Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Твердотільні накопичувачі.



Твердотільний накопичувач (Solid State Drive) — це напівпровідниковий накопичувач, що складається з мікросхем пам’яті і контролера (подібно до флеш-пам’яті). Існують два види SSD - накопичувачів, які базуються на використанні енергозалежної (RAM SSD) і незалежної (NAND або Flash SSD) пам’яті. Перші характеризуються швидким читанням, записом і пошуком інформації в пристрої пам’яті і використовуються в основному для прискорення роботи великих систем управління базами даних і потужних графічних станцій. Основним їх недоліком є надзвичайно висока вартість. Інші ж мають набагато нижчу вартість (від $2 за ГБ) і характеризуються відносно невеликими розмірами і низьким енергоспоживанням, і саме вони є найбільш перспективними.

Використовується дві технології для виробництва твердотільної пам’яті:

1. NAND SSD (SLC);

2. MLC.

SLC (Single Level Cell) — технологія, при якій кожна комірка пам’яті використовується для зберігання одного біта даних. У свою чергу MLC (Multi Layer Cell) дозволяє зберігати у комірці 4 біта даних. Зрозуміло, що на основі MLC можна створювати більш місткі SSD - диски. Недоліком є те, що вони при цьому програють в швидкості читання/запису в порівнянні з технологією SLC (приблизно в півтора рази).

Найочевидніша перевага SSD перед звичними жорсткими дисками полягає в його монолітності. Якщо HDD мають рухомі частини (в більшості вінчестерів диски обертаються зі швидкістю 7200об/с), то в SSD рухомих частин немає. Це гарантує вищу надійність роботи пам’яті — адже чим менше рухомих деталей, тим надійніший пристрій. Це також гарантує повну безшумність флеш-дисків.

Окрім очевидних, SSD має також ряд інших переваг. Зокрема, варто відзначити, що твердотільні накопичувачі мають в 2-3 рази меншу вагу ніж вінчестери. Але часто найбільше значення має на порядок менше енергоспоживання SSD - дисків в порівнянні з HDD.

Окрім переваг, на зразок пониженої шумності і надійності, в SSD - накопичувачів є свої переваги при читанню/запису даних. Твердотільні накопичувачі працюють на абсолютно однакових фізичних елементах - елементах пам’яті. При читанні файлу, що займає декілька блоків, весь процес фактично займає час, потрібний для доступу до одного блоку, оскільки SSD може працювати паралельно з декількома елементами пам’яті. Магнітна головка HDD працює послідовно з кожною коміркою пам’яті, тому вона буде послідовно проходити блоки і читати з них інформацію. Швидкість зчитування при цьому досить суттєво падає, оскільки потрібна інформація знаходиться в різних секторах диску. І тому HDD витрачає в середньому 12-13мс на позиціювання головки і дообертання диску до потрібного місця. В SSD же на весь процес витрачається близько 0,01мс.

Серйозною проблемою у них є життєвий цикл. Так, час життя комірки пам’яті SSD в середньому складає біля 10 тис. перезаписів (хоча деякі виробники заявляють про більшу кількість). Крім того, у SSD неможливо записати нову інформацію поверх старої без всяких попередніх дій як у жорстких дисків. Інший суттєвий недолік, який і є визначальним для користувача, — висока ціна SSD - накопичувачів..

Флеш-пам’ять

Найновішим типом змінного накопичувача, не основаного на принципі магнітного запису є флеш-пам’ять (Flash - memory). Флеш-пам’ять можна означити як особливий вид енергонезалежної, напівпровідникової пам’яті з можливістю перезапису. Вона:

1. енергонезалежна, оскільки не вимагає додаткової енергії для зберігання даних. Енергія потрібна тільки для запису.;

2. має можливість перезапису даних як окремих блоків пам’яті, так і пам’яті цілком;

3. напівпровідникова (твердотільна), оскільки побудована на основі інтегральних мікросхем і не має рухомих механічних частин (як жорсткі диски або СD).

Принципова відмінність флеш-пам’яті від RAM полягає в її енергонезалежності. Ця пам’ять може на протязі необмеженого часу (десятки років) зберігати інформацію при відсутності зовнішнього живлення.

Основною структурною одиницею, яка використовується для зберігання біта інформації, у флеш-пам’яті є МДН транзистор з плаваючим затвором. Заміни пам’яті DRAM і SRAM флеш-пам’яттю не відбувається через такі причини:

1. Суттєво повільніша робота;

2. Обмеження по кількості циклів перезапису (104 – 106).

Архітектура флеш-пам’яті

Комірка флеш-пам’яті на основі транзистора з плаваючим затвором може використовуватись для створення масивів енергонезалежної пам’яті. Для цього потрібно певним чином об’єднати в один масив множину таких комірок, тобто створити архітектуру пам’яті.

Архітектура NOR

Дана архітектура була розроблена для флеш-пам’яті фірмою Intel в 1988 році. За допомогою такої схеми здійснюється перетворення вхідної напруги у вихідну, яка відповідає логічним „0” і „1”. Пояснимо принцип дії такої схеми. Для цього умовно припустимо, що опір відкритого транзистора дорівнює нулю, а опір закритого - якомусь дуже великому значенню (що є недалеким від істини). Нехай в початковому стані на вході всіх транзисторів схеми немає сигналу („0”), вони закриті, відповідно на виході С є потенціал, оскільки вся схема є подільником напруги. Потенціал на виході відповідає логічній „1”. Якщо на вході А є сигнал, а на вході В – нема, то транзистори Т3 відкривається, його опір стає рівним нулю, і, значить, потенціал на виході стає рівним нулю (логічний „0”). Те ж саме спостерігається при відсутності сигналу на вході А, і присутності – на В. Тепер транзистор Т4 відкривається і закорочує вихід С на корпус. При подачі напруги на обидва входи А і В схеми всі транзистори відкриються і знову потенціал на виході С дорівнює нулю.

Недоліки:

Погане масштабування.Kомірка пам’яті покрита сіткою провідників ліній слів і біт. Оскільки запис інформації в комірку відбувається методом інжекції „гарячих” електронів, що вимагає високої напруги, всі лінії слів, біт і витоків необхідно розміщувати на достатньо великій відстані одна від одної для забезпечення достатньої ізоляції. Це є причиною неможливості зменшення площі мікросхем шляхом мінімізації розмірів транзисторів нижче деякого масштабу.

Іншим недоліком такої комірки є ефект надлишкового видалення заряду з плаваючого затвору, який не може компенсуватись процесом запису. В результаті, на плаваючому затворі утворюється додатній заряд і транзистор завжди залишається у відкритому стані.

Архітектура N AND .

Дану архітектуру флеш-пам’яті розробила фірма Toshiba в 1989 році.Схема логічного елемента, який отримав назву (NAND – Not AND – в булевій математиці означає „і - не”)

Архітектура NAND у флеш-пам’яті застосовується найчастіше у матриці, елемент якої показано на рис. 2.45.Тут, як і в архітектурі NOR, вхідні сигнали ідуть по лініях слів на управляючі затвори, а вихідні сигнали знімаються по лініях біт. При проходженні одночасно сигналів на два сусідні транзистори з плаваючими затворами („1”) і на два транзистори з селективних ліній вони відкриваються, їх опори стають близькими до нуля і на лінії біт потенціал стає рівний нулю („0”). Будь які інші варіанти з відкриттям лише одного транзистора будуть давати на виході „1”. Селективні лінії необхідні для керування записом і зчитуванням необхідних комірок.

Якщо порівнювати архітектури NOR і NAND, то можна відзначити більшу швидкість читання у першої і запису (причому, набагато) у другої архітектури.

Архітектура NAND найчастіше застосовується в картах пам’яті.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-04-01; Просмотров: 270; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.014 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь