Nand флеш-пам’ять (nand flash memory)
КонструкціяNAND- тривимірний масив. В основі та сама матриця що і NOR, але замість одного транзистора в кожному перетині встановлюється стовпець з послідовно включених осередків. У такій конструкції ланцюгів затворів в одному перетині виходить багато. Щільність компонування можна різко збільшити (адже до одного осередку в стовпці підходить лише один провідник затвора), проте алгоритм доступу до осередків для читання та запису помітно ускладнюється.
В основі NAND-архітектури лежить І-НЕ алгоритм (на англ. NAND). Принцип роботи аналогічний NOR-типу, і відрізняється лише розташуванням осередків та його контактів. Вже немає необхідності підводити контакт до кожної комірки пам'яті, тому вартість і розмір NAND-процесора значно менші. За рахунок цієї архітектури, запис та стирання відбуваються помітно швидше. Однак ця технологія не дозволяє звертатися до довільної області або осередку, як у NOR. Для досягнення максимальної щільності та ємності флеш-накопичувач, виготовлений за технологією NAND, використовує елементи з мінімальними розмірами. Тому, на відміну від NOR-накопичувача, допускається наявність збійних осередків (які блокуються і не повинні бути використані надалі), що помітно ускладнює роботу з такою флеш-пам'яттю. Більш того, сегменти пам'яті NAND забезпечуються функцією CRC для перевірки їх цілісності. В даний час NOR та NAND-архітектури існують паралельно і ніяк не конкурують один з одним, оскільки у них різна сфера застосування. NOR використовується для зберігання даних малого обсягу, NAND - для зберігання даних великого розміру.
Слід зазначити, що й інші варіанти об'єднання осередків у масив, але де вони прижились.
Безліч флеш-дисків і карт пам'яті виходять з ладу з різних причин.
Перелік саме технічних несправностей флеш-накопичувачів, у порядку зменшення їх поширеності, виглядає так:
електричні та теплові пошкодження
збої та знос флеш-пам'яті
кінцева кількість циклів стирання та запису
В наш час основним недоліком пристроїв на базі флеш-накопичувачів є дуже високе співвідношення ціна-об'єм, що набагато перевищує у порівнянні з жорсткими дисками в 2-5 разів. Тому обсяги флеш-дисків не дуже великі, але у цих напрямках ведуться роботи.
За оцінками самі виробників, сучасна флеш-пам'ять, в середньому, здатна витримати близько 100000 циклів стирання/запису, хоча в ряді випадків заявляються значно вражаючі показники - до мільйона циклів. Щоб зрозуміти, чому виникає таке обмеження, необхідно хоча б у першому наближенні познайомитись із принципами роботи цього типу носіїв.
Зрозуміло, виробники пам'яті вживають заходів для збільшення терміну служби твердотільних накопичувачів: в першу чергу, вони пов'язані із забезпеченням рівномірності процесів запису/стирання по всіх осередках масиву, щоб якісь з них не були схильні до більшого зносу, ніж інші. Один із способів - наявність резервного обсягу пам'яті, за рахунок якого за допомогою спеціальних алгоритмів забезпечується рівномірне навантаження та корекція помилок, що виникають. Крім того, виводяться з роботи комірки, що вийшли з ладу, з метою запобігання втраті інформації. У службову область записується також таблиця файлової системи, що запобігає збоям читання даних на логічному рівні, можливі, наприклад, при некоректному відключенні накопичувача або раптовому відключенні електроенергії.
На жаль, зі збільшенням ємності мікросхем флеш-пам'яті знижується і кількість циклів запису/прання, оскількиосередки стають все більш мініатюрними і для розсіювання оксидних перегородок, що ізолюють плаваючий затвор, потрібна все менша напруга. Тому з проблем стикаються не лише власники флеш-накопичувачів дуже маленького, а й дуже великого обсягу.
Однак, знос флеш-пам'яті прискорюється лише у разі неправильного використання - постійного стирання і видалення невеликих файлів. До речі, у цьому криється причина нібито нижчої надійності USB-флеш-драйвів у порівнянні з картками різних форматів. Вся справа в тому, що, наприклад, у фотоапаратах або в плеєрах ємність карти заповнюється повністю і поступово, тоді як у флеш-драйвів часто більш "рваний" режим експлуатації - "записав - стер - записав". При цьому в останньому випадку, незважаючи на всі алгоритми та технології, підвищеному зносу піддаються ті самі ділянки мікросхеми. Порада тут може бути тільки одна: намагайтеся по можливості повністю заповнювати флеш-драйви і не видаляти файли, що негайно стали непотрібними - тим самим ви продовжите термін служби накопичувача.
Крім того, звичайні картки флеш-пам'яті не розраховані на використання як постійний накопичувач: не рекомендується редагувати документи, бази даних безпосередньо на "флешці", працювати з операційною системою, записаною в картку пам'яті. Крім передчасного зносу через постійні процеси запису/стирання та постійного оновлення таблиці файлової системи можливий вихід накопичувача з ладу через банальне перегрівання! Зрозуміло, якщо ви використовуєте флеш-карту тільки для читання, таких проблем не виникне.
Звичайно, розробники продовжують удосконалювати конструкцію та технологічні процеси для виготовлення флеш-пам'яті, які б дозволили максимально збільшити кількість циклів.стирання/запису та ще більше наростити ємність цього носія, проте проводяться дослідження і в галузі альтернативних твердотільних носіїв.
Наприклад, в Intel вже кілька років займається розробкою пам'яті на аморфних напівпровідниках (Ovonic Unified Memory, OUM). В основу роботи такої пам'яті покладена технологія фазового перехід, аналогічна принципу запису на диски, що перезаписуються CD-RW або DVD-RW, при якому стан реєструючого шару змінюється з аморфного на кристалічний, і один з цих станів відповідає логічному нулю, а інше - логічній одиниці. Принципова відмінність - спосіб запису: якщо оптичних носіях застосовується нагрівання лазером, то OUM нагрівання виробляється безпосередньо електричним струмом.
Ще одна альтернативна флеш-пам'яті і набагато близька до серійного виробництва технологія - магніторезистивна пам'ять MRAM, вона може застосовуватися не тільки для тривалого зберігання даних, але і як оперативна пам'ять.
Чіпи MRAM побудовані на базі елементів магнітної пам'яті, укріплених на кремнієвій підкладці, і теоретично підтримують нескінченну кількість циклів запису та стирання. Крім того, важливою властивістю MRAM пам'яті є можливість миттєвого включення, що особливо цінується в мобільних пристроях. Значення осередку в цьому типі пам'яті визначається магнітним полем, а не електричним зарядом, як у звичайній флеш-пам'яті.
ВИДИ ТА ТИПИ КАРТ ПАМ'ЯТІ ТА ФЛЕШ-НАКОПИВАЧІВ
MMC(англ.Multimedia Card): карта у форматі MMC має невеликий розмір - 24х32х1,4 мм. Розроблена спільно компаніями SanDisk та Siemens. MMC містить контролер пам'яті і має високу сумісність з пристроями різного типу. У більшості випадків картки MMC підтримуютьсяпристроями із слотом SD.
RS-MMC(на англ.Reduced Size Multimedia Card): картка пам'яті, яка вдвічі менша за довжиною стандартної картки MMC. Її розміри становлять 24х18х1,4 мм, а вага - близько 6 гр., решта характеристик і параметрів не відрізняються від MMC. Для сумісності зі стандартом MMC під час використання карт RS-MMC потрібен адаптер.
MMCmicro: мініатюрна картка пам'яті для мобільних пристроїв розмірами 14х12х1,1 мм. Для сумісності зі стандартним слотом MMC необхідно використовувати спеціальний перехідник.
miniSD(англійською мовоюMini Secure Digital Card): Від стандартних карт Secure Digital відрізняються меншими розмірами 21,5х20х1,4 мм. Для роботи картки в пристроях, оснащених звичайним SD-слотом, використовується адаптер.
Memory Stick Duo: цей стандарт пам'яті розроблявся та підтримується компанією Sony. Корпус досить міцний. На даний момент – це найдорожча пам'ять із усіх представлених. Memory Stick Duo був розроблений на базі широко поширеного стандарту Memory Stick від тієї ж Sony, що відрізняється малими розмірами (20х31х1, 6 мм).
Memory Stick Micro (M2): цей формат є конкурентом microSD (за розміром), зберігаючи переваги карток пам'яті Sony.
xD-Picture Card: картка використовується у цифрових фотоапаратах фірм Olympus, Fujifilm та деяких інших.
Сучасні технології виробництва флеш-пам'яті дозволяють використовувати її для різних цілей. Безпосередньо в комп'ютері цю пам'ять застосовують для зберігання BIOS (базової системи вводу-виводу), що дозволяє, при необхідності, проводити оновлення останньої прямо на робочій машині.
Розповсюдження отримали, так звані, USB-Flash накопичувачі,Емулюючі роботу зовнішніх вінчестерів. Ці пристрої підключається, зазвичай, до шини USB і складається з власне флеш-пам'яті, емулятора дисковода контролера і контролера шини USB. При включенні його в систему (допускається "гаряче" підключення та відключення) пристрій з погляду користувача поводиться як звичайний (знімний) жорсткий диск. Звичайно, продуктивність його менша, ніж у жорсткого диска.
У більш загальному плані можна сказати, що flash-пам'ять міцно увійшла в наш побут, тому що застосовується практично повсюдно в різних пристроях, якими ми щодня користуємося: телевізор, музичний центр, пральна машина, електронний годинник і т.д.
Слід зазначити, що надійність і швидкодія флеш-пам'яті постійно збільшуються. Тепер кількість циклів запису/перезапису виражається семизначною цифрою, що дозволяє практично забути про те, що колись на карту пам'яті можна було записувати інформацію лише обмежену кількість разів. Сучасні USB-Flash накопичувачі вже розраховані на шину USB 2.0 (і вона дійсно необхідна). На ринку з'являється все більше пиловологозахищених пристроїв. При цьому все більша кількість виробників вбудовують кард-рідери в настільні корпуси персональних комп'ютерів. Це безумовно свідчить про те, що цей тип пам'яті вже став одним із найпопулярніших.