Disk ve flash bellek nedir? Pci flash bellek nedir - flash bellek kapasitesi

Flaş Bellek Nedir?

Flash Bellek/USB sürücüsü veya flash bellek bilgi için ek bir depolama ortamı olarak kullanılan minyatür bir depolama cihazıdır. Cihaz bir USB arayüzü aracılığıyla bir bilgisayara veya başka bir okuma cihazına bağlanır.

Bir USB flash sürücü, genellikle 10 ila 100 yıl arasında değişen belirli bir kullanım ömrü boyunca tekrar tekrar okunacak şekilde tasarlanmıştır. Flash belleğe yalnızca sınırlı sayıda (yaklaşık bir milyon döngü) yazılabilir.

Flash belleğin, Flash bellekle karşılaştırıldığında daha güvenilir ve kompakt olduğu düşünülmektedir. sabit sürücüler(HDD) çünkü hareketli mekanik parçası yoktur. Bu cihaz dijital üretiminde oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. taşınabilir aletler: fotoğraf ve video kameralar, ses kayıt cihazları ve MP3 oynatıcılar, PDA'lar ve cep telefonları. Bununla birlikte Flash Bellek, modemler, PBX'ler, tarayıcılar, yazıcılar veya yönlendiriciler gibi çeşitli ekipmanlardaki ürün yazılımını depolamak için kullanılır. Belki de modern USB sürücülerin tek dezavantajı nispeten küçük hacimleridir.

Flash Belleğin Tarihçesi

İlk flash bellek 1984 yılında ortaya çıktı, meslektaşı Shoji Ariizumi'nin bu cihazın çalışma prensibini flaşla karşılaştırdığı ve ilk olarak ona "flaş" adını verdiği Toshiba mühendisi Fujio Masuoka (Fujio Masuoka) tarafından icat edildi. Flash Belleğin halka açık sunumu 1984 yılında Intel'in bu buluşla ilgilenmeye başladığı San Francisco, Kaliforniya'da düzenlenen Uluslararası Elektronik Cihazlar Seminerinde gerçekleşti. Dört yıl sonra uzmanlar ilk ticari tip flash işlemciyi piyasaya sürdü. 2010 yılı sonunda en büyük flash sürücü üreticileri, bu pazarın% 32'sini elinde bulunduran Samsung ve% 17'sini Toshiba'ydı.

USB flash sürücü nasıl çalışır?

Tüm bilgiler bir Flash sürücüye yazılır ve hücreler (hücreler) adı verilen kayan kapı transistörlerinden oluşan dizisinde saklanır. İÇİNDE geleneksel cihazlar Tek seviyeli hücrelerde her biri yalnızca bir bitlik veriyi “hatırlar”. Bununla birlikte, çok seviyeli hücrelere (çok seviyeli hücre veya üç seviyeli hücre) sahip bazı yeni çipler, daha büyük miktarda bilgiyi depolama kapasitesine sahiptir. Bu durumda transistörün kayan kapısı üzerinde farklı bir elektrik yükünün kullanılması gerekir.

USB Sürücünün Temel Özellikleri

Şu anda mevcut olan flash sürücülerin kapasitesi birkaç kilobayttan yüzlerce gigabayta kadar değişmektedir.

2005 yılında Toshiba ve SanDisk uzmanları, toplam hacmi 1 GB olan bir NAND işlemciyi tanıttı. Bu cihazı oluştururken, bir transistörün yüzen bir kapı üzerinde farklı bir elektrik yükü kullanarak birkaç bit veriyi depolayabildiği çok seviyeli hücre teknolojisini kullandılar.

Ertesi yılın Eylül ayında Samsung, 40 nm teknolojik süreç temelinde geliştirilen 4 gigabaytlık bir çipi kamuoyuna sundu ve 2009'un sonunda Toshiba teknoloji uzmanları, 64 GB'lık bir flash sürücünün oluşturulduğunu duyurdu. gelecek yılın başında seri üretime geçti.

2010 yazında on altı adet 8 GB modülden oluşan insanlık tarihinin ilk 128 GB USB sürücüsünün tanıtımı gerçekleşti.

Nisan 2011'de Intel ve Micron, 2011 yılı sonunda seri üretimine başlanan, benzer cihazların neredeyse yarısı büyüklüğünde, 118 mm alana sahip 8 GB MLC NAND flash çipinin oluşturulduğunu duyurdu.

Bellek kartı ve flash sürücü türleri

Oldukça büyük boyutlara (43x36x3,3 mm) sahip olduğundan, esas olarak profesyonel video ve fotoğraf ekipmanlarında kullanılır, bunun sonucunda cep telefonlarına veya MP3 oynatıcılara Kompakt Flash yuvası takmak oldukça sorunludur. Aynı zamanda kartın pek güvenilir olmadığı ve veri işleme hızının da yüksek olmadığı düşünülüyor. Compact Flash'ın izin verilen maksimum kapasitesi şu anda 128 GB'a ulaşmış olup veri kopyalama hızı 120 MB/s'ye çıkmıştır.

RS-MMC/Küçük Boyutlu Multimedya Kartı- standart bir MMC kartının yarısı uzunluğunda - 24x18x1,4 mm ve yaklaşık 6 gram ağırlığında bir hafıza kartı. Aynı zamanda normal bir MMC kartının diğer tüm özellikleri ve parametreleri korunur. RS-MMC kartlarını kullanmak için bir adaptör kullanmanız gerekir.

MMCmicro- yalnızca 14x12x1,1 mm boyutlarında ve mobil cihazlar için tasarlanmış minyatür bir hafıza kartı. Kullanmak için standart bir MMC yuvası ve özel bir adaptör kullanmanız gerekir.

MMC kartına çok benzeyen 32x24x2,1 mm parametre ve boyutlarına rağmen, bu harita standart MMC yuvasıyla kullanılamaz.

SDHC/SD Yüksek Kapasite modern kullanıcılar tarafından SD 1.0, SD 1.1 ve SD 2.0 (SDHC) olarak bilinen yüksek kapasiteli bir SD hafıza kartıdır. Bu cihazlar, üzerlerine yerleştirilebilecek izin verilen maksimum veri miktarı bakımından farklılık gösterir. Yani SD için 4 GB, SDHC için ise 32 GB şeklinde kapasite limitleri mevcut. SDHC kartı, SD ile geriye doğru uyumludur. Her iki seçenek de üç fiziksel boyut biçiminde mevcuttur: standart, mini ve mikro.

microSD/Micro Secure Dijital Kart- 2011 yılına göre en kompakt çıkarılabilir flash bellek cihazıdır, boyutları 11x15x1 mm'dir, bu da kullanılmasına olanak sağlar cep telefonları, iletişim cihazları vb. Yazma koruma anahtarı microSD-SD adaptöründe bulunur ve mümkün olan maksimum kart kapasitesi 32 GB'dir.

Memory Stick Mikro/M2- formatı microSD ile boyut olarak rekabet eden bir hafıza kartı, ancak avantajı Sony cihazlarda devam ediyor.

Flash bellek, bilgisayarlar için yeniden programlanabilen veya silinebilen dayanıklı bir bellek türüdür elektrik yöntemi. Elektrikle Silinebilir Programlanabilir Salt Okunur Bellek ile karşılaştırıldığında, üzerinde bloklar halinde eylemler gerçekleştirilebilir. farklı yerler. Flash belleğin maliyeti EEPROM'dan çok daha düşüktür, bu nedenle baskın teknoloji haline gelmiştir. Özellikle istikrarlı ve uzun süreli veri depolamanın gerekli olduğu durumlarda. Kullanımına çok çeşitli durumlarda izin verilir: hafıza kartı için özel Android uygulamalarının bulunduğu dijital ses oynatıcılarda, fotoğraf ve video kameralarda, cep telefonlarında ve akıllı telefonlarda. Ayrıca, geleneksel olarak bilgi kaydetmek ve bilgisayarlar arasında aktarmak için kullanılan USB flash sürücülerde de kullanılır. Genellikle oyun ilerleme verilerini depolamak için kullanıldığı oyuncu dünyasında bir miktar ün kazanmıştır.

Genel açıklama

Flash bellek, kartında bilgi depolayabilen bir türdür uzun zaman güç kullanmadan. Ek olarak, en yüksek veri erişim hızına ve ayrıca daha iyi direnç sabit disklerle karşılaştırıldığında kinetik şoka karşı. Bu özellikleri sayesinde pillerle ve şarj edilebilir pillerle çalışan cihazlar arasında bu kadar popüler hale geldi. Bir diğer yadsınamaz avantaj Flash bellek katı bir karta sıkıştırıldığında herhangi bir standart fiziksel yöntemle yok edilmesi neredeyse imkansızdır, dolayısıyla kaynar suya ve yüksek basınca dayanabilir.

Düşük seviyeli veri erişimi

Flaş bellekte bulunan verilere erişim şekli, geleneksel türlerden çok farklıdır. Sürücü üzerinden düşük seviyeli erişim sağlanır. Geleneksel RAM, bilgi okuma ve yazma çağrılarına anında yanıt vererek bu tür işlemlerin sonuçlarını döndürür, ancak flash belleğin tasarımı, bunun hakkında düşünmek zaman alacak şekildedir.

Tasarım ve çalışma prensibi

Açık şu an"Yüzen" bir kapıya sahip tek transistörlü elemanlar üzerinde oluşturulan flash bellek yaygındır. Bu sayede diğerlerine göre daha fazla veri depolama yoğunluğu sağlamak mümkün olmaktadır. dinamik RAM bir çift transistör ve bir kapasitör elemanı gerektirir. Şu anda pazar, önde gelen üreticiler tarafından geliştirilen, bu tür medya için temel unsurların oluşturulmasına yönelik çeşitli teknolojilerle doludur. Katman sayısı, bilgi kaydetme ve silme yöntemleri ve genellikle adında belirtilen yapının organizasyonu ile ayırt edilirler.

Şu anda en yaygın olan birkaç çip türü vardır: NOR ve NAND. Her ikisinde de depolama transistörleri bit veri yollarına sırasıyla paralel ve seri olarak bağlanır. İlk tür oldukça büyük hücre boyutlarına sahiptir ve hızlı rastgele erişime izin vererek programların doğrudan bellekten çalıştırılmasına olanak tanır. İkincisi, daha küçük hücre boyutlarının yanı sıra hızlı sıralı erişim ile karakterize edilir; bu, büyük miktarda bilginin depolanacağı blok tipi cihazların oluşturulması gerektiğinde çok daha uygundur.

Çoğu taşınabilir cihaz katı hal sürücüsü NOR bellek türünü kullanır. Ancak USB arayüzlü cihazlar giderek daha popüler hale geliyor. NAND belleği kullanırlar. Yavaş yavaş ilkinin yerini alır.

Asıl sorun kırılganlık

Seri üretilen flash sürücülerin ilk örnekleri, yüksek hızlara sahip kullanıcıları memnun etmedi. Ancak artık bilgi yazma ve okuma hızı öyle bir seviyede ki, uzun metrajlı bir filmi izleyebilir veya bilgisayarınızda bir işletim sistemini çalıştırabilirsiniz. Bir dizi üretici, sabit sürücünün yerine flash belleğin kullanıldığı makineleri zaten gösterdi. Ancak bu teknolojinin çok önemli bir dezavantajı var ve bu, mevcut olanları bu taşıyıcıyla değiştirmenin önünde engel teşkil ediyor. manyetik diskler. Flash belleğin tasarımı nedeniyle, sınırlı sayıda döngüde bilgilerin silinmesine ve yazılmasına olanak tanır; bu, bilgisayarlarda ne kadar sık ​​​​yapıldığından bahsetmeye bile gerek yok, küçük ve taşınabilir cihazlar için bile mümkündür. Bu tür medyayı bir PC'de yarıiletken sürücü olarak kullanırsanız, kritik bir durum çok çabuk gelecektir.

