Memória flash. Solid State Drive. Tipos de memória flash. Cartão de memória

A memória flash é um tipo de durávelmemória para computadores cujo conteúdo pode ser reprogramado ou apagado por um método elétrico. Em comparação com a memória somente leitura programável apagável eletricamente, as ações nela podem ser executadas em blocos que estão em lugares diferentes. A memória flash custa muito menos do que a EEPROM, por isso se tornou a tecnologia dominante. Especialmente em situações em que o armazenamento de dados sustentado e de longo prazo é necessário. Seu uso é permitido em uma variedade de casos: players de áudio digital, câmeras de foto e vídeo, telefones celulares e smartphones, onde existem aplicativos especiais para Android no cartão de memória. Além disso, ele também é usado em unidades flash USB, usadas tradicionalmente para armazenar informações e transferi-las entre computadores. Ganhou alguma popularidade no mundo dos jogadores, onde é frequentemente usado em um recibo para armazenar dados sobre o progresso do jogo.

Descrição geral

Memória Flash é o tipo queé capaz de armazenar informações em sua placa por um longo tempo sem usar energia. Além disso, você pode notar a maior velocidade de acesso aos dados, bem como uma melhor resistência ao choque cinético em comparação com os discos rígidos. É graças a tais características que se tornou popular para dispositivos alimentados por baterias e baterias. Outra vantagem inegável é que, quando a memória flash é compactada em uma placa sólida, é quase impossível destruí-la por alguns métodos físicos padrão, o que resiste à água fervente e à alta pressão.

Acesso de dados de baixo nível

Uma maneira de acessar dados que estão noA memória flash é muito diferente do que é usado para tipos convencionais. O acesso de baixo nível é fornecido pelo driver. A RAM normal responde imediatamente às chamadas para ler informações e seus registros, retornando os resultados de tais operações, e o dispositivo de memória flash é tal que leva tempo para reflexão.

O dispositivo e o princípio de funcionamento

Atualmente, a memória flash é comumque é criado em elementos de transistor único com um portão "flutuante". Graças a isso, é possível fornecer uma maior densidade de armazenamento de dados em comparação com a RAM dinâmica, que requer um par de transistores e um elemento de capacitor. No momento, o mercado abunda em uma variedade de tecnologias para construir os elementos básicos para este tipo de mídia, que são desenvolvidos pelos principais fabricantes. Ele difere no número de camadas, nos métodos de registro e apagamento de informações, bem como na organização da estrutura, que geralmente é indicada no título.

Atualmente, existem alguns tiposMicrochips mais comuns: NOR e NAND. Em ambos, a conexão dos transistores de memória é feita para as linhas de bits - em paralelo e sequencialmente, respectivamente. No primeiro tipo, os tamanhos das células são muito grandes e existe a possibilidade de acesso aleatório rápido, que permite executar programas diretamente da memória. O segundo é caracterizado por tamanhos de célula menores, bem como acesso seqüencial mais rápido, o que é muito mais conveniente quando se trata de construir dispositivos do tipo bloco onde informações em larga escala serão armazenadas.

Na maioria dos dispositivos portáteis, o estado sólidoO drive usa o tipo de memória NOR. No entanto, agora cada vez mais populares são dispositivos com uma interface USB. Eles usam memória do tipo NAND. Gradualmente, desloca o primeiro.

O principal problema é a fragilidade

As primeiras amostras de drives flash USB não sãousuários satisfeitos com altas velocidades. No entanto, agora a velocidade de gravação e leitura de informações está no nível em que você pode ver um filme completo ou executar um sistema operacional no computador. Vários fabricantes já demonstraram máquinas onde o disco rígido é substituído pela memória flash. Mas essa tecnologia tem uma desvantagem muito significativa, que se torna um obstáculo para substituir a portadora atual por discos magnéticos existentes. Devido aos recursos do dispositivo de memória flash, ele permite que você apague e grave informações em um número limitado de ciclos, o que é possível mesmo para dispositivos pequenos e portáteis, sem mencionar a frequência com que isso é feito nos computadores. Se você usar esse tipo de mídia como uma unidade de estado sólido em um PC, uma situação crítica ocorrerá rapidamente.

Isso se deve ao fato de que essa unidade é construídana propriedade de transistores de efeito de campo a serem armazenados no portão de carga eléctrica "flutuante", a ausência ou a presença dos quais no transistor é visto como um lógico um ou zero no sistema binário. Gravação e apagar os dados nos electrões NAND de memória encapsulado produzidos pelo método de Fowler-Nordheim envolvendo dieléctrico. Ele não requer uma alta tensão que permite que o tamanho mínimo da célula. Mas exatamente este processo leva à deterioração física das células, uma vez que a corrente elétrica, neste caso, faz com que os elétrons penetram na porta, quebrando o dielétrico barreira. No entanto, o prazo de validade garantido dessa memória é de dez anos. chip de depreciação não é por causa de ler as informações, mas por causa das operações de sua apagar e escrever, porque a leitura não requer mudanças na estrutura das células, mas só passa uma corrente elétrica.

Naturalmente, os fabricantes de memória estão ativostrabalham no sentido de aumentar a vida útil dos drives de estado sólido desse tipo: eles estão comprometidos em garantir a uniformidade dos processos de escrita / apagamento nas células do array, para que alguns não se desgastem mais do que outros. Para distribuição de carga uniforme, os caminhos de software são usados ​​predominantemente. Por exemplo, para eliminar esse fenômeno, a tecnologia de "equalização de desgaste" é aplicada. Nesse caso, os dados, que geralmente são alterados, são movidos para o espaço de endereço da memória flash, porque a gravação é realizada em endereços físicos diferentes. Cada controlador é equipado com seu próprio algoritmo de alinhamento, por isso é muito difícil comparar a eficácia de certos modelos, uma vez que os detalhes da implementação não são divulgados. Como a cada ano os volumes de drives flash tornam-se cada vez mais, é necessário aplicar algoritmos de trabalho cada vez mais eficazes, o que permite garantir a estabilidade do funcionamento dos dispositivos.

Solução de problemas

Uma das formas mais eficazes de combaterEsses fenômenos se tornou uma certa memória redundância, devido a que a carga é assegurada a uniformidade e correção de erros por meio de algoritmos especiais para o encaminhamento lógico físico blocos de substituição que ocorrem com o uso pesado de cartão de memória. E para evitar a perda de informações de célula, defeituoso, bloqueado ou substituído pelo backup. Esse tipo de software torna possível bloquear a distribuição para assegurar a uniformidade da carga, aumentando o número de ciclos por 3-5 vezes, mas isso não é suficiente.

Cartão de memória e outros tipos de unidadescaracterizado pelo fato de que uma tabela com o sistema de arquivos é armazenada em sua área de serviço. Isso evita interrupções na leitura de informações em um nível lógico, por exemplo, com um desligamento incorreto ou com uma queda repentina de energia. E como o armazenamento em cache não é fornecido pelo sistema ao usar dispositivos removíveis, a substituição frequente tem o efeito mais prejudicial na tabela de alocação de arquivos e no conteúdo dos catálogos. E mesmo programas especiais para cartões de memória não são capazes de ajudar nessa situação. Por exemplo, durante uma única chamada, o usuário copiou mil arquivos. E, ao que parece, eu só apliquei uma vez os blocos para gravar onde eles são colocados. Mas as áreas de atendimento correspondiam a cada atualização de qualquer arquivo, ou seja, as tabelas de alocação passaram por esse procedimento mil vezes. Por esse motivo, em primeiro lugar, os blocos ocupados por esses dados falharão. A tecnologia do "nivelamento do desgaste" também funciona com esses blocos, mas sua eficácia é muito limitada. E, em seguida, não importa o tipo de computador que você usa, a unidade flash falhará mesmo quando for fornecida pelo criador.

Deve-se notar que o aumento na capacidade de microcircuitostais dispositivos apenas resultaram em uma redução no número total de ciclos de registro, uma vez que as células estão se tornando menores e, portanto, cada vez menos tensão é necessária para dissipar as barreiras de óxido que isolam a "porta flutuante". E aqui a situação se desenvolve de tal forma que, com o aumento da capacidade dos dispositivos utilizados, o problema de sua confiabilidade tornou-se cada vez mais agravado, e a classe de cartão de memória agora depende de muitos fatores. A confiabilidade do trabalho de tal solução é determinada por suas características técnicas, bem como pela situação no mercado que se desenvolveu no momento. Por causa da dura concorrência, os fabricantes são forçados a reduzir o custo de produção por qualquer meio. Incluindo através da simplificação da construção, o uso de componentes de um conjunto mais barato, enfraquecendo o controle sobre a fabricação e outros métodos. Por exemplo, o cartão de memória da Samsung custará mais do que os menos conhecidos, mas sua confiabilidade causa muito menos perguntas. Mas mesmo aqui é difícil falar sobre a completa ausência de problemas, e é difícil esperar algo mais de dispositivos de produtores completamente desconhecidos.

Perspectivas para o desenvolvimento

Se houver vantagens óbvias, há um todouma série de desvantagens que caracterizam o cartão de memória SD, impedindo uma maior expansão do seu escopo. É por isso que a busca constante por soluções alternativas nessa área está em andamento. É claro que, antes de tudo, tentar melhorar os tipos existentes de memória flash, que não leva a algumas mudanças fundamentais no processo de produção existente. Então, sem dúvida, apenas um: empresas envolvidas fabricação destes tipos de unidades, irá tentar usar todo o seu potencial, antes de passar para um tipo diferente de continuar a melhorar a tecnologia tradicional. Por exemplo, Cartão de Memória Sony produzidos atualmente em uma ampla gama de volumes, portanto, presume-se que ele é e continuará a ser vendido ativamente.

No entanto, até hoje, na véspera de umaimplementação é um complexo de um técnicas de armazenamento de dados alternativas, algumas das quais podem ser implementadas imediatamente após a ocorrência de condições de mercado favoráveis.

RAM ferroelétrica (FRAM)

Tecnologia do princípio de armazenamento ferroelétricoinformação (RAM Ferroelétrica, FRAM) é proposta com o objetivo de aumentar o potencial de memória não volátil. Acredita-se que o mecanismo da tecnologia disponível, o qual consiste em substituir os dados no processo de leitura de todas as modificações dos componentes básicos, leva a um certo confinamento do potencial de dispositivos de alta velocidade. E FRAM é uma memória caracterizada pela simplicidade, alta confiabilidade e rapidez na operação. Estas propriedades são agora típicas para DRAM - RAM não volátil, que existe no momento. Mas também será adicionada a possibilidade de armazenamento de dados a longo prazo, que é caracterizado por um cartão de memória SD. Entre as vantagens desta tecnologia pode ser distinguido resistência a diferentes tipos de radiação penetrante que podem ser reclamados em dispositivos especiais que são utilizadas para trabalho em condições de aumento da radioactividade ou em investigação espacial. O mecanismo de armazenamento de informações é realizado aqui devido à aplicação do efeito ferroelétrico. Isso implica que o material é capaz de manter a polarização na ausência de um campo elétrico externo. Cada célula de memória FRAM é formado através da colocação da película ultrafina de material ferroeléctrico sob a forma de cristais entre um par de eléctrodos plana de metal que formam um condensador. Os dados neste caso são armazenados dentro da estrutura cristalina. E isso impede o efeito do vazamento da carga, o que causa perda de informação. Os dados na memória FRAM são retidos mesmo quando a fonte de alimentação é desconectada.

RAM magnética (MRAM)

Outro tipo de memória, que por hojedia é considerado muito promissor, é MRAM. É caracterizado por indicadores de alta velocidade e não volatilidade. A célula elementar, neste caso, é uma fina película magnética colocada em um substrato de silício. MRAM é uma memória estática. Ele não precisa ser substituído periodicamente e as informações não serão perdidas quando a energia for desligada. No momento, a maioria dos especialistas concorda que esse tipo de memória pode ser chamado de tecnologia de última geração, já que o protótipo existente demonstra indicadores de alta velocidade. Outra vantagem desta solução é o baixo custo dos chips. A memória flash é fabricada de acordo com um processo CMOS especializado. E os chips MRAM podem ser fabricados em um processo padrão. E os materiais podem servir aqueles que são usados ​​em meios magnéticos convencionais. Produzir grandes quantidades desses chips é muito mais barato do que todos os outros. Uma propriedade importante do MRAM é a capacidade de ativar instantaneamente. E isso é especialmente valioso para dispositivos móveis. Afinal, neste tipo o valor da célula é determinado pela carga magnética, e não pela carga elétrica, como na memória flash tradicional.

Memória Unificada Ovônica (OUM)

Outro tipo de memória, que está trabalhando ativamenteMuitas empresas são uma unidade de estado sólido baseada em semicondutores amorfos. Baseia-se na tecnologia de transição de fase, que é semelhante ao princípio de gravação em discos convencionais. Aqui, o estado de fase da matéria num campo elétrico varia de cristalino a amorfo. E essa mudança é mantida mesmo na ausência de tensão. De discos ópticos tradicionais tais dispositivos diferem em que o aquecimento ocorre devido à ação de uma corrente elétrica, em vez de um laser. A leitura neste caso é realizada devido à diferença na refletividade da substância em vários estados, que é percebida pelo sensor da unidade. Teoricamente, esta solução tem alta densidade de armazenamento de dados e máxima confiabilidade, além de maior velocidade. Alta aqui é o indicador do número máximo de ciclos de reescrita, para o qual o computador é usado, a unidade flash fica com várias ordens de magnitude neste caso.

RAM de calcogeneto (CRAM) e memória de mudança de fase (PRAM)

Essa tecnologia também é baseada na fasetransições, quando em uma fase a substância usada no portador atua como um material amorfo não condutor, e na segunda serve como um condutor cristalino. A transição da célula de armazenamento de um estado para outro é realizada por campos elétricos e aquecimento. Esses chips são caracterizados pela resistência à radiação ionizante.

Informações Impresso de Multicamadas (Info-MICA)

O trabalho de dispositivos construídos com base em taistecnologia, é realizada com base no princípio da holografia de película fina. A informação é gravada da seguinte forma: primeiro é gerada uma imagem bidimensional, que é transmitida ao holograma usando a tecnologia CGH. Os dados são lidos fixando o feixe de laser na borda de uma das camadas graváveis ​​que servem como guias de ondas ópticas. A luz se propaga ao longo do eixo, que é colocado paralelo ao plano da camada, formando uma imagem na saída correspondente às informações registradas anteriormente. Os dados iniciais podem ser obtidos a qualquer momento, graças ao algoritmo de codificação inversa.

Este tipo de memória é vantajosamente diferente desemicondutor devido ao fato de que fornece uma alta densidade de gravação, baixo consumo de energia, bem como de baixo custo da transportadora, segurança ambiental e segurança contra o uso não autorizado. Mas tal cartão de memória não permite reescrever informações, de modo que pode servir apenas como armazenamento de longo prazo, substituição de um meio de papel ou uma alternativa aos discos ópticos para a distribuição de conteúdo multimídia.