W naszych kieszeniach przechowywane są petabajty danych. Zdjęcia cyfrowe, pliki MP3, dokumenty Word, pliki PDF. Lista nie ma końca. Jednakże wewnętrzny dysk twardy laptopa może nie nadawać się do przechowywania tych informacji. Prawdopodobnie potrzebujesz zewnętrznej kopii zapasowej. Możesz obawiać się o bezpieczeństwo. Odpowiedzią są przenośne urządzenia pamięci masowej oparte na technologii Flash**.
Pamięć elektroniczna nie jest panaceum. Występuje w formach przeznaczonych do konkretnych zadań. Można go znaleźć w komputerach, aparatach cyfrowych, domowych konsolach do gier itp. Działa bardziej jak dysk twardy niż pamięć o dostępie swobodnym (RAM). To urządzenie pamięci masowej oparte na technologii solid state. Oznacza to, że nie ma żadnych ruchomych części. Wszystko działa na zasadach elektronicznych. Nie ma mechanicznego obrotu.
Technologia ta stosowana jest w:
- Układ BIOS komputera
- CompactFlash (stosowany głównie w aparatach cyfrowych)
- SmartMedia (również do aparatów cyfrowych)
- Memory Stick (działa także w aparatach cyfrowych)
- karty pamięci PCMCIA typu I i typu II (dyski półprzewodnikowe w starszych laptopach)
- Karty pamięci do konsol do gier
Ta technologia to układ EEPROM. Jest to skrót od Electrically kasowalna programowalna pamięć tylko do odczytu. Zależy to od siatki kolumn i wierszy. W każdym punkcie przecięcia znajduje się ogniwo z dwoma tranzystorami.
Te dwa tranzystory są oddzielone cienką warstwą tlenku. Jednym z nich jest migawka pływająca. Druga to brama kontrolna. Jedyna droga od ruchomej bramki do linii lub słowa prowadzi przez bramkę kontrolną. Jeśli ścieżka zostanie zapisana, wartość komórki wynosi 1.
Zmiana tej wartości na zero wymaga niezwykłego procesu zwanego efektem tunelu Fowlera-Nordheima.
Pamięć Flash: tunelowanie i kasowanie
Tunelowanie zmienia położenie elektronów w bramce pływającej. Stosowany ładunek wynosi zazwyczaj 10–13 woltów. Ładunek ten pochodzi z kolumny lub linii bitowej, uderza w bramkę pływającą, a następnie spływa do ziemi.
Ładunek ten powoduje, że tranzystor z bramką pływającą zachowuje się jak działo elektronowe. Wzbudzone elektrony są odpychane przez cienką warstwę tlenku i wychwytywane po drugiej stronie. Mają ładunek ujemny. Te ujemnie naładowane elektrony działają jak bariera pomiędzy bramką kontrolną a bramką pływającą.
Specjalne urządzenie zwane czujnikiem komórkowym monitoruje poziom naładowania bramki pływającej. Jeżeli przepływ ładunku pozostaje powyżej progu 50%, odczytana wartość wynosi 1. Gdy ładunek spadnie poniżej tego progu, wartość zmienia się na zero. Wszystkie puste bramki EEPROM są całkowicie otwarte. Każda komórka ma początkowo wartość 1.
Po przyłożeniu pola elektrycznego elektrony w komórce pamięci flash mogą powrócić do swojego normalnego stanu („1”). Wymaga to ładowania wyższym napięciem. Pamięć flash wykorzystuje usuwanie na miejscu do przetwarzania tego zakresu. W niektórych przypadkach usuwany jest cały chip, w innych kasowany jest wcześniej zdefiniowany fragment, zwany blokiem. Spowoduje to usunięcie obszaru zainteresowania. Następnie można go nadpisać.
Pamięć Flash jest znacznie szybsza niż tradycyjna pamięć EEPROM. Dane nie są usuwane bajt po bajcie. Blok lub cały chip jest usuwany, a następnie cała partycja jest nadpisywana.
Pomyśl o radiu samochodowym. Można zaprogramować stacje radiowe. Radio zapamiętuje je po wyłączeniu silnika. Jednak w rzeczywistości wykorzystuje pamięć flash. To rozróżnienie jest ważne. Pamięć Flash o dostępie swobodnym (RAM) wymaga zasilania do przechowywania zawartości. Pamięć flash nie wymaga zewnętrznego źródła zasilania do przechowywania danych. Nawet gdy silnik jest wyłączony, radio samochodowe zużywa niewielką ilość energii do zapisywania danych. Te ustawienia wstępne zostaną utracone, jeśli akumulator samochodu zostanie całkowicie rozładowany.
Dlatego zrozumienie różnicy między ulotną pamięcią o dostępie swobodnym (RAM) a nieulotną pamięcią flash jest ważne dla integralności danych.
Pamięć się poprawiła!
-
Jak działa pamięć komputera?
-
Jak działa pamięć
-
Jak działa pamięć wirtualna
-
Jak działa ROM?
-
Jak działa pamięć wymienna
-
Jak działa BIOS
Więcej szczegółów
Wymienna karta pamięci flash
Pamięć flash ma wyraźną przewagę fizyczną nad wirującymi dyskami magnetycznymi. Działa cicho. Nie ma żadnych ruchomych części, które mogłyby się zużyć lub hałasować. Znacząco zmniejsza również opóźnienia w dostępie. Wymiary fizyczne są niewielkie, a waga znikoma. Nie zajmuje dużo miejsca, nawet jeśli zmieścisz go w kieszeni.
Dlaczego więc nie używać pamięci flash do wszystkiego?
Odpowiedź jest prosta. Cena za megabajt. Dyski twarde są znacznie tańsze w stosunku do ilości zapewnianej pamięci. Za te same pieniądze ich pojemność jest znacznie większa. Pamięć Flash zapewnia szybkość i niezawodność. Dyski twarde wygrywają dzięki efektowi skali.
Ta rzeczywistość gospodarcza zdefiniowała erę technologii przenośnej. Weźmy na przykład Solid State Floppy (SSFDC). Większość ludzi nazywa to po prostu SmartMedia. Opracowany przez Toshibę. Stało się standardem dla aparatów cyfrowych i urządzeń PDA pod koniec lat 90. i na początku XXI wieku.
Format SmartMedia
Karty SmartMedia są mniejsze. 2 MB 4 MB Do 128 MB. To był limit.
Karty fizyczne są małe. Długość około 45mm. Szerokość: 37 mm. Grubość mniejsza niż 1 mm. W dotyku przypomina gruby plastik. Jest lżejsza od zwykłej dyskietki.
Struktura wewnętrzna jest bardzo prosta. Żadnych skomplikowanych płytek PCB. Nie wymaga skomplikowanego sterownika. Jest tylko jeden układ pamięci flash. Płaskie elektrody są połączone z chipem za pomocą przewodów połączeniowych. Wszystko jest wypełnione żywicą.
Wykorzystuje technologię zwaną Overmolded Thin Package (OMTP). Wokół części i elektrod można rozpylić żywicę. Twardnieje, tworząc pojedynczy monolityczny blok. Nie wymaga lutowania. Nie ma potrzeby martwić się o technologię montażu powierzchniowego. Wszystko czego potrzebujesz to chip, przewody i plastik.
SmartMedia jest prosta i dlatego tańsza w produkcji. Ale to oznacza również, że jest kruchy. Jeśli plastik pęknie, karta ulegnie uszkodzeniu.
To właśnie ten konstruktywny wybór wyjaśnia jego zniknięcie. Jeśli żywica się rozpadnie, połączenie zostanie zerwane. I nie da się tego naprawić. Dyski twarde mają funkcję korekcji błędów. SmartMedia to tylko chipy i przewody.
Dlaczego prostota nie wystarczy
Brak chipa sterującego to fatalna wada. Nowoczesne dyski SSD i dyski USB są wyposażone w sterowniki. Kontrolują poziom zużycia. Radzą sobie z połamanymi blokami. W razie potrzeby Twoje dane są szyfrowane. SmartMedia tego nie robi. To tylko zestaw surowych pamięci wypuszczony na rynek.
Dlatego też karty SmartMedia o pojemności 128 MB są dziś rzadko używane. Są przestarzałe. Format ten został zastąpiony przez SD i CompactFlash. Te formaty mają kontrolery. Są bardziej niezawodne. Wraz ze spadkiem cen pamięci flash, niepotrzebne stało się stosowanie oddzielnych, małych i delikatnych kart.
Pamięć wewnętrzna stała się standardem. Telefony zżerają pamięć. Aparaty korzystają z dużych kart. Nie ma już miejsca na kartę o grubości 1 mm.
Pamięć flash jest nadal w użyciu. Jednak wewnątrz urządzenia. Jest to nieusuwalna i delikatna płyta z żywicy. Cena za megabajt spadła tak bardzo, że najtańszy format nie jest już potrzebny. Wymagana niezawodność. SmartMedia po prostu nie jest w stanie tego zapewnić.
Sama karta SmartMedia to coś więcej niż tylko pamięć. Wykonuje się go poprzez przyklejenie modułu NAND do płyty bazowej. Wystarczy włożyć piny do urządzenia, a ono otrzymuje od niego zasilanie i dane. Wycięcie w rogu wskazuje dokładnie, jakie napięcie jest wymagane. Spójrz na kartę stykami do góry. Jeśli wycięcie znajduje się po lewej stronie, wymagane jest napięcie 5 woltów. Jeśli po prawej stronie – 3,3 wolta.
Jak SmartMedia zarządza blokami danych
Karty SmartMedia nie usuwają ani nie zapisują wszystkich danych na raz. Pracują w małych partiach. Mówimy o przyrostach 256 lub 512 bajtów. Takie podejście zapewnia szybkie i niezawodne działanie. Możesz kontrolować, jakie informacje są przechowywane. Jest to bardzo przydatne.
Są jednak kruche. Mniej trwałe niż inne opcje wymiennych dysków SSD. Obchodź się z nimi ostrożnie. Zapewnij im bezpieczeństwo. Toshiba praktycznie zaprzestała produkcji nowych, mniejszych kart ze względu na ich większą pojemność. Ich miejsce zajęły xD-Picture Card i Secure Digital Card. SmartMedia jest obecnie bardzo trudno znaleźć.
Czym różnią się karty CompactFlash?
SanDisk wprowadził karty CompactFlash w 1994 roku. Różnią się one od SmartMedia pod dwoma względami:
- Są grubsze.
- Użyj kontrolera.
Wewnątrz wytrzymałej obudowy znajduje się mała płytka drukowana. Zawiera układ pamięci flash i oddzielny kontroler. Dlatego karta jest grubsza od SmartMedia. Jego szerokość wynosi 43 mm, a długość 36 mm. Istnieją dwa rodzaje takich kart.
Typ I Grubość karty wynosi 3,3 mm. Typ II Grubość karty wynosi 5,5 mm.
Dlaczego grubość ma znaczenie? Określa, czy można go zainstalować w urządzeniu. Karty typu II zazwyczaj zawierają dysk twardy lub dodatkowy kontroler pamięci. Typ I pozostaje cienki, dzięki czemu nadaje się do lekkich aparatów i starszych laptopów.
Dlaczego kontroler wszystko zmienił
Za zarządzanie danymi odpowiada kontroler wbudowany w kartę CompactFlash. Zarządzanie pamięcią SmartMedia opiera się na urządzeniu hosta. Oznacza to, że istnieją poważne problemy ze zgodnością ze starszymi systemami. CompactFlash ułatwia to zadanie.
Ta zmiana poprawia wydajność. Ponadto pojemność można z czasem zwiększać. Użytkownicy mogą zapisywać więcej zdjęć, nie martwiąc się o moc obliczeniową swojego urządzenia.
Gdzie obecnie stosowane są te przestarzałe standardy?
Nie występują one w nowych produktach. Dominują jednak na rynku sprzętu używanego. Kolekcjonerzy je chcą. Poszukują ich gracze retro. Archiwiści szukają starych aparatów cyfrowych.
Jeśli nadal masz kartę SmartMedia, sprawdź wycięcie. Upewnij się, że napięcie urządzenia jest zgodne. Nie zginaj tego. Nie wyrzucaj tego. Wewnętrzny chip jest otwarty.
Karty CompactFlash są łatwe do znalezienia. Wiele adapterów konwertuje je na gniazda SD. Po niewielkiej modyfikacji można z nich korzystać na nowoczesnych urządzeniach.
Przejście ze SmartMedia na CompactFlash to nie tylko kwestia rozmiaru. To kwestia kontroli. Kontrolery zapewniają producentom większą elastyczność. Zwiększa to również koszty produkcji kart. SmartMedia jest nadal tania. Dlatego opuściła rynek.
Jednak logika pozostaje. Mniej nie zawsze znaczy lepiej. W niektórych przypadkach może być wymagany dodatkowy rozmiar fizyczny. Czasami potrzebujesz prostoty bez ruchomych części.
Za czym tęsknisz bardziej? Mały SmartMedia czy duży CompactFlash? Odpowiedź może zależeć od używanego aparatu.
Korzyści z CompactFlash
CompactFlash nie martwi się zużyciem energii. Obsługuje poziomy logiczne 3,3 V i 5 V. Ta elastyczność podwójnego napięcia ułatwia integrację ze starszymi urządzeniami. Nie musisz się martwić, czy płyta główna Twojego urządzenia jest nowa, czy stara. Karta działa świetnie.
Więcej niż SmartMedia
Rozmiar ma tutaj znaczenie. Karty CompactFlash są grubsze niż karty SmartMedia. Ta dodatkowa przestrzeń to nie tylko plastik. Pozwala to na użycie większej liczby układów pamięci NAND. W ten sposób uzyskasz większą pojemność przechowywania. Podczas gdy SmartMedia szybko osiągnęła swoje granice, CompactFlash znacznie się rozwinął. Można znaleźć karty o pojemnościach od 8 MB do 100 GB.
Różnice w kontrolerach
Tutaj technologia staje się interesująca. CompactFlash zawiera wewnętrzny sterownik. SmartMedia tak nie wygląda. Ten mały chip wykonuje większość pracy. Debugowanie. Kontroluje poziom zużycia. Konwertuje polecenia.
Jest to najważniejsze w przypadku urządzeń z wolnymi procesorami. Kontroler przejmuje część obciążenia głównego procesora. Aparaty i skanery nie wymagają wydajnych procesorów do szybkiego rejestrowania danych. Karta komunikuje się z hostem, ale skomplikowane szczegóły obsługuje kontroler.
Kompromisy ze względu na złożoność
Kontrolery dodają złożoności. Zwiększają swój rozmiar. Dodaj wagę. Porównaj to z prostą naturą SmartMedia. Ta ostatnia to po prostu pamięć tabletu. Brak ruchomych części. Bez dodatkowego silikonu. CompactFlash jest większy. Sytuacja staje się jeszcze bardziej skomplikowana. Ale z tą złożonością wiąże się wydajność i pojemność. Płacisz za objętość i wagę. Można to zrozumieć w praktyce.
Krajobraz nośników wymiennych definiuje walka między otwartymi standardami a zamkniętymi ekosystemami. Jeśli spojrzysz na sprzęt używany we wczesnych aparatach cyfrowych i urządzeniach mobilnych, zobaczysz wpływ PCMCIA (Międzynarodowe stowarzyszenie kart pamięci komputerów osobistych). Zarządzanie gniazdami PCMCIA Type I i Type II, a także standardami takimi jak CompactFlash i SmartMedia opiera się na tych specyficznych zasadach. Wynik? Równe warunki działania, w których nie jesteś zamknięty w jednym ekosystemie w celu zaspokojenia podstawowych potrzeb w zakresie przechowywania danych.
Ta interoperacyjność zmienia zasady gry. Kartę CompactFlash można włożyć do aparatu, wyjąć ją i włożyć do zwykłego gniazda PCMCIA w laptopie lub do adaptera podłączonego do portu USB. Niektóre adaptery mogą również odczytywać te karty za pośrednictwem stacji dyskietek. Może się to wydawać przestarzałe, ale jest to mądry wybór dla użytkowników starszych maszyn.
„Standardowa pamięć wymienna otwiera przed Tobą świat”.
Ale bądźmy szczerzy: standardy nie zawsze wygrywają. Memory Stick firmy Sony to doskonały przykład formatu, który wyłonił się z wyjątkowego, zamkniętego ekosystemu. Jest ściśle zintegrowany z ekosystemem Sony, ale ostatecznie trafi także na urządzenia innych firm. Karty pamięci do konsol do gier są jeszcze bardziej izolowane. Zwykle są zupełnie wyjątkowe. Weźmy na przykład oryginalne PlayStation i PlayStation 2. Używają określonej karty pamięci, aby zapisywać postępy w grze. Kiedy na rynku pojawiła się PlayStation 3, zapewniała ona wsteczną kompatybilność samych gier, ale usuwała gniazdo sprzętowe dla starszych kart pamięci.
Czy chcesz przenieść zapisane dane? Nie można włożyć karty bezpośrednio. Musisz kupić specjalny adapter. Jest to niedogodność, ale pokazuje również, dlaczego wspólne standardy są tak cenne. Bez nich każde urządzenie stanie się odizolowaną wyspą. Ponieważ komponenty stają się coraz bardziej wymienne (dzięki technologiom bezprzewodowym, takim jak Bluetooth ), standaryzowana pamięć uwalnia Cię od ograniczeń sprzętowych.
Następna generacja: PRAM i pamięć zmiany fazy
Podczas gdy my optymalizowaliśmy pamięć flash, inżynierowie szukali czegoś szybszego. We wrześniu 2006 roku Samsung odważnie ogłosił PRAM lub Phase Change Random Access Memory (pamięć o swobodnym dostępie ze zmianą fazy).
To nie jest tylko aktualizacja przyrostowa. PRAM próbuje wypełnić lukę pomiędzy dwoma różnymi typami przechowywania danych:
– RAM : Szybki, ale niestabilny (dane zostaną utracone po wyłączeniu zasilania).
– Flash : Nieulotny (przechowuje dane na zawsze), ale wolniejszy.
PRAM łączy szybkość pamięci RAM z nieulotnością pamięci flash. Niektórzy eksperci zaczęli nazywać go „Najlepszą pamięcią RAM ”, ponieważ zapewniał to, co najlepsze z obu światów.
W szczególności jest dość agresywna. Samsung twierdzi, że pamięć PRAM jest 30 razy szybsza niż tradycyjna pamięć flash. Żywotność jest 10 razy dłuższa**. To nie tylko marketingowe hasła. Rozwiązują dwa z największych problemów współczesnego przechowywania danych: szybkość zapisu i trwałość.
Dostępność komercyjna i przyszłe implikacje
Samsung planuje wypuścić swój pierwszy komercyjny chip PRAM w 2010 roku. Jaka jest początkowa pojemność? 512 MB. Na pierwszy rzut oka może się to wydawać niewielkie w porównaniu z obecnie używanymi terabajtami, ale pamiętaj, gdzie to wszystko się zaczęło. Chipy te są przeznaczone do telefonów komórkowych i innych urządzeń mobilnych. Celem nie jest wymiana dysku twardego z dnia na dzień. Mają za zadanie zastąpić pamięć flash w urządzeniach przenośnych.
Czy PRAM może całkowicie zastąpić pamięć flash? To świetna okazja. Jeśli wymagania dotyczące szybkości i trwałości zostaną potwierdzone w rzeczywistych testach, architektura urządzeń mobilnych może się radykalnie zmienić. Koniec z czekaniem na zapisanie plików. Koniec z obawami o limity zużycia dysków SSD. Natychmiastowe i ciągłe nagrywanie.
Często zadawane pytania
Czy pamięć Flash to to samo co pamięć RAM?
Nie, ich cel jest inny. Pamięć RAM jest ulotna, co oznacza, że dane są usuwane po odłączeniu zasilania. Używany do aktywnego przetwarzania. Pamięć Flash jest nieulotna i przechowuje dane nawet po wyłączeniu zasilania. Służy do przechowywania.
Co to właściwie jest pamięć flash?
Znana również jako pamięć flash, jest rodzajem pamięci nieulotnej, którą można elektrycznie wymazać i ponownie zapisać. Leży u podstaw działania dysków USB, kart SD i nowoczesnych dysków półprzewodnikowych (SSD).
Gdzie dalej
Jeśli chcesz lepiej zrozumieć, w jaki sposób te komponenty pasują do siebie, dostępnych jest wiele zasobów. Historia pamięci jest złożona i ewoluuje od prostych pamięci ROM do złożonych systemów pamięci wirtualnej.
Powiązane artykuły:
– Jak działa pamięć komputera?
– Jak działa pamięć
– Jak działa pamięć wirtualna
– Jak działa ROM
– Jak działa pamięć wymienna
– Jak działa BIOS
Przydatne linki:
– Stowarzyszenie CompactFlash
– Kingston: Najlepszy przewodnik po pamięciach
– Transtronics: Jak działa EPROM
– Krótka historia mikroprogramowania
Źródło:
– Brytyjski Gizmodo. „Pretec wypuszcza kartę CompactFlash o pojemności 100 GB: O mój Boże!” 26 września 2008.
– Ciągłe Yi. „Intel i STMicroelectronics przedstawiają pierwszy w branży prototyp pamięci ze zmianą fazową”. 6 lutego 2008.
– supermediastore.com. „Co to są karty flash SmartMedia?”
– Techtree.com. „Zmiana fazy zamiast błyskawicy?” 11 grudnia 2006.