Bunun nedeni böyle bir sürücünün mülk üzerine inşa edilmiş olmasıdır. Alan Etkili Transistörler transistörde yokluğu veya varlığı mantıksal bir veya sıfır olarak kabul edilen "yüzen" bir kapıda depolayın İkili Yazma ve NAND belleğindeki verilerin silinmesi, bir dielektrik katılımıyla Fowler-Nordheim yöntemi kullanılarak tünellenmiş elektronlar kullanılarak gerçekleştirilir. Bu, minimum boyutlarda hücreler oluşturmanıza izin veren şeyleri gerektirmez. Ancak hücrelere yol açan da bu süreçtir, çünkü bu durumda elektrik akımı elektronları dielektrik bariyerini aşarak kapıya nüfuz etmeye zorlar. Ancak bu tür bir belleğin garanti edilen raf ömrü on yıldır. Mikro devrenin aşınması, bilgilerin okunması nedeniyle değil, onu silme ve yazma işlemleri nedeniyle meydana gelir, çünkü okuma hücrelerin yapısının değiştirilmesini gerektirmez, yalnızca elektrik akımını geçirir.

Doğal olarak bellek üreticileri, katı hal sürücülerinin hizmet ömrünü uzatmak için aktif olarak çalışıyor bu türden: bazılarının diğerlerinden daha fazla yıpranmaması için dizideki hücreler arasında yazma/silme işlemlerinin tekdüzeliğini sağlamayı amaçlarlar. Yükü eşit olarak dağıtmak için ağırlıklı olarak yazılım yolları kullanılır. Örneğin bu olguyu ortadan kaldırmak için “aşınma dengeleme” teknolojisi kullanılıyor. Bu durumda sıklıkla değişikliğe uğrayan veriler flash belleğin adres alanına taşınır, böylece kayıt farklı fiziksel adreslerde gerçekleştirilir. Her kontrolör kendi hizalama algoritmasıyla donatılmıştır, bu nedenle uygulama ayrıntıları açıklanmadığından çeşitli modellerin etkinliğini karşılaştırmak çok zordur. Flash sürücülerin hacmi her geçen yıl arttığından, cihazların kararlı çalışmasını garanti etmek için giderek daha verimli işletim algoritmalarının kullanılması gerekmektedir.

Sorun giderme

Bu fenomenle mücadele etmenin en etkili yollarından biri, yoğun çalışma sırasında ortaya çıkan fiziksel blokları bir flash sürücüyle değiştirmek için özel mantıksal yeniden yönlendirme algoritmaları aracılığıyla yük tekdüzeliği ve hata düzeltmesini sağlayan belirli bir miktarda bellek ayırmaktır. Bilgi kaybını önlemek için arızalanan hücreler bloke edilir veya yedek hücrelerle değiştirilir. Blokların bu yazılım dağıtımı, döngü sayısını 3-5 kat artırarak yük tekdüzeliğinin sağlanmasını mümkün kılar, ancak bu yeterli değildir.

Ve diğer benzer sürücü türleri, hizmet alanlarına dosya sistemine sahip bir tablonun girilmesiyle karakterize edilir. Örneğin yanlış kapatma veya beslemenin ani durması durumunda bilgilerin mantıksal düzeyde okunmasındaki hataları önler. elektrik enerjisi. Sistem, çıkarılabilir aygıtlar kullanılırken önbellekleme sağlamadığından, sık sık yeniden yazma, dosya ayırma tablosu ve dizin içindekiler tablosu üzerinde en zararlı etkiye sahiptir. Ve hafıza kartlarına yönelik özel programlar bile bu durumda yardımcı olamaz. Örneğin, tek seferlik bir istek sırasında kullanıcı bin dosyanın üzerine yazmıştır. Ve öyle görünüyor ki, bulundukları blokları kayıt için yalnızca bir kez kullandım. Ancak herhangi bir dosyanın her güncellenmesinde hizmet alanları yeniden yazılıyor, yani tahsis tabloları bu prosedürden bin kez geçiyordu. Bu nedenle öncelikle bu verinin işgal ettiği bloklar başarısız olacaktır. Aşınma dengeleme teknolojisi de bu tür bloklarla çalışır ancak etkinliği çok sınırlıdır. Ve ne tür bir bilgisayar kullanırsanız kullanın, flash sürücü tam olarak yaratıcının istediği anda arızalanacaktır.

Mikro devrelerin kapasitesinin arttırılmasının dikkat çekicidir. benzer cihazlar hücreler küçüldükçe toplam yazma döngüsü sayısında bir azalmaya yol açtı; bu da kayan kapıyı izole eden oksit bölümlerini dağıtmak için daha az voltaj gerektirdi. Ve burada durum öyle ki, kullanılan cihazların kapasitesinin artmasıyla birlikte güvenilirlik sorunu giderek daha da kötüleşmeye başladı ve hafıza kartının sınıfı artık birçok faktöre bağlı. Böyle bir çözümün güvenilirliği onun tarafından belirlenir. teknik özellikler ve mevcut piyasa durumu. Şiddetli rekabet nedeniyle üreticiler her ne şekilde olursa olsun üretim maliyetlerini düşürmek zorunda kalıyor. Basitleştirilmiş tasarım nedeniyle, daha ucuz bir setten bileşenlerin kullanılması, üretim üzerindeki kontrolün zayıflaması ve diğer yöntemler dahil. Örneğin, bir Samsung hafıza kartının maliyeti daha düşük olacaktır. bilinen analoglar ancak güvenilirliği çok daha az soruyu gündeme getiriyor. Ancak burada bile sorunların tamamen yokluğundan bahsetmek zordur ve tamamen bilinmeyen üreticilerin cihazlarından daha fazlasını beklemek zordur.

