Флеш накопитель

Опубликовано в Компоненты ПК, Системы хранения данных

Флеш накопитель относится к классу EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электрически стираемое перепрограммиру­емое ПЗУ, или ЭСППЗУ.

Основная черта данного типа устройств — их энергонезависимость. Это означает, что такой памяти не нужно электричество для сохранности данных. Ключевая особенность работы EEPROM в том, что хранящаяся в этих устройствах информация может быть считана бесконечное количество раз, в то время как чис­ло циклов записи ограничено. Долгое время это было сдерживающим фактором развития данной технологии.

Флеш накопитель

По сравнению с другими типами ПЗУ, такими как жесткие диски или оптические накопители, флеш накопитель имеет как свои плюсы, так и минусы.

Флеш накопитель

Особенности современных ПЗУ

Флеш накопитель

Особенности современных ПЗУ (продолжение)

Флеш накопитель и его развитие

В начале нового столетия ощутимый импульс развитию флэш-памяти дала попу­ляризация цифровой фототехники. Именно эти устройства постоянно требовали все больших объемов и скоростей записи. Чуть позже дополнительный стимул рынку флеш накопителей придало появление компактных музыкальных (а позже и ви­део-) плееров.

К тому же огромное количество пользователей оценило удобство транспортировки данных в компактных и в то же время емких гаджетах, которые, ко всему прочему, довольно устойчивы к воздействиям окружающей среды.

Сейчас уже мало кто сомневается в том, что в ближайшие годы флэш-память толь­ко укрепит свои господствующие позиции в сегменте мобильных решений (КПК, смартфоны, плееры), а вот за рыночную долю ПЗУ для ноутбуков ей еще предсто­ит побороться, и уж совсем смутны ее перспективы в системах настольных. Для них она пока не более чем контейнер для транспортировки данных.

Всю Флэш накопители можно условно разделить на три большие группы:

1. SSD — твердотельный флеш накопитель;

2. Флеш накопитель со встроенным USB-контроллером;

3. Сменные карты памяти для электронных устройств.

В 2008 году устройства первого типа появлялись как грибы после дождя. Каждый уважающий себя производитель, связанный с флэш-памятью, не обошел эту нишу стороной. Была представлена целая россыпь продуктов — от очень надежных и сверх­скоростных до довольно простых и относительно дешевых. Пока объемы таких устройств варьируются в пределах от 8 до 512 Гбайт.

Самыми распространенными являются флэш-накопители USB. Они компактны, мобильны и подключаются к любому компьютеру, имеющему USB-разъем. Про­изводители, дабы угодить потенциальным покупателям, идут на массу уловок, совмещая эту память с различного рода аксессуарами: от авторучек и брелоков с рек­ламной символикой до элитных дизайнерских решений.

Карты памяти радуют глаз своим многообразием. Конечно, рядовому потребителю эта чехарда стандартов несет больше неудобств, чем пользы. Нередки ситуации, когда телефону нужна одна карта, игровой приставке — другая, а фотоаппара­ту — третья. Вся эта неразбериха образовалась не без участия самих производите­лей, стремящихся извлечь как можно больше выгоды от эксклюзивной продажи тех или иных носителей.

Вот лишь небольшой список наиболее распространенных на сегодняшний день карт:

1. CompactFlash Type I (CF I)/Type II (CF II);

2. Memory Stick (MS Pro, MS Duo);

3. SecureDigital (SD), SD High Capacity (SDHC);

4. miniSD, microSD;

5. xD-Picture Card (xD);

6. MultiMedia Card (MMC).

Наиболее поддерживаемым является формат SD/MMC. Поэтому карты этого типа отличаются самой приемлемой ценой хранения 1 Мбайт информации.

В настоящее время максимально доступный объем для карт, построенных на флэш- памяти (из имеющихся в продаже), — 32 Гбайт. Разработка новых технологий производства полупроводниковых чипов ПЗУ свидетельствует о том, что в скором времени эта планка будет подвинута в сторону более высоких значений.

Флеш накопитель: SSD

Твердотельные флеш накопители (SSD) сегодня ориентированы на установку и применение в пользовательских мобильных устройствах, таких как ноутбуки, нетбуки и неттопы. Большинство флеш накопителей выполнено в формфакторе Slim 2,5 дюйма, хотя на рынке потихоньку появляются модели и десктопного формфактора 3,5 дюйма.

Первые модели SSD-дисков, выпущенные в 2007—2008 годах, во многом разочаро­вали пользователей из-за крайне низкой надежности. Однако существующие в на­стоящий момент продукты компаний OCZ, Kingston, Corsair и Samsung во многом преодолели эти недостатки. Впрочем, SSD-накопители нельзя рекомендовать для хранения больших объемов пользовательских данных прежде всего из-за высокой стоимости (диск объемом 256 Гбайт стоит не менее $300-400), а также из-за ряда других факторов, связанных с принципами работы флэш-памяти. Единственная сфера, где применение SSD выглядит вполне оправданным, — ускорение работы операционных систем и приложений. Именно поэтому многие пользователи уста­навливают в свой компьютер несколько дисков: быстрый SSD небольшого объема (64-128 Гбайт), на котором хранится ОС и минимальный комплект часто исполь­зуемых программ, и обычный HDD, где складируются документы, аудио- и видео­файлы, а также другой контент, не требующий высоких скоростей.

Флеш накопитель SSD и его преимущества

Несомненным преимуществом SSD-дисков является относительно низкое энерго­потребление, хотя здесь преимущество не столь велико, как это обещают рекламные проспекты (около 2-2,5 Вт против 3,5-4 Вт у обычных винчестеров). Отметим также тот факт, что потребление энергии у SSD одинаково при любом режиме работы (за исключением полного бездействия), а у винчестеров оно может сни­жаться в несколько раз в зависимости от скорости чтения.

Другим преимуществом SSD считают практически мгновенное время доступа к информации (0,1-0,2 мс против 7-14 мс у обычных винчестеров). Конечно, традиционный HDD, вынужденный постоянно шуровать головками в поиске нуж­ных секторов на магнитной пластине, проигрывает ему вчистую. А вот со скоростью чтения/записи ситуация сложнее.

Дорогие и емкие модели SSD-устройств пока­зывают следующие результаты:

1. чтение — 250-270 Мбайт/с;

2. запись — 100-150 Мбайт/с.

Как видим, по скорости чтения SSD-диски превосходят HDD практически вдвое, а по скорости записи в среднем находятся на уровне обычных накопителей.

Добавим, что для SSD-дисков наблюдается разница в скорости выполнения после­довательных и выборочных операций: это может показаться странным, поскольку для обычных USВ-флэшек такая разница отсутствует.

По всей видимости, этот факт объясняется наличием буфера (кэша) у SSD-диска в совокупности с реали­зацией механизма предвыборки данных (упреждающего чтения данных с диска и упреждающей загрузки данных в кэш для их последующей записи на диск). Понятно, что механизм предвыборки данных эффективен только в случае выпол­нения последовательных операций. Если же речь идет о выборочных операциях, то наличие кэша не отражается на повышении производительности диска. Кроме того, для повышения времени наработки на отказ в SSD-дисках реализован алгоритм записи, препятствующий быстрому износу ячеек памяти.

Суть этого алгоритма сводится к следующему. В обычных условиях при последовательной записи/перезаписи информации на диск одни ячейки памяти задействуются в боль­шей степени, а другие — в меньшей. Дабы предотвратить больший износ одних ячеек по сравнению с другими, в SSD-дисках реализуется алгоритм записи, позво­ляющий равномерно задействовать все ячейки памяти.

Фактически данный алго­ритм превращает последовательную запись в выборочную, а его реализация опре­деляется прошивкой диска. Скорее всего, именно этим фактом можно объяснить несколько странное поведение дисков в операциях выборочного чтения/записи (непредсказуемое изменение скорости при изменении размера блока, плохая по­вторяемость результатов).

Флеш накопитель SSD и его недостатки

В последнее время пользователи современных твердотельных дисков часто стал­киваются с такой проблемой, как потеря производительности, связанная с частой перезаписью блоков. Флэш-память, применяемая сейчас в SSD-дисках, состоит из ячеек, которые содержат 4 Кбайт данных, объединенных в блоки по 512 Кбайт. Когда ячейка не используется, запись в нее производится довольно быстро. Но если ячейка уже содержит какую-либо информацию, причем неважно, сколько места она занимает — всю ячейку или только ее малую часть, необходимо перезаписать весь блок. Это означает, что сначала нужно прочитать содержащуюся в блоке ин­формацию, затем скомбинировать ее или заменить новыми данными и только потом перезаписать блок. Конечно, такая операция занимает гораздо больше вре­мени, чем при простой записи информации в пустой блок.

Таким образом, в блоках при частой перезаписи постепенно скапливается ненужный «мусор». Эта проблема не касается новых, только установленных дисков, а затрагивает лишь те твердо­тельные флеш накопители, которые работают уже продолжительное время. Таким обра­зом, при захламлении ячеек производительность диска падает, поскольку прихо­дится постоянно использовать функцию перезаписи ячеек. Чтобы как-то сгладить последствия длительной работы таких устройств, многие производители твердо­тельных дисков объединились и нашли временное решение проблемы в виде спе­циального дополнения для прошивки диска. В последней версии прошивки про­исходит автоматическое удаление неиспользуемой информации, благодаря чему повышается производительность твердотельных накопителей, которые активно применяются в компьютере.

Отметим, что производительность твердотельных дисков, в отличие от традици­онных жестких, во многом зависит от прошивки устройства, ведь в SSD нет меха­нических частей, а есть только управляющее ПО, которое может быть изменено в более широких пределах, нежели у HDD. При этом изменения в прошивке могут существенно затронуть скоростные показатели диска, изменив их как в лучшую, так и в худшую сторону.

0