Флэш-память, Виды,хар-ки,советы Опции

[Аксакал]

Флэш-память / Флеш-память (англ. Flash-Memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти.
Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов ). Распространена флеш-память, выдерживающая около 100 тысяч циклов перезаписи — намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW.
Не содержит подвижных частей, так что, в отличие от жёстких дисков, более надёжна и компактна.
Благодаря своей компактности, дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах — фото- и видеокамерах, диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах (маршрутизаторах, мини-АТС, принтерах, сканерах, модемax), различных контроллерах.
Также в последнее время широкое распространение получили USB флеш-накопители («флешка», USB-драйв, USB-диск), практически вытеснившие дискеты и CD. Одним из первых флешки JetFlash в 2002 году начал выпускать тайваньский концерн Transcend.
На конец 2008 года основным недостатком, не позволяющим устройствам на базе флеш-памяти вытеснить с рынка жёсткие диски, является высокое соотношение цена/объём, превышающее этот параметр у жестких дисков в 2—3 раза. В связи с этим и объёмы флеш-накопителей не так велики. Хотя работы в этих направлениях ведутся. Удешевляется технологический процесс, усиливается конкуренция. Многие фирмы уже заявили о выпуске SSD-накопителей объёмом 256 Гб и более. Например в ноябре 2009 года компания OCZ предложила SSD-накопитель ёмкостью 1 Тб и 1,5 млн циклов перезаписи.
Ещё один недостаток устройств на базе флеш-памяти по сравнению с жёсткими дисками — как ни странно, меньшая скорость. Несмотря на то, что производители SSD-накопителей заверяют, что скорость этих устройств выше скорости винчестеров, в реальности она оказывается ощутимо ниже. Конечно, SSD-накопитель не тратит подобно винчестеру время на разгон, позиционирование головок и т. п. Но время чтения, а тем более записи, ячеек флеш-памяти, используемой в современных SSD-накопителях, больше. Что и приводит к значительному снижению общей производительности. Справедливости ради следует отметить, что последние модели SSD-накопителей и по этому параметру уже вплотную приблизились к винчестерам. Однако, эти модели пока слишком дороги. Характеристики
Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 Мб/с. В основном флеш-карты имеют большой разброс скоростей и обычно маркируются в скоростях стандартного CD-привода (150 килобайт/с). Так, указанная скорость в 100× означает 100 × 150 килобайт/с = 14,65 мегабайт/с.
В основном объём чипа флеш-памяти измеряется от килобайт до нескольких гигабайт.
В 2005 году Toshiba и SanDisk представили NAND-чипы объёмом 1 Гб[], выполненные по технологии многоуровневых ячеек, где один транзистор может хранить несколько бит, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе.
Компания Samsung в сентябре 2006 года представила 8-гигабайтный чип, выполненный по 40-нм технологическому процессу.[6]

В конце 2007 года Samsung сообщила о создании первого в мире MLC (multi-level cell) чипа флеш-памяти типа NAND, выполненного по 30-нм технологическому процессу с ёмкостью чипа 8 Гб. В декабре 2009 году компанией начато производство этой памяти, но объёмом 4 Гб (32 Гбит).

В то же время, в декабре 2009 года, Toshiba заявила, что 64 Гб NAND память уже поставляется заказчикам, а массовый выпуск начнётся в первом квартале 2010 года.

Для увеличения объёма в устройствах часто применяется массив из нескольких чипов. К 2007 году USB устройства и карты памяти имели объём от 512 Мб до 64 Гб. Самый большой объём USB-устройств составлял 4 терабайта. На флеш-памяти также основываются карты памяти, такие как Secure Digital (SD) и Memory Stick, которые активно применяются в портативной технике (фотоаппараты, мобильные телефоны). Флеш-память занимает большую часть рынка переносных носителей данных.

[RINA]

Эволюция флэш памяти

Нажмите для просмотра скрытого текста

Энергонезависимая память до и после флэш.

Ты наверняка не раз сталкивался с флэш-памятью, ведь именно она сейчас правит балом на рынке. Из этой статьи ты сможешь узнать ее краткую историю. Итак, годом рождения Flash является 1984-й, однако ее предки появились гораздо раньше. Поэтому предлагаю вернуться к самому началу компьютерной эпохи и посмотреть на то, как же все начиналось.

Read Only Memory.

Энергонезависимая память появилась еще в самых первых компьютерах и назвалась она ROM (Read Only Memory) или ПЗУ, как любят писать в учебниках по информатике. На ней основывались микросхемы, используемые для хранения постоянной информации, например, BIOS. Процесс изготовления подобного чипа заключался в выборочном нанесении литографическим способом соединительных перемычек между ячейками матрицы. Как несложно догадаться, наличие перемычки задавало логическую «1», а отсутствие – «0». Информация кодировалась сразу на этапе производства, и, понятно, ни о какой перезаписи тогда не шло и речи, впрочем, об этом поначалу особо и не задумывались. Несмотря на очевидные недостатки, к плюсам ROM можно было отнести приемлемую скорость работы, выдающуюся надежность и сравнительно низкую себестоимость. Постепенно, с развитием техники, стало понятно, что программное обеспечение устаревает значительно быстрее железной составляющей, а менять каждый раз прошитые микросхемы на новые оказывается делом весьма накладным. Появившееся решение получило название PROM (Programmable ROM). Новинка позволяла уже самостоятельно перезаписать информацию на микросхеме, правда всего лишь один раз и только при помощи программатора (отельного специализированного устройства). Технологически устройство памяти практически не изменилось, просто на смену жестким перемычкам пришли плавкие. При кодировании микросхемы программатор позволял разрушить выбранные перемычки, подавая на них высокое напряжение. Это решение существенно расширило пользовательские свободы, однако не решило проблемы перезаписи, а микросхема по прежнему оставалась «одноразовой».

Read-Write Memory.

Логичным развитием идей PROM стало появление в 1971 году памяти EPROM (Erasable PROM), разработанной в лабораториях Intel. В отличие от предыдущих EPROM стала пригодной для многократной перезаписи, однако под данной многократностью понималось лишь конечное небольшое число. К тому же данные нельзя было перезаписать частично, каждый раз приходилось сначала полностью обнулять память, а затем снова прибегать к услугам программатора для записи новой информации. Чаще всего при стирании использовался ультрафиолет, облучающий кристалл через небольшое кварцевое стеклышко в верхней части микросхемы, такая разновидность памяти называлась UVEPROM (UltravioletEPROM), реже для данных целей применялись рентгеновские лучи. К сожалению, из-за несовершенства технологии, при стирании нередко возникали различные неприятности, либо память очищалась не полностью и потом при наслоении на это новых данных получалась непонятная каша, либо микросхема подвергалась излишнему воздействию ультрафиолета, в результате чего ее можно было только выбросить. Принципиально важным отличием EPROM и PROM стала совершенная новая архитектура, поэтому, несмотря на все кажущиеся различия, EPROM имела куда больше сходств с будущей флэш-памятью. Для хранения одного бита информации вместо примитивных перемычек стали использоваться специальные транзисторы (FAMOS, разработанные Intel, и затем SAMOS, разработанные Toshiba).

Следующее заслуживающее внимание событие произошло в 1979 году, когда Intel выпустил новый тип энергонезависимой – в EEPROM (Electrically EPROM). Тогда впервые появилась возможность перезаписывать память частями, при этом, по сравнению с EPROM, заметно увеличилась надежность, и повысился ресурс работоспособности. Но все-таки главным достоинством нового типа памяти стало удобство использования, наконец-то стал возможным отказ от неудобных программаторов, так как теперь запись информации осуществлялось при помощи электрического тока при обычном подключении. Новая память вызвала такой ажиотаж на рынке, что ей начали пророчить чуть ли не полное вытеснение жестких дисков, хотя, как видишь, этого до сих пор не произошло, да и в будущем ожидать подобного явно не стоит. Сначала повсеместному распространению чипов препятствовала их весьма солидная себестоимость, а затем производители споткнулись об ограниченный ресурс перезаписей и неконкурентоспособную скорость записи и чтения, в результате память EEPROM так и не смогла по своим характеристикам подобраться к жестким дискам.