Kalkınma beklentileri

Bariz avantajları olmasına rağmen, SD hafıza kartını karakterize eden ve kapsamının daha da genişletilmesini engelleyen bir takım dezavantajlar da vardır. Bu yüzden var sürekli arama Bu alanda alternatif çözümler. Elbette öncelikle mevcut üretim sürecinde herhangi bir temel değişikliğe yol açmayacak mevcut flash bellek türlerini iyileştirmeye çalışıyorlar. Bu nedenle, tek bir şeye şüphe yok: Bu tür sürücülerin üretimiyle uğraşan şirketler, başka bir türe geçmeden önce tüm potansiyellerini kullanmaya çalışacak ve geleneksel teknolojiyi geliştirmeye devam edecekler. Örneğin, Sony hafıza kartı şu anda geniş bir hacim yelpazesinde mevcuttur, dolayısıyla aktif olarak satılmaya devam edeceği varsayılmaktadır.

Ancak bugün, endüstriyel uygulamanın eşiğinde, alternatif veri depolamaya yönelik çok çeşitli teknolojiler mevcut olup bunlardan bazıları, uygun bir pazar durumu oluştuğunda hemen uygulamaya konulabilir.

Ferroelektrik RAM (FRAM)

Ferroelektrik bilgi depolama prensibi teknolojisinin (Ferroelektrik RAM, FRAM), kalıcı belleğin potansiyelini arttırması önerilmiştir. Temel bileşenlerin tüm değişiklikleriyle okuma işlemi sırasında verilerin yeniden yazılmasından oluşan mevcut teknolojilerin çalışma mekanizmasının, cihazların hız potansiyelinde belirli bir kısıtlamaya yol açtığı genel olarak kabul edilmektedir. Ve FRAM, basitlik, yüksek güvenilirlik ve çalışma hızı ile karakterize edilen bir bellektir. Bu özellikler artık mevcut olan kalıcı rastgele erişim belleği olan DRAM'in karakteristiğidir. Ancak buraya, aşağıdaki özelliklerle karakterize edilen uzun vadeli veri depolama olanağını da ekleyeceğiz: Bu tür bir teknolojinin avantajları arasında, aşağıdakilere karşı direnci vurgulayabiliriz: farklı şekiller artan radyoaktivite koşullarında veya uzay araştırmalarında çalışmak için kullanılan özel cihazlarda talep edilebilecek nüfuz edici radyasyon. Buradaki bilgi depolama mekanizması ferroelektrik etkinin kullanılması yoluyla uygulanmaktadır. Bu, malzemenin dış etkenlerin yokluğunda polarizasyonu koruyabildiği anlamına gelir. Elektrik alanı. Her bir FRAM bellek hücresi, kristal formundaki ultra ince bir ferroelektrik malzeme filminin bir çift düz metal elektrot arasına sıkıştırılarak bir kapasitör oluşturulmasıyla oluşturulur. Bu durumda veriler kristal yapının içinde saklanır. Bu da bilgi kaybına neden olan şarj sızıntısının etkisini önler. FRAM belleğindeki veriler, güç kaynağı kapatıldığında bile korunur.

Manyetik RAM (MRAM)

Günümüzde çok umut verici olduğu düşünülen bir diğer bellek türü de MRAM'dir. Oldukça yüksek hız performansı ve enerji bağımsızlığı ile karakterizedir. V bu durumda silikon bir altlık üzerine yerleştirilmiş ince bir manyetik filmdir. MRAM statik bir bellektir. Periyodik olarak yeniden yazmaya ihtiyaç duymaz ve güç kapatıldığında bilgiler kaybolmaz. Şu anda çoğu uzman, mevcut prototipin oldukça yüksek hız performansı göstermesi nedeniyle bu tür belleğin yeni nesil teknoloji olarak adlandırılabileceği konusunda hemfikir. Bu çözümün bir diğer avantajı da çiplerin düşük maliyetidir. Flash bellek, özel bir CMOS işlemi kullanılarak üretilir. Ve MRAM çipleri standarda göre üretilebilmektedir. teknolojik süreç. Ayrıca malzemeler geleneksel manyetik ortamlarda kullanılanlar da olabilir. Bu tür mikro devrelerden büyük miktarlarda üretmek diğerlerinden çok daha ucuzdur. MRAM belleğin önemli bir özelliği anında açılma yeteneğidir. Ve bu özellikle mobil cihazlar için değerlidir. Nitekim bu tipte hücrenin değeri, geleneksel flash bellekteki gibi elektrik yüküne göre değil, manyetik yüke göre belirlenir.

Ovonik Birleşik Bellek (OUM)

Birçok şirketin aktif olarak üzerinde çalıştığı bir diğer bellek türü ise amorf yarı iletkenlere dayanan katı hal sürücüsüdür. Geleneksel disklere kaydetme prensibine benzeyen faz değiştirme teknolojisine dayanmaktadır. Burada bir elektrik alanındaki bir maddenin faz durumu kristalden amorfa değişir. Ve bu değişim gerginlik olmasa bile devam ediyor. Gelenekselden optik diskler Bu tür cihazlar, ısınmanın bir lazerden değil, elektrik akımının etkisinden dolayı meydana gelmesi bakımından farklılık gösterir. Bu durumda okuma, disk sürücüsü sensörü tarafından algılanan maddenin farklı durumlardaki yansıtıcılığındaki farklılık nedeniyle gerçekleştirilir. Teorik olarak böyle bir çözüm, yüksek veri depolama yoğunluğuna ve maksimum güvenilirliğe ve ayrıca artan performansa sahiptir. Burada bir bilgisayarın kullanıldığı maksimum yeniden yazma döngüsü sayısı yüksektir; bu durumda bir flash sürücü birkaç büyüklük sırasına göre geride kalır.

Kalkojenit RAM (CRAM) ve Faz Değişim Belleği (PRAM)

Bu teknoloji aynı zamanda, bir fazda taşıyıcıda kullanılan maddenin iletken olmayan amorf bir malzeme gibi davrandığı ve ikincisinde kristalin bir iletken görevi gördüğü faz geçişlerine de dayanmaktadır. Bellek hücresinin bir durumdan diğerine geçişi elektrik alanları ve ısınma nedeniyle gerçekleştirilir. Bu tür çipler iyonlaştırıcı radyasyona karşı direnç ile karakterize edilir.

