гигабайт). Накопители информации на основе флэш-памяти относятся к ЗУ с прямым (произвольным) доступом к данным.

Рассмотренные выше накопители информации на гибких и жестких магнитных дисках имеют в своем составе механические компоненты, которые снижают надежность их работы и определяют относительно большое потребление электрической энергии при записи и считывании информации. Флэш-память (Flash-memory) является полностью электронным устройством и лишено указанных выше недостатков.

Название Flash применительно к данному типу памяти переводится как «вспышка». Однако это не совсем так. Одна из версий появления этого названия состоит в том, что впервые в 1990 г. японская компания Toshiba употребила слово Flash в контексте «быстрый, мгновенный» при описании своих новых микросхем. Изобретателем флэш-памяти считается фирма Intel, представившая в 1988 г. флэш-память. Промышленное производство такой памяти началось в 1994 г.

Накопитель информации на основе флэш-памяти представляет собой функционально законченное устройство, конструктивно состоящее из защитного корпуса с маркировкой, выходного разъема для подключения к соответствующему порту системного блока компьютера и электронного блока. Внутри защитного корпуса размещается электронный блок (микросхема), который включает в себя перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) с неограниченным циклом записи и считывания, а также контроллер флэш-памяти. Накопители информации на основе флэш-памяти относятся к энергонезависимому типу памяти, т. е. после отключения электрического питания от такого накопителя информация в нем сохраняется в течение нескольких лет.

ППЗУ, используемое во флэш-памяти, является представителем класса перепрограммируемых постоянных ЗУ, в котором реализуется электрический способ записи, считывания и стирания (удаления) информации. Однако стирание информации в ППЗУ осуществляется сразу в целой области ячеек – блока или всей микросхемы, это обеспечивает более быструю запись информации. В ППЗУ флэш-памяти используется принцип записи, основанный на использовании в них базовых элементов памяти (ячеек)   – микроэлектронных полупроводниковых транзисторов с двумя изолированными затворами: управляющим (control) и плавающим (floating). Важной особенностью этих транзисторов является способность удерживать электроны, т. е. электрический заряд. Этот процесс носит название Фоулера – Нордхейма.

Существуют различные технологии построения базовых элементов флэш-памяти, которые разработаны основными производителями. Эти технологии отличаются друг от друга количеством слоев, методами стирания и записи данных, а также структурной организацией, что отражается в их названии. Наиболее широко известны NOR (Not OR – ИЛИ-НЕ) и NAND (Not AND – И-НЕ) типы флэш-памяти, запоминающие транзисторы в которых подключены к разрядным шинам соответственно параллельно и последовательно. Элементы памяти ППЗУ организованы в матрицы (блоки), как и в других видах полупроводниковой памяти. Данные в ППЗУ хранятся в виде блоков, а не байтов, как в обычных модулях памяти.

Первый тип (NOR) имеет относительно большие размеры ячеек и малое время доступа (порядка 70 не).

Второй тип (NAND) имеет меньшие размеры ячеек и большую скорость передачи информации – до 16 Мбайт/с.

Подключаются накопители на основе флэш-памяти к соответствующему порту системного блока компьютера. В настоящее время в качестве такого порта используется в основном порт USB. Обмен информацией между МП и накопителем на основе флэш-памяти осуществляется посредством интерфейса USB, который поддерживает автоматическое определение и подключение данного накопителя к работающему компьютеру без его перезагрузки. В настоящее время широко используется версия последовательного интерфейса USB 2.0, который обеспечивает достаточно высокую скорость обмена информацией порядка 60 Мбайт/с. Обмен информацией между накопителем на основе флэш-памяти и МП компьютера осуществляется через контроллер накопителя и порта USB.

Считывание информации с накопителя на основе флэш-памяти выполняется, как в обычных ОЗУ или кэш-памяти, построенных на основе микросхем.

Запись информации в накопитель на основе флэш-памяти отличается от записи информации в ОЗУ. Перед записью новых данных в элементы памяти (ячейки) информация должна быть удалена. Удаление информации (стирание) заключается в переводе элементов памяти в состояние единицы, и это возможно только сразу для целого блока ячеек. Выборочное стирание невозможно. В процессе записи информации соответствующие элементы памяти переключаются в нулевое состояние. Таким образом, операция записи реализуется в два этапа: стирания и непосредственно записи.

Основные характеристики (в среднем) накопителей на основе флэш-памяти у разных производителей приблизительно одинаковые.

В качестве примера приведем основные характеристики накопителя на основе флэш-памяти Sony USB 2.0 flash-disk 256 Мбайт серии Micro Vault производства корпорации Sony:

• тип накопителя – флэш-память;

• объем памяти (информационная емкость) 256 Мбайт;

• скорость записи информации 1,0 Мбайт/с;

• скорость считывания информации 5,5 Мбайт/с;

• Hot Plug and Play – подключение и использование возможно без перезагрузки компьютера;

• передача электрического напряжения для питания накопителя производится через USB-кабель.

Внешний вид накопителя показан на рис. 6.14.

Рис. 6.14. Внешний вид накопителя Sony USB 2.0 flash-disk 256 Мбайт

Также как и для других внешних накопителей, для записи информации на носитель на основе флэш-памяти и считывания информации с него данный накопитель должен быть отформатирован, т. е. на нем должна быть создана физическая и логическая структура.

Формирование физической структуры накопителя на основе флэш-памяти состоит в создании на накопителе блоков (кластеров) объем которых определяется файловой системой.

Форматирование данного накопителя также может быть реализовано с помощью специальных компьютерных программ. В ОС Windows ХР имеется программа, позволяющая осуществить форматирование накопителя, форматирование производится так же, как и для других внешних ЗУ (рис. 6.15).

Рис. 6.15. Диалоговое окно «Формат Съемный диск(Р:)»

Логическая структура накопителя на основе флэш-памяти формируется с помощью файловой системы – FAT или FAT32 в зависимости от информационного объема флэш-памяти. Для поиска файлов по их имени на таком накопителе файловая система автоматически создает каталог и таблицу размещения файлов, которые размещаются в соответствующих блоках ППЗУ флэш-памяти. Кроме файловых систем FAT существуют также специально разработанные для накопителей на основе флэш-памяти файловые системы NOR, NAND и ETFS (Embedded Transactional File System – встраиваемая транзакционная файловая система), которые представляют собой отказоустойчивые файловые системы.

При подключении внешнего накопителя на основе флэш-памяти к порту USB компьютера ОС Windows ХР автоматически определяет его как съемный диск и на экране монитора появляется окно, представленное на рис. 6.16. Если в задачу пользователя входит просмотр файлов на съемном диске, то необходимо в данном окне выполнить действие: «Открыть папку для просмотра файлов, используется проводник». После выполнения этого действия появится окно программы «Проводник» ОС Windows ХР, где в строке «Адрес:» файловая система отобразит логическое имя внешнего накопителя (например, F: ), а в правой части окна – файлы и папки данного накопителя.

Рис. 6.16. Окно для просмотра и открытия файлов на съемном диске

Установив курсор мыши на свободное место в правой части окна «Проводник» и вызвав правой кнопкой контекстное меню, можно выполнить команду [Свойства]. В открывшемся окне «Свойства: Съемный диск (F:)» можно просмотреть свойства внешнего накопителя (рис. 6.17).

Рис. 6.17. Окно для просмотра свойств внешнего накопителя на основе флэш-памяти

Процедуры записи информации на накопитель на основе флэш-памяти и считывания пользовательской информации аналогичны процедурам, используемым для записи информации на внутренний жесткий диск и считывания с него.

Для удаления ненужных файлов и папок с накопителя на основе флэш-памяти их необходимо выделить с помощью левой кнопки мыши, а затем нажать на клавиатуре клавишу Delete или можно с помощью правой кнопки мыши вызвать контекстное меню и выполнить команду Удалить. После подтверждения удаления файлы или папки будут удалены с накопителя и восстановить их будет невозможно.

По окончании работы с накопителем его нужно отключить. Отключение накопителя на основе флэш-памяти производится так же, как внешнего жесткого диска. После окончания этих действий накопитель на основе флэш-памяти можно отсоединить от порта USB системного блока компьютера.

Способность сохранять информацию при выключенном питании, малые размеры, высокая надежность и приемлемая цена привели к широкому распространению накопителей на основе флэш-памяти. Этот вид памяти используется в так называемых «твердотельных» дисках (memory stick, memory drive и др.), картах памяти различного назначения и т. п. Накопители на основе флэш-памяти используются не только в компьютерах, но и во многих других устройствах: цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и т. д. К недостаткам данного вида накопителей можно отнести невысокую скорость передачи данных, небольшой информационный объем памяти и относительно высокую стоимость накопителей с объемом памяти 512 Мбайт и более.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

it.wikireading.ru

Что такое флеш-память? Принцип работы и устройство флеш-памяти :: SYL.ru

В обиходе пользователей появилось новое слово – «флешка». Большинству людей точно известно, что данное устройство используется в цифровых фотоаппаратах, а также предназначено для переноса видеофильмов и музыки. А ведь это не полный перечень функций, которые выполняет флешка. Данное устройство является незаменимым в работе любого владельца не только компьютера, а и всевозможной электроники 21-го века. Темой данной статьи является флеш-память, её характеристики, виды, цены.

Окунувшись в историю

Переписыванием истории занимаются все гиганты ИТ-индустрии, устанавливая свое авторство над разными изобретениями. Так поступила и знаменитая американская компания Intel, которая присвоила себе изобретение флеш-памяти. Однако технология и производство первого в мире устройства принадлежат японскому гиганту Toshiba, который в далеком 1984 году представил миру свое открытие. Название «флеш-память» устройству дали тоже японцы, и не случайно. Процесс стирания информации на флеш-памяти отдаленно напоминает фотовспышку.

Не прошло и нескольких лет с момента изобретения, а мировые гиганты ИТ-индустрии быстро нашли применение новому изобретению, поставив производство на конвейер.

Не вся память относится к «флеш»

Неглубоко погружаясь в мир физики, можно узнать, что память бывает нескольких видов.

  1. Оперативная память, которая работает по принципу «электрической емкости». Миллионы конденсаторов, удерживая заряд в оперативной памяти, являются хранителями информации. При отключении подачи электричества на устройство конденсаторы разряжаются, теряя информацию безвозвратно.
  2. Постоянная память. Информация на носителе сохраняется путем физического или химического воздействия. Примером служит оптический DVD-диск, информация на который записывается путем прожигания лазером микроскопических дырочек на поверхности пластика.
  3. Условно-постоянная энергонезависимая память. Сюда относятся флеш-память, магнитные жесткие диски, дискеты, видеопленка и прочие носители, которые умеют удерживать магнитный или электрический заряд при отсутствии постоянного источника электроэнергии.

Применение флеш-памяти

Для технологий 20-го века изобретению вполне хватало устройств, таких как карта памяти и USB-флеш-накопители. Но в 21-м веке произошел бум на носители информации с технологией флеш. В первую очередь флеш-памятью обзавелись все мобильные телефоны, планшеты, мультимедиа-проигрыватели и цифровые устройства. Позже ни одна интерактивная игрушка для детей не могла существовать без флеш-памяти. Технологии на этом не остановились. Ежедневно появляются все новые устройства, снабженные таким замечательным видом памяти. Взять хотя бы фонарик для полицейского. Благодаря наличию в нем флеш-памяти правозащитник может выбирать требуемую ему фокусировку и яркость луча из сохраненных настроек.

Как много производителей устройств

На рынке можно увидеть, что нужная флеш-память представлена сразу несколькими производителями. Имея практически одинаковые характеристики, накопители значительно отличаются в цене. Неужели самая дорогая покупка окажется самой лучшей? Не всегда! Часто покупателю приходится переплачивать за бренд, сервис и гарантию.

В мире существует всего несколько заводов, которые производят модули флеш-памяти. Эти модули раскупаются гигантами ИТ-индустрии, которые создают красивый корпус и продают накопитель уже от своего имени. Единственное различие – скорость работы устройств, зависящая от способностей флеш-памяти. Будет память быстрой или нет, решают на заводе-изготовителе.

О ценах на устройства флеш

Любому, кто самостоятельно решил приобрести флеш-память, цены на рынке могут показаться странными. Одинаковые по объему накопители от двух малознакомых брендов имеют большой разбег в стоимости. В чем же дело? Существует набор требований к флеш-картам, благодаря которому производитель обязан определить класс устройства и произвести маркировку на корпусе товара. Часто в магазине можно встретить устройства, на которых нет маркировки, присутствует лишь логотип компании-производителя. Цены на такие карты памяти очень низкие, а продавец заявляет о высоких показателях в работе устройства. Отзывы специалистов на страницах уважаемых компьютерных изданий рекомендуют воздержаться от покупки немаркированных устройств, так как они являются подделкой или ввезены в страну нелегально.

Что нужно знать о маркировках флеш-накопителей

Раз речь зашла о маркировке накопителей, при покупке необходимо обращать внимание на цифры и надписи, указанные на корпусе флеш-устройств.

  1. Обязательно должно присутствовать название компании-производителя или её логотип.
  2. На носителе должен быть написан объем флеш-памяти.
  3. На корпусе должен быть указан класс флеш-устройства. Часто производители модулей USB класс указывают на упаковке товара, что не запрещается законодательством.

В продаже можно встретить карты флеш-памяти без маркировки, но с длинным номером, который мелким шрифтом набит на корпусе устройства. Таким образом, производитель указывает партийный номер, по которому покупатель может найти устройство в сети интернет и ознакомиться с его техническими характеристиками.

Скорость пропорциональна цене, но не эффективности

Чем выше класс флеш-памяти, тем выше его скорость записи, и тем больше цена. А стоит ли покупать самую быструю память?

  1. Нулевой класс. Скорость записи не менее 0,6 Мб в секунду. В магазинах можно купить, не увидев отсутствие маркировки. Подойдет для хранения документации.
  2. Классы 2 и 4, со скоростями записи 2 и 4 Мб в секунду соответственно, тоже относятся в раздел офисных и предназначены для хранения и переноса документации.
  3. Шестой и восьмой классы со скоростью 6 и 8 Мб в секунду будут интересны всем покупателям, работающим с фото, музыкой, видео. Эти типы флеш-памяти раскрывают потенциал в работе с мультимедиа.
  4. Десятый класс и выше, включая Ultra, показывают скорости записи свыше 10 Мб в секунду. Применяются в работе с мультимедиа, в качестве дополнительных накопителей для рабочих станций, использовании в качестве оперативной памяти. Там, где критична скорость чтения и записи на носитель информации.

Серьезные бренды, такие как Pretec и Corsair, делают высокоскоростные устройства с возможностью записи порядка 25 Мб в секунду, маркируя их восьмым или десятым классом. Цена на модули очень высокая, но в мире ИТ такие бренды очень уважаются пользователями.