Flash.

Итак, в 1984 году появилась память Flash (Flash Erase EEPROM). Этой разработке удалось совершить полноценную революцию не только на рынке энергонезависимой памяти. Конечно, флэш-память далеко не сразу вытеснила своих предшественников, решения на основе EEPROM оставались вполне актуальными в течение последующих лет пяти. Причем новая технология не пользовалась особым коммерческим успехом практически до середины 90-х годов, а ее звездный час наступил спустя более чем 15 лет – в начале нового века. Первый вариант флэш-памяти был разработан компанией Toshiba, и только в 1988 году сходное решение представила компания Intel. Flash во многом напоминал EEPROM (а, следовательно, и EPROM), конструктивное различие коснулось в основном несущих транзисторов. При этом максимально возможное количество циклов перезаписи опять не сравнялось с бесконечностью, и даже в современных моделях это ограничение находится на уровне «всего лишь» нескольких миллионов. Главное отличие flash от предшественников состояло в ином способе стирания информации: данные можно было обнулять или в определенном минимальном объеме (чаще всего берется блок размером 256 или 512 байт), или очищать сразу весь чип. Возможно, именно из-за способности мгновенно стирать данные flash-память и получила свое название, ведь для очистки EEPROM требовалось неизмеримо больше времени. На самом деле далеко не все микросхемы флэш-памяти одинаковы, правильнее будет даже сказать, что все они различны. Пожалуй, единственное, что гарантированно объединяет чипы разных производителей – это использование для хранения информации транзисторов с «плавающим» затвором (если тебя интересует более подробное описание, то рекомендую ознакомиться с информацией во врезки), в остальном же каждый производитель старается использовать собственные ноу-хау. Даже практически с самого рождения технологии существовало два принципиально разных варианта архитектуры – это NOR, разработанный Intel, и NAND от Toshiba. Как ни странно, но как таковой конкуренции между ними до сих пор не возникло и сейчас станет понятно почему. Немногим раньше появилась память NOR (Not OR), при данной реализации к каждому транзистору подводятся индивидуальные контакты. Отсюда сразу всплывают серьезный минус – становится невозможным существенно уменьшить размер самих транзисторов, а, следовательно, и увеличить суммарную емкость без изменения физических размеров чипов, поэтому стандартный объем NOR-модуля не превышает и десяти мегабайт. Зато такой подход позволяет легко оперировать с инфой побайтно, поэтому NOR обычно применяется там, где требуется хранить разнообразную программную информацию, например, в BIOS или RAM различных мобильных устройств. Память NAND (Not AND) появилось на год позже, чем NOR, в данном случае вместо отдельных используется целая сеть из продольных и поперечных контактов, где адресация каждого транзистора, как в «морском бое», задается выбором одного продольного и одного поперечного контакта. Такое решение позволило практически неограниченно повышать плотность записи информации, благодаря чему объем одного носителя стал измеряться уже гигабайтами. С другой стороны, осуществлять доступ к информации стало возможно лишь целыми блоками (содержащими определенное количество байт). В итоге банальная операция изменения одного байта стала проходить в несколько этапов, где требовалось сначала скопировать в буфер целый блок, заменить в буфере значение нужного байта, затереть в памяти данный блок и только потом записать блок с измененным байтом обратно. Производительность при побайтовой замене падает просто чудовищно, зато при последовательном чтении или записи объема, сильно превышающего размер одного блока, в лидеры вырывается уже NAND, поэтому данная память нашла свое применение в различных картах памяти и USB-брелоках, которые, в основном применяются, для работы с мультимедийными данными и переноса больших объемов информации. Спустя некоторое время появились также и гибридные решения – AND и DiNOR (Divided bit-line NOR), имеющее черты одновременно сходные как с NAND, так и с NOR-архитектурой. Первые модели флэш-памяти обладали сравнительно простой архитектурой, в частности каждый транзистор мог содержать в себе только один бит информации. И поначалу все развитие двигалось в сторону уменьшения размеров лишь самих транзисторов, однако спустя несколько лет появились разработки, позволяющие использовать одну ячейку для хранения двух и более бит. Новинка получила название MLC (Multi Level Cell), несложно подсчитать, что благодаря этому удалось увеличить объем того же чипа в N раз, где N количество бит хранимых на одном транзисторе. Функционирование MLC было основано на том, что стало возможным различать не два пороговых значения заряда, находящегося на «плавающем» затворе, а больше. Конечно, максимальное число считываемых состояний было строго ограниченным, появилась полноценная память с 4-х битными ячейками, а остальные попытки повысить это значение остались безрезультатными. Ну и как всегда в бочке меда оказалась изрядная ложка дегтя. Во-первых, с данным нововведением повысилось количество ошибок, что пришлось решать дополнительными средствами, а во-вторых, сразу упали скоростные характеристики памяти. На рынке MLC особых успехов добилась корпорация Intel со своей разработкой StrataFlash и AMD c MirrorBit. Отдельно стоит упомянуть о ставших весьма популярными в последнее время устройствах, состоящих всего из одной микросхемы, в которую встроен процессор, оперативная и флэш-память. Подобные решения особо актуальны именно сейчас, в эпоху глобальной миниатюризации всего, что только возможно, сфера их применения пока ограничивается лишь КПК и смартфонами, но возможно в скором времени лишь одна такая микросхема сможет сравниться уже и с полноценным компьютером. Даже существующие на данный момент такие системы обеспечивают уже весьма солидную производительность, достаточную для того, чтобы комфортно запустить Linux или практически любую другую мобильную операционную систему и работать с довольно серьезными приложениями. Существование подобных чипов очередной раз доказывает безграничные возможности флэш-памяти, которые в ближайшие несколько лет будут только расширяться.


