Flash-память Преимущества и недостатки. Введение Современный человек не в состоянии жить без информации. Но информация имеет такую особенность ее надо. Мифы о флэш-памяти. Типы флеш-памяти. Отличия между NAND и NOR

Флэш-память представляет собой тип долговечной памяти для компьютеров, у которой содержимое можно перепрограммировать или удалить электрическим методом. В сравнении с Electrically Erasable Programmable Read Only Memory действия над ней можно выполнять в блоках, которые находятся в разных местах. Флэш-память стоит намного меньше, чем EEPROM, поэтому она и стала доминирующей технологией. В особенности в ситуациях, когда необходимо устойчивое и длительное сохранение данных. Ее применение допускается в самых разнообразных случаях: в цифровых аудиоплеерах, фото- и видеокамерах, мобильных телефонах и смартфонах, где существуют специальные андроид-приложения на карту памяти. Кроме того, используется она и в USB-флешках, традиционно применяемых для сохранения информации и ее передачи между компьютерами. Она получила определенную известность в мире геймеров, где ее часто задействуют в промах для хранения данных по прогрессу игры.

Общее описание

Флэш-память представляет собой такой тип, который способен сохранять информацию на своей плате длительное время, не используя питания. В дополнение можно отметить высочайшую скорость доступа к данным, а также лучшее сопротивление к кинетическому шоку в сравнении с винчестерами. Именно благодаря таким характеристикам она стала настольно популярной для приборов, питающихся от батареек и аккумуляторов. Еще одно неоспоримое преимущество состоит в том, что когда флэш-память сжата в сплошную карту, ее практически невозможно разрушить какими-то стандартными физическими способами, поэтому она выдерживает кипящую воду и высокое давление.

Низкоуровневый доступ к данным

Способ доступа к данным, находящимся во флэш-памяти, сильно отличается от того, что применяется для обычных видов. Низкоуровневый доступ осуществляется посредством драйвера. Обычная RAM сразу же отвечает на призывы чтения информации и ее записи, возвращая результаты таких операций, а устройство флеш-памяти таково, что потребуется время на размышления.

Устройство и принцип работы

На данный момент распространена флэш-память, которая создана на однотранзисторных элементах, имеющих «плавающий» затвор. Благодаря этому удается обеспечить большую плотность хранения данных в сравнении с динамической ОЗУ, для которой требуется пара транзисторов и конденсаторный элемент. На данный момент рынок изобилует разнообразными технологиями построения базовых элементов для такого типа носителей, которые разработаны лидирующими производителями. Отличает их количество слоев, методы записи и стирания информации, а также организация структуры, которая обычно указывается в названии.

На текущий момент существует пара типов микросхем, которые распространены больше всего: NOR и NAND. В обоих подключение запоминающих транзисторов производится к разрядным шинам - параллельно и последовательно соответственно. У первого типа размеры ячеек довольно велики, и имеется возможность для быстрого произвольного доступа, что позволяет выполнять программы прямо из памяти. Второй характеризуется меньшими размерами ячеек, а также быстрым последовательным доступом, что намного удобнее при необходимости построения устройств блочного типа, где будет храниться информация большого объема.

В большинстве портативных устройств твердотельный накопитель использует тип памяти NOR. Однако сейчас все популярнее становятся приспособления с интерфейсом USB. В них применяется память типа NAND. Постепенно она вытесняет первую.

Главная проблема — недолговечность

Первые образцы флешек серийного производства не радовали пользователей большими скоростями. Однако теперь скорость записи и считывания информации находится на таком уровне, что можно просматривать полноформатный фильм либо запускать на компьютере операционную систему. Ряд производителей уже продемонстрировал машины, где винчестер заменен флеш-памятью. Но у этой технологии имеется весьма существенный недостаток, который становится препятствием для замены данным носителем существующих магнитных дисков. Из-за особенностей устройства флеш-памяти она позволяет производить стирание и запись информации ограниченное число циклов, которое является достижимым даже для малых и портативных устройств, не говоря о том, как часто это делается на компьютерах. Если использовать этот тип носителя как твердотельный накопитель на ПК, то очень быстро настанет критическая ситуация.

Связано это с тем, что такой накопитель построен на свойстве полевых транзисторов сохранять в «плавающем» затворе отсутствие или наличие которого в транзисторе рассматривается в качестве логической единицы или ноля в двоичной Запись и стирание данных в NAND-памяти производятся посредством туннелированных электронов методом Фаулера-Нордхейма при участии диэлектрика. Для этого не требуется что позволяет делать ячейки минимальных размеров. Но именно данный процесс приводит к ячеек, так как электрический ток в таком случае заставляет электроны проникать в затвор, преодолевая диэлектрический барьер. Однако гарантированный срок хранения подобной памяти составляет десять лет. Износ микросхемы происходит не из-за чтения информации, а из-за операций по ее стиранию и записи, поскольку чтение не требует изменения структуры ячеек, а только пропускает электрический ток.

Естественно, производители памяти ведут активные работы в направлении увеличения срока службы твердотельных накопителей данного типа: они устремлены к обеспечению равномерности процессов записи/стирания по ячейкам массива, чтобы одни не изнашивались больше других. Для равномерного распределения нагрузки преимущественно используются программные пути. К примеру, для устранения подобного явления применяется технология «выравнивания износа». При этом данные, часто подвергаемые изменениям, перемещаются в адресное пространство флеш-памяти, потому запись осуществляется по разным физическим адресам. Каждый контроллер оснащается собственным алгоритмом выравнивания, поэтому весьма затруднительно сравнивать эффективность тех или иных моделей, так как не разглашаются подробности реализации. Поскольку с каждым годом объемы флешек становятся все больше, необходимо применять все более эффективные алгоритмы работы, позволяющие гарантировать стабильность функционирования устройств.

Устранение проблем

Одним из весьма эффективных путей борьбы с указанным явлением стало резервирование определенного объема памяти, за счет которого обеспечивается равномерность нагрузки и коррекция ошибок посредством особых алгоритмов логической переадресации для подмены физических блоков, возникающих при интенсивной работе с флешкой. А для предотвращения утраты информации ячейки, вышедшие из строя, блокируются или заменяются на резервные. Такое программное распределение блоков дает возможность обеспечения равномерности нагрузки, увеличив количество циклов в 3-5 раз, однако и этого мало.

И другие виды подобных накопителей характеризуются тем, что в их служебную область заносится таблица с файловой системой. Она предотвращает сбои чтения информации на логическом уровне, например, при некорректном отключении либо при внезапном прекращении подачи электрической энергии. А так как при использовании сменных устройств системой не предусмотрено кэширование, то частая перезапись оказывает самое губительное воздействие на таблицу размещения файлов и оглавление каталогов. И даже специальные программы для карт памяти не способны помочь в данной ситуации. К примеру, при однократном обращении пользователь переписал тысячу файлов. И, казалось бы, только по одному разу применил для записи блоки, где они размещены. Но служебные области переписывались при каждом из обновлений любого файла, то есть таблицы размещения прошли эту процедуру тысячу раз. По указанной причине в первую очередь выйдут из строя блоки, занимаемые именно этими данными. Технология «выравнивания износа» работает и с такими блоками, но эффективность ее весьма ограничена. И тут не важно, какой вы используете компьютер, флешка выйдет из строя ровно тогда, когда это предусмотрено создателем.

Стоит отметить, что увеличение емкости микросхем подобных устройств привело лишь к тому, что общее количество циклов записи сократилось, так как ячейки становятся все меньше, поэтому требуется все меньше и напряжения для рассеивания оксидных перегородок, которые изолируют «плавающий затвор». И тут ситуация складывается так, что с увеличением емкости используемых приспособлений проблема их надежности стала усугубляться все сильнее, а class карты памяти теперь зависит от многих факторов. Надежность работы подобного решения определяется его техническими особенностями, а также ситуацией на рынке, сложившейся на данный момент. Из-за жесткой конкуренции производители вынуждены снижать себестоимость продукции любым путем. В том числе и благодаря упрощению конструкции, использованию комплектующих из более дешевого набора, ослаблению контроля за изготовлением и иными способами. К примеру, карта памяти "Самсунг" будет стоить дороже менее известных аналогов, но ее надежность вызывает гораздо меньше вопросов. Но и здесь сложно говорить о полном отсутствии проблем, а уж от устройств совсем неизвестных производителей сложно ожидать чего-то большего.

Перспективы развития

При наличии очевидных достоинств имеется целый ряд недостатков, которыми характеризуется SD-карта памяти, препятствующих дальнейшему расширению ее области применения. Именно поэтому ведутся постоянные поиски альтернативных решений в данной области. Конечно, в первую очередь стараются совершенствовать уже существующие типы флеш-памяти, что не приведет к каким-то принципиальным изменениям в имеющемся процессе производства. Поэтому не стоит сомневаться только в одном: фирмы, занятые изготовлением этих видов накопителей, будут стараться использовать весь свой потенциал, перед тем как перейти на иной тип, продолжая совершенствовать традиционную технологию. К примеру, карта памяти Sony выпускается на данный момент в широком диапазоне объемов, поэтому предполагается, что она и будет продолжать активно распродаваться.

Однако на сегодняшний день на пороге промышленной реализации находится целый комплекс технологий альтернативного хранения данных, часть из которых можно внедрить сразу же при наступлении благоприятной рыночной ситуации.

Ferroelectric RAM (FRAM)

Технология ферроэлектрического принципа хранения информации (Ferroelectric RAM, FRAM) предлагается с целью наращивания потенциала энергонезависимой памяти. Принято считать, что механизм работы имеющихся технологий, заключающийся в перезаписи данных в процессе считываниям при всех видоизменениях базовых компонентов, приводит к определенному сдерживанию скоростного потенциала устройств. А FRAM - это память, характеризующаяся простотой, высокой надежностью и скоростью в эксплуатации. Эти свойства сейчас характерны для DRAM - энергонезависимой оперативной памяти, существующей на данный момент. Но тут добавится еще и возможность длительного хранения данных, которой характеризуется Среди достоинств подобной технологии можно выделить стойкость к разным видам проникающих излучений, что может оказаться востребованным в специальных приборах, которые используются для работы в условиях повышенной радиоактивности либо в исследованиях космоса. Механизм хранения информации здесь реализуется за счет применения сегнетоэлектрического эффекта. Он подразумевает, что материал способен сохранять поляризацию в условиях отсутствия внешнего электрического поля. Каждая ячейка памяти FRAM формируется за счет размещения сверхтонкой пленки из сегнетоэлектрического материала в виде кристаллов между парой плоских металлических электродов, формирующих конденсатор. Данные в этом случае хранятся внутри кристаллической структуры. А это предотвращает эффект утечки заряда, который становится причиной утраты информации. Данные в FRAM-памяти сохраняются даже при отключении напряжения питания.

Magnetic RAM (MRAM)

Еще одним типом памяти, который на сегодняшний день считается весьма перспективным, является MRAM. Он характеризуется довольно высокими скоростными показателями и энергонезависимостью. в данном случае служит тонкая магнитная пленка, размещенная на кремниевой подложке. MRAM представляет собой статическую память. Она не нуждается в периодической перезаписи, а информация не будет утрачена при выключении питания. На данный момент большинство специалистов сходится во мнении, что этот тип памяти можно назвать технологией следующего поколения, так как существующий прототип демонстрирует довольно высокие скоростные показатели. Еще одним достоинством подобного решения является невысокая стоимость чипов. Флэш-память изготавливается в соответствии со специализированным КМОП-процессом. А микросхемы MRAM могут производиться по стандартному технологическому процессу. Причем материалами могут послужить те, что используются в обычных магнитных носителях. Производить крупные партии подобных микросхем гораздо дешевле, чем всех остальных. Важное свойство MRAM-памяти состоит в возможности мгновенного включения. А это особенно ценно для мобильных устройств. Ведь в этом типе значение ячейки определяется магнитным зарядом, а не электрическим, как в традиционной флеш-памяти.

Ovonic Unified Memory (OUM)

Еще один тип памяти, над которым активно работают многие компании, - это твердотельный накопитель на базе аморфных полупроводников. В его основу заложена технология фазового перехода, которая аналогична принципу записи на обычные диски. Тут фазовое состояние вещества в электрическом поле меняется с кристаллического на аморфное. И это изменение сохраняется и при отсутствии напряжения. От традиционных оптических дисков такие устройства отличаются тем, что нагрев происходит за счет действия электрического тока, а не лазера. Считывание в данном случае осуществляется за счет разницы в отражающей способности вещества в различных состояниях, которая воспринимается датчиком дисковода. Теоретически подобное решение обладает высокой плотностью хранения данных и максимальной надежностью, а также повышенным быстродействием. Высок здесь показатель максимального числа циклов перезаписи, для чего используется компьютер, флешка в этом случае отстает на несколько порядков.

Chalcogenide RAM (CRAM) и Phase Change Memory (PRAM)

Эта технология тоже базируется на основе фазовых переходов, когда в одной фазе вещество, используемое в носителе, выступает в качестве непроводящего аморфного материала, а во второй служит кристаллическим проводником. Переход запоминающей ячейки из одного состояния в другое осуществляется за счет электрических полей и нагрева. Такие чипы характеризуются устойчивостью к ионизирующему излучению.

Information-Multilayered Imprinted CArd (Info-MICA)

Работа устройств, построенных на базе такой технологии, осуществляется по принципу тонкопленочной голографии. Информация записывается так: сначала формируется двумерный образ, передаваемый в голограмму по технологии CGH. Считывание данных происходит за счет фиксации луча лазера на краю одного из записываемых слоев, служащих оптическими волноводами. Свет распространяется вдоль оси, которая размещена параллельно плоскости слоя, формируя на выходе изображение, соответствующее информации, записанной ранее. Начальные данные могут быть получены в любой момент благодаря алгоритму обратного кодирования.

Этот тип памяти выгодно отличается от полупроводниковой за счет того, что обеспечивает высокую плотность записи, малое энергопотребление, а также низкую стоимость носителя, экологическую безопасность и защищенность от несанкционированного использования. Но перезаписи информации такая карта памяти не допускает, поэтому может служить только в качестве долговременного хранилища, замены бумажного носителя либо альтернативы оптическим дискам для распространения мультимедийного контента.

В последние годы флэш-память введена в широкое использование. Такая память встраивается в медиа-плееры, фотоаппараты, телефоны, планшеты, портативные накопители и твердотельные диски (SSD) для хранения важных файлов и документов. Флеш-память - первый конкурент магнитного диска, и имеет значительное коммерческое признание, поскольку поставки с каждым годом растут.

Разумеется, этот тип памяти также может быть подвержен внешним и внутренним факторам износа, в результате чего данные могут быть утеряны. Современные технологии шагают семимильными шагами, поэтому не стоит опасаться за сохранность своих данных. Достаточно помнить о мерах предосторожности, таких, как резервное копирование данных и использование памяти по назначению, а если в результате тех или иных причин данные будут удалены, специальные программы восстановления данных восстановления данных помогут справиться с этой проблемой быстро и безболезненно для Ваших данных и системы устройства хранения файлов. Давайте же рассмотрим в чем суть флеш-памяти и в чем заключаются её особенности.

Флэш-память отличается от диска по многим параметрам; однако один из наиболее важных параметров, который имеет особое значение для разработки систем хранения данных, является его ограниченное количество процедур записи. Хотя надежность диска в основном не зависит от использования, флэш-память выйдет из строя после определенного количества записей, обычно это от 104 до 105 количества раз в зависимости от особенностей устройства.

Когда этот тип памяти используется в качестве дискового приложениями, например, для реализации системы FAT или других традиционных файловых систем, то ест риск отказа работы в результате чрезмерного использования небольшого числа блоков и преждевременных сбоев. Почти все Flash-устройства на рынке - USB накопители, диски SD, твердотельные накопители (SSD) и ряд других работают на внутреннем алгоритме нивелирования износа, в котором данные записываются равномерно по всей поверхности диска.

Флэш-память относится к определенному типу электронных стираемых программируемых ПЗУ (EEPROM). Это чип памяти компьютера или другого устройства, который поддерживает сохранность расположенной на нем информации и не требует для этого персонального источника питания. Наиболее часто, как уже отмечалось, используется в портативной электронике, например: цифровые музыкальные устройства, смартфоны и цифровые камеры, а также съемные устройства памяти. Эта технология также полезна для системы ввода и вывода информации BIOS (BasicInput/Output System), PCMCIA - (спецификация на модули расширения компьютера, разработанная ассоциацией PCMCIA), карт памяти ПК,модемов и карт видеоигр. Примером энергонезависимой памяти также можно назвать жесткий диск, на котором данные остаются в сохранности даже тогда, когда устройство выключено. Однако флэш-память существенно отличия от жестких дисков. Оба могут хранить данные без какого-либо питания, но флэш-память отличается размерами, весом и рабочими функциями.

Типы флеш-памяти. Отличия между NAND и NOR

Существует два вида флеш-памяти: NAND и NOR. NAND – это программируемая память, и считывается блоками, а NOR – считывается и записывает информацию байтами.

Рисунок 1 - NAND-память

NAND и NOR отличается по двум характеристикам: связью между ячейками и секторами и интерфейсом, предоставленным для чтения и записи данных.

Поскольку размер блока в NOR колеблется от 64 до 128 Кбайт, операция записи/стирания может занять до 5 секунд. С другой стороны, система NAND с блоками от 8 до 32 Кбайт выполнит ту же операцию в максимум 4 миллисекунд.

Разница в размерах блоков еще больше увеличивает разрыв в производительности между NOR и NAND. Статистически больше операций удаления (стирания) данных проводиться устройствами на базе NOR-памяти (особенно, когда выполняется обновление файлов – их перезапись).

Рисунок 2 – NOR-память

Несмотря на это, при выборе типа флеш-памяти нужно также учитывать следующие факторы: - NOR-память считывает данные немного быстрее, чем NAND; - NAND записывает информацию значительно быстрее, чем NOR; - NAND стирает данные намного быстрее, чем NOR: 4 мсек против 5 сек; - Большинству операций записи предшествует операция удаления (то есть, данные перезаписываются); - NAND обладает меньшим потенциалом блоков удаления, поэтому меньше удалений понадобится, что продлит срок службы устройства памяти. Размеры ячеек NAND-памяти вполовину меньше, чем размеры ячеек памяти NOR. Память NOR доминирует по продажам на рынке по объему памяти в диапазоне от 1 до 16 МБ, в то время как размеры памяти NAND варьируются от 8 до 128 МБ. Это снова подчеркивает роль памяти NOR в качестве хранилища важных кодов. Память NAND тоже имеет стойкую позицию на рынке карт памяти (CompactFlash, SecureDigital, PC Cards, и MMC).

Увеличение сроков службы флеш-памяти

Срок службы флэш-памяти зависит от целого ряда факторов, включая, то, каким образом она настроенная. Неправильно настроенная флэш-память будет быстрее изнашиваться от того, что только одна область используется все время, от чего сектора памяти могут прийти в непригодное состояние и это повысит риск утери данных или повреждения информации. Системы обнаружения ошибок могут помочь определить, когда это происходит, но как только происходит ошибка – устройство становится бесполезным. Отказ работы устройства может вызвать большие проблемы, связанные с теми данными, которые на нем хранились. Именно поэтому такие устройства как, например, микроконтроллеры со встроенной флэш-памятью, не отслеживающие износ, больше полагаются на NOR-память с её более высокими характеристиками выносливости к перезаписи.

Существует несколько способов улучшить общее состояние флеш-памяти и продлить сроки её службы. Один из методов предполагает наличие возможности перенесения всего объема информации в другое место - реорганизации. Он работает лучше всего с блок-ориентированными устройствами, хотя может применяться с размером блока в одно слово. Существуют определенные накладные расходы в связи с износом, поэтому с большими блоками информации этот способ будет более эффективным.

Система выравнивания износа (WL – wearlevelling) распределяет записи по всей поверхности памяти во избежание использования какого-то одного сектора. Тогда срок службы системы можно рассматривать как потенциал общего объема информации системы, вместо максимума для одного блока информации. Система WL требуется возможности контроля над использованием записываемого пространства, а также записывать и использовать эту информацию для дальнейшего повышения эффективности использования устройства и продления сроков его службы. Различные дефекты значительно влияют на то количество раз, которое информация может быть записана и удалена с устройства.

В таком случае, механизм реорганизации может быть использован, если память чрезмерно заполнена. Для этого будут использоваться дополнительные блоки или сектора, как и на жестких дисках. Разница лишь в том, что дополнительный блок будет использоваться только в том случае, если возникла неисправимая ошибка в основном. Это своего рода запасной выход.

Если используется система WL, то обычно все блоки в совокупности формируют пул, а если система реализована в программном обеспечении, то можно будет выбрать размер логического раздела, основанный на желаемом сроке службы памяти. Маленький размер логического раздела предполагает наличие нескольких дополнительных блоков.

Преимущества флеш-памяти перед другими устройствами

Флэш-память доступна в различных формах, таких как карты памяти, карты памяти, USB накопители и так далее... Но основной принцип работы такой же. Флэш-память просто универсальны, как это стоит очень мало и предлагается с операционной гибкости вариант простой плагин и играть. Лучшая часть заключается в том, что память хранится на этом носителе, можно стирать и переписывать снова.

Флэш-память отличается от обычного электрически стираемого перепрограммируемого ПЗУ (EEPROM) в том, что EEPROM стирает содержимого по одному байту за раз. Это делает его очень медленным, если говорить о процессе обновления. Флэш-память может удалять файлы целыми блоками, что делает такое устройство более предпочтительным для приложений, которые требуют частого обновления большим количеством данных, как в случае карты памяти для цифровых электронных устройств.

Внутри микросхемы (чипа) информация хранится в ячейках. Плавающий затвор транзистора защищает данные, которые записываются в каждую ячейку. Туннельные электроны проходят через низкий проводящий материала, чтобы мгновенно изменить электронный заряд при этом, очищая ячейку так, что после она может быть перезаписана. Именно благодаря этому флэш-память получила свое имя («in a flash» – мгновенно).

Некоторые типы флэш-накопителей также называют карты памяти или флэш-карты, и продаются в различных конфигурациях для различных цифровых устройств и целей хранения. Флэш-память, что поставляется в виде USB-накопителя для использования с компьютером или планшетом - чрезвычайно удобно изобретение, которое пришло на смену дискетам и гибким дискам.

Флеш-карта памяти может сохранять изображения в цифровой камере, например, переместить на компьютер, где можно будет получить доступ к фотографиям. Флэш-память не одно и то же, что и флэш-память с произвольным доступом (RAM - flash randomaccess memory). ФлешRAM, как и любой другой вид оперативной памяти в компьютере, требует постоянный источник питания, чтобы поддерживать содержимое.

Флэш-память доступна в различных формах, таких как карты памяти, флешки, USB накопители и так далее. Но основной принцип работы у всех устройств одинаковый. Флэш-память уникальная вещь, поскольку стоит очень мало и предлагается с простой системой запуска и чтения файлов. Еще одним преимуществом можно назвать то, что все файлы могут находиться на одном носителе и есть возможность удалять их и перезаписывать снова.

Карта памяти, как форма флеш-памяти, настолько маленькая, что может поместиться в ладони, равно как монетка. Компактная карта памяти может использоваться где и когда угодно. А восстановление повреждённых или утраченных данных с USB-накопителей , карт памяти и других типов шлеш-памяти не составит труда.

Флеш-память используется в современных ОС типа Windows 7 и Windows Vista с целью повышения производительности системы. Также этот вид памяти поддерживает легкий доступ к необходимым приложениям и таким образом, пользователь может хранить программы, например, защищающие от вредоносного ПО или веб-браузера на карте памяти, с которой их потом можно перенести на компьютер.

Часто возникают различные сбои в работе устройств памяти, это же касается и флеш-памяти, поскольку не существует устройств, абсолютно защищенных от возможности сбоя программного обеспечения или физического повреждения устройства. Более того, мы знаем, что все имеет срок годности.

На флеш-памяти может храниться крайне важная информация, такая как: уникальные коды, различные шифры и сверхважные документы, если говорить о бизнесе. Также на флеш-накопителе данных может быть сохранено множество других файлов, например, видео, аудиофайлы, фильмы, фотографии, картинки, книги, учебники и документы Word, табличные процессоры Excel и другие.

И что же делать в ситуации, когда эти файлы все же были удалены. Не стоит паниковать, поскольку существует множество программ, которые предназначены специально для восстановления различных файлов. Некоторые производители разрабатывают целые пакеты программ, которые в комплексе обеспечивают сохранность Ваших данных и восстанавливают их в результате любой из причин, по которым они были удалены. К примеру, такой производитель, как Hetman Recovery предлагает множество программ, которые помогут восстановить данные с флеш-памяти это: Hetman PartitionRecоvery, Hetman FAT Recovery, Hetman NTFS Rеcovery и много других.

Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти .

Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи).
Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных.
Полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip ).

В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации.

Флэш-память исторически происходит от ROM (Read Only Memory ) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory ). Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают.

Замены памяти SRAM и DRAM флэш-памятью не происходит из-за двух особенностей флэш-памяти: флэш работает существенно медленнее и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов).

Надёжность/долговечность : информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков).

Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, бо льшая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей.

Итак, благодаря низкому энергопотреблению, компактности, долговечности и относительно высокому быстродействию, флэш-память идеально подходит для использования в качестве накопителя в таких портативных устройствах, как: цифровые фото- и видео камеры, сотовые телефоны, портативные компьютеры, MP3-плееры, цифровые диктофоны, и т.п.

Примечание: Мы рассматриваем только "чистую" флэш-память с числом циклов чтения/записи более 10000. Кроме "чистого" flash существуют OTP (One Time Programmable ) - память с единственным циклом записи, и MTP (Multiple Time Programmable ) - до 10000 циклов. Кроме количества допустимых циклов записи/стирания принципиальной разницы между MTP и Flash нет. OTP существенно отличается от этих типов архитектурно.

История создания

Флэш-память исторически произошла от полупроводникового ROM , однако ROM-памятью не является, а всего лишь имеет похожую на ROM организацию. Множество источников (как отечественных, так и зарубежных) зачастую ошибочно относят флэш-память к ROM. Флэш никак не может быть ROM хотя бы потому, что ROM (Read Only Memory ) переводится как "память только для чтения" . Ни о какой возможности перезаписи в ROM речи быть не может!

Небольшая, по началу, неточность не обращала на себя внимания, однако с развитием технологий, когда флэш-память стала выдерживать до 1 миллиона циклов перезаписи, и стала использоваться как накопитель общего назначения, этот недочет в классификации начал бросаться в глаза.

Среди полупроводниковой памяти только два типа относятся к "чистому" ROM – это Nask - ROM и PROM . В отличие от них EPROM , EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимой перезаписываемой памяти (английский эквивалент - nonvolatile read-write memory или NVRWM ).

Примечание: всё, правда, встает на свои места, если, как утверждают сейчас некоторые специалисты, не считать RAM и ROM акронимами. Тогда RAM будет эквивалентом "энергозависимой памяти", а ROM - "энергонезависимой памяти".

ROM (Read Only Memory ) - память только для чтения . Русский эквивалент - ПЗУ (Постоянно Запоминающее Устройство). Если быть совсем точным, данный вид памяти называется Mask-ROM (Масочные ПЗУ). Память устроена в виде адресуемого массива ячеек (матрицы), каждая ячейка которого может кодировать единицу информации. Данные на ROM записывались во время производства путём нанесения по маске (отсюда и название) алюминиевых соединительных дорожек литографическим способом. Наличие или отсутствие в соответствующем месте такой дорожки кодировало "0" или "1". Mask-ROM отличается сложностью модификации содержимого (только путем изготовления новых микросхем), а также длительностью производственного цикла (4-8 недель). Поэтому, а также в связи с тем, что современное программное обеспечение зачастую имеет много недоработок и часто требует обновления, данный тип памяти не получил широкого распространения.

Преимущества:
1. Низкая стоимость готовой запрограммированной микросхемы (при больших объёмах производства).
2. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.
3. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям.

Недостатки:
1. Невозможность записывать и модифицировать данные после изготовления.
2. Сложный производственный цикл.
PROM - (Programmable ROM), или однократно Программируемые ПЗУ. В качестве ячеек памяти в данном типе памяти использовались плавкие перемычки. В отличие от Mask - ROM , в PROM появилась возможность кодировать ("пережигать") ячейки при наличии специального устройства для записи (программатора). Программирование ячейки в PROM осуществляется разрушением ("прожигом ") плавкой перемычки путём подачи тока высокого напряжения. Возможность самостоятельной записи информации в них сделало их пригодными для штучного и мелкосерийного производства. PROM практически полностью вышел из употребления в конце 80-х годов.
Преимущества:
1. Высокая надёжность готовой микросхемы и устойчивость к электромагнитным полям.
2. Возможность программировать готовую микросхему, что удобно для штучного и мелкосерийного производства.
3. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.
Недостатки:
1. Невозможность перезаписи
2. Большой процент брака
3. Необходимость специальной длительной термической тренировки, без которой надежность хранения данных была невысокой

EPROM
Различные источники по-разному расшифровывают аббревиатуру EPROM - как Erasable Programmable ROM или как Electrically Programmable ROM (стираемые программируемые ПЗУ или электрически программируемые ПЗУ). В EPROM перед записью необходимо произвести стирание (соответственно появилась возможность перезаписывать содержимое памяти). Стирание ячеек EPROM выполняется сразу для всей микросхемы посредством облучения чипа ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами в течение нескольких минут. Микросхемы, стирание которых производится путем засвечивания ультрафиолетом, были разработаны Intel в 1971 году, и носят название UV-EPROM (приставка UV (Ultraviolet ) - ультрафиолет). Они содержат окошки из кварцевого стекла, которые по окончании процесса стирания заклеивают.
EPROM от Intel была основана на МОП-транзисторах с лавинной инжекцией заряда (FAMOS - Floating Gate Avalanche injection Metal Oxide Semiconductor , русский эквивалент - ЛИЗМОП). В первом приближении такой транзистор представляет собой конденсатор с очень малой утечкой заряда. Позднее, в 1973 году, компания Toshiba разработала ячейки на основе SAMOS (Stacked gate Avalanche injection MOS, по другой версии - Silicon and Aluminum MOS) для EPROM памяти, а в 1977 году Intel разработала свой вариант SAMOS.
В EPROM стирание приводит все биты стираемой области в одно состояние (обычно во все единицы, реже - во все нули). Запись на EPROM, как и в PROM, также осуществляется на программаторах (однако отличающихся от программаторов для PROM). В настоящее время EPROM практически полностью вытеснена с рынка EEPROM и Flash .
Преимущества: Возможность перезаписывать содержимое микросхемы
Недостатки:
1. Небольшое количество циклов перезаписи.
2. Невозможность модификации части хранимых данных.
3. Высокая вероятность "недотереть " (что в конечном итоге приведет к сбоям) или передержать микросхему под УФ-светом (т.н. overerase - эффект избыточного удаления, "пережигание"), что может уменьшить срок службы микросхемы и даже привести к её полной негодности.
EEPROM (Electronically EPROM) - электрически стираемые ППЗУ были разработаны в 1979 году в той же Intel . В 1983 году вышел первый 16Кбит образец, изготовленный на основе FLOTOX-транзисторов (Floating Gate Tunnel-OXide - "плавающий" затвор с туннелированием в окисле).
Главной отличительной особенностью EEPROM (в т.ч.
Flash ) от ранее рассмотренных нами типов энергонезависимой памяти является возможность перепрограммирования при подключении к стандартной системной шине микропроцессорного устройства. В EEPROM появилась возможность производить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока. Для EEPROM стирание каждой ячейки выполняется автоматически при записи в нее новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. Процедура стирания обычно существенно длительнее процедуры записи.
Преимущества EEPROM по сравнению с EPROM:
1. Увеличенный ресурс работы.
2. Проще в обращении.
Недостаток: Высокая стоимость
Flash (полное историческое название Flash Erase EEPROM): Изобретение флэш-памяти зачастую незаслуженно приписывают Intel , называя при этом 1988 год. На самом деле память впервые была разработана компанией Toshiba в 1984 году, и уже на следующий год было начато производство 256Кбит микросхем flash-памяти в промышленных масштабах. В 1988 году Intel разработала собственный вариант флэш-памяти.
Во флэш-памяти используется несколько отличный от
EEPROM тип ячейки-транзистора. Технологически флэш-память родственна как EPROM , так и EEPROM . Основное отличие флэш-памяти от EEPROM заключается в том, что стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определённого блока (кластера, кадра или страницы). Обычный размер такого блока составляет 256 или 512 байт, однако в некоторых видах флэш-памяти объём блока может достигать 256КБ. Следует заметить, что существуют микросхемы, позволяющие работать с блоками разных размеров (для оптимизации быстродействия). Стирать можно как блок, так и содержимое всей микросхемы сразу. Таким образом, в общем случае, для того, чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи небольших объёмов данных в произвольные области памяти, однако значительно увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями.
Преимущества флэш-памяти по сравнению с
EEPROM :
1. Более высокая скорость записи при последовательном доступе за счёт того, что стирание информации во флэш производится блоками.
2. Себестоимость производства флэш-памяти ниже за счёт более простой организации.
Недостаток: Медленная запись в произвольные участки памяти.

Почему Flash ?

Если мы посмотрим в англо-русский словарь, то среди прочих увидим следующие переводы слова flash : короткий кадр (фильма), вспышка, пронестись, мигание, мелькание, отжиг (стекла).

Флэш-память получила свое название благодаря тому, как производится стирание и запись данного вида памяти.

Основное объяснение:

Название было дано компанией Toshiba во время разработки первых микросхем флэш-памяти (в начале 1980– х ) как характеристика скорости стирания микросхемы флэш-памяти " in a flash " - в мгновение ока.

Два других (менее правдоподобных) объяснения:

Процесс записи на флэш-память по-английски называется flashing (засвечивание, прожигание) - такое название осталось в наследство от предшественников флэш-памяти.

В отличие от EEPROM , запись/стирание данных во флэш-памяти производится блоками-кадрами (flash - короткий кадр [фильма])

Универсальность

Аббревиатура USB означает, что для подключения этих устройств не требуются специальные «дисководы» или адаптеры, кроме имеющегося в каждом современном компьютере или ноутбуке USB порта. Это является одной из причин того, что с самого начала своего возникновения флеш-накопители завоевали большую популярность среди пользователей. Практически все операционные системы, установленные на вашем оборудовании, автоматически распознают флеш-накопитель как дополнительный съемный диск.

Компактность

Стандартный размер USB Flash-drive 70 х 20 х 10 мм (некоторые модели больше, некоторые намного меньше). При этом вес флешки не превышает 20-30 грамм.

Надежность

Внутри устройств отсутствуют механические движущиеся части, что делает их более устойчивыми к механическим воздействиям (вибрациям и ударам) по сравнению с другими носителями информации и во много раз снижает энергопотребление. Кроме того корпуса флеш-накопителей изготавливаются из разных удароустойчивых материалов (пластик, кожа, металл, резина).

Скорость передачи данных

Интерфейс USB 1.1 - до 12 Мбит/с.
Интерфейс USB 2.0 - до 480 Мбит/с.
Анонсированный в 2008 году (но пока не запущенный в использование) Интерфейс USB 3.0 - до 4,8 Гбит/с.

Объем и плотность записи

Объемы памяти современных флеш-накопителей начинаются от 256 Мб. Самые распространенные емкости на сегодняшний день - 2-4 Гб. Максимальная емкость - 128 Гб. Другими словами - объемы памяти флешек на любой вкус и для любых задач, от использования их в качестве «ключей» для входа в базы данных, до хранения разнообразных фильмов в формате DivX.

При этом у всех флеш-накопителей высокая плотность записи информации (значительно выше чем у CD или DVD).

Защита данных

Защита данных, хранящихся на флешке, может производиться как с помощью механического воздействия, так и на программном уровне. В первом случае - некоторые флеш-карты имеют специальный механический переключатель защиты от записи (он обозначается двумя пиктограммами: открытым и закрытым замочком). Во втором случае, с помощью специального программного обеспечения, часть или все данные закрываются паролем и обратиться к этой области флеш-карты или отформатировать ее можно только зная пароль доступа.

Функция загрузочного диска

Как и у CD дисков, у большинства USB flash drive предусмотрена возможность использования их в качестве загрузочного устройства наподобие системного диска. Некоторые производители предлагают вместе с флеш-накопителем специальное программное обеспечение, которое позволяет сделать флешку «загрузочной».

Работоспособность в специальных условиях

Флеш-накопители способны безотказно работать в широком диапазоне температур (от -40 до +70 0С) и относительной влажности (5% - 90 %).

Дизайн и дополнительные функции

Внешний вид флеш-накопителей - очень разнообразный и многогранный. Это различные материалы корпуса и широкая цветовая гамма, элементы ювелирной отделки и флешки с прозрачным корпусом, наполненным разноцветной жидкостью, в форме корпоративного логотипа или муляжа любой продукции…

Заслуживают внимание и дополнительные функции нестандартных флеш-накопителей: фонарик, лазерная указка, флешка-шариковая ручка, флешка-силиконовый браслет и многое другое.

Недостатки флешек

Цикличность записи-стирания

Флеш-накопители имеют ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя. Приблизительное количество циклов - 100 тысяч. То есть, если вы 10 раз в день на 1 Гб флешку будете записывать и стирать информацию объемом 1 Гб - она выйдет из строя через 25-26 лет.

Скорость передачи данных

Существует мнение, что скорость записи/чтения информации с флешки уменьшается со временем. Возможно это и так, однако официального подтверждения этой информации пока не существует.

Внешний вид

Большинство стандартных флеш-накопителей имеют колпачок, закрывающий USB разъем и предотвращающий его повреждение. Недостатком этого элемента флешки является то, что он постоянно теряется или забывается. Иногда производитель изготавливает вместо колпачка специальный механизм скрытия разъема - колпачок уже потерять нельзя (так как его нет), однако механическая конструкция больше подвержена износу.

Учитывая все вышеизложенные преимущества и недостатки флеш-накопителей можно прийти к следующему выводу - данный вид накопителей являются одними из самых оптимальных устройств для хранения и переноса данных.

Мы предлагаем флешки только с оригинальными комплектующими от заводов производителей. На всю продукцию даётся гарантия 1 год. На это следует обратить особое внимание, по причине массового появления на Российском рынке некачественных флешек. Наши флешки выгодно отличаются высокой работоспособностью и отсутствием дефектов. Они поддержат Вашу репутацию и закрепят долгосрочность Ваших отношений с Партнёрами.

Мы предлагаем множество решений для придания изделиям неповторимости Вашего фирменного стиля!
Наш девиз: качество, индивидуальность и практичность!

Мы делаем Ваш Бизнес узнаваемым!!