Каковы разные объемы флеш-памяти

Ещё один критерий, от которого зависит цена на накопитель, – объем флэш-памяти. Пусть, технологии не стоят на месте, но всё-таки существуют некоторые пределы. Когда для увеличения объема памяти необходимо изменить техпроцесс, возникает дилемма – сохранив низкую цену, остановиться на достигнутом результате или развиваться дальше, ища богатых покупателей. В мире наступило некоторое затишье – покупателям предлагают купить карты памяти с максимальным объемом в 64 гигабайта, при большом желании, под заказ можно стать владельцем 128 Гб и 256 Гб, но для этого придется сильно раскошелиться. Неизвестно, сколько времени потребуется на переход к новым технологиям и доступность на рынке карт большого объема, но известно одно – 64 Гб вполне достаточно, чтобы удовлетворить любую задачу рядового пользователя.

Чудо-зверь, имеющий большое будущее

Есть ещё одно интересное устройство, использующее в своей работе флеш-память, – накопитель SSD. Наряду с объемом и скоростью записи, критичным для устройства является авторитет производителя, который обеспечивает продукт контроллером управления и специализированной прошивкой, которая управляет всем устройством. Одна ошибка производителя - и устройство может попасть в мусорное ведро. Всё сложно, дорого и очень серьезно, но за SSD-накопителем будущее. Прямой конкурент жестким дискам компьютера, которые работают с помощью магнетизма. Устойчив к тряскам, температуре и работает бесшумно. Не за горами тот день, когда магнитные жесткие диски разделят место в шкафу с шариковыми мышками, уступив место технологиям 21-го века.

Как сэкономить на усовершенствовании компьютера

Владельцам старых компьютеров и ноутбуков не раз приходилось слышать от специалистов по обслуживанию о причинах низкой скорости работы устройства. Недостаточно оперативной памяти, которая уже давно снята с производства. Специалист, глядя в глаза владельцу компьютера, убеждает, что единственным выходом из положения будет покупка современного компьютера. Спустя 5 лет этот же специалист придет и будет в очередной раз доказывать, что нет никаких решений, кроме покупки нового компьютера. Так построен мир. Мир для людей, которым не интересны знания в ИТ-технологиях.

Оперативная флеш-память решит проблему раз и навсегда с минимальными для пользователя затратами. Достаточно скачать из сети Интернет программу под названием Ready Boost и изучить системные требования к накопителю. А уже затем приобретать в магазине необходимое устройство флеш-памяти. Подключить к компьютеру или ноутбуку накопитель, запустить программу и радоваться жизни. Ведь так приятно без капитальных вложений самостоятельно увеличить производительность компьютера.

Какому бренду отдать предпочтение

Из-за большого количества производителей очень тяжело определиться, кому отдать предпочтение. Специалисты рекомендуют составить список требований к накопителю, а потом выбирать бренд.

  1. Цель использования позволяет выявить необходимый класс устройства.
  2. Удобство и внешний вид подскажут, как флешка должна выглядеть. Например, для магнитолы в машину стоит обратить внимание на накопитель маленького размера, чтобы случайно не сломать в процессе использования.

Найдя несколько требуемых вариантов, поинтересоваться у продавца, как решаются вопросы при поломке устройства, существует ли гарантийная замена. Флеш-память относится к расходным материалам и не подлежит ремонту – об этом нужно знать до покупки. Положительные отзывы заслуживают производители Corsair, Kingston, OCZ, Pretec, Silicon Power, Transcend и IBM.

Как обезопасить себя от потери информации с флеш-носителя

Как любой носитель информации, карта памяти подвержена воздействиям внешних факторов, о которых необходимо знать всем пользователям флеш-устройств и побеспокоиться о сохранности своей информации.

  1. Физическая поломка модулей. Пластиковые флеш-карты сломать очень легко, а восстановить невозможно, поэтому при покупке нужно обратить внимание на металлические флешки либо пользоваться очень аккуратно.
  2. Влага способна уничтожить накопитель. Стоит обратить внимание на влагозащищенные носители, если существует вероятность попадания воды на память.
  3. Заражение флеш-памяти вирусами. Порой восстановить информацию оказывается достаточно сложно, поэтому стоит обратить внимание на устройства, имеющие физическую защиту от записи в виде переключателя – это гарантированно не даст вирусам ни единого шанса.

Заключение и рекомендации

Выяснив принцип действия, виды, характеристики, цены и устройство флэш-памяти, необходимо доверить свой выбор профессионалам.

  1. Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение проверенным брендам. Для этого достаточно обратиться к популярным источникам информации и почитать отзывы о продукте. Любой уважающий себя производитель в сети Интернет имеет собственный сайт. Вот его-то и стоит посетить, чтобы получить представление о компании.
  2. Не стоит доверять свой выбор китайским подделкам, которые предлагаются на рынке по очень низкой цене. Если нет других вариантов, обязательно перед покупкой нужно попросить продавца продемонстрировать работу носителя. Обычное форматирование устройства в среде Windows позволяет определить исправность флеш-памяти.
  3. Предпочтение стоит отдавать быстрым устройствам, которые имеют десятый класс. Так как часто случаются ситуации, когда время находится в приоритете. Тогда и флеш-память станет для пользователя универсальной под любое устройство.
  4. Покупая карты памяти для цифровой техники, стоит побеспокоиться о возможностях считывания данных на компьютере. Для этого существуют всевозможные переходники, которые часто предлагаются к покупке вместе с флеш-памятью.