Будущее флэш.

На сегодняшний день технология флэш продолжает активно развиваться – регулярно появляются новые модели с постоянно возрастающими характеристиками, объем продаж увеличиваются с завидной стабильностью. Вроде производителям и нечего больше желать. На самом деле это не так, похоже, что ресурс совершенствования классической памяти уже практически исчерпан, крупнейшие производители уже напрямую приблизились к тому пределу, через который привычный флэш перешагнуть уже не сможет. Даже по самым оптимистичным прогнозам эволюция флэш-памяти полностью прекратиться уже к 2010 году. Поэтому в последние годы начались активные поиски решения способного в перспективе забрать у flash пальму первенства. Очевидно, что развитие носителей должно и дальше двигаться в сторону уменьшения их физических размеров, увеличения плотности записи, повышения скоростных характеристик, понижения энергопотребления, продления ресурса работы, а, возможно, и вообще перехода на «вечные» носители. Так что предлагаю взглянуть на технологии, которые на данный момент имеют наибольшие шансы заполучить через несколько лет место под солнцем. Большие планы строят фирмы Freescale и Infineon в отношении памяти MRAM (Magnetic RAM). Эта технология основана на применении магнитной памяти, состоящей из ферромагнетика особой структуры, способного изменять свое сопротивление при изменении намагниченности. К огромным плюсам MRAM относятся неограниченный ресурс перезаписи и просто феноменальная скорость доступа. Если развитие памяти пойдет по намеченному производителями пути, то, возможно, MRAM попробует даже замахнуться и на трон классической оперативной памяти. Но, конечно, до этого пока далеко. Несмотря на то, что данные микросхемы уже вплотную приближается к коммерческому производству, они до сих пор обходятся слишком дорого, да и объемы работоспособных прототипов пока ограничены лишь 16 Мб. В качестве еще одного серьезного претендента на звание памяти будущего рассматривают технологию OUM (Ovonic Unified Memory), разрабатываемую одноименной фирмой Ovonics при активном участии Intel. Эта технология слегка напоминает принцип работы оптических перезаписываемых носителей: функционирование такой памяти основано на том, что при пропускании через халькогенидный сплав напряжения он заметно нагревается, вследствии чего переходит из кристаллического состояния в аморфное и прекращает пропускать электричество. Создав матрицу из подобных ячеек, получим примитивную модель памяти. Уже сейчас OUM превосходит флэш по максимальному количеству циклов перезаписи и опережает по времени доступа. К тому же при массовом производстве ожидается довольно низкая себестоимость, поэтому у технологии OUM есть все шансы составить достойную конкуренцию флэш-памяти. Первые пробные чипы уже появились, однако разработчикам еще только предстоит разобраться с несколькими серьезными проблемными местами. В частности, пока не решен вопрос чрезмерного нагрева при активной работе. Конечно, есть еще множество разнообразных технологий, готовящихся к предстоящей войне с flash, но, бесспорно, самыми футуристическими и многообещающими экспертам видятся нанотехнологии. Самое просто применение, которое можно найти им во флэш-памяти – это заменить «плавающий» затвор транзистора на нанокристаллы кремния. Это в перспективе позволит значительно повысить надежность хранения информации и существенно уменьшить размер ячеек, причем есть все основания полагать, что данные идеи будет реализованы, ведь за них отвечает компания Motorola, а работа над этим проектом идет уже несколько лет. В более отдаленном будущем теоретически возможно применение нанотрубок для хранения информации, например, недавно был создан полноценный транзистор на их основе, хотя, конечно, ни о каких работоспособных образках самой памяти пока не идет и речи. Вообще, освоение нанотехнологии открывает безграничные горизонты совершенствования чипов памяти и остается лишь ждать, когда они доберутся до массового рынка.


Как же оно работает?!

Рассмотрим принцип работы флэш-памяти на примере одной простейшей ячейки, состоящей из одного транзистора, отвечающего за хранение одного бита информации. Определение значения бита осуществляется в зависимости от количества электронов на так называемом «плавающем» затворе, соответственно наличие заряда обычно определяет логический «0», а отсутствие «1». «Плавающий» затвор окружен слоем диэлектрика, поэтому находящиеся на нем электроны просто так не могут покинуть его границы, благодаря этому и обеспечивается долговременная сохранность данных. Помимо «плавающего» затвора в транзисторе также предусмотрены управляющий затвор и две специальные области – сток и исток, назначение которых станет понятно чуть позже. Для того чтобы на «плавающем» затворе появился заряд, на сток подается высокое напряжение, а при этом на управляющий затвор подается напряжение примерно в два раза большее. В результате электроны обретают довольно высокую энергию и, преодолевая до этого неприступную преграду в виде диэлектрика, попадают на «плавающий» затвор. Для «удаления» заряда высокое напряжение теперь подается на исток, благодаря чему электроны аналогичным образом покидают «плавающий» затвор и переходят в область истока. Данные считываются следующим образом: на управляющий затвор подается положительное напряжение и, если заряд на «плавающем» затворе отсутствует, то в подложке между истоком и стоком возникает ток, что определяется на истоке, что в свою очередь, как раз и означает логическую «1». Если же заряд присутствует, то тока не возникает, что, соответственно, означает «0»
По материалам: !!! Скрытая ссылка !!! Зарегистрируйтесь, чтобы её увидеть!

Особенности устройства Flash-накопителей

Нажмите для просмотра скрытого текста

<H4 align=left>1. Программирование ячейки</H4>

Инжекция «горячих» электронов — процесс переноса заряда через энергетический барьер, образованный тонким диэлектриком, за счет увеличения кинетической энергии электронов в канале между истоком и стоком ячейки.

При приложении положительного потенциала к стоку и управляющему затвору приводит к инверсии подзатворной области, образованию проводящего канала и появлению тока между истоком и стоком (рис. 1).

Рис. 1. Программирование ячейки Flash-памяти инжекцией «горячих» электронов.

Электроны в канале получают высокое дрейфовое ускорение, и при напряженности электрического поля выше ~100 kV/cm их кинетическая энергия не успевает рассеяться на атомах кристаллической решетки, что приводит к их «разогреву». В результате большее число электронов становится способным преодолеть потенциальный барьер диэлектрика (рис. 2), и, при наличии «инжектирующего» электрического поля (положительный потенциал приложен к управляющему затвору) — накапливаться на плавающем затворе ячейки.

Рис. 2. Функция распределения энергии электронов в канале в зависимости от внешнего поля Е. E_s — величина потенциального барьера перехода Si/SiO₂. Электроны, попавшие в заштрихованную область, обладают достаточной для инжекции в плавающий затвор энергией. Инжектированные электроны направляются на затвор приложенным электрическим полем.

Такой механизм переноса заряда используется в большом количестве моделей микросхем Flash-памяти. В более поздних разработках в качестве механизма записи использован эффект туннелирования Фаулера-Норхейма, ранее применявшийся только для стирания запоминающих ячеек.


2. Стирание ячейки
Туннелирование Фаулера-Нордхейма — переход электронов в плавающий затвор при смещении потенциального барьера электрическим полем. Поле возникает при приложении разницы потенциалов между управляющим затвором (-) и истоком (+) (рис.3).

Рис. 3.Стирание ячейки туннелированием электронов через изолирующий слой.

В результате в области истока образуется «канал», по которому происходит стекание заряда с плавающего затвора за счет туннельного перехода через потенциальный барьер (рис. 4).

Рис. 4. Схема энергетического барьера интерфейса Si/SiO₂ в подзатворной области истока ячейки Flash-памяти. Толщина изолирующего слоя SiO ₂ — порядка 100 Ангстрем.

3. Надежность
Как видно из приведенных схем, токи заряда и разряда плавающего затвора ячейки сконцентрированы в локальной области изолирующего затвор диэлектрика. Зависимость плотности тока от напряженности поля показана на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость тока Фаулер-Нордхейм-туннелирования от напряженности электрического поля.

Экспоненциальная зависимость тока через диэлектрик при операциях программирования и стирания является причиной серьезных проблем при управлении этими процессами, так как очень небольшие вариации толщины диэлектрика в ячейках внутри запоминающей матрицы приводят к существенному разбросу величин токов программирования и стирания, а, значит, и времени программирования и стирания ячеек. Флуктуации же толщины диэлектрика внутри ячейки приводят к локальным неоднородностям напряженности поля, вызывающим появление «перегруженных» участков. Циклическая нагрузка на диэлектрик на таких участках вызывает ускорение процессов его деградации — нарушения структуры и изменения сопротивления.

Причиной деградации может быть как появление и рост дефектов кристаллической решетки диэлектрика (дислокаций и разрывов Si-O связей), так и диффузия ионов, ускоряющаяся при повышении температуры из-за локальных перегревов в областях повышенного тока. Эти процессы приводят к появлению «ловушек» для заряда в слое диэлектрика, и в результате появляется так называемый «ток утечки, вызванный перегрузкой», stress-induced leakage current (SILC), который вносит вклад как в надежность хранения информации ячейкой (время сохранения заряда на плавающем затворе), так и в скорость программирования и стирания.

Схематическая зависимость времени сохранения заряда от числа циклов записи-стирания ячеек матрицы показана на рис. 6, а порогового напряжения ячейки — на рис. 7.

Рис. 6. Зависимость времени удержания заряда ячейками flash-памяти в зависимости от числа циклов записи-стирания.

Рис. 7. Зависимость порогового напряжения ячейки от числа циклов записи-стирания.

Уменьшение окна порогового напряжения (напряжение, при котором образуется ток стока при считывании) приводит к снижению вероятности достоверного считывания состояния ячейки, что при использовании коррекции ошибок записи дает увеличение времени программирования при использовании повторных операций с верификацией. В предельном случае деградации туннельного диэлектрика наступает так называемый пробой — слой SiO₂ перестает выполнять свои изолирующие функции, так как из-за накопления большого числа дефектов потенциальный барьер перехода Si/SiO₂ снижается до уровня, недостаточного для удержания заряда на плавающем затворе. «Окно порогового напряжения» закрывается, ячейка перестает программироваться, оставаясь в некотором стабильном состоянии. Таким образом, одним из важнейших ограничений надежности Flash-архитектуры является ограниченный ресурс ячеек по числу циклов записи-стирания.


4. Программные методы повышения надежности
Над изучением процессов деградации MOS структур работают специалисты многих исследовательских центров, и результаты этих исследований внедряются разработчиками новых структур Flash-памяти с целью постоянного улучшения надежности этого вида устройств. Основные пути снижения скорости деградации ячеек — улучшение качества материалов и повышение точности технологий, а также разработка новых конструкций ячеек и матриц, содержащих меньшее количество «тонких мест», присущих ранним разработкам. Тем не менее достичь идеального качества в массовом производстве на сегодняшний день не представляется возможным, а наличие стрессовых механизмов деградации туннельного диэлектрика, помимо обычных тепловых (диффузии и миграции примесей), снижает надежность устройств Flash-памяти по сравнению с другими микроэлектронными структурами с высокой степенью интеграции. Поэтому для получения накопителей, пригодных для реальной работы, применяются технологии не только физического уровня, но и программные алгоритмы, призванные обеспечить приемлемую надежность хранения данных.

Как и в технологии накопителей на магнитных дисках, во Flash-накопителях применяется алгоритм трансляции реальных «физических» адресов в доступные через стандартизованный интерфейс «логические» адреса. С одной стороны, такое преобразование позволяет работать с накопителем в рамках распространенных стандартов без применения специализированного ПО, а с другой, призвано обеспечить прозрачный для пользователя дефект-менеджмент и выравнивание «износа» ячеек памяти, обладающих ограниченным ресурсом.

В распространенных накопителях (USB Flash drives, картах памяти стандартов CF, SD и др.) данная функция выполняется встроенным программным обеспечением (firmware) контроллера накопителя, в картах памяти стандартов SmartMedia, xD — возлагается на ПО устройства, в котором эта карта применяется. В общем случае трансляция производится путем выборки адресов физических блоков по хранимым на той же микросхеме таблицам соответствия (рис. 8).

Рис. 8. Схема организации адресного пространства карты памяти стандарта SmartMedia

В отличии от HDD микросхема памяти — устройство не механическое, скорость передачи блоков данных не зависит от их расположения, и выборка блоков может быть действительно произвольной. Конкретная реализация алгоритма трансляции определяется только фантазией авторов firmware контроллера, и на практике встречаются самые разнообразные варианты, от простых до довольно сложных.

Однако все алгоритмы объединяет один общий недостаток: призванные обеспечить равномерную загрузку всех исправных ячеек памяти, они порождают новое «узкое место» — сами таблицы трансляции. Так как для выравнивания нагрузки необходимо изменять порядок следования блоков (например, на место постоянно используемых под FAT начальных логических блоков подставлять разные физические), таблицы транслятора должны постоянно обновляться. В то же время они должны оставаться доступными контроллеру, то есть находиться на раз и навсегда определенном месте.

Таким образом, блоки, содержащие таблицы трансляции, подвергаются более интенсивному износу, чем блоки, содержащие пользовательскую информацию. Для уменьшения такого износа также используются специальные алгоритмы, но тут уже нет такой свободы действий, как с произвольно доступными блоками из пользовательской области. Результатом же ошибки в служебном блоке может стать, в зависимости от реализации ПО контроллера, как искажение пользовательской информации, так и полная недоступность адресного пространства накопителя через стандартный интерфейс. Часто такая неисправность может быть устранена форматированием накопителя с помощью специализированных утилит, распространяемых изготовителем, но находившаяся на нем информация при этом будет безвозвратно потеряна.

При необходимости восстановления информации с накопителя в случае появления дефектов в пользовательской области, а также при нарушениях структур файловой системы применимы те же технологии, которые используются при восстановлении информации с HDD. В случае же нарушений в служебной области микросхемы ситуация выглядит примерно так же, как и при неисправности контроллера — адресное пространство накопителя становится полностью недоступным, и общедоступные методы неприменимы.

Подробнее о методиках восстановления информации с Flash-накопителей можно узнать в разделе «Восстановление информации с Flash-накопителей» нашего сайта

По материалам:http://www.q-lab.ru/ru_flash.sht