V našich kapsách jsou uloženy petabajty dat. Digitální fotografie, soubory MP3, dokumenty Word, soubory PDF. Seznam je nekonečný. Interní pevný disk vašeho notebooku však nemusí být vhodný pro ukládání těchto informací. Pravděpodobně budete potřebovat externí zálohu. Můžete mít obavy o bezpečnost. Řešením jsou přenosná úložná zařízení na bázi Flash**.
Elektronická paměť není všelék. Existuje ve formách určených pro konkrétní úkoly. Lze jej nalézt v počítačích, digitálních fotoaparátech, domácích herních konzolích atd. Funguje spíše jako pevný disk než paměť s přímým přístupem (RAM). Toto je úložné zařízení založené na technologii solid state. To znamená, že zde nejsou žádné pohyblivé části. Vše funguje na elektronických principech. Nedochází k mechanickému otáčení.
Tato technologie se používá v:
- Čip BIOS počítače
- CompactFlash (používaný hlavně v digitálních fotoaparátech)
- SmartMedia (také pro digitální fotoaparáty)
- Memory Stick (funguje také v digitálních fotoaparátech)
- Paměťové karty PCMCIA typu I a typu II (disky SSD ve starších noteboocích)
- Paměťové karty pro herní konzole
Tato technologie je čip EEPROM. Toto je zkratka pro Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory. Záleží na mřížce sloupců a řádků. V každém průsečíku je buňka se dvěma tranzistory.
Tyto dva tranzistory jsou odděleny tenkou vrstvou oxidu. Jedním z nich je plovoucí závěrka. Druhá je kontrolní brána. Jediná cesta od plovoucí brány k řádku nebo slovnímu řádku vede přes kontrolní bránu. Pokud je cesta uložena, hodnota buňky je 1.
Změna této hodnoty na nulu vyžaduje neobvyklý proces zvaný Fowler-Nordheimův tunelový efekt.
Flash paměť: tunelování a mazání
Tunneling mění polohu elektronů v plovoucí bráně. Použitý náboj je obvykle 10–13 voltů. Tento náboj pochází ze sloupce nebo bitové linky, zasáhne plovoucí bránu a poté teče k zemi.
Tento náboj způsobí, že se tranzistor s plovoucím hradlem chová jako elektronové dělo. Vybuzené elektrony jsou odpuzovány tenkou vrstvou oxidu a zachyceny na druhé straně. Mají negativní náboj. Tyto záporně nabité elektrony působí jako bariéra mezi řídicí bránou a plovoucí bránou.
Speciální zařízení zvané snímač článku sleduje úroveň nabití plovoucí brány. Pokud průtok nabíjení zůstane nad prahovou hodnotou 50 %, načtená hodnota je 1. Když nabití klesne pod tuto prahovou hodnotu, hodnota se změní na nulu. Všechny prázdné brány EEPROM jsou plně otevřeny. Každá buňka má zpočátku hodnotu 1.
Když je aplikováno elektrické pole, elektrony ve flash paměťové buňce se mohou vrátit do svého normálního stavu (“1”). To vyžaduje nabíjení vyšším napětím. Flash paměť používá ke zpracování tohoto rozsahu in-situ mazání. V některých případech je vymazán celý čip, zatímco v jiných je vymazána předdefinovaná část, nazývaná blok. Tím se odstraní oblast zájmu. Poté jej lze přepsat.
Flash paměť je mnohem rychlejší než tradiční EEPROM. Data se neodstraňují po jednom bajtu. Blok nebo celý čip je vymazán a poté je přepsán celý oddíl.
Myslete na autorádio. Můžete naprogramovat předvolby stanic. Rádio si je pamatuje, když vypnete motor. Ve skutečnosti však používá flash paměť. Toto rozlišení je důležité. Flash paměť s náhodným přístupem (RAM) vyžaduje napájení pro ukládání obsahu. Flash paměť nevyžaduje k ukládání dat externí zdroj napájení. I když je motor vypnutý, autorádio spotřebovává malé množství energie pro úsporu dat. Tyto předvolby budou ztraceny, pokud je baterie automobilu zcela vybitá.
Pochopení rozdílu mezi energeticky nezávislou pamětí s náhodným přístupem (RAM) a energeticky nezávislou pamětí flash je proto důležité pro integritu dat.
Paměť se zlepšila!
-
Jak funguje paměť počítače?
-
Jak funguje paměť
-
Jak funguje virtuální paměť
-
Jak funguje ROM?
-
Jak funguje vyměnitelné úložiště
-
Jak funguje BIOS
Další podrobnosti
Vyjímatelná flash paměťová karta
Flash paměť má výrazné fyzické výhody oproti rotujícím magnetickým diskům. Funguje tiše. Nejsou zde žádné pohyblivé části, které by se mohly opotřebovat nebo vydávat hluk. Výrazně také snižuje latenci přístupu. Fyzické rozměry jsou malé a hmotnost zanedbatelná. Nezabere moc místa, i když ho dáte do kapsy.
Proč tedy na všechno nepoužít flash paměť?
Odpověď je jednoduchá. Cena za megabajt. Pevné disky jsou výrazně levnější vzhledem k množství úložiště, které poskytují. Za stejné peníze je jejich kapacita mnohem vyšší. Flash paměť nabízí rychlost a spolehlivost. Pevné disky vítězí díky úsporám z rozsahu.
Tato ekonomická realita definovala éru přenosných technologií. Vezměte si například Solid State Floppy (SSFDC). Většina lidí tomu říká SmartMedia. Vyvinuto společností Toshiba. Stal se standardem pro digitální fotoaparáty a PDA koncem 90. let a začátkem 21. století.
Formát SmartMedia
Karty SmartMedia mají menší velikost. 2 MB 4 MB Až 128 MB. Tohle byl limit.
Fyzické karty jsou malé. Délka cca 45 mm. Šířka: 37 mm. Tloušťka menší než 1 mm. Připadá mi to jako tlustý plast. Je lehčí než běžná disketa.
Vnitřní struktura je velmi jednoduchá. Žádné složité PCB. Není potřeba žádný složitý ovladač. Flash paměťový čip je pouze jeden. Ploché elektrody jsou k čipu připojeny pomocí propojovacích vodičů. Vše je vyplněno pryskyřicí.
Využívá technologii nazvanou Overmolded Thin Package (OMTP). Pryskyřice může být nastříkána kolem částí a elektrod. Vytvrzuje a vytváří jediný monolitický blok. Není nutné pájení. Technologie povrchové montáže se není třeba obávat. Vše, co potřebujete, je čip, dráty a plast.
SmartMedia je jednoduchá a tudíž levnější na výrobu. To ale také znamená, že je křehký. Pokud plast praskne, karta se stane vadnou.
Právě tato konstruktivní volba vysvětluje její zmizení. Pokud se pryskyřice rozpadne, spojení se přeruší. A nejde to opravit. Pevné disky mají funkci opravy chyb. SmartMedia jsou jen čipy a dráty.
Proč jednoduchost nestačí
Absence kontrolního čipu je fatální chybou. Moderní SSD a USB disky jsou vybaveny ovladači. Kontrolují vyrovnávání opotřebení. Poradí si s rozbitými bloky. V případě potřeby jsou vaše data šifrována. SmartMedia to nedělá. Toto je jen soubor nezpracovaných pamětí uvolněných na trh.
To je důvod, proč se dnes 128 MB SmartMedia karty používají jen zřídka. Jsou zastaralé. Tento formát byl nahrazen SD a CompactFlash. Tyto formáty mají ovladače. Jsou spolehlivější. Vzhledem k tomu, že náklady na flash paměti klesaly, potřeba samostatných, malých a křehkých karet se stala zbytečnou.
Interní úložiště se stalo standardem. Telefony zabírají místo v paměti. Kamery používají velké karty. Na 1mm silnou kartu už není místo.
Flash paměť se stále používá. Nicméně uvnitř zařízení. Jedná se o neodnímatelnou a křehkou pryskyřičnou desku. Cena za megabajt klesla natolik, že nejlevnější formát již není potřeba. Vyžaduje se spolehlivost. SmartMedia to prostě nemůže poskytnout.
Samotná karta SmartMedia je více než pouhá paměť. Vyrábí se nalepením NAND modulu na základní desku. Piny jednoduše vložíte do zařízení a ono z něj přijímá energii a data. Výřez v rohu přesně ukazuje, jaké napětí je potřeba. Podívejte se na kartu tak, aby kontakty směřovaly nahoru. Pokud je výřez vlevo, je zapotřebí 5 voltů. Pokud je vpravo – 3,3 voltu.
Jak SmartMedia spravuje datové bloky
Karty SmartMedia nevymazávají ani nezapisují všechna data najednou. Pracují v malých dávkách. Mluvíme o přírůstcích 256 nebo 512 bajtů. Tento přístup poskytuje rychlý a spolehlivý výkon. Můžete ovládat, jaké informace se ukládají. To je velmi užitečné.
Jsou však křehké. Méně odolné než jiné možnosti vyměnitelných SSD. Zacházejte s nimi opatrně. Udržujte je v bezpečí. Toshiba prakticky přestala vyrábět nové menší karty kvůli jejich vyšší kapacitě. Na jejich místo nastoupily xD-Picture Card a Secure Digital Card. SmartMedia je v dnešní době velmi obtížné najít.
Jak se karty CompactFlash liší?
SanDisk představil CompactFlash karty v roce 1994. Liší se od SmartMedia dvěma způsoby:
- Jsou tlustší.
- Použijte ovladač.
Uvnitř odolného pouzdra je malý plošný spoj. Obsahuje flash paměťový čip a samostatný řadič. To je důvod, proč je karta tlustší než SmartMedia. Jeho šířka je 43 mm a délka 36 mm. Existují dva typy takových karet.
Typ I Tloušťka karty je 3,3 mm. Typ II Tloušťka karty je 5,5 mm.
Proč na tloušťce záleží? Určuje, zda jej lze nainstalovat do zařízení. Karty typu II obvykle obsahují pevný disk nebo přídavný paměťový řadič. Typ I zůstává tenký, takže je vhodný pro lehké fotoaparáty a starší notebooky.
Proč ovladač všechno změnil
Za správu dat odpovídá řadič zabudovaný do karty CompactFlash. SmartMedia se při správě paměti spoléhá na hostitelské zařízení. To znamená, že existují vážné problémy s kompatibilitou se staršími systémy. CompactFlash tento úkol usnadňuje.
Tato změna zlepšuje výkon. Navíc lze kapacitu časem navýšit. Uživatelé mohou uložit více fotografií, aniž by se museli obávat o výpočetní výkon svého zařízení.
Kde se dnes používají tyto zastaralé normy?
V nových produktech se nenacházejí. Na trhu s použitým vybavením však dominují. Sběratelé je chtějí. Retro hráči je hledají. Archiváři hledají staré digitální fotoaparáty.
Pokud stále máte kartu SmartMedia, zkontrolujte výřez. Ujistěte se, že napětí vašeho zařízení odpovídá. Neohýbejte to. Nevyhazujte to. Vnitřní čip je otevřený.
Karty CompactFlash lze snadno najít. Mnoho adaptérů je převádí na sloty SD. S malou úpravou je můžete použít na moderních zařízeních.
Přechod ze SmartMedia na CompactFlash není jen otázkou velikosti. Je to otázka kontroly. Ovladače poskytují výrobcům větší flexibilitu. To také zvyšuje náklady na výrobu karet. SmartMedia je stále levná. Proto z trhu odešla.
Logika však zůstává. Méně není vždy lepší. V některých případech může být vyžadována další fyzická velikost. Někdy chcete jednoduchost bez pohyblivých částí.
co ti chybí víc? Malé SmartMedia nebo velké CompactFlash? Odpověď může záviset na fotoaparátu, který používáte.
Výhody CompactFlash
CompactFlash si nedělá starosti se spotřebou energie. Zvládne logické úrovně 3,3V a 5V. Tato flexibilita duálního napětí usnadňuje integraci se staršími zařízeními. Nemusíte se starat o to, zda je základní deska vašeho zařízení nová nebo stará standardní. Karta funguje skvěle.
Více než SmartMedia
Zde záleží na velikosti. Karty CompactFlash jsou tlustší než SmartMedia. Tento prostor navíc není jen plastový. To umožňuje použití více paměťových čipů NAND. Tímto způsobem získáte větší úložnou kapacitu. Zatímco SmartMedia rychle dosáhla svých limitů, CompactFlash se výrazně rozšířil. Najdete zde karty s kapacitami od 8 MB do 100 GB.
Rozdíly mezi ovladači
Zde začíná být technologie zajímavá. CompactFlash obsahuje interní ovladač. SmartMedia taková není. Tento malý čip dělá většinu práce. Ladění. Ovládá vyrovnávání opotřebení. Převádí příkazy.
To je nejdůležitější u zařízení s pomalým procesorem. Řadič přebírá část zátěže hlavního procesoru. Fotoaparáty a skenery nevyžadují k rychlému záznamu dat výkonné procesory. Karta komunikuje s hostitelem, ale řadič zpracovává složité detaily.
Kompromisy kvůli složitosti
Ovladače zvyšují složitost. Zvětšují se. Přidejte váhu. Porovnejte to s jednoduchou povahou SmartMedia. To druhé je prostě paměť tabletu. Žádné pohyblivé části. Žádný další křemík. CompactFlash je větší. Situace se ještě zkomplikuje. Ale s touto složitostí přichází výkon a kapacita. Platíte za objem a hmotnost. Můžete to pochopit v praxi.
Krajina vyměnitelných médií je definována bojem mezi otevřenými standardy a uzavřenými ekosystémy. Pokud se podíváte na hardware používaný v raných digitálních fotoaparátech a mobilních zařízeních, můžete vidět vliv PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association). Správa slotů PCMCIA Type I a Type II, stejně jako standardy jako CompactFlash a SmartMedia, je založena na těchto specifických pravidlech. Výsledek? Rovné podmínky, kde nejste uzamčeni v jednom ekosystému pro vaše základní potřeby ukládání dat.
Tato interoperabilita mění hru. Kartu CompactFlash můžete vložit do fotoaparátu, vyjmout a vložit do běžného PCMCIA slotu na vašem notebooku nebo do adaptéru připojeného k USB portu. Některé adaptéry mohou tyto karty číst také prostřednictvím disketové jednotky. Může se zdát zastaralý, ale pro uživatele starších strojů je to chytrá volba.
“Standardizovaná vyměnitelná paměť vám otevírá svět.”
Ale buďme upřímní: standardy ne vždy vítězí. Memory Stick od Sony je vynikajícím příkladem formátu, který vzešel z jedinečného uzavřeného ekosystému. Je pevně integrován do ekosystému Sony, ale nakonec se dostane i do zařízení třetích stran. Paměťové karty pro herní konzole jsou ještě izolovanější. Obvykle jsou zcela unikátní. Vezměte si například původní PlayStation a PlayStation 2. K ukládání postupu ve hře používají specifickou paměťovou kartu. Když PlayStation 3 vyšel, poskytoval zpětnou kompatibilitu pro samotné hry, ale odstranil hardwarový slot pro starší paměťové karty.
Chcete přenést uložená data? Kartu nelze vložit přímo. Musíte si koupit speciální adaptér. To je nepříjemnost, ale také to zdůrazňuje, proč jsou společné normy tak cenné. Bez nich se každé zařízení stane izolovaným ostrovem. S tím, jak jsou komponenty zaměnitelné (díky bezdrátovým technologiím jako Bluetooth ), standardizovaná paměť vás osvobozuje od hardwarových omezení.
Nová generace: PRAM a Phase Change Memory
Zatímco jsme optimalizovali flash paměti, inženýři hledali něco rychlejšího. V září 2006 Samsung směle oznámil PRAM nebo Paměť s náhodným přístupem s fázovou změnou (paměť s náhodným přístupem s fázovou změnou).
Nejedná se pouze o postupnou aktualizaci. PRAM se snaží překlenout mezeru mezi dvěma různými typy ukládání dat:
– RAM : Rychlá, ale nestabilní (při vypnutí napájení dojde ke ztrátě dat).
– Flash : Nevolatilní (uchovává data navždy), ale pomalejší.
PRAM kombinuje rychlost RAM s energeticky nezávislou flash pamětí. Někteří odborníci ji začali nazývat „Ultimate RAM “, protože slibovala, že nabídne to nejlepší z obou světů.
Zejména je dost agresivní. Samsung tvrdí, že PRAM je 30krát rychlejší než tradiční flash paměť. Životnost je 10x delší**. To nejsou jen marketingové buzzwordy. Řeší dva největší problémy dnešního ukládání dat: rychlost zápisu a odolnost.
Komerční dostupnost a budoucí důsledky
Samsung plánuje uvést svůj první komerční čip PRAM v roce 2010. Jaká je počáteční kapacita? 512 MB. Na první pohled se to může zdát v porovnání s dnes používanými terabajty málo, ale vzpomeňte si, kde to všechno začalo. Tyto čipy jsou určeny pro mobilní telefony a další mobilní zařízení. Cílem není vyměnit pevný disk přes noc. Jsou navrženy tak, aby nahradily flash paměti v přenosných zařízeních.
Může PRAM zcela nahradit flash paměť? To je skvělá příležitost. Pokud se požadavky na rychlost a odolnost potvrdí v reálných testech, architektura mobilních zařízení by se mohla dramaticky změnit. Už žádné čekání na uložení souborů. Už žádné starosti s limity opotřebení SSD. Okamžité a nepřetržité nahrávání.
Často kladené otázky
Je paměť Flash stejná jako RAM?
Ne, jejich účel je jiný. RAM je nestálá, což znamená, že data jsou vymazána při odpojení napájení. Používá se pro aktivní zpracování. Flash paměť je energeticky nezávislá a uchovává data i po vypnutí napájení. Slouží ke skladování.
Co přesně je flash paměť?
Také známá jako flash paměť, je to typ energeticky nezávislé paměti, kterou lze elektricky vymazat a přepsat. Je základem provozu USB disků, SD karet a moderních SSD disků.
Kam dál
Chcete-li lépe porozumět tomu, jak tyto součásti do sebe zapadají, máte k dispozici mnoho zdrojů. Historie paměti je složitá, vyvíjela se od jednoduchých ROM až po složité systémy virtuální paměti.
Související články:
– Jak funguje paměť počítače?
– Jak funguje paměť
– Jak funguje virtuální paměť
– Jak funguje ROM
– Jak funguje vyměnitelné úložiště
– Jak funguje BIOS
Užitečné odkazy:
– Sdružení CompactFlash
– Kingston: The Ultimate Memory Guide
– Transtronics: Jak funguje EPROM
– Stručná historie mikroprogramování
Zdroj:
– GB Gizmodo. “Pretec uvádí 100GB CompactFlash kartu: OMG!” 26. září 2008.
– Nepřetržité Yi. “Intel a STMicroelectronics odhalují první prototyp paměti s fázovou změnou.” 6. února 2008.
– supermediastore.com. “Co jsou flash karty SmartMedia?”
– Techtree.com. “Změna fáze místo blesku?” 11. prosince 2006.
