Dyski półprzewodnikowe

Dyski półprzewodnikowe
mSATA
Złacze U.2
Komórka flash
Komórka flash używa dwóch tranzystorów polowych. Jeden jest nazywany bramką sterującą
(ang. control gate), drugi zaś bramką pływającą (ang. floating gate). Bramka pływająca tworzy
swoistą pułapkę, która przy przyłożonym napięciu potrafi łapać i przetrzymywać na stałe
elektrony – także po odłączeniu napięcia. Wspomniana pułapka jest odizolowana warstwą tlenku
krzemu, a elektrony przenikają do niej poprzez efekt tunelowy. Elektrony schwytane w bramce
pływającej oddziałują na pole elektryczne sąsiadującej z nią bramki sterującej, a więc na
przewodność komórki pamięci Flash. Mierzalne napięcie progowe, które służy do zainicjowania
przewodzenia w komórce (tranzystorze), wzrasta wraz z ładunkiem bramki pływającej i pozwala
odróżnić nienaładowaną komórkę pamięci od naładowanej. Opisany efekt da się odwrócić.
Doprowadzenie napięcia kasującego (wyższego od normalnego) wyrzuca elektrony z bramki
pływającej, wskutek czego wzrasta przewodność komórki. Jeden układ pamięci Flash składa się
z miliardów takich komórek.
Pamięci NOR i NAND
Komórki w układzie Flash mogą być ułożone i połączone na dwa różne sposoby.
Stosownie do tego wyróżnia się dwa typy pamięci Flash – NAND i NOR. W obu
zastosowano technologię bramki pływającej, lecz odmienną strukturę logiczną, a
także sposób odczytywania i zapisywania bitów. W najprostszej organizacji komórek
pamięci są one uporządkowane w wierszach i kolumnach. Kanały łączące ze sobą
komórki jednego wiersza są zwane liniami poziomymi lub liniami słowa (ang. word
line), natomiast komórki jednej kolumny są ze sobą połączone poprzez linie
pionowe, tzw. linie bitu (ang. bit line).
Pamięć NOR
Możliwe jest adresowanie i odczytywanie
pojedynczej komórki. Jeśli do linii słowa jest
doprowadzone napięcie w celu odczytania
zawartości danej komórki, zależnie od jej
ładunku pojawi się napięcie na odpowiedniej
linii bitu. Operator logiczny NOR pozwala
ustalić, jaka wartość bitowa jest zapisana w
konkretnej komórce – 0 czy 1 (0 NOR 0 = 1;
1 NOR 0 = 0). Opisany układ NOR ma jednak
poważną wadę, która utrudnia jego wdrażanie
w układach pamięci. Linie poziome i pionowe
zajmują dużo miejsca, a ponadto wymuszają
bardzo złożoną strukturę układu pamięci.
Dodatkową wadą technologii okazują się
wysokie koszty produkcji.
Bramka NAND
Do wytwarzania nośników pamięci
masowej niewymagających adresowania
pojedynczych bitów nadaje się inny typ
pamięci Flash, w którym odwołuje się do
całych bloków wielkości od 512 do 4096
bajtów. Stosuje się w nim bramkę
logiczną NAND (z połączenia NOT i
AND). W pamięci tego rodzaju komórki
poszczególnych kolumn są połączone ze
sobą szeregowo poprzez linię bitu.
Natomiast poziome linie słowa
przebiegają wiersz za wierszem, łącząc
się kolejno z każdą komórką. Odczyt
odbywa się więc całymi wierszami
zwanymi stronami pamięci (ang. memory
page). Po przyłożeniu napięcia odczytu
do linii słowa linie bitu podają jako wynik
zawartość wszystkich komórek
znajdujących się w danym wierszu.
MLC i SLC
Można zwiększać gęstość zapisu poprzez zastosowanie różnych poziomów napięcia
co prowadzi do uzyskania w jednej komórce pamięci kilka stanów naładowania. W
tym celu dzieli się ładunek bramki pływającej na kilka poziomów i zależnie od
przyłożonego napięcia zapisu gromadzi w niej określoną liczbę elektronów. Takie
komórki są określane mianem komórek wielopoziomowych (MLC, ang. Multi Level
Cell). W komórce, która potrafi rozróżnić osiem poziomów naładowania, można
zapisać aż trzy bity informacji. Tymczasem zwyczajna komórka znana pod pojęciem
komórki jednopoziomowej (SLC, ang. Single Level Cell) potrafi przechowywać tylko
jeden bit. Technologia MLC znajduje zastosowanie w ogólnie dostępnych dyskach
twardych SSD, kartach pamięci i kieszonkowej pamięci USB (pendrive). Tanie nośniki
MLC mają jednak znacznie krótszą żywotność – maksymalna liczba cykli zapisu jest w
nich znacznie niższa niż w pamięci SLC. Komórka jednopoziomowa wytrzymuje ok.
100 000 operacji zapisu. Zależnie od producenta komórka wielopoziomowa znosi
tylko kilka tysięcy cykli zapisu. Potem warstwa tlenku traci swoje właściwości
izolacyjne, staje się przepuszczalna, a komórki pamięci gubią zapisane w nich
informacje.
MLC, SLC, TLC
MLC
Zalety MLC
Bardzo pojemne
Tanie w produkcji
Wady MLC
Mała żywotność
Aby zwiększyć żywotność dysków SSD stosuje się technologię
równomiernego rozsiewania informacji po całej przestrzeni adresowej
pamięci flash. Technologia ta nazywa się wear levelling.
SLC
Zalety
Duża niezawodność
Możliwość adresowanie jednoczesnego wielu bloków
Do 10 razy trwalsze od MLC
Wady
Przynajmniej czterokrotnie droższe od MLC
Porównanie SLC i MLC
SLC
• prędkość odczytu: 250 - 300 MB/s;
• prędkość zapisu: 170 - 200 MB/s;
MLC
• prędkość odczytu: 150 - 200 MB/s;
• prędkość zapisu: 75 - 100 MB/s
Karty pamięci
Karta xD
Karta firmy
SanDisk.
Stosuje
Magistralę SPI
do transmisji
danych.
Karty pamięci SD
SDHC (SD High Capacity - ang.
karta SD o dużej pojemności)
są dostępne w pojemnościach
od 4 do 32 GB. Karta SDXC
(SD eXtended Capacity - karta
SD o rozszerzonej pojemności)
o pojemności 32 GB i większej.
Klasa karty SD określa
szybkość zapisu:
Klasa 2 – 2MB/s (16Mb/s)
Klasa 4 – 4MB/s (32Mb/s)
Klasa10 – 10MB/s (80Mb/s)
Udział kart pamięci
Pendrive
1 - Łącze USB
2 – Kontroler pamięci
3 – Styki serwisowe
4 – Kość pamięci
5 – Rezonator kwarcowy
6 – Dioda LED, określa tryb pracy
7 – Blokada zapisu
8 – Miejsce na dodatkową kość
pamięci
Zalety dysków SSD (ang. Solid State Drive)
• Bezgłośne
• Małe zużycie energii
• Małe wydzielanie ciepła
Dysk SSD
1 – Pamięci flash
2 – Kontroler dysku
3 – Interfejs
4 – Bufor DRAM
SSHD
Oznaczenie SSHD lub HDD+xxGB flash.
Dysk Hybrydowy jest połączeniem dysku magnetycznego i półprzewodnikowego w
jednej obudowie. Magnetyczny dysk twardy zazwyczaj o dużej pojemności jest
doposażony o kości pamięci Flash. Pełni ona rolę szybkiego bufora w którym są
przechowywane najczęściej używane pliki systemowe. Obecnie montowane układy
mają pojemność około 4 - 32 GB i ta przestrzeń nie jest dostępna dla użytkownika.
Działanie takiego dysku opiera się na inteligentnym algorytmie, decyduje on o tym,
które pliki mają zostać przeniesione do szybkiej pamięci flash. Ponadto posiada on
możliwość dodatkowego uczenia się które pliki są dla użytkownika najistotniejsze i
powinny być dostępne maksymalnie szybko. To rozwiązanie znacznie przyspiesza
uruchamianie systemu operacyjnego oraz usprawnia jego działanie i innych
najczęściej używanych programów.
SSHD
Adaptive Memory – polega na
monitorowaniu często
używanych plików i
zapisywania ich w pamięci
flash, dzięki czemu dysk ma
do nich szybszy dostęp.