www.syl.ru

Компакт-диск — Википедия

Компакт-диск

Оптический носитель информации. Процесс записи и считывания информации осуществляется при помощи лазера
Тип носителя оптический диск
Формат контента различный
Ёмкость обычно до 700 Мб (до 80 минут аудио)
Считывающий механизм лазер, длина волны 780 нм (инфракрасный), 150 КиБ/с (1×)
Записывающий механизм от 150 (1×) до 8400 КиБ/с (56×)
Международный стандарт Rainbow Books
Разработан Джеймс Рассел, Sony, Philips
Размер диаметр 120 мм, толщина 1,2 мм
Применение хранение аудио, видео и данных
Год выпуска 1982
Работа с оптическими дисками
Типы оптических дисков
  • Лазердиск/Laserdisc
  • Компакт-диск/Compact disc (CD): Audio CD, 5.1 Music Disc, Super Audio CD, Photo CD, CD-R, CD-ROM, CD-RW, CD Video (CDV), Video CD (VCD), Super Video CD, CD+G, CD-Text, CD-ROM XA, CD-Extra, CD-i Bridge, CD-i
  • Мини-диск/MiniDisc: Hi-MD
  • DVD: DVD-Audio, DVD-R, DVD+R, DVD-R DL, DVD+R DL, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RW DL, DVD+RW DL, DVD-RAM, DVD-D, DVD-ENAV
  • Blu-ray Disc (BD): BD-R, BD-RE, BD-ROM
  • HD DVD
  • HD VMD         CH-DVD
  • UDO
  • UMD
  • Голографическая память: HVD
  • 3D optical data storage
Форматы
Технологии защиты

Компакт-диск (англ. Compact Disc, CD) — оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера. Дальнейшим развитием компакт-дисков стали DVD и Blu-ray, а его ближайший «предок» — LD-диск.

Изначально компакт-диск был создан для хранения аудиозаписей в цифровом виде (известен как CD-Audio), однако в дальнейшем стал широко использоваться как носитель для хранения любых данных (файлов) в двоичном виде (т. н. CD-ROM — англ. Compact Disc Read Only Memory, компакт-диск с возможностью только чтения). В дальнейшем появились компакт-диски с возможностью не только чтения однократно занесённой на них информации, но и записи (CD-R — англ. Compact Disc-Recordable, записываемый компакт-диск) и перезаписи (CD-RW — англ. Compact Disc-ReWritable, перезаписываемый компакт-диск).

Формат файлов на CD-ROM отличается от формата записи аудио-компакт-дисков, и потому обычный проигрыватель аудио-компакт-дисков не может воспроизвести хранимую на них информацию — для этого требуется специализированный привод (устройство) для чтения таких дисков.

Компакт-диск был разработан и представлен в 1980 году компаниями Philips и Sony. Метод кодирования сигнала — импульсно-кодовая модуляция (ИКМ; англ. Pulse Code Modulation, PCM). Выпуск первого коммерческого (опытные образцы CD производились и ранее) музыкального CD анонсирован 20 июня 1982 года, и 17 августа того же года на заводе звукозаписывающей компании Polygram, расположенном в Лангенхагене неподалёку от Ганновера, был выпущен, по заказу Philips, первый в мире коммерческий компакт-диск, положив тем самым начало их массовому производству. Чести быть впервые изданными на CD удостоилась группа ABBA с альбомом «The Visitors»[1][2].

Первым компакт-диском, попавшим на прилавки музыкальных магазинов, был альбом Билли Джоэла 1978 года 52nd Street. Продажи CD с этой записью начались в Японии 1 октября 1982 года[3].

По данным Philips, за 25 лет в мире было продано более 200 млрд CD. Несмотря на то, что всё больше людей предпочитают приобретать музыкальные файлы через Интернет, по данным IFPI продажи компакт-дисков в 2007 году составляли около 70 % всех продаж музыки[4].

Значительный вклад в популяризацию компакт-дисков внесли Microsoft и Apple Computer. В 1987 году Джон Скалли, на тот момент CEO Apple Computer, сказал, что компакт-диски произведут революцию в мире персональных компьютеров. Одним из первых массовых мультимедийных компьютеров/развлекательных центров, использующих CD, была Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), позже компакт-диски стали использовать в игровых приставках Panasonic 3DO и Amiga CD32.

В России с середины 1990-х годов основной доход в отечественном издательском шоу-бизнесе пришёлся на продажу альбомов исполнителей и сборников музыки именно на компакт-дисках как на носителях.

Версия Джеймса Рассела[править | править код]

Существует версия о том, что компакт-диск изобрели вовсе не Philips и Sony, а американский физик Джеймс Рассел, работавший в компании Optical Recording. Уже в 1971 году он продемонстрировал своё изобретение для хранения данных. Делал он это для «личных» целей, желая предотвратить царапание своих грампластинок иглами звукоснимателей. А спустя восемь лет подобное устройство было «независимо» изобретено компаниями Philips и Sony[5].

Девятая симфония Бетховена[править | править код]

Очевидцы и участники переговоров о формате CD свидетельствуют, что в Philips и Sony до мая 1980 года не было единого мнения о внешнем диаметре диска. С точки зрения инженеров Sony, был достаточен диаметр в 100 мм, поскольку он позволяет миниатюризировать портативный проигрыватель. От высшего руководства Philips исходила идея сделать диск не более диагонального размера стандартной аудиокассеты (115 мм), имевшей на рынке большой успех. Кроме того, в этом случае диск соответствует нормальным рядам линейных размеров системы DIN.

Вице-президент корпорации Sony Норио Ога[6], музыкант[7], в свою очередь полагал, что диск должен быть в состоянии вместить Симфонию № 9 Бетховена. В этом случае, по его мнению, на дисках можно будет распространять до 95 % классических произведений[8][9]. Дальнейшие исследования показали, что, например, девятая симфония в исполнении берлинского филармонического оркестра под руководством Герберта фон Караяна имела продолжительность 66 минут. Наиболее продолжительным исполнением стала симфония под руководством Вильгельма Фуртвенглера, исполненная на байрейтском фестивале — 74 минуты. Это и послужило решающим аргументом при принятии решения о ёмкости диска[10][11]

«Как и в большинстве случаев, красивая история не имеет ничего общего с реальной жизнью. Эта история вышла из-под пера пиарщиков Philips», — считает бывший инженер Philips Кеес Имминк. Реальность же, по его мнению, была иной. Под Ганновером Philips уже подготовил производственную линию по выпуску компакт-дисков на заводе PolyGram. В минимальные сроки можно было запустить производство дисков размером 115 мм. Выпуск дисков размером 120 мм требовал значительных затрат денег и времени, поскольку был связан с заменой оснастки. По мнению Имминка, Sony не захотела смириться с ситуацией, что Philips получит преимущество по выходу на рынок[12].

Как бы то ни было, в мае 1980 года росчерком пера высшего руководства фирм был установлен окончательный размер диска в 120 мм с ёмкостью в 74 минуты аудиозаписи и частотой дискретизации в 44,1 кГц. Все прочие технические параметры пересчитывались, исходя из согласованных данных.

Компакт-диски имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 650 Мбайт информации (или 74 минуты звукозаписи). Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение получали диски объёмом 700 Мбайт, которые позволяют записать 80 минут аудио, впоследствии полностью вытеснившие диск объёмом 650 Мбайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт (90 минут) и больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают также синглы диаметром 8,9 см[источник не указан 3523 дня] (не путать с минидисками диаметром 8 см), на которые вмещается около 140 или 210 Мбайт данных или 21 минута аудио, и CD, формой напоминающие кредитные карточки (т. н. диски-визитки).

Увеличение ёмкости хранимой информации стало возможным благодаря полному использованию допусков на изготовление дисков. Так, например, расстояние между дорожками по стандарту ECMA-130 составляет 1,6 ± 0,1 микрометра, линейная скорость вращения диска 1,2 или 1,4 м/с ± 0,01 м/с с пропускной способностью 4,3218 Мбит/с. Ёмкость в 650 Мбайт соответствует скорости 1,41 м/с и расстоянию между дорожками, равному 1,7 мкм, а ёмкость в 800 Мбайт — скорости в 1,39 м/с[источник не указан 3567 дней] и расстоянию между дорожками в 1,5 мкм.

Тип Длительность,
минуты
Секторов Макс. размер CD-DA Макс. размер данных
байты МиБ байты МиБ
21 94 500 222 264 000 212,0 193 536 000 184,6
63 283 500 666 792 000 635,9 580 608 000 553,7
«650MB» 74 333 000 783 216 000 746,9 681 984 000 650,3
«700MB» 80 360 000 846 720 000 807,4 737 280 000 703,1
800MB 90 405 000 952 560 000 908,4 829 440 000 791,0
900MB 99 445 500 1 047 816 000 999,3 912 384 000 870,1

Геометрия диска[править | править код]

Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2 мм и диаметром 120 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.), защищенного слоем лака, на который обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышает помехоустойчивость системы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм (диаметр пальца человека). Вес диска без коробки составляет ~15,7 г. Вес диска в обычной jewel-коробке (не slim) равен ~74 г.

Кодирование информации[править | править код]

Формат хранения данных на диске, известный как Red Book («Красная книга»), был разработан компанией Sony. В соответствии с ним на компакт-диск можно записывать звук в два канала с 16-битной импульсно-кодовой модуляцией (PCM) и частотой дискретизации 44,1 кГц. Благодаря коррекции ошибок с помощью кода Рида — Соломона лёгкие радиальные царапины не влияют на читаемость диска. В случае возникновения ошибочных значений ИКМ-сигнала, которые не могли быть исправлены системой коррекции ошибок, они заменяются на приблизительные значения, полученные с помощью интерполяции верных данных. Philips также владеет всеми правами на знак «Compact disc digital audio», логотип формата аудио-компакт-дисков.

Информационная структура[править | править код]

CD-ROM под атомно-силовым микроскопом

Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (англ. pit — углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Промежутки между питами называются лендом (англ. land — пространство, основа). Шаг дорожек в спирали составляет 1,6 мкм. Питы рассеивают или поглощают падающий на них свет, а подложка — отражает. Поэтому записанный компакт-диск — пример отражательной дифракционной решётки с периодом 1,6 мкм. Для сравнения, у DVD период — 0,74 мкм.

Различают диски только для чтения («алюминиевые»), CD-R — для однократной записи, CD-RW — для многократной записи. Диски последних двух типов предназначены для записи на специальных пишущих приводах. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не воспроизводиться (в последнее время все производители бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW).

Считывание информации[править | править код]

Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, излучаемого полупроводниковым лазером. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отражённого света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром ~1,2 мкм. Если свет сфокусировался между питами (на ленде), то приёмный фотодиод регистрирует максимальный сигнал. В случае, если свет попадает на пит, фотодиод регистрирует меньшую интенсивность света.

Различие между дисками только для чтения (CD) и перезаписываемыми дисками (CD-R/RW) заключается в способе формирования питов. В диске только для чтения питы представляют собой некую рельефную структуру (фазовую дифракционную решётку), причём оптическая глубина каждого пита чуть меньше четверти длины волны света лазера, что приводит к разнице фаз в половину длины волны между светом, отражённым от пита и светом, отражённым от ленда. В результате в плоскости фотоприёмника наблюдается эффект деструктивной интерференции и регистрируется снижение уровня сигнала. В случае CD-R/RW пит представляет собой область с бо́льшим поглощением света, нежели ленд (амплитудная дифракционная решётка). В результате фотодиод также регистрирует снижение интенсивности отражённого от диска света. Длина пита изменяет как амплитуду, так и длительность регистрируемого сигнала.

Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150 КиБ/с (то есть 153 600 байт/с). Это 75 секторов в секунду, каждый по 2048 байт. Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения или записи, равную 48 × 150 = 7200 КиБ/с (7,03 МиБ/с).

Чистящий диск[править | править код]

Чистящий компакт-диск. Сверху над отверстием видна щёточка, чистящая линзу сенсора

Также существуют чистящие компакт-диски, на рабочую поверхность которого прикреплено чистящее устройство для чистки линзы сенсора (см. фото).

Спецификация компакт-дисков не предусматривает никакого механизма защиты от копирования — диски можно свободно размножать и воспроизводить. Однако начиная с 2002 года различные западные звукозаписывающие компании начали предпринимать попытки создать компакт-диски, защищённые от копирования. Суть почти всех методов сводится к намеренному внесению ошибок в данные, записываемые на диск, так, чтобы на бытовом CD-плеере или музыкальном центре диск воспроизводился, а на компьютере — нет. В итоге такие диски читаются далеко не на всех бытовых плеерах, а на некоторых компьютерах — читаются; выходит программное обеспечение, позволяющее копировать даже защищённые диски и т. д. Тем не менее звукозаписывающая индустрия продолжает испытывать всё новые методы.

Philips заявила, что на подобные диски, не соответствующие спецификациям «Red book», запрещается наносить знак «Compact disc digital audio».

Для дисков с данными существуют разнообразные методы защиты от копирования, например, метод измерения позиции данных, технологии StarForce, SecurDisc и др.

Формат CD-Audio (до появления программ cd-грабберов) являлся своеобразной защитой авторских прав и не позволял осуществить извлечение аудиофайлов с диска, например, с помощью приложения «Проводник Windows».

  1. Мастеринг — процесс подготовки данных для запуска в серию. (также см. SPARS-код)
  2. Фотолитография — процесс изготовления штампа диска. На стеклянный диск наносится слой фоторезиста, на который производится запись информации. Фоторезист — полимерный светочувствительный материал, который под действием света изменяет свои физико-химические свойства.
  3. Запись информации. Запись производится лазерным лучом, мощность которого модулируется записываемой информацией. Для создания пита мощность лазера повышается, что приводит к разрушению химических связей молекул фоторезиста, в результате чего он «задубевает».
  4. Проявка фоторезиста. Поверхность фоторезиста подвергается травлению (кислотному, щелочному, плазменному), при котором удаляются те области фоторезиста, которые не были экспонированы лазерным лучом.
  5. Гальванопластика. Проявленный стеклянный мастер-диск помещается в гальваническую ванну, где на его поверхность производится электролитическое осаждение тонкого слоя никеля.
  6. Штамповка дисков методом литья под давлением с использованием полученного штампа.
  7. Напыление зеркального металлического (алюминий, золото, серебро и др.) слоя на информационный слой.
  8. Нанесение защитного лака.
  9. Нанесение графического изображения — лейбла (от англ. Label).

Существуют и диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disc Recordable) для однократной и CD-RW (Compact Disc ReWritable) для многократной записи. В таких дисках используется специальный активный материал, позволяющий производить запись/перезапись информации. Различают диски с органическим (в основном, диски CD-R-типа) и неорганическим (в основном, CD-RW-диски) активным материалом.

При использовании органического активного материала запись осуществляется путём разрушения химических связей материала, что приводит к его потемнению (изменению коэффициента отражения материала). При использовании неорганического активного материала запись осуществляется изменением коэффициента отражения материала в результате его перехода из аморфного агрегатного состояния в кристаллическое, и наоборот. И в том, и в другом случае запись производится модуляцией мощности лазера.

В просторечии такие записываемые диски называются «болванками». Процесс записи называется «прожигом» (от англ. to burn) диска.

Технология HD-BURN[13][править | править код]

Суть технологии записи высокой плотности заключается в применении двух новых принципов, которые позволяют записывать вдвое больше информации на обычном носителе — диске CD-R.

  1. Длина пита на диске уменьшается до 0,62 мкм.[уточнить] Длина пита обычного CD составляет 0,83 мкм.[уточнить] Это означает, что HD-BURN увеличивает ёмкость диска в 1,35 раза. Длина пита 0,62 мкм была выбрана для того, чтобы все существующие DVD Video-плееры и приводы DVD-ROM смогли считывать HD-BURN-диски после незначительной модернизации.
  2. Применяется иная система коррекции ошибок: вместо CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code — перемежающийся код Рида — Соломона) используется RS-PC (RS-PRODUCT Code) с модуляцией 8-16. Это позволило увеличить ёмкость ещё в 1,49 раза. По сообщению Sanyo, система коррекции ошибок RS-PC не только более компактна, но и эффективней, чем CIRC.[источник не указан 2749 дней]

В итоге ёмкость одного CD, записанного в режиме HD-BURN, в два раза превышает ёмкость компакт-диска, записанного в обычном режиме.

Shaped CD (англ.) (фигурный компакт-диск) — диск CD-ROM, но не строго круглой, а произвольной формы, с очертанием внешнего контура в виде разнообразных объектов, таких как силуэты, машины, самолёты, сердечки, звёздочки, овалы, в форме кредитных карточек и т. д. Обычно применяется в шоу-бизнесе как носитель аудио- и видеоинформации. Был запатентован рекорд-продюсером Марио Коссом в Германии (1995).

Обычно диски с формой, отличающейся от круглой, не рекомендуют применять в приводах CD-ROM, поскольку при высоких скоростях вращения диск может лопнуть и полностью вывести привод из строя. Поэтому перед вставкой Shape CD в привод следует принудительно ограничить скорость вращения диска с помощью специальных программ. Тем не менее и эта мера не даёт гарантии безопасности CD-привода.

Начиная с Ubuntu 12.10 образ стал превышать 700 МБ. Windows 7 уже официально не поддерживает установку с CD — последней операционной системой семейства, способной установиться с CD, является Windows Vista (через набор CD по заказу). Музыкальные плееры уже делают ориентированными на USB/TF без привода, в результате чего CD уступает место DVD и флеш-накопителям. Компьютерные приводы, способные работать только с CD, уже не выпускаются. В настоящее время значимость CD угасает, компьютерная индустрия всё меньше и меньше ориентируется на ёмкость CD. Образы операционных систем растут за пределы CD.

Трещины в ступице вокруг отверстия, возникшие в результате разбортовки и распространившиеся на рабочую поверхность диска, приведя его в негодность

Рабочая поверхность CD-диска в процессе эксплуатации (от высоких скоростей вращения и воздействия лазерного луча) постепенно царапается, что в итоге приводит диск в полную негодность и чтение становится невозможным (в просторечии это называется «диск заезжен»). Кроме того, установка диска на ступицу электродвигателя и последующее снятие его с неё со временем ослабляет внутреннее пространство отверстия, что в итоге приводит к разбортовке, и плотная посадка не обеспечивается. Это может привести к трещинам, которые могут распространиться на рабочую поверхность и чтение данных также станет невозможным. Разбортовка также постепенно возникает в результате усталости материала от высоких динамических нагрузок за счёт высоких скоростей вращения. Разбортовка также опасна и тем, что диск может разрушиться внутри привода и его обломки могут нанести ему ущерб. Особенно высок риск в ноутбуках, так как там дисковод не прикрыт от системной платы и обломки могут нанести ей ущерб. Во многом из-за прочностных характеристик значимость CD постепенно угасает, уступая место более совершенным твердотельным накопителям.

  • Накадзима Х., Огава Х. Цифровые грампластинки. — М.: Радио и связь, 1988. — 168 с.
  • Боухьюз Г., Браат Дж., Хейсер А. и др. Оптические дисковые системы = Principles of Optical Disc Systems. — М.: Радио и связь, 1991. — 280 с. — ISBN 5-256-00378-X.
  • Э. Таненбаум. Современные операционные системы = Modern operating systems. — 2-е изд. — Питер, 2006. — 1037 с. — ISBN 0-13-031358-0.
  • Марк Л. Чемберс. Запись компакт-дисков и DVD для «чайников» = CD & DVD Recording For Dummies. — 2-е изд. — М.: Диалектика, 2005. — 304 с. — ISBN 0-7645-5956-7.

ru.wikipedia.org


Смотрите также



© 2010- GutenBlog.ru Карта сайта, XML.