Bilgi-Çok Katmanlı Baskılı CArd (Bilgi-MICA)

Bu teknolojiye dayanarak oluşturulan cihazların çalışması ince film holografi prensibine göre gerçekleştirilmektedir. Bilgiler şu şekilde kaydediliyor: Öncelikle CGH teknolojisi kullanılarak iki boyutlu bir görüntü oluşturulup holograma aktarılıyor. Veriler, lazer ışınının optik dalga kılavuzu görevi gören kaydedilen katmanlardan birinin kenarına sabitlenmesiyle okunur. Işık, katman düzlemine paralel bir eksen boyunca yayılır ve daha önce kaydedilen bilgiye karşılık gelen bir çıktı görüntüsü oluşturur. Ters kodlama algoritması sayesinde başlangıç ​​verileri istenildiği zaman elde edilebilir.

Bu tür bellek, yüksek kayıt yoğunluğu, düşük güç tüketimi ve düşük ortam maliyeti sağlaması nedeniyle yarı iletken bellekle avantajlı bir şekilde karşılaştırılır. Çevre güvenliği ve yetkisiz kullanıma karşı güvenlik. Ancak böyle bir hafıza kartı, bilgilerin yeniden yazılmasına izin vermez, bu nedenle yalnızca uzun süreli depolama, kağıt medyanın yerine geçme veya multimedya içeriğini dağıtmak için optik disklere alternatif olarak hizmet edebilir.

Modern dünyada en önemli mallardan birinin bilgi olduğu bir sır değil. Ve diğer ürünler gibi saklanmalı ve aktarılmalıdır. Bu amaçla taşınabilir depolama aygıtları oluşturuldu. Yakın geçmişte bu rol, çok küçük miktarda bilgiyi büyük boyutlarda depolayabilen disketler ve CD'ler tarafından oynanıyordu. Bilgisayar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, depolama ortamlarının boyutu giderek azaldı, ancak içinde depolanan verilerin hacmi kat kat arttı. Bu, yeni bir taşınabilir depolama cihazının (USB flash sürücü) ortaya çıkmasına yol açtı.

Flaş bellek- özel bir tür kalıcı, yeniden yazılabilir yarı iletken bellek.

Daha yakından bakalım: uçucu olmayan - verileri depolamak için ek enerji gerektirmez (enerji yalnızca kayıt için gereklidir), yeniden yazılabilir - içinde depolanan verilerin değiştirilmesine (yeniden yazılmasına) ve yarı iletken (katı hal) izin verir; entegre devreler (IC-Chip) temel alınarak oluşturulmuş, mekanik olarak hareket eden parçalar (normal sabit sürücüler veya CD'ler gibi) içermemektedir.

Kelimenin tam anlamıyla gözlerimizin önünde, flash bellek egzotik ve pahalı bir veri depolama aracından en büyük medyalardan birine dönüştü. Bu tür katı hal belleği, taşınabilir oynatıcılarda ve cep bilgisayarlarında, kameralarda ve minyatür flash sürücülerde yaygın olarak kullanılmaktadır. İlk seri örnekler düşük hızda çalışıyordu, ancak bugün flash belleğe veri okuma ve yazma hızı, minyatür bir çipte depolanan tam uzunlukta bir filmi izlemenize veya "ağır" Windows XP sınıfı bir işletim sistemini çalıştırmanıza olanak tanıyor.

Düşük güç tüketimi, kompaktlığı, dayanıklılığı ve nispeten yüksek hızı nedeniyle flash bellek, dijital kameralar ve video kameralar, cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, MP3 oynatıcılar, dijital ses kayıt cihazları ve benzeri taşınabilir cihazlarda depolama aygıtı olarak kullanım için idealdir. vesaire.

Hikaye

Başlangıçta katı hal Sabit disk yüksek hızlı sunucular için tasarlandı ve askeri amaçlarla kullanıldı, ancak genellikle olduğu gibi zamanla sivil bilgisayarlar ve sunucular için de kullanılmaya başlandı.

İki sınıf cihaz ortaya çıktı: Bir durumda silme devrelerinden fedakarlık ederek yüksek yoğunluklu bellek elde ettiler, diğer durumda ise çok daha düşük kapasiteye sahip, tam özellikli bir cihaz yaptılar.

Buna göre mühendislerin çabaları, silme devrelerinin düzeninin yoğunluğu sorununu çözmeyi amaçlıyordu. 1984 yılında Toshiba mühendisi Fujio Masuoka'nın icadıyla başarı ile taçlandırıldılar. Fujio, gelişimini San Francisco, California'daki Uluslararası Elektron Cihazları Toplantısında sundu. Intel bu buluşla ilgilendi ve dört yıl sonra, 1988'de ilk ticari NOR tipi flash işlemciyi piyasaya sürdü. NAND flash bellek mimarisi, bir yıl sonra Toshiba tarafından 1989'da Uluslararası Katı Hal Devreleri Konferansı'nda duyuruldu. NAND çipi daha hızlı bir yazma hızına ve daha küçük bir devre alanına sahipti.

Bazen bellek türüne göre Flash adının "flash" olarak çevrildiği iddia edilir. Aslında, bu doğru değil. Görünüşünün bir versiyonu, Toshiba'nın ilk kez 1989-90'da yeni çiplerini tanımlarken "hızlı, anlık" bağlamında Flash kelimesini kullandığını söylüyor. Genel olarak Intel, 1988 yılında NOR mimarisiyle flash belleği tanıtan mucit olarak kabul edilir.

USB flash kartların diğer sürücülere göre avantajları açıktır:

küçük boyutlar,

çok hafif,

sessiz çalışma,

üzerine yazma olasılığı

CD'lerin ve disketlerin aksine mekanik strese karşı iyi direnç (geleneksel sabit sürücüler için izin verilen maksimum değerden 5-10 kat daha yüksek),

şiddetli sıcaklık değişikliklerine dayanıklıdır;

Enerji tüketimini minimuma indiren hareketli parça olmaması,

bağlantı sorunu yok – USB çıkışları hemen hemen her bilgisayarda bulunur

büyük miktarda hafıza

bilgilerin hafıza hücrelerine kaydedilmesi,

Bilgi saklama süresi 100 yıla kadardır.

Flash bellek, çalışma sırasında önemli ölçüde (yaklaşık 10-20 kat veya daha fazla) daha az enerji tüketir.

Şunu da belirtmek gerekir ki, birlikte çalışmak USB flash sürücü hiçbir üçüncü taraf programa, adaptöre vb. gerek yoktur. Cihaz otomatik olarak tanınır.

Bir flash belleğe günde 10 defa yazarsanız yaklaşık 30 yıl dayanır.

Çalışma prensibi

Yarı iletken flash bellek teknolojisinin çalışma prensibi değişim ve kayıt esasına dayanmaktadır. elektrik şarjı yarı iletken bir yapının izole edilmiş bir bölgesinde (cebinde).

Yükteki değişim ("yazma" ve "silme"), geçit ile kaynak arasına yüksek bir potansiyel uygulanarak gerçekleştirilir, böylece transistör kanalı ile cep arasındaki ince dielektrikteki elektrik alan kuvveti, bir tünel etkisi oluşturmaya yeterli olur. Yazma sırasında cebe elektron tünelleme etkisini arttırmak için, alan etkili transistör kanalından bir akım geçirilerek elektronlara hafif bir ivme uygulanır.

Kayan geçit transistörünün şematik gösterimi.

Kontrol kapısı ile akımın kaynaktan drenaja aktığı kanal arasına, ince bir dielektrik tabakasıyla çevrelenmiş aynı yüzer kapıyı yerleştiriyoruz. Sonuç olarak, akım böyle bir "modifiye" FET'ten aktığında, yüksek enerjili elektronların bir kısmı dielektrik boyunca tünel açar ve yüzen kapının içine girer. Elektronların tünel açıp bu kapının içinde dolaşırken enerjilerinin bir kısmını kaybettikleri ve pratikte geri dönemedikleri açıktır. SLC ve MLC cihazları

Bir birim hücrenin bir bitlik bilgiyi ve birkaçını depoladığı cihazlar vardır. Tek bitlik hücrelerde, kayan geçitte yalnızca iki yük seviyesi ayırt edilir. Bu tür hücrelere tek düzeyli hücreler denir. tek seviyeli hücre, SLC). Çok bitli hücrelerde daha fazla yük seviyesi ayırt edilir, bunlara çok seviyeli (eng. çok seviyeli hücre, MLC). MLC cihazları SLC cihazlarından daha ucuz ve daha kapasitelidir ancak erişim süresi ve yeniden yazma sayısı daha kötüdür.

Ses belleği

MLC hücreleri fikrinin doğal gelişimi, hücreye analog sinyal yazma fikriydi. Bu tür analog flaş mikro devrelerinin en büyük kullanımı ses üretiminde alınmıştır. Bu tür mikro devreler her türlü oyuncakta, ses kartında vb. yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ne flash bellek (ne de flash bellek)

Tasarım VEYA bir hücrenin kesişme noktasına yerleştirildiği klasik iki boyutlu iletken matrisini ("sıralar" ve "sütunlar") kullanır. Bu durumda sıra iletkeni transistörün drenajına, sütun iletkeni ise ikinci kapıya bağlandı. Kaynak herkes için ortak bir alt tabakaya bağlandı. Bu tasarımda, bir sütuna ve bir satıra pozitif voltaj uygulayarak belirli bir transistörün durumunu okumak kolaydı.

Bu tip flash bellek OR-NOR algoritmasına (İngilizce NOR) dayanmaktadır, çünkü kayan geçit transistöründe çok düşük geçit voltajı bir anlamına gelir. Bu tip transistör iki kapıdan oluşur: kayan ve kontrol. Birinci kapı tamamen yalıtılmıştır ve elektronları on yıla kadar tutma özelliğine sahiptir. Hücre ayrıca bir drenaj ve bir kaynaktan oluşur. Kontrol kapısına voltaj uygulandığında bir elektrik alanı oluşturulur ve tünel etkisi adı verilen olay meydana gelir. Elektronların çoğu yalıtkan katmandan aktarılır (tünellenir) ve yüzen kapıya girer. Transistörün kayan geçidindeki yük, okuma için kullanılan kanalın drenaj kaynağı "genişliğini" ve iletkenliğini değiştirir. Yazma ve okuma hücreleri güç tüketimi bakımından çok farklıdır: örneğin, flash sürücüler yazarken, okurken olduğundan daha fazla akım tüketir (çok az güç tüketir). Verileri silmek (silmek) için, kontrol kapısına yeterince yüksek bir negatif voltaj uygulanır, bu da ters etkiye yol açar (yüzen kapıdan gelen elektronlar, tünel etkisi kullanılarak kaynağa aktarılır). NOR mimarisinde her transistöre bir kontak bağlanmasına ihtiyaç duyulur ve bu da işlemcinin boyutunu büyük ölçüde artırır. Bu sorun yeni NAND mimarisi kullanılarak çözüldü.

Flaş bellek İstek buraya yönlendirildi Flash kartlar. "Flash kartlar" konusu hakkında.

Özellikler

Flash belleğe sahip bazı cihazların hızı 100 MB/s'ye kadar çıkabilmektedir. Genel olarak flash kartların geniş bir hız aralığı vardır ve genellikle standart bir CD sürücüsünün hızlarında (150 KB/s) etiketlenir. Dolayısıyla belirtilen 100x hızı, 100 × 150 KB/s = 15.000 KB/s = 14,65 MB/s anlamına gelir.

Temel olarak, bir flash bellek yongasının hacmi kilobaytlardan birkaç gigabayta kadar ölçülür.

Sesi artırmak için cihazlar genellikle birkaç çipten oluşan bir dizi kullanır. 2007 yılına gelindiğinde USB cihazları ve hafıza kartlarının kapasiteleri 512 MB ile 64 GB arasında değişiyordu. En büyük hacimli USB cihazları 4 TB idi.

Dosya sistemleri

Flash belleğin ana zayıf noktası, yeniden yazma döngülerinin sayısıdır. İşletim sisteminin sıklıkla aynı konuma veri yazması da durumu daha da kötüleştiriyor. Örneğin, dosya sistemi tablosu sık sık güncellenir, böylece belleğin ilk sektörleri stoklarını çok daha erken tüketir. Yük dengeleme, belleğin ömrünü önemli ölçüde uzatmanıza olanak tanır.

Bu sorunu çözmek için özel dosya sistemleri: GNU/Linux ve Microsoft Windows için JFFS2 ve YAFFS.

SecureDigital ve FAT.

Başvuru

Flash bellek, en çok USB flash sürücülerde kullanımıyla bilinir. Flash bellek sürmek). Kullanılan ana bellek türü, USB arabirimi aracılığıyla bağlanan NAND'dır. USB kütlesi depolama aygıtı (USB MSC). Bu arayüz, modern sürümlerin tüm işletim sistemleri tarafından desteklenir.

Yüksek hızları, kapasiteleri ve kompakt boyutları sayesinde USB flash sürücüler piyasadaki disketlerin yerini tamamen almıştır. Örneğin şirket 2003 yılında disket sürücülü bilgisayar üretimini durdurdu.

Şu anda farklı şekil ve renklerde çok çeşitli USB flash sürücüler üretilmektedir. Piyasada, üzerine kaydedilen verilerin otomatik olarak şifrelendiği flash sürücüler bulunmaktadır. Japon şirketi Solid Alliance, yiyecek biçiminde flash sürücüler bile üretiyor.

Örneğin uygulamalarınızı bir İnternet kafede kullanmak için doğrudan USB sürücülerden çalışabilen özel GNU/Linux dağıtımları ve program sürümleri vardır.

Windows Vista teknolojisi, performansı artırmak için bilgisayarda yerleşik bir USB flash sürücü veya özel bir flash bellek kullanabilir. Flash bellek aynı zamanda taşınabilir ekipmanlarda (kamera, cep telefonu) aktif olarak kullanılan SecureDigital (SD) ve Memory Stick gibi hafıza kartları için de kullanılmaktadır. Birlikte USB ortamı Flash bellek, taşınabilir depolama ortamı pazarının çoğunluğunu oluşturur.

NOR tipi bellek, DSL modemler, yönlendiriciler vb. cihazların BIOS ve ROM hafızalarında daha sık kullanılır. Flash bellek, cihazların donanım yazılımını kolayca güncellemenize olanak tanırken, bu tür cihazlar için yazma hızı ve kapasitesi o kadar önemli değildir. .

Sabit sürücüleri flash bellekle değiştirme olasılığı artık aktif olarak değerlendiriliyor. Sonuç olarak bilgisayarın açılma hızı artacak ve hareketli parçaların bulunmaması servis ömrünü uzatacaktır. Örneğin XO-1'de, üçüncü dünya ülkeleri için aktif olarak geliştirilmekte olan "100 dolarlık bir dizüstü bilgisayar" yerine sabit disk 1 GB flash bellek kullanılacaktır. Dağıtım, GB başına yüksek fiyat ve sınırlı sayıda yazma döngüsü nedeniyle sabit disklere göre daha kısa raf ömrü nedeniyle sınırlıdır.

Hafıza kartı türleri

Taşınabilir cihazlarda kullanılan birkaç tür hafıza kartı vardır:

MMC (MultiMedya Kartı): MMC formatındaki kartın boyutu küçüktür - 24x32x1,4 mm. SanDisk ve Siemens tarafından ortaklaşa geliştirildi. MMC bir bellek denetleyicisi içerir ve cihazların kendisiyle son derece uyumludur çeşitli türler. Çoğu durumda MMC kartları, SD yuvası olan cihazlar tarafından desteklenir.

SD Kart (Güvenli Dijital Kart): Panasonic tarafından desteklenir ve: Trans-Flash olarak adlandırılan eski SD kartlar ve yeni SDHC (Yüksek Kapasiteli) kartlar ve bunların okuma cihazları, maksimum depolama kapasitesi sınırlamasında farklılık gösterir; Trans-Flash için 2 GB ve Trans-Flash için 32 GB. Yüksek kapasiteli. SDHC okuyucular SDTF ile geriye dönük olarak uyumludur, yani bir SDTF kartı bir SDHC okuyucuda sorunsuz bir şekilde okunacaktır, ancak bir SDTF cihazında daha büyük bir SDHC'nin kapasitesinin yalnızca 2 GB'ı görülecek veya hiç okunmayacaktır. . TransFlash formatının tamamen SDHC formatıyla değiştirileceği varsayılmaktadır. Her iki alt format da üç fiziksel formattan herhangi birinde sunulabilir. boyutlar (Standart, mini ve mikro). miniSD (Mini Güvenli Dijital Kart): Secure Digital, standart kartlardan daha küçük boyutlarıyla farklılık göstermektedir: 21,5x20x1,4 mm. Kartın normal SD yuvası bulunan cihazlarda çalışmasını sağlamak için bir adaptör kullanılır. microSD (Mikro Güvenli Dijital Kart): şu anda (2008) en kompakt olanlardır Çıkarılabilir aygıtlar flash bellek (11×15×1 mm). Öncelikle cep telefonlarında, iletişim cihazlarında vb. Kullanılırlar, çünkü kompaktlıkları nedeniyle, boyutunu artırmadan cihazın hafızasını önemli ölçüde genişletebilirler. Yazma koruma anahtarı microSD-SD adaptörüne yerleştirilmiştir.

MS Duo (Memory Stick Duo): bu standart bellek şirket tarafından geliştirildi ve desteklendi

Mobil cihazlarda (PDA'lar, tabletler, akıllı telefonlar, oynatıcılar) vazgeçilmez hale geldi. Flash belleğe dayalı olarak, elektronik cihazlar (SD, MMC, miniSD vb.) için USB flash sürücüler ve hafıza kartları geliştirilmiştir.

Tanım 1

Flaş bellek(Flash Bellek) - katı hal yarı iletken, kalıcı ve yeniden yazılabilir bellek.

Flash bellekteki bilgileri, sürücünün kullanım ömrü boyunca (10$ yıldan itibaren) çok sayıda okumak mümkündür, ancak yazma işlemlerinin sayısı sınırlıdır (yaklaşık 100$ \ 000$ yeniden yazma döngüsü).

Flash bellek daha güvenilir bir depolama ortamı türü olarak kabul edilir, çünkü... hareketli mekanik parçalar (sabit sürücü gibi) içermez.

Flaş belleğin avantajları:

• yüksek hızlı veri erişimi;
• Düşük güç tüketimi;
• Titreşim direnci;
• bir PC'ye bağlantı kolaylığı;
• kompakt boyutlar;
• ucuzluk.

Flash belleğin dezavantajları:

• sınırlı sayıda kayıt döngüsü;
• elektrostatik boşalmaya duyarlılık.

Flash Belleğin Tarihçesi

Flash bellek ilk olarak 1984 yılında icat edildi.

"Flash" adı İngilizce "flash" kelimesinden gelir çünkü Verileri silme işlemi fotoğraf flaşına benziyordu.

1988 $'da ilk ticari NOR flash işlemcisi piyasaya sürüldü. Ertesi yıl, daha yüksek yazma hızlarına ve daha küçük devre alanına sahip olan NAND flash bellek mimarisi geliştirildi.

Çalışma prensibi

Depolama birimi hücresi, elektronları (şarjı) tutabilen kayan kapılı bir transistördür ve flash bellekteki depolama birimi hücresidir. Transistöre dayanarak ana NAND ve NOR flash bellek türleri geliştirilmiştir. Çalışma prensibi, yarı iletken bir yapının izole edilmiş bir alanındaki ("cep") elektrik yükünün değişmesine ve kaydedilmesine dayanmaktadır.

Şekil 1. NOR bellek mimarisi

Şekil 2. NAND bellek mimarisi

Flash bellek üreticileri 2 tür bellek hücresi kullanır:

• MLC(Çok Düzeyli Hücre - çok düzeyli bellek hücreleri) - daha geniş hücreler ve daha ucuzdur, ancak uzun erişim süresi ve az sayıda yazma / silme döngüsü (yaklaşık 10 $ \ 000 $) ile karakterize edilir;
• SLC(Tek Düzeyli Hücre - tek düzeyli bellek hücreleri) - daha kısa erişim süresine ve maksimum yazma / silme döngüsü sayısına (100 $ \ 000 $) sahip hücreler.

Şekil 3. Bir USB flash sürücünün ana elemanları: $1$ - USB konektörü, $2$ - denetleyici, $3$ - PCB kartı, $4$ - NAND bellek modülü, $5$ - kristal osilatör, $6$ - LED göstergesi, $7$ - yazma koruma anahtarı, $8$ - ek bellek yongası için alan.

Başvuru

Var Flash belleğin iki ana kullanımı vardır:

• mobil bilgi taşıyıcısı olarak;
• depolama olarak yazılım dijital cihazlar.

Genellikle her iki yöntem de tek bir cihazda birleştirilir.

Nispeten küçük bir miktara sahip olan NOR belleğinin kullanımı, hızlı erişim rastgele adreslerde ve kötü unsurların bulunmadığının garantisi (mikroişlemciyle çalışmak için standart ROM yongaları, yongalar önyükleme bilgisayarlar (POST ve BIOS), DataFlash gibi orta boyutlu depolama yongaları). Tipik hacimler 100$ Kb ile 256$ Mb arasında değişmektedir. NAND belleği, büyük miktarda depolama alanı kullanımı gerektiren mobil cihazlarda ve depolama ortamlarında kullanılır. Temel olarak bunlar, her türden USB anahtarlıklar ve hafıza kartlarının yanı sıra mobil cihazlardır (telefonlar, kameralar, oynatıcılar). NAND belleği ev aletlerinde yerleşiktir: cep telefonları ve TV'ler, ağ yönlendiricileri, erişim noktaları, oyun konsolları, fotoğraf çerçeveleri ve gezginler.

Şekil 4. Flash kartlar farklı şekiller

Bellek kartı ve flash sürücü türleri ve türleri

Not 1

CF(Compact Flash) bellek türleri için en eski standarttır. Yüksek güvenilirliğe, oldukça büyük bir hacme (128$ GB ve üzeri) sahiptir ve yüksek hız veri aktarımı (120$ Mb/s). Büyük boyutundan dolayı profesyonel video ve fotoğraf ekipmanlarında kullanılır.

MMC (Multimedya Kartı) küçük boyutlu, yüksek uyumluluğa sahiptir. çeşitli cihazlar ve bellek denetleyicisini içerir. SD Kart (Güvenli Dijital Kart), MMC standardının geliştirilmesinin sonucudur. Kart, yetkisiz kopyalamaya karşı kripto korumasına, bilgilerin kazara silinmesine veya yok edilmesine karşı artırılmış korumaya ve mekanik bir yazmaya karşı koruma anahtarına sahiptir. Maksimum kapasite 4$$ GB'ye kadar. SDHC (SD Yüksek Kapasite) maksimum 32$ GB kapasiteye sahiptir.

MiniSD ve microSD kartlar da vardır.

Not 2

NAND flash belleğin ana üreticileri Micron/Intel, SK Hynix, Toshiba/SanDisk ve Samsung'dur. NAND flash bellek denetleyicilerinin ana üreticileri Marvell, LSI-SandForce ve NAND bellek üreticileridir.