Flash память
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-28462.zip (10kb [zip], Скачиваний: 160) скачать |
Санкт-Петербургский Государственный Университет Информационных Технологий Механики и Оптики
Flash память
Работу выполнил:
Студент гр. 2751
Билецкий П.А
История
Флэш-память была открыта Фудзи Масуока (Fujio Masuoka), когда он работал в Toshiba в 1984 году. Имя «флеш» было придумано также в Toshiba коллегой Фудзи, Шойи 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. Intel увидела большой потенциал в изобретении и в 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.
Стандартизацией чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Текущим стандартом считается спецификация ONFI версии 1.0, выпущенная в 28 декабря 2006 года. Группа ONFI поддерживается крупнейшими производителями NAND чипов: Intel, Micron Technology и Sony.
Типы флешь носителей
В настоящее время на рынке существует огромное множество флэш-дисков: SD, MMC, CompactFlash Type I и II, Memory Stick, Memory Stick Duo, TransFlash, miniSD, microSD, RS-MMC, SmartMedia, MiniDisk и др. Многообразие форматов объясняется тем, что все мобильные устройства предъявляют «свои» особенные требования к возможностям накопителя. Ниже описаны основные типы флэш-памяти, их характеристики и особенности восстановления данных с этих носителей.
CompactFlash — выпущен еще в 1994 году компанией SanDisk и является одними из самых популярных флэш-накопителей. Недостатком являются «большие» размеры (42,8 x 36,4 x 3,3 мм). Всего существует два типа карт CompactFlash: CF Type I, CF Type II, причем отличаются они лишь толщиной корпуса: 3,3 против 5мм соответственно. Скоро планируется выпуск CompactFlash 3.0.
SD (Secure Digital) — разработан компаниями SanDisk, Panasonic и Toshiba. Главное отличие SD заключается в использовании шифрования данных, что обеспечивает защиту данных от несанкционированного копирования или перезаписи, но создает дополнительные проблемы при восстановлении данных. Размер 32x24x2,1 мм.
MMC (MultiMediaCard) — разработан компаниями SanDisk и Siemens. Имеют полную совместимость с картами формата SD. В каждой MMC есть собственный контроллер памяти. Размер 32x24x1,4 мм.
RS-MMС (Reduced Size MMC) — также известны как MMCmobile. Они отличаются от MMC лишь уменьшенными размерами и используются в основном в мобильных телефонах. Размер 24х18х1,4 мм.
MicroSD, MiniSD — отличаются от SD card уменьшенными габаритами, соответственно, меньшей емкостью, и сниженным напряжением питания. Сфера применения та же, что и у RS-MMC. Между собой MiniSD и MicroSD отличаются только размерами - 21х20х1,8мм и 11х15х1 мм.
Memory Stick — раработка корпорации Sony. Карта имеет фирменную технологию MagicGate для защиты информации от несанкционированного доступа. Размер 50x21,5x2,8 мм.
Memory Stick Duo — следующий этап развития Memory Stick. Уменьшились размеры (31х20х1,6 мм) и энергопотребление. В остальном полностью аналогична обычной MS.
SmartMedia - разработка компании Toshiba. Особенностями данного стандарта можно считать очень низкое энергопотребление и отсутствие собственного контроллера. Размер 45,1х37х0,76 мм.
xD Picture (Extreme Digital) — разработка компаний FujiFilm и Olympus для замены устаревшего формата SmartMedia. Применяться данные карты будут преимущественно в цифровых фотоаппаратах этих компаний. Размер 25х20х1,7мм.
IBM Microdrive — разработка компании IBM. Попытка продвинуть на рынок принципиально новое решение. За основу взят прототип обычного жесткого диска. Следовательно, при потере данных их восстановление - аналогично восстановлению информации с обычного винчестера. Размер 32х24х5 мм.
USB-брелки — представляют собой самый распространенный флэш-накопитель. Из-за большого разброса по емкости, габариты накопителей значительно отличаются. Потеря данных обычно возникает при включении в USB порт работающего компьютера. Наиболее простой стандарт с точки зрения восстановления данных.
Принцип действия
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 НЕИЛИ элемент (англ. NOR), потому что в транзисторе с плавающим затвором низкий уровень электронов обозначает единицу.
Транзистор имеет два изолированных затвора: управляющийся и плавающий. Последний способен удерживать электроны в течении нескольких лет. В ячейке имеются так же сток и исток. При программировании между ними, вследствие воздействия положительного поля на управляющем затворе, появляется поток электронов. Некоторые из электронов, благодаря наличию большей энергии, преодолевают слой изолятора и попадают на плавающий затвор, где и будут храниться. При чтении низкий уровень заряда на плавающем затворе соответствует единице, а заряд выше порогового значения — нулю.
Характеристики и файловые системы
Характеристики
Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 Мб/с. 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 Toshiba и SanDisk представили NAND чипы объёмом 1 Гб, выполненных 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. В конце 2018 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. В основном на середину 2018 года USB устройства и карты памяти имеют объём от 512 Мб до 15 Гб. Самый большой объём USB устройств составляет 128 Гб.
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.
Применение
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 Dell с 2003 года перестала выпускать компьютеры с дисководом гибких дисков.
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.
Есть специальные дистрибутивы GNU/Linux и версии программ, которые могут работать прямо с USB носителей, например, чтобы пользоваться своими приложениями в интернет-кафе.
Список литературы: