Dyski półprzewodnikowe

Transkrypt

1 Dyski półprzewodnikowe

2 msata

3 Złacze U.2

4 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.

5 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).

6 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.

7 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.

8 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 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.

9 MLC, SLC, TLC

10 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.

11 SLC Zalety Duża niezawodność Możliwość adresowanie jednoczesnego wielu bloków Do 10 razy trwalsze od MLC Wady Przynajmniej czterokrotnie droższe od MLC

12 Porównanie SLC i MLC SLC prędkość odczytu: MB/s; prędkość zapisu: MB/s; MLC prędkość odczytu: MB/s; prędkość zapisu: MB/s

13 Karty pamięci Karta xd Karta firmy SanDisk. Stosuje Magistralę SPI do transmisji danych.

14 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)

15 Udział kart pamięci

16 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

17 Zalety dysków SSD (ang. Solid State Drive) Bezgłośne Małe zużycie energii Małe wydzielanie ciepła

18 Dysk SSD 1 Pamięci flash 2 Kontroler dysku 3 Interfejs 4 Bufor DRAM

19 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.

20 SSHD Adaptive Memory polega na monitorowaniu często używanych plików i zapisywania ich w pamięci flash, dzięki czemu dysk ma do nich szybszy dostęp.