Накопители Памяти

В настоящее время существует два основных типа хранения данных в компьютере: магнитный и оптический. Устройства магнитного хранения широко представлены в современном компьютере — это жесткий диск и дисковод. В них информация записывается на магнитный вращающийся диск. В устройствах оптического хранения запись и считывание осуществляются на вращающийся диск с помощью лазерного луча, а не магнитного поля. Следует отметить, что большинство оптических устройств могут лишь считывать информацию с носителя.

В некоторых устройствах (например, LS-120 или SuperDisk) применятся магнитный и оптический способ записи и считывания информации. Такие устройства полу­чили название магнитооптических. Современные оптические устройства чаще всего используются для архивирования данных или в качестве съемного носителя информации. В этой главе речь пойдет об оптических устройствах. CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory — память только для чтения на компакт-диске) — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения данных.

Другие форматы CD-R и CD-RW позволяют записывать данные на компакт-диск, а новая технология DVD позволяет существенно увеличить емкость обычного оптического диска. В настоящее время накопитель CD-ROM — неотъемлемая часть практически любого компьютера. Исключением служит лишь компьютер, используемый в бизнес-сети. В такой сети существует выделенный сервер с жесткими дисками и накопителем CD-ROM, предоставленными в совместное использование. Такой способ более экономичен, но приносит массу неудобств, особенно если сеть предприятия достаточно велика. CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мбайт данных, что соответствует примерно 333 тыс. страниц текста, 74 минутам высококачественного звучания или их комбинации.

CD-ROM подобен обычным звуковым компакт-дискам, и его можно даже попытаться воспроизвести на обычном звуковом проигрывателе. Правда, при этом вы услышите просто шум. Доступ к данным, хранящимся на CD-ROM, осуществляется быстрее, чем к данным, записанным на дискетах, но все же значительно медленнее, чем на современных жестких дисках. Термин CD-ROM относится как к самим компакт-дискам, так и к устройствам (накопителям), в которых информация считывается с компакт-диска. Сфера применения CD-ROM расширяется очень быстро: если в 1988 году их было записано всего несколько десятков, то на сегодняшний день выпущено уже несколько тысяч наименований самых разнообразных тематических дисков — от статистических данных по мировому сельскохозяйственному производству до обучающих игр для дошкольников.

Множество мелких и крупных частных фирм и государственных организаций выпускают собственные компакт-диски со сведениями, представляющими интерес для специалистов в определенных областях. В 1978 году фирмы Sony и Philips объединили свои усилия в области разработки современных звуковых компакт-дисков. Philips к тому времени уже разработала лазерный проиг­рыватель, а у Sony за плечами были многолетние исследования в области цифровой звукоза­писи. Конкурентная борьба между ними могла привести к появлению двух несовместимых форматов лазерных дисков, поэтому они пришли к соглашению о единой технологии записи и производства. Sony настаивала на том, чтобы диаметр компакт-дисков был равен 12 дюймов, a Philips предлагала уменьшить его. В 1982 году обе фирмы обнародовали стандарт, в котором определялись методы обработки сигналов, способы их записи, а также размер диска — 4,72 дюйма, который используется и по сей день. Точные размеры компакт-диска таковы: внешний диаметр — 120 мм, диаметр центрального отверстия — 15 мм, толщина— 1,2 мм.

Говорят, что такие размеры были выбраны потому, что на таком диске полностью помещалась Девятая симфония Бетховена. Сотрудничество этих двух фирм в 80-е годы привело к созданию дополнительных стандартов, касающихся использования технологий для записи компьютерных данных. На основе этих стандартов были созданы современные накопители для работы с компакт-дисками. И если на первом этапе инженеры трудились над тем, как подобрать размер диска под величайшую из симфоний, то сейчас программисты и издатели думают, как в этот маленький кружочек втиснуть побольше информации. Компьютерные компакт-диски выглядят так же, как и звуковые, но, кроме музыки, на них можно записать и другую информацию. Накопители CD-ROM, которые подключаются к компьютерам, напоминают проигрыватели музыкальных компакт-дисков. В них тоже надо вставить компакт-диск, а по окончании работы его вынуть — все это хорошо знакомо тем, кто пользуется звуковыми компакт-дисками. А если разобраться получше, то станет очевид­но, что эти устройства работают по одному принципу.

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75 дюйма) изготовлен из полимера и покрыт металлической пленкой (обычно каким-нибудь сплавом алюминия). Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. Этикетка обычно помещается на верхней стороне диска, а считывание выполняется с нижней стороны. Таким образом, компакт-диск является односторонним носителем информации. С дисками CD-ROM необходимо обращаться так же аккуратно, как и с фотографическими негативами. По­скольку компакт-диск является оптическим устройством, его поверхность должна быть чистой и гладкой. Считывание информации с диска происходит за счет регистрации изменений интенсивности отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера.

Приемник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был он рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления (штрихи). Сильное отражение луча происходит там, где этих углублений нет. Фотодатчик, размещенный в накопителе CD-ROM, воспринимает рассеянный луч, отраженный от поверхности диска. Затем эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или в звук. Глубина каждого штриха на диске равна 0,12 мкм, ширина — 0,6 мкм. Они расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16 тыс. витков на дюйм или 625 витков на миллиметр.

Длина штрихов вдоль дорожки записи может колебаться от 0,9 до 3,3 мкм. Дорожка начина­ется на некотором расстоянии от центрального отверстия диска и заканчивается примерно в 5 мм от внешнего края. Несмотря на то что запись на компакт-диск (так называемый мастер-диск) осуществляется с помощью лазера, этот способ непригоден для производства сотен или тысяч копий. Запись одного мастер-диска длится более получаса. Кроме того, материалы, применяемые при изготовлении мастер-дисков, не подходят для длительного использования этих дисков. Если необходимо изготовить небольшой тираж компакт-дисков, с оригинала (мастер-диска) методом гальванопластики снимается металлическая копия (матрица), которую можно использовать для изготовления копий так же, как при тиражировании виниловых грампластинок. Этот метод применяют для изготовления неболь­ших партий дисков, поскольку металлическая копия изнашивается. Большие партии компакт-дисков производятся в три этапа.

С мастер-диска описанным выше способом снимается первичная матрица. С помощью этой матрицы изготавливается копия мастер-диска из более прочного металла. Копию мастер-диска можно многократно использовать для изготовления вторичных (рабочих) матриц. При таком способе можно изготовить множество рабочих матриц с одной копии мастер-диска, причем его оригинал практически неприкосновенен, а в технологическом процессе используются относительно недорогие материалы. Поступающие в продажу компакт-диски отштампованы на поликарбонатной основе, покрытой алюминием и защитным слоем пластика. Тонкое алюминиевое покрытие повторяет профиль поверхности основы, что позволяет по отражению лазерного луча от поверхности определить, есть ли на ней углублэние. Описанная технология используется при производстве как звуковых компакт-дисков, так и дисков CD-ROM.

Если на компакт-диске (звуковом или информационном) необходимо отыскать место записи определенных данных, то его координаты предварительно считываются из оглавления диска, после чего считывающее устройство перемещается к нужному витку спирали и ждет появления определенной последовательности битов. Данные на компакт-дисках записываются с использованием технологии CLV (Constant Linear Velocity — запись с постоянной линейной скоростью). Это означает, что запись и воспроизведение данных с компакт-диска происходят с постоянной линейной скоростью перемещения дорожки относительно считывающего устройства. Другими словами, при считыва­нии информации с внутренних дорожек диск должен вращаться быстрее, а при считывании с внешних — медленнее. Этот способ применяется потому, что первоначально компакт-диски были предназначены для воспроизведения звука, при котором требовалась постоянная скорость считывания данных.

В связи с этим спираль компакт-диска разбивается на блоки (секторы), частота следования которых при записи и воспроизведении составляет 75 блоков в секунду. Это означает, что при полном времени считывания, равном 74 мин, на диске располагается 333 тыс. блоков (секторов). Новые многоскоростные накопители CD-ROM используют диски, записанные с примене­нием технологии CLV, но воспроизводят их с постоянной угловой скоростью — CAV (Constant Angular Velocity). При этом дорожка с данными считывается лазером с разной ско­ростью, в зависимости от физического расположения на диске (внутренняя или внешняя). Этот тип накопителей считывает дорожки на краю диска быстрее, чем в центре, поскольку диск вращается с постоянной скоростью. Накопители CAV как правило работают быстрее накопителей CLV.

Накопители, в которых используются технологии и CLV и CAV, называются P-CAV (Partial-CAV— частично постоянная угловая скорость). В каждом блоке диска, записанного в формате CD-DA (звуковой компакт-диск), содержится 2 352 байт. Из них на диске CD-ROM используется 304 байт для синхронизации, идентификации и кодов коррекции ошибок, а оставшиеся 2048 — для хранения полезной информации. Так как за секунду считывается 75 блоков, стандартная скорость считывания данных с дисков CD-ROM — 153600 байт/с, или 150 Кбайт/с. Поскольку на компакт-диске может содержаться максимальный объем данных, который считывается 74 мин, а за секунду считывается 75 блоков по 2048 байт, нетрудно подсчитать, что максимальная емкость диска CD-ROM составляет 681984000 байт (около 650 Мбайт).

Накопители CD-ROM отличаются от проигрывателей музыкальных дисков в основном микропроцессором, который выполняет декодирование электрических сигналов. В звуковых проигрывателях записанные на компакт-дисках цифровые данные преобразуются в аналоговые электрические сигналы, поступающие затем на стереоусилитель. При этом допускаются небольшие погрешности — главное, чтобы они лежали за пределами чувствительности человеческого слуха. При считывании же с накопителя CD-ROM погрешности недопустимы. Каждый бит должен быть считан совершенно точно, поэтому довольно значительную часть все­го объема диска CD-ROM занимают коды коррекции ошибок (Error Correcting Code — ECC).

С их помощью можно в большинстве случаев обнаружить и исправить неправильно считанные данные, что позволяет снизить вероятность сбоев до приемлемой величины. Алгоритм работы накопителя CD-ROM. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч, ко­торый попадает на отражающее зеркало. Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт- диске. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму. Разделительная призма направляет отраженный луч на другую фокусирующую линзу.

Рынок микросхем флэш-памяти растет из года в год, и эта тенденция в ближайшем будущем сохранится. И причиной стабильного развития рынка является не только растущий спрос на NAND-память со стороны производителей компактных накопителей и производителей портативной и мобильной электроники (музыкальных плееров, телефонов, навигаторов и пр.) - глава компании Silicon Motion, производитель микроконтроллеров для устройств на основе флэш-памяти, прогнозирует неожиданно высокие темпы роста рынка SSD-накопителей в следующем году.

Согласно заявлению Уолласа Ку (Wallace Kou) во втором квартале 2008 года на этом сегменте рынка устройств хранения информации будет наблюдаться оживление, и в скором будущем, благодаря снижению стоимости микросхем флэш-памяти, SSD-накопители перейдут из разряда высокопроизводительных и дорогих решений в разряд мэйнстрим-продуктов. Отмечается также и то, что наиболее популярным интерфейсом для подключения флэш-накопителей к персональному компьютеру станет SATA. При этом ожидается, что “твердотельные” накопители для ПК будут базироваться на многоуровневых (MLC) микросхемах флэш-памяти, даже несмотря на тот факт, что их стоимость почти в три раза выше SLC (одноуровневая ячейка памяти) NAND-памяти. Естественно, в будущем, в связи с повышением объема выпуска флэш-памяти, стоимость микросхем будет постоянно снижаться.

Однако Уоллас Ку не ожидает кризиса перепроизводства, так как столь же быстрыми темпами будут расти и запросы потребителей, в частности, и за счет роста популярности SSD-накопителей. Параллельно с этим продолжат увеличиваться и объемы встроенных в портативную электронику микросхем флэш-памяти, а также повысится количество мобильных телефонов, оснащенных слотами для подключения сменных карт памяти высокой емкости. Все это также положительно повлияет на рост флэш-рынка.

Это - твердотельные накопители на флеш-памяти с интерфейсом USB. Наверняка многие из вас о них слышали, возможно, видели или даже использовали. В любом случае вам будет интересно узнать о том, как устроены USB-приводы, каковы их возможности и базовые параметры (размеры, емкость, быстродействие), с какими системами они совместимы, как их использовать и т.д. Немного предыстории Все мы хорошо знаем, что такое флоппи-диск (дискета). Как он устроен, тоже понятно: пластиковый диск с нанесенным на него магнитным слоем помещен в конверт.

Для чего он нужен, знают даже люди, далекие от компьютеров: это базовое сменное средство хранения информации, с помощью которого данные переносятся с одного компьютера на другой. Флоппи-диск родился задолго до персонального компьютера, но продолжает жить до сих пор. Да, он уменьшился в размерах (с 8″ до 3.5″), стал вмещать намного больше информации - все это результат повышения плотности записи. Однако с ним произошла неприятность - после того, как фирма IBM потеряла контроль над развитием платформы ПК, флоппи-диск перестал совершенствоваться. Да, предпринимались попытки создать на базе аналогичной технологии более емкие носители (Zip, LS120 и т.д.), но эти альтернативные дискеты не получили широкого распространения. Причин тут несколько. Во-первых, классическая проблема “курицы и яйца”: пользователям не нужны дискеты, которые они не могут прочитать, и не нужны дисководы, к которым нет дискет.

Во-вторых, пока технология не перейдет в категорию массовой, цены на продукты не снизятся до приемлемого уровня. В-третьих, сегодня стандарты принимаются не какой-то одной фирмой, а рынком в целом. Если раньше фирма IBM могла смело ставить в свои компьютеры новое устройство, зная, что конкуренты их все равно будут клонировать, то теперь все определяется требованиями рынка. Единственным устройством, преуспевшим на ниве создания альтернативы флоппи-дискам, можно назвать пишущий CD-привод. CD-носители стоят очень дешево, даже если не учитывать их немалую емкость, а скорость их записи намного превышает скорость записи дискет. Но и тут есть свои проблемы. Во-первых, CD-рекордер стоит не так уж дешево, потому стандартным устройством он так и не стал. Во-вторых, запись компакта до сих пор требует специального ПО и некоторых навыков. Только недавно Microsoft сделала слабую попытку сделать работу с CD-рекодером “прозрачной” для пользователя.

И вот появился еще один реальный претендент на роль сменного накопителя будущего. Пришел он из области, смежной с персональными компьютерами. Как известно, современные мобильные устройства используют для хранения данных память на основе флеш-технологии. Эта память не имеет высокого быстродействия, но позволяет хранить данные при отсутствии питания. Пока что флеш-память очень дорога по сравнению с динамической памятью, однако технологии постоянно совершенствуются, а цены - снижаются. В основе сменного накопителя на основе флеш-памяти лежит еще одна перспективная технология. Интерфейс USB позволяет подключать к компьютеру в “горячем режиме” большое количество самых разных устройств - от мышей до принтеров. Причем, что немаловажно, в последних версиях Windows введена общая концепция сменного диска, подключаемого с помощью любого поддерживаемого интерфейса, в том числе и USB. Это сделано для упрощения работы с устройствами, имеющими внутри память - цифровыми фото- и видеокамерами, плейерами, карманными компьютерами и т.д. Так на свет появилась USB-дискета.

Комбинируя USB-контроллер, контроллер флеш-памяти и саму флеш-память, мы получаем очень легкое и компактное устройство без элементов питания, практически не подверженное износу, механическим и электрическим воздействиям. USB-дискета Luwen EasyDisk: конструкция и принцип работы Сегодня USB-дискеты выпускает большое число производителей - как специализирующихся на гаджетах и мобильных устройствах, так и имеющих более широкий профиль. Среди них - ктиайская фирма Luwen (www.luwen.com.cn), девайсы которой называются “EasyDisk”. По форме и размерам EasyDisk напоминает зажигалку или свисток. В него встроен USB-разъем типа “A” (узкий), который закрывается колпачком. Кроме колпачка, в конструкцию устройства входит светодиод, который находится внутри. Когда USB-диск подключен, светодиод светится изнутри, а при передаче данных он мигает.

Основная деталь USB-носителя - встроенная флеш-память. Она может иметь объем от 16 до 512 Мб. Существуют и более емкие варианты - мне, например, известно об устройстве с 2 Гб памяти. Однако не следует забывать о стоимости внутренней памяти. К тому же добавить ее не представляется возможным. В этом и есть самый серьезный недостаток USB-носителя - он очень дорого стоит в расчете на 1 Мб. У других аналогичных устройств, в отличие от EasyDisk, имеется защелка, запрещающая запись. Также встречаются варианты с возможностью шифрования данных по указанному пользователем ключу. У изделия фирмы Luwen есть возможность поставить пароль на чтение и запись с помощью утилиты, которая идет в комплекте. Также можно его отформатировать и создать загрузочную запись. Да, с USB-дискеты можно грузиться, если BIOS компьютера позволяет выбирать в качестве загрузочного USB-устройство. Вот, в общем-то, и все, что нужно знать о работе USB-дискеты. Благодаря системе “горячего” монтирования универсальных накопителей, встроенной в WinME, Win2000 и WinXP, это устройство не требует для работы никаких настроек.

Достаточно воткнуть его в свободный USB-порт при включенном компьютере, и операционка мгновенно его распознает и создаст логический диск, доступный для всех приложений, в т.ч. и DOS’овских. Контроллер, встроенный в USB-диск, эмулирует файловую систему FAT, а со стороны операционной системы только требуется обеспечить передачу команд посредством интерфейса USB. Кэширование записи у USB-диска отключено, благодаря чему его можно отсоединять без риска потерять данные. Если у вас более старая операционка, например, Win98SE, для работы с USB-диском потребуется установочный компакт с драйверами, который имеется в комплекте. О комплектации Помимо упомянутого компакт-диска, в комплект EasyDisk входит: ремешок на шею. Для работы устройства не нужны батарейки - оно запитывается от USB-порта. Не нужны никакие дополнительные компоненты (контроллеры, приводы, переходники) - любой компьютер, оснащенный USB-портом, способен работать с этим накопителем.

Производительность Емкость типичного USB-накопителя составляет 32-128 Мб, что в 20-90 раз больше емкости обычной гибкой дискеты, но в 5-20 раз меньше емкости другого популярного сменного носителя, записываемого компакт-диска. А как соотносятся эти конкурирующие накопители по быстродействию? Оказывается, есть простой способ измерить скорость доступа и чтения/записи USB-накопителя. Поскольку он с точки зрения системы является логическим диском, к нему можно применить те же самые инструменты, что и к обычным жестким дискам. В частности, с помощью утилиты HDTach можно измерить скорость доступа к виртуальному сектору USB-дискеты и линейные скорости чтения и записи. По скорости доступа USB-приводу нет равных. Еще бы, он использует память с произвольным доступом, у которой нет механических частей. А флоппи-дискета оказалась в два-три раза медленнее даже CD-диска. А вот скорость линейного чтения гораздо выше именно у компакт-диска.

Впрочем, показатели CD зависят от скорости привода и качества поверхности диска (в таблице я привел идеальный результат для CD-ROM 40x-52x). К тому же современные приводы читают компакт-диски по принципу CAV (Constant Angular Velocity, постоянная угловая скорость), то есть в начале диска медленнее в 2.5 раза, чем в конце (на внешних дорожках). Производительность USB-привода зависит от двух характеристик - быстродействия флеш-памяти и пропускной способности интерфейса. В нашем случае основным сдерживающим фактором выступает, скорее всего, второе. Как известно, интерфейс USB 1.1 позволяет работать в одном из двух режимов - 1.5 и 12 Мбит/с. То есть максимум, что он может обеспечить - 1 Мбайт/с. Измеренные показатели USB-накопителя (0.8 Мб/с) очень близки к теоретической пропускной способности интерфейса. К счастью, в этом году на массовый рынок придет следующий стандарт - USB 2.0, пропускная способность которого увеличена в 40 раз и приближается к 50 Мб/с. Уже имеются в наличии материнские платы со встроенным USB-контроллером, а к концу весны будут доступны модели, у которых поддержка USB 2.0 обеспечена самим чипсетом.

О надежности То, что USB-накопитель не вечен - очевидно, ведь флеш-память позволяет сделать ограниченное количество циклов перезаписи. Тем не менее, прослужит он гораздо дольше и дискеты, и перезаписываемого компакт-диска. Имеются ли у флеш-памяти проблемы с износом, как у дискет? Появляются ли у них “бэд-блоки”? Судя по отзывам пользователей в интернет-конференциях, USB-накопители тоже со временем портятся. Если вы заметите, что информация на электронной дискете перестала читаться, вам придется проделать классическую процедуру форматирования со сканированием поверхности. Испорченные участки будут помечены в таблице FAT как сбойные секторы, и с накопителем можно будет работать и дальше. Итак,.. ..подытоживаю: USB-накопитель в 20 раз быстрее записывает данные, чем дискета, обеспечивает в 70 раз лучшую скорость доступа, не требует никакого привода, гораздо компактнее и легче, не подвержен внешним воздействиям, современными операционными системами поддерживается…

Есть один очень существенный фактор, препятствующий широкому распространению USB-накопителей. Это цена. На момент написания статьи за 1 Мб емкости приходилось отдавать чуть меньше $1. Вряд ли вы найдете более дорогостоящий носитель информации. Правда, нужно учесть, что вам не придется тратить деньги на привод, цена которого для ZIP, CD или DVD-дисков достаточно высока. Да и цены на флеш-память неуклонно снижаются. Существует более доступный вариант, основанный на той же технологии. Это сменные флеш-карточки стандартов MMC, SM, SD, MS, CF и т.д. Для работы с ними необходим привод и USB-кабель. В прочем, стоит он относительно недорого, а при наличии цифрового плейера, фотокамеры и т.п. можно обойтись и без него. Luwen EasyDisk - обычный представитель накопителей нового поколения. Он имеет базовую функциональность, невысокую по сравнениями с конкурентами цену, достаточно компактен и легок, прост в использовании.

Флэш-память: не так долговечна, как хотелось бы За какие-то три года, буквально у нас на глазах флэш-память превратилась из экзотического и дорогостоящего средства хранения данных в один из самых массовых носителей. Твёрдотельная память этого типа широко используется в портативных плеерах и карманных компьютерах, в фотоаппаратах и миниатюрных накопителях “флэш-драйвах”. Первые серийные образцы работали с низкой скоростью, однако сегодня скорость считывания и записи данных на флэш-память позволяет смотреть хранящийся в миниатюрной микросхеме полноформатный фильм или запускать “тяжёлую” операционную систему класса Windows XP.

Некоторые крупные производители уже продемонстрировали компьютеры, в которых место жёсткого диска занимают чипы флэш-памяти, а чересчур оптимистичные наблюдатели и вовсе торопятся полностью похоронить винчестеры, так же, как и флоппи-диски. Однако у флэш-памяти есть один очень неприятный недостаток, препятствующий тому, чтобы этот тип носителя заменил все существующие оптические и магнитные накопители, и этот недостаток связан с надёжностью и долговечностью. Дело в том, что в силу самой конструкции флэш-память имеет конечное число циклов стирания и записи, достигающее, с чем уже столкнулись владельцы цифровых фотоаппаратов и флэш-драйвов, интенсивно эксплуатирующие эти носители. По оценкам сами производителей, современная флэш-память, в среднем, способна выдержать порядка 100000 циклов стирания/записи, хотя в ряде случаев заявляются куда более впечатляющие показатели - до миллиона циклов.

Чтобы понять, почему возникает такое ограничение, необходимо хотя бы в первом приближении познакомиться с принципами работы этого типа носителей. Все флэш-накопители построены на свойстве полевых транзисторов хранить в “плавающем” затворе электрический заряд в течение многих лет. Присутствие или отсутствие заряда в транзисторе рассматривается как логический ноль или логическая единица в двоичной системе счисления. В современных накопителях применяется память типа НЕ-И или NAND, которая обеспечивает высокую скорость последовательного доступа к данным и отличается невысокой себестоимостью производства в сочетании с высокой ёмкостью. Недостатки NAND-памяти - поблоковый доступ и, следовательно, относительно низкая скорость произвольного доступа, - нивелируются высокой ёмкостью и высокой скоростью последовательного доступа, которая требуется в таких устройствах, как фотокамеры, плееры или съёмные накопители.

Для записи и стирания данных в NAND-памяти используется туннелирование электронов методом Фаулера-Нордхейма (FN-туннелирование) через диэлектрик, что не требует высокого напряжения и позволяет сделать ячейки миниатюрнее. Однако именно процесс туннелирования заряда физически изнашивает ячейки, поскольку при помощи электрического тока заставляет электроны проходить сквозь барьеры из диэлектрика и проникать в затвор. Поэтому больше всего изнашивают микросхему процессы стирания и записи - для чтения же через канал просто пропускается ток. Разумеется, производители памяти принимают меры для увеличения срока службы твёрдотельных накопителей: в первую очередь, они связаны с обеспечением равномерности процессов записи/стирания по всем ячейкам массива, чтобы какие-то из них не были подвержены большему износу, чем другие. Один из способов - наличие резервного объёма памяти, за счёт которого при помощи специальных алгоритмов обеспечивается равномерная нагрузка и коррекция возникающих ошибок. Кроме того, выводятся из работы вышедшие из строя ячейки в целях предотвращения потери информации.

В служебную область записывается также таблица файловой системы, что предотвращает сбои чтения данных на логическом уровне, возможные, к примеру, при некорректном отключении накопителя или при внезапном отключении электроэнергии. К сожалению, с увеличением ёмкости микросхем флэш-памяти снижается и количество циклов записи/стирания, поскольку ячейки становятся всё более миниатюрными и для рассеивания оксидных перегородок, изолирующих плавающий затвор, требуется всё меньшее напряжение. Поэтому с проблемам сталкиваются не только владельцы флэш-накопителей очень маленького, но и очень большого объёма. Практика показывает, что гигабайтная флэш-карточка при интенсивном ежедневном использовании в цифровом фотоаппарате может начать выходить из строя уже через год-два после после начала применения. Некоторые фотолюбители прекращают пользоваться такими картами, но хранят на них части своих архивов. Это тоже довольно опрометчивое решение, ведь, несмотря на реализованные в контроллерах карточек системы защиты от стирания, в том числе, аппаратные, при чтении архивов возможна подача повышенного (или пониженного) напряжения на изношенные ячейки, что чревато самопроизвольным стиранием записанных на карточку данных.

Иными словами, придётся смириться с тем, что флэш-карта исчерпала свой ресурс и полностью отказаться от её использования. В результате прочтения этой статьи у вас могло сложиться мнение о вопиющей ненадёжности флэш-памяти, но оно, конечно же, ошибочно. Износ флэш-памяти ускоряется лишь в случае неправильного её использования - постоянного стирания и удаления небольших файлов. Кстати, в этом кроется причина якобы более низкой надёжности USB-флэш-драйвов по сравнению с карточками различных форматов. Всё дело в том, что, к примеру, в фотоаппаратах или в плеерах ёмкость карты заполняется полностью и постепенно, в то время как у флэш-драйвов нередко более “рваный” режим эксплуатации - “записал - стёр - записал”. При этом в последнем случае, несмотря на все алгоритмы и технологии, повышенному износу подвергаются одни и те же участки микросхемы. Совет здесь может быть только один: старайтесь по возможности полностью заполнять флэш-драйвы и не удалять немедленно ставшие ненужными файлы - тем самым вы продлите срок службы накопителя.

Кроме того, обычные карточки флэш-памяти не рассчитаны на использование в качестве постоянного накопителя: не рекомендуется редактировать документы, базы данных непосредственно на “флэшке”, работать с операционной системой, записанной в карточку памяти. Помимо преждевременного износа из-за постоянных процессов записи/стирания и постоянного обновления таблицы файловой системы возможен выход накопителя из строя по причине банального перегрева! Разумеется, если вы используете флэш-карту только для чтения, подобных проблем не возникнет. Для описанных же случаев больше подходят традиционные механические магнитные внешние накопители различных форм-факторов, изначально рассчитанные на подобные режимы работы. Конечно, разработчики продолжают совершенствовать конструкцию и технологические процессы для изготовления флэш-памяти, которые бы позволили максимально увеличить число циклов стирания/записи и ещё больше нарастить ёмкость этого носителя, однако проводятся исследования и в области альтернативных твёрдотельных носителей.

Например, в Intel уже несколько лет занимается разработкой твёрдотельной памяти на аморфных полупроводниках (Ovonic Unified Memory, OUM). В основу работы такой памяти положена технология фазового переход, аналогичная принципу записи на перезаписываемые диски CD-RW или DVD-RW, при котором состояние регистрирующего слоя изменяется с аморфного на кристаллическое, и одно из этих состояний соответствует логическому нулю, а другое - логической единице. Принципиальное отличие - способ записи: если в оптических носителях применяется нагрев лазером, то в OUM нагрев производится непосредственно электрическим током. Как заявляют в Intel, в отличие от флэш-памяти, OUM теоретически обладает повышенной надёжностью и плотностью хранения данных, а также повышенным быстродействием - до 100-200 нс. И, самое главное, максимальное число циклов записи/стирания в OUM превышает 10 триллионов - на несколько порядков больше, чем у флэш-памяти. Несмотря на то, что в Intel заявляют о работах над OUM-памятью уже в течение более пяти лет, промышленное производство таких чипов, по оценкам специалистов, начнётся не раньше следующего десятилетия.

Еще одна альтернативная флэш-памяти и куда более близкая к серийному производству технология - магниторезистивная память (MRAM), существенно опережающая по быстродействию OUM-память: время доступа этих чипов на сегодня составляет не более 10-15 нс. Благодаря этому память типа MRAM может применяться не только для длительного хранения данных, но и в качестве оперативной памяти. Чипы MRAM построены на базе элементов магнитной памяти, укреплённых на кремниевой подложке, и теоретически поддерживают бесконечное число циклов записи и стирания. Кроме того, важным свойством MRAM-памяти является возможность мгновенного включения, что особенно ценится в мобильных устройствах. Значение ячейки в этом типе памяти определяется магнитным полем, а не электрическим зарядом, как в обычной флэш-памяти.

Важное достоинство этой разработки - совместимость технологии производства с техпроцессом по выпуску КМОП-чипов, а также возможности использования материалов, применяемых в традиционных магнитных носителях, в частности, ферромагнитных плёнок. Гибридная технология обладает и рядом ограничений: пока подобные микросхемы рассчитаны на слишком “грубый” по сегодняшним меркам 0,18-микронный техпроцесс, что не позволяет добиться сравнимых с флэш-памятью размеров ячеек. Кроме того, себестоимость производства MRAM-памяти пока непозволительно высока. Разработкой технологии MRAM занимается один из крупнейших мировых производителей памяти, компания Infineon, а также “голубой гигант” IBM, начавший исследования в этой области ещё в семидесятых годах прошлого столетия.

Свои средства в развитие технологии MRAM инвестировали также такие компании, как Toshiba, Freescale Semiconductor и NEC, поэтому есть все основания полагать, что этот тип памяти появится на рынке в качестве серийной продукции гораздо раньше OUM. Пока же все альтернативные технологии хранения данных остаются в проектах, производители продолжают совершенствовать традиционную флэш-технологию, переходят на более тонкие техпроцессы и повышают ёмкость микросхем. Можно не сомневаться в том, что фирмы, выпускающие флэш-память, намерены использовать весь потенциал этого типа носителей перед переходом на накопители другого типа. Поэтому число устройств, снабжённых флэш-памятью, в ближайшее время будет увеличиваться, и рекомендации по использованию такой памяти вряд ли скоро потеряют актуальность.

Основными элементами накопителя являются несколько круглых алюминиевых или некристаллических стекловидных пластин. В отличие от гибких дисков (дискет), их нельзя согнуть; отсюда и появилось название жесткий диск . В большинстве устройств они несъемные, поэтому иногда такие накопители называются фиксированными (fixed disk). Существуют также накопители со сменными дисками. В накопителях на жестких дисках данные записываются и считываются универсальными головками чтения/записи с поверхности вращающихся магнитных дисков, разбитых на дорожки и секторы (512 байт каждый). В накопителях обычно устанавливается несколько дисков, и данные записываются на обеих сторонах каждого из них. В большинстве накопителей есть по меньшей мере два или три диска (что позволяет выполнять запись на четырех или шести сторонах), но существуют также устройства, содержащие до 11 и более дисков. Однотипные (одинаково расположенные) дорожки на всех сторонах дисков объединяются в цилиндр. Для каждой стороны диска предусмотрена своя дорожка чтения/записи, но при этом все головки смонтированы на общем стержне, или стойке. Поэтому головки не могут перемещаться независимо друг от друга и двигаются только синхронно.

При нормальной работе жесткого диска головки чтения/записи не касаются дисков. Но при выключении питания и остановке дисков они опускаются на поверхность. Во время работы устройства между головкой и поверхностью вращающегося диска образуется очень малый воздушный зазор (воздушная подушка). Если в этот зазор попадет пылинка или произойдет сотрясение, головка “столкнется” с диском, вращающимся “на полном ходу”. Если удар будет достаточно сильным, произойдет поломка головки. Последствия этого могут быть разными - от потери нескольких байтов данных до выхода из строя всего накопителя. Поэтому в большинстве накопителей поверхности магнитных дисков легируют и покрывают специальными смазками, что позволяет устройствам выдерживать ежедневные “взлеты” и “приземления” головок, а также более серьезные потрясения. В некоторых наиболее современных накопителях вместо конструкции CSS (Contact Start Stop) используется механизм загрузки/разгрузки , который не позволяет головкам входить в контакт с жесткими дисками даже при отключении питания накопителя. Этот механизм был впервые использован в 2,5дюймовых накопителях портативных компьютеров, для которых устойчивость к механическим воздействиям играет весьма важную роль.

В механизме загрузки/разгрузки используется наклонная панель, расположенная прямо над внешней поверхностью жесткого диска. Когда накопитель выключен или находится в режиме экономии потребляемой мощности, головки съезжают на эту панель. При подаче электроэнергии разблокировка головок происходит только тогда, когда скорость вращения жестких дисков достигнет нужной величины. Поток воздуха, создаваемый при вращении дисков (аэростатический подшипник), позволяет избежать возможного контакта между головкой и поверхностью жесткого диска. Поскольку пакеты магнитных дисков содержатся в плотно закрытых корпусах и их ремонт не предусмотрен, плотность дорожек на них очень высока - до 96 000 и более на дюйм.

Блоки HDA (Head Disk Assembly - блок головок и дисков) собирают в специальных цехах, в условиях практически полной стерильности. Обслуживанием HDA занимаются считанные фирмы, поэтому ремонт или замена каких-либо деталей внутри герметичного блока HDA обходится очень дорого. Вам придется смириться с мыслью, что рано или поздно накопитель выйдет из строя, и вопрос только в том, когда это произойдет и успеете ли вы сохранить свои данные. Одно “кольцо” данных на одной стороне диска называют дорожкой . Дорожка записи на диске слишком велика, чтобы использовать ее в качестве единицы хранения информации. Во многих накопителях ее емкость превышает 100 тыс. байт, и отводить такой блок для хранения небольшого файла крайне расточительно. Поэтому дорожки на диске разбивают на нумерованные отрезки, называемые секторами . Количество секторов может быть разным в зависимости от плотности дорожек и типа накопителя. Секторы, создаваемые с помощью стандартных программ форматирования, имеют по умолчанию емкость 512 байт.

Нумерация секторов на дорожке начинается с единицы, в отличие от головок и цилиндров, отсчет которых ведется с нуля. При форматировании диска в начале и конце каждого сектора создаются дополнительные области для записи их номеров, а также прочая служебная информация, благодаря которой контроллер идентифицирует начало и конец сектора. Это позволяет отличать неформатированную и форматированную емкости диска. После форматирования емкость диска уменьшается, и с этим приходится мириться, поскольку для обеспечения нормальной работы накопителя некоторое пространство на диске должно быть зарезервировано для служебной информации. В начале каждого сектора записывается его заголовок (или префикс - prefix portion), по которому определяется начало и номер сектора, а в конце - заключение (или суффикс — suffix portion), в котором находится контрольная сумма (checksum), необходимая для проверки целостности данных. В большинстве новых дисководов вместо заголовка используется так называемая запись NoID , вмещающая в себя больший объем данных.

Помимо указанных областей служебной информации, каждый сектор содержит область данных емкостью 512 байт. При низкоуровневом (физическом) форматировании всем байтам данных присваивается некоторое значение, например F6h. Электронные схемы накопителей с большим трудом справляются с кодированием и декодированием некоторых шаблонов, поскольку эти шаблоны используются только при тестировании дисководов, выполняемом производителем в процессе первоначального форматирования. Использование специальных тестовых шаблонов позволяет выявить ошибки, которые не обнаруживаются с помощью обычных шаблонов данных. Существует много различных типов накопителей на жестких дисках, но практически все они состоят из одних и тех же основных узлов. Конструкции этих узлов, а также качество используемых материалов могут быть различными, но основные их рабочие характеристики и принципы функционирования одинаковы.

К основным элементам конструкции типичного накопителя на жестком диске относятся следующие: элементы конфигурации (перемычки и переключатели). Диски, двигатель привода дисков, головки и механизм привода головок обычно размещаются в герметичном корпусе, который называется HDA (Head Disk Assembly — блок головок и дисков). Обычно этот блок рассматривается как единый узел; его почти никогда не вскрывают. Прочие узлы, не входящие в блок HDA (печатная плата, лицевая панель, элементы конфигурации и монтажные детали) являются съемными. Обычно в накопителе содержится один или несколько магнитных дисков . За прошедшие годы установлен ряд стандартных размеров накопителей, которые определяются в основном размерами дисков. Раньше почти все диски производились из алюминиевого сплава, довольно прочного и легкого. Но со временем возникла потребность в накопителях, сочетающих малые размеры и большую емкость.

Поэтому в качестве основного материала для дисков стало использоваться стекло, а точнее, композитный материал на основе стекла и керамики. Независимо от того, какой материал используется в качестве основы диска, он покрывается тонким слоем вещества, способного сохранять остаточную намагниченность после воздействия внешнего магнитного поля. Этот слой называется рабочим или магнитным , и именно в нем сохраняется записанная информация. Самыми распространенными являются следующие типы рабочего слоя: двойной антиферромагнитный (antiferromagnetically coupled — AFC). В накопителях на жестких дисках для каждой из сторон каждого диска предусмотрена собственная головка чтения/записи. Все головки смонтированы на общем подвижном каркасе и перемещаются одновременно. Конструкция каркаса с головками довольно проста. Каждая головка установлена на конце рычага, закрепленного на пружине и слегка прижимающего ее к диску. Диск как бы зажат между парой головок (сверху и снизу).  Когда накопитель выключен, головки касаются дисков под действием пружин.

При раскручивании дисков аэродинамическое давление под головками повышается и они отрываются от рабочих поверхностей. Когда диск вращается на полной скорости, зазор между ним и головками может составлять 0,5–5 микродюймов и даже больше. Пожалуй, еще более важной деталью накопителя, чем сами головки, является механизм, который устанавливает их в нужное положение и называется приводом головок . Именно с его помощью головки перемещаются от центра к краям диска и устанавливаются на заданный цилиндр. Существует много конструкций механизмов привода головок, но их можно разделить на два основных типа: с подвижной катушкой. быстродействие и надежность накопителя, достоверность считывания данных, его температурную стабильность, чувствительность к выбору рабочего положения и вибрациям. Накопители с приводами на основе шаговых двигателей гораздо менее надежны, чем устройства с приводами от подвижных катушек.

Привод - самая важная деталь накопителя. Технология самотестирования, анализа и отчетности (SelfMonitoring, Analysis and Reporting Technology - S.M.A.R.T.) - это новый промышленный стандарт, описывающий методы предсказания появления ошибок жесткого диска. При активизации системы S.M.A.R.T. жесткий диск начинает отслеживать определенные параметры, чувствительные к неисправностям накопителя или указывающие на них. На основе отслеживаемых параметров можно предсказать сбои в работе накопителя. Если на основе отслеживаемых параметров вероятность появления ошибки возрастает, S.M.A.R.T. генерирует для BIOS или драйвера операционной системы отчет о возникшей неполадке, который указывает пользователю на необходимость немедленного резервного копирования данных до того момента, когда произойдет сбой в накопителе.

На основе отслеживаемых параметров S.M.A.R.T. пытается определить тип ошибки. По среднестатистическим данным, 60% ошибок механические. Именно этот тип ошибок и предсказывается S.M.A.R.T. Разумеется, не все ошибки можно предсказать, например появление статического электричества, внезапную встряску или удар, термические перегрузки и т.д. Твердотельные устройства хранения используются в миниатюрных компьютерах, а также компьютеризованных цифровых устройствах бытовой электроники - фотокамерах, плеерах, приемниках глобальной системы навигации (Global Positioning System, GPS), музыкальных инструментах и пр. В большинстве своем эти устройства основаны на микросхемах флэш-памяти, в наиболее современных используется память со структурой NAND .

Этому типу флэш-памяти присуще: быстрое чтение, запись и стирание небольших блоков (256 или 512 байт), что удобно для записи файлов, довольно медленное чтение произвольного байта, отсутствие возможности побайтной записи (но в областях применения этих карт такая возможность и не требуется, поскольку они ориентированы на блочный обмен, устройства на флэш-памяти являются энергонезависимыми (в режиме хранения не требуют питания), экономичными в плане потребления, особенно при чтении, достаточно производительными, но недешевыми. Запись на эти носители специфична: быстрее всего она выполняется в чистый (стертый) блок (сектор диска), а перезапись требует относительно длительного стирания. Кроме того, флэш-память имеет хоть и большое (порядка 10 ), но ограниченное число циклов стирания-записи - как ни странно, у устройств с подвижным носителем с этим ограничением не сталкиваются. Устройства хранения обычно представляют собой комбинацию собственно микросхем флэш-памяти (твердотельного носителя) и микроконтроллера , обеспечивающего внешние интерфейсные функции. Этим они отличаются от карт памяти с линейным доступом, например Miniature Card

Информация для републикации новости на вашем сайте Для свободной публикации этой новости на вашем сайте Вы можете скопировать текст новости из окна, расположенного ниже. В этом случае будут сохранены все указания на источники новости. Заголовок: Новые флеш-накопители: много памяти и много золота Флеш-накопители, подключаемые к порту USB, могут быть не только средством перемещения информации, но и роскошью.

Это доказала компания White Lake, создавшая совместно с голландским ювелиром Эрвином де Врумом эксклюзивный золотой USB-накопитель, который будет представлен на суд общественности 9 марта на популярной выставке специалистов в области компьютерных технологий CeBIT в Ганновере (Германия). Флешка изготовлена из 18-каратного золота и инкрустирована пятью бриллиантами, ее цена составит около $2,8 тыс. Что касается памяти — новинка будет выпускаться в нескольких стандартных вариантах: емкостью 128 Мб, 256 Мб, 512 Мб и 1024 Мб.

Представляем новое поколение USB Flash памяти - Rovermate Alumess. Устройство сочетает в себе стильный компактный (одно из самых маленьких устройств на рынке) корпус и высокотехнологичную начинку. Прочный ультракомпактный легкий корпус из сплава легких металлов обеспечивает высочайшую защиту данных, находящихся на устройстве, лучшее охлаждение микросхем (обеспечивает высокую стабильность и надежность хранения информации) и в то же время делает Память Flash Rovermate Alumess стильным аксессуаром, который идеально вписывается в строгий высокотехнологичный офисный стиль современного времени.

В комплекте Alumess Вы найдете удобную металлическую цепочку с замком для ношения памяти Alumess. Элегантность сочетается с передовыми научными разработками, которые находятся внутри. Это высокачественные микросхемы, которые используют запатентованную технологию хранения данных “Ультра-стабильность” и работают по высокоскоростному протоколу передачи данных USB 2.0. Диск Alumes с объемом памяти 2048Мб вмещает до 70 альбомов с музыкой MP3. Память Flash Rovermate Alumess – высокий стиль и высокие технологии в одном устройстве!

Стоит только обзавестись какой-нибудь электронной штуковиной вроде карманного компьютера, цифрового фотоаппарата или плеера MP3, как тут же возникают неведомые ранее проблемы. То слишком быстро садятся батарейки, то большой компьютер не признает шустрого новичка, то не хватает удобного чехла. Техника, сами понимаете, недешевая. Каждая царапина отдается болью в израненном расходами сердце… Но самая большая головная боль – память. Точнее, нехватка памяти. Не своей, конечно, данной нам матушкой-природой, а той, что за деньги и для вот этого цифрового баловства. Ей-богу, иногда складывается такое впечатление, что вся портативная цифровая аппаратура выпускается только для дальнейшего разорения доверчивого пользователя посредством покупки карточек флэш-памяти. Словно сговорились. Нет, не сговорились, конечно. Просто память имеет одно свойство – сколько бы ее ни было, все равно её мало. Памяти хочется постоянно, много и, желательно, даром и желательно столько, сколько на этой фотографии. Но поскольку даром не получается, давайте посмотрим, как обстоят дела с картами флэш-памяти. А заодно – как устроена электронная память, как она работает, чем отличаются друг от друга различные типы карт.

Сначала вспомним основные принципы действия электронной памяти. Компьютерные программы или данные - это совокупность битов информации, представленных в виде последовательности логических нулей и единиц. Для организации хотя бы кратковременного хранения информации необходимо устройство, которое запоминало бы некие состояния, распознаваемые системами компьютера (или любого портативного цифрового устройства, которое по сути тоже компьютер), как логические нули и единицы. Понятно, что это должны быть электрические сигналы, раз уж современный компьютер является электронным, а не механическим устройством (кстати, славная получилась бы картинка – заводим ключиком, и никаких аккумуляторов). Самый быстродействующий тип электронной памяти – энергозависимая динамическая память. Именно она применяется в компьютерах и других цифровых устройствах в качестве оперативной памяти – ОЗУ, Оперативного Запоминающего Устройства. Или RAM, Random Access Memory – память с прямым доступом. Информационная ячейка такой памяти представляет собой миниатюрный конденсатор – пару проводников, отстоящих друг от друга на небольшом расстоянии и способных накапливать и удерживать в течение некоторого времени электрический заряд.

Наличие заряда в ячейке памяти интерпретируется компьютером, как логическая единица, отсутствие заряда – как логический нуль. Время удержания заряда невелико и исчисляется миллисекундами. Даже современные материалы, из которых изготавливают разделяющие проводники изоляторы, не увеличивают времени саморазряда микроконденсаторов. Слишком уж невелики физические размеры ячеек и слишком невелики электрические заряды между парами проводников. Для поддержания уровня зарядов и, соответственно, сохранения информации в ячейках микросхемы контроллер памяти постоянно подзаряжает конденсаторы. При обновлении содержимого памяти одни пары проводников разряжаются, другие, наоборот, получают заряд. Процесс происходит непрерывно, динамически и до тех пор, пока не отключено питание компьютера.

Соответственно, и информация в микросхемах оперативной памяти сохраняется только пока компьютер не обесточен. Остается добавить, что каждая ячейка электронной памяти, независимо от ее типа, имеет строго фиксированный системный адрес. Но доступ к любой ячейке – прямой, компьютеру не приходится последовательно проверять состояние всех ячеек, чтобы считать нужный бит информации… Высокое быстродействие памяти RAM наводит на мысль использовать ее в качестве основной и для хранения программ (данных), и для запуска приложений. В принципе, это возможно, стоит лишь реализовать постоянное, неотключаемое питание микросхем и обеспечить бесперебойное обновление ячеек памяти контроллером. Подобная схема организации памяти применяется в карманных компьютерах. Кнопка выключения на самом деле вовсе не отключает компьютер, а лишь приостанавливает его работу. Отключается дисплей и звуковая подсистема. Это позволяет при включении карманной машинки вернуться в ту же программу, в которой завершился сеанс работы с компьютером и не потерять при этом не сохраненные во флэш-память пользовательские данные. И все же это лишь вспомогательный инструмент. В качестве основного хранилища программ и данных динамическая память никогда не используется.

Дело в подверженности микросхем памяти сбоям и относительно высоком энергопотреблении микросхем RAM (контроллер и ряд других схем компьютера для поддержания состояния ячеек памяти должны работать постоянно). Небольшой электрический импульс или кратковременное отсутствие напряжения питания способны уничтожить один или несколько бит информации в ячейках микросхемы динамической памяти, что крайне неприятно для данных и фатально для программ. Основное применение микросхем динамической памяти – использование в качестве быстродействующей кэш-памяти в микропроцессорах и различных контроллерах, а также в качестве собственно оперативной памяти. Совсем иначе устроена энергонезависимая статическая электронная память. В самом простом случае это набор проводников, одни из которых остаются целыми, а другие разрушаются, препятствуя движению электрического тока. Такой тип памяти называется постоянным запоминающим устройством – ПЗУ.

Или ROM, Read-Only Memory – память только для чтения. Статическим этот тип памяти называется потому, что для сохранения информации в ячейках микросхемы не приходится постоянно подавать на них электрический сигнал, а считывание информации происходит по мере потребности и при прохождении (или не прохождении) через ячейки электрического тока. Целый проводник ячейки распознается контроллером, как логический нуль, разорванный проводник, как логическая единица. Микросхемы ROM когда-то применялись в персональных компьютерах для хранения базовой системы ввода-вывода – BIOS. Сегодня для хранения BIOS используется перезаписываемая флэш-память, поскольку память ROM не позволяет обновлять содержимое ячеек. В карманных компьютерах, в цифровых фотоаппаратах, в плеерах MP3 и других гаджетах микросхемы ROM применяются для хранения операционной системы. Правда, речь идет только о самых дешевых моделях КПК, вроде Palm m100. Содержимое микросхемы постоянной памяти записывается на заводе при выпуске чипа и не может быть изменено пользователем.

Единственный способ модернизировать операционную систему такого компьютера – сменить микросхему на системной плате, что в большинстве случаев не по силам даже человеку, хорошо владеющему паяльником (да и машинки того не стоят – проще купить новый компьютер). Наибольшее распространение неперезаписываемые микросхемы ПЗУ получили в различного вида контроллерах и в программных картриджах игровых приставок – там, где обновление информационного содержания микросхем памяти попросту не нужно. Кроме неперезаписываемых микросхем ROM существует множество видов перезаписываемой постоянной памяти – микросхем, в которых информация может быть переписана только при помощи специальных приборов-программаторов. Этот тип памяти называется ППЗУ – полупостоянное запоминающее устройство. Или EPROM – Erasable Programmable Read-Only Memory -стираемая и программируемая память только для чтения. Пользователям со стажем памятны микросхемы EPROM в старых персоналках – в такие чипы записывали BIOS.

Стереть информацию можно было при помощи лампы ультрафиолетового света, а записать – при помощи программатора (несложного, в общем-то, устройства). В портативных цифровых устройствах и в карманных компьютерах память этого типа не применяется. Наконец, еще один тип статической энергонезависимой памяти, который нас интересует более всего – флэш-память. Название Flash Memory этот тип памяти получил от одного из разработчиков технологии – компании Toshiba (слово flash – вспышка – относилось к типу записи информации в ячейки памяти и, вероятно, носило еще и рекламный характер). По устройству чип флэш-памяти отдаленно напоминает микросхему динамической энергозависимой памяти, только вместо конденсаторов в ячейках памяти установлены полупроводниковые приборы – транзисторы.

При подаче напряжения на выводы транзистора он принимает одно из фиксированных положений – закрытое или открытое. И остается в этом положении до тех пор, пока на выводы транзистора не будет подан электрический заряд, изменяющий его состояние. Таким образом, последовательность логических нулей и единиц формируется в этом типе памяти подобно ПЗУ – закрытые для прохождения электрического тока ячейки распознаются как логические единицы, открытые – как логические нули. Преимущества флэш-памяти в независимости от наличия или отсутствия электрического питания, в долговременности хранения информации (производители гарантируют сохранность данных на протяжении 10 лет, но на практике должно быть больше) и в высокой механической надежности (в накопителях на базе флэш-памяти нет никаких механических устройств, следовательно, нечему ломаться).

Недостатки – в высокой сложности устройства (транзисторы имеют микронные размеры), в невысоком быстродействии (время изменения состояния транзистора больше, чем время заряда-разряда конденсатора) и в относительно высокой стоимости микросхем (опять же из-за сложности устройства и серьезных финансовых вложениях производителей в развитие технологии). Флэш-память быстро прогрессирует. За последние несколько лет появились новые типы микросхем – был осуществлен массовый переход с 5-вольтовой технологии питания на 3,3-вольтовую, были применены новые типы полупроводниковых приборов, разработаны и внедрены в производство механизмы ускорения процедуры записи-чтения информации. Кроме того, производство флэш-памяти находится под жестким прессингом конкуренции. Для нас, пользователей цифровых устройств, это несомненный плюс, поскольку позволяет надеяться на снижение цен на карты флэш-памяти (и они, действительно, дешевеют). Флэш-память – это накопитель будущего.

Она призвана заменить собой изначально ненадежные (поскольку они являются электромеханическими устройствами) винчестеры. Когда это произойдет? В подобных случаях принято дипломатично говорить – когда рак на горе свистнет… Так вот – он уже свистнул. Теперь о наиболее популярных форматах карт флэш-памяти. Самый «древний» тип – карты формата PC card (бывший PCMCIA). Специально для карт флэш-памяти этого типа слот PCMCIA и был в свое время разработан. Этот слот имеет три типоразмера – Type I, II и III. Карты памяти выпускаются в конструктивах Type I, то есть в самых компактных по толщине. Стандарт PC card предусматривает полную физическую и электрическую (по контактам) совместимость сверху вниз – в слот Type III можно вставить карты Type II и Type I (но не наоборот). В целом, технология хорошо отработанная и в практическом использовании удобная.

Карты флэш-памяти формата PC card применяются в ноутбуках и в некоторых профессиональных моделях цифровых фотоаппаратов (вроде Nikon D1). Со специальным переходником (для iPaq – с «жакетом») эти карточки будут прекрасно работать с компьютерами семейства Pocket PC и Handheld PC (в случае с HP Jornada 720 – без какого бы то ни было переходника). Персональный компьютер, его операционная система MS Windows, «видит» карту флэш-памяти PC card, как обычный сменный накопитель – вроде съемного винчестера. То есть записывать и считывать информацию можно в привычном для всех “Проводнике”, без особых программных довесков. Драйвер в большинстве случаев не потребуется, если при инсталляции операционной системы драйвер самого контроллера PC card был проинсталлирован без ошибок.

Оптимизация взаимодействия памяти и дисковых накопителей. Этот этап особенно важен для работы системы под управлением MS-DOS, поскольку в эту операционную систему не входят драйверы поддержки работы различных дисковых накопителей. Однако и в операционных системах Windows 95/98 указание этих опций перед их установкой поможет лучше настроить взаимодействие драйверов дисковых накопителей и оперативной памяти. Для организации совместной работы памяти с дисковыми накопителями используется следующие директивы файла Config.sys: Buffers, FCBS и Files , и драйвер дисковой кэш-памяти Smartdrv.exe . Рассмотрим их поподробнее. Директива Buffers задает число буферов для ускорения операций ввода-вывода данных. При организации работы с файлами DOS может многократно обращаться к одним и тем же частям файла. Если установлены буферы, то DOS считывает несколько частей файла (или файлов) в свои буферы в оперативной памяти. В дальнейшем DOS будет обращаться к этим частям файла не на диск, а в оперативную память, что происходит гораздо быстрее. BUFFERS=i[,j] [/x], j - число буферов предввода. Буферы предввода помещают некоторое, следующих сразу за текущим, число секторов в оперативную память.

Буфера предввода имеет смысл ставить только при отсутствии фрагментации на диске. Ключ /x разрешает размещение буферов ввода-выводе и буферов предввода в дополнительной памяти. Загрузка в дополнительную память происходит только в том случае, если не инсталлирован драйвер Himem.sys. Если инсталлирован этот драйвер и указана опция DOS=HIGH, буферы загружаются в расширенную память вне зависимости от установки ключа /x. Значение i меняется в диапазоне от 1 до 99 или, если указан ключ /x, в диапазоне от 1 до 9999. Значение j всегда меняется от 1 до 8. Принятое по умолчанию число буферов ввода-вывода i находится в диапазоне от 2 до 15, в зависимости от емкости дисков. Зависимость производительности от числа буферов носит колоколообразный характер. Вначале при росте числа буферов производительность DOS увеличивается (за счет обращения операционной системы не к диску, а к оперативной памяти). Затем происходит снижение производительности.

Это связано с тем, что: 1. При поиске нужного фрагмента файла операционной системе приходится просматривать большое число буферов. 2. Если присутствует сильная фрагментация файлов, увеличение числа буферов ввода-вывода и предввода потребует большей вычислительной загрузки процессора для поиска и загрузки фрагментов файла в буферы. 3. При большом числе открытых буферов расходуется дорогой ресурс - оперативная память компьютера. Именно поэтому использование большого числа открытых буферов не рекомендуется. Вообще-то требуемое количество нужных буферов ввода-вывода определяется при установке операционных систем и прикладных пакетов. Однако можно привести следующие рекомендации по количеству буферов ввода-вывода: 1. Если объем оперативной памяти компьютера меньше 512 Кбайт, необходим минимум буферов.

2. Если объем памяти на компьютере меньше 640 Кбайт и больше 512 Кбайт, то рекомендуемое число используемых буферов - 30 - 40. 3. При большом объеме памяти и при неиспользовании программ кэширования дисков число буферов должно лежать в диапазоне 40 - 60. 4. При использовании программ кэширования дисков число буферов должно лежать в диапазоне 30 - 40. 5. В операционных системах Windows 95/98 число буферов составляет от 10 до 30. Учтите, что размер одного буфера ввода-вывода соответствует емкости одного сектора на диске, то есть составляет 512 байт. Директива FCBS используется DOS для определения числа одновременно открытых управляющих блоков файлов. Метод управляющих блоков файлов использовался для работы с файлами в MS-DOS версии 1.00 и продолжает поддерживаться с целью совместим