Младшие братья винчестеров

Теперь уже никто не отрицает, что миниатюрные компьютерные устройства прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Обыденной вещью стали цифровые фотоаппараты, видеокамеры, mp3-плееры… А сотовые телефоны вообще скоро будут продаваться на развес. Все это происходит потому, что из года в год дешевеют и развиваются электронные технологии. То, что раньше стоило безумных денег, сейчас продается за копейки, и это, несомненно, здорово.

Развитие высокотехнологичных устройств до недавнего времени тормозилось одним обстоятельством — высокой стоимостью элементной базы. Если в настольных системах с размерами компонентов можно почти не считаться, то в карманных они играют­ решающую роль. В частности, огромной проблемой являлись долговременные запоминающие устройства. Ведь винчестер — основной тип накопителя для PC — миниа­тюрным никак не назовешь (сейчас, впрочем, есть IBM MicroDrive, но это отдельная история). Решение этой проблемы стало возможно с появлением Flash-ROM.
Итак, флэш-память — это перезаписы­ваемая ROM (ПЗУ), то есть энергонезависимая, память, данные в которой можно изменять программными средствами. Создателем этого вида памяти является компания Intel, которая в 1988 году представила первую микросхему. Годом позже Toshiba, выпустив подобный чип, в его описании употребила слово “flash”, имея ввиду значение “быстрый”. Название прижилось и распространилось на всю память такого типа.

Теория и технология flash
Архитектура NOR. Поскольку память с такой организацией считается первой представительницей семейства Flash, с нее и начнем. Ячейка представляет из себя транзистор с двумя затворами — управляющим и плавающим (рис. 1). Плавающий затвор имеет очень полезное свойство — он может удерживать заряд. Также в ячейке имеются области, называемые “сток” и “исток”. При работе схемы между ними возникает поток электронов. Некоторая часть электронов попадает на плавающий затвор, где может существовать несколько лет. Определенный заряд на плавающем затворе принимается за единицу, все, что больше, — за логический нуль. Стирание информации осуществляется подачей на управляющий затвор высокого отрицательного напряжения; при этом с плавающего затвора электроны переходят на исток. Надо отметить, что во флэш-памяти для хранения бита информации используется один транзистор, а не несколько, как в обычных энергозависимых типах памяти. Это позволяет существенно уменьшить размеры кристаллов и снизить их стоимость.

Говоря о недостатках такой архитектуры, стоит отметить, что к каждому транзистору необходимо подводить свой контакт, что не позволяет и далее уменьшать площадь чипов.
Чипы с архитектурой NOR используются в качестве разного рода BIOS, памяти карманных компьютеров, сотовых телефонов. Их объем обычно составляет всего 1-6 Мбайт.
Архитектура NAND. NAND (Not AND) в булевой математике обозначает отрицание “И”. Такая память отличается от предыдущей только логической схемой. Принцип работы и устройство ячеек у нее такие же, как у NOR, различается только архитектура размещения ячеек и их контактов: здесь применяется контактная матрица, в пересечениях строк и столбцов которой располагаются транзисторы. Площадь кристалла можно уменьшить за счет размеров ячеек, однако за это приходится расплачиваться более низкой скоростью произвольного доступа к ячейкам.
Есть также и комбинированные архитектуры, такие как DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi) и прочие. Они сочетают лучшие свойства NAND и NOR, но ничего принципиально нового из себя не представляют. NAND-флэш применяется для хранения и переