Проводник: Флэш-накопители Каждый обладатель ПК, цифрового фотоаппарата, диктофона и прочей современной техники постоянно сталкивается с процессами записи, сохранения и передачи данных в электронном виде. Сегодня в ходу разные средства хранения информации: и внешние жесткие диски, и различные оптические носители, и, безусловно, флэш-накопители. Последние появились сравнительно недавно (намного позже первых двух), но за это время совершили технологический рывок, став одним из самых востребованных инструментов хранения и передачи информации. Сегодня чипы флэш-памяти применяются во множестве устройств: от цифровых фотокамер и музыкальных плееров до «черных ящиков» самолетов и вертолетов.
Что такое флэш-память
Использовать твердотельные носители для записи и передачи данных начали еще на заре компьютерной эры – в 50-х годах прошлого столетия. В те времена на полупроводниковую матрицу специальными машинами наносили соединительные дорожки из алюминия, которые кодировали информацию. Наличие или отсутствие дорожки прочитывалось компьютером либо как логический «0», либо как «1». По мере развития технологий ученые открыли возможность удаления информации, а, следовательно, и перезаписи твердотельной памяти при подключении к обычному компьютеру – за счет воздействия электрическим током. Первые перезаписываемые микросхемы получили название EEPROM (Electronically Erasable Programming ROM – электрически перепрограммируемое ПЗУ).
В 1984 году Фудзи Масуока, инженер компании Toshiba, нашел способ ускорить работу этих устройств: данные при перезаписи уничтожались сразу большими блоками, «в мгновение ока» (по-английски – in a flash). Новую технологию так и назвали – Flash Erase EEPROM. Позже наименование сократилось до одного слова – Flash.
В микросхемах флэш-памяти информация хранится на транзисторах в виде электрического заряда. Каждый транзистор (один, два или более – в зависимости от архитектуры) является ячейкой памяти. При подаче на такой транзистор высокого напряжения электроны, пройдя через диэлектрик, помещаются на специальную поверхность («плавающий затвор»), где могут находиться несколько лет, – происходит запись информации. Аналогичным образом, но в обратном порядке, происходит ее удаление: вновь подается высокий разряд, и электроны буквально отлетают от «плавающего затвора». Понятно, что при подобном обращении ячейки памяти изнашиваются. Алгоритм перезаписи, характерный для флэш-памяти, также не способствует продлению срока ее жизни. Ведь работа происходит сразу с целым блоком ячеек, размером от 256 байт. Следовательно, чтобы обновить один байт информации, необходимо перепрограммировать, как минимум, 256, а значит, и изнашиваться будет весь блок ячеек памяти.
Отличительными особенностями флэш-памяти являются:
энергонезависимость – для хранения информации не требуется снабжать накопитель энергией;
отсутствие движущихся частей – в накопителях на базе флэш-памяти просто нечему механически ломаться.
Кроме того, флэш-память, ввиду особенностей своей архитектуры, позволяет записывать и считывать информацию гораздо быстрее, чем обычные энергонезависимые микросхемы памяти.
Преимущества флэш-накопителей
Низкое энергопотребление. Винчестеры и оптические приводы не могут обходиться без электричества при раскрутке и поддержании вращения диска, а также для работы механизма позиционирования головок. У флэш-накопителей подобной необходимости нет, и это делает их работу быстрее и экономичнее – по подсчетам специалистов, в 10–20 раз.
Надежность. Все вращающиеся элементы рано или поздно расшатываются и, к тому же, довольно восприимчивы к внешнему воздействию. Не имеющие механических деталей флэш-накопители гораздо надежнее и легче любого жесткого диска или оптического привода. При этом они способны выдерживать в 10 раз большие нагрузки.
Компактность. Среди всех видов твердотельных запоминающих устройств флэш-накопители единственные не содержат в своей структуре конденсаторов и потому невелики. Корпорация Samsung объявила о создании микросхемы памяти толщиной всего 0,6 мм, способной вмещать 32 Гб информации.
Недостатки флэш-накопителей
Высокая стоимость. Сравнение цены стандартного жесткого диска и твердотельного USB-накопителя говорит не в пользу последнего (см. табл. на стр. 47). Винчестер емкостью 1 Тб стоит в среднем
3 тыс. руб., флэшка на 128 Гб (на сегодня это предельный объем) обойдется примерно в 10 тыс. руб., а SSD-накопитель такой же емкости стоит более 60 тыс. руб.
Ограничение количества циклов перезаписи. Через несколько тысяч циклов записи ячейки памяти просто перестанут запоминать информацию (см. табл. ниже). Для продления срока действия флэш-памяти применяются специализированные файловые системы и контроллеры, позволяющие оптимизировать процесс записи. Они распределяют данные так, чтобы все ячейки памяти изнашивались равномерно.
Накопители на основе флэш-памяти
Теоретически на базе чипов флэш-памяти можно создать несметное множество видов накопителей – насколько хватит фантазии. Тем не менее, на рынке потребителю предлагаются лишь три вида устройств, производимых крупными сериями. Некоторые из них, в свою очередь, подразделяются на несколько типов – в зависимости от типоразмеров и характера использования устройств.
Карты памяти
Наиболее распространенный вид флэшек – накопители, предназначенные для использования в портативных устройствах (чаще всего – в цифровых фотоаппаратах). Главное – они должны быть небольшого размера, а в прямом подключении их к компьютеру необходимости нет.
Универсальные карты
CompactFlash (CF) – один из старейших типов карт памяти. Развиваясь с 1994 года, к настоящему времени карты CF имеют отменные технические характеристики: их скорость чтения и записи может достигать 90 Мб/с, а объем – 100 Гб и даже более. Карты CF имеют довольно большой размер (4,3х3,6х0,3 см), поэтому используются только в относительно крупных устройствах, как правило, в профессиональных фотокамерах.
MultiMedia Card (MMC) – отличаются меньшими, чем CF, размерами (2,4х3,2х0,1 см), более низкой производительностью (скорость чтения и записи – около 20 Мб/с) и вместительностью. Карты MMC можно читать с помощью кард-ридеров, поддерживающих формат SD.
Secure Digital Card (SD) – внешне похожи на MMC, но на 0,6 мм толще. В SD-картах реализовано шифрование данных, а также предусмотрен механический переключатель, блокирующий запись на карту.
Memory Stick – собственный формат компании Sony. Используется в основном в устройствах этого производителя. Карта имеет размеры 5,0х2,2х0,3 см. В зависимости от модели накопители Memory Stick имеют скорость чтения и записи от 2 до 20 Мб/с и объем от 128 Мб до 32 Гб.
xD-Picture – разработка Olympus и Fujifilm, предназначенная, в первую очередь, для цифровых фотоаппаратов. Отличается от других карт отсутствием встроенного контроллера. Это объясняет ее небольшие размеры (2,0х2,5х0,2 см) и невысокую скорость (1,3–4 Мб/с при записи и 4–6 Мб/с при чтении). Максимальный объем xD-Picture также невелик – до 2 Гб.
Карты уменьшенного размера
MicroSD – совсем маленькая разновидность SD размером 1,5х1,1х0,1 см.
MMCmicro – крошечная карта размером 1,4х1,2х0,1 см. Для подключения ее к слоту MMC требуется специальный переходник.
Reduced Size MultiMedia Card (RS-MMC) – представляет собой уменьшенный (2,4х1,8х0,1 см) вариант карты памяти MMC и встречается в основном в сотовых телефонах.
MiniSD – уменьшенный вариант SD, основные размеры 2,1х2,0х
0,1 см. Также может использоваться в SD-устройствах с помощью переходника.
Memory Stick Duo – карта памяти Sony уменьшенного формата: 3,1х2,0х0,2 см.
Memory Stick Micro (М2) – самая маленькая из карт Sony: 1,5х1,3х0,2 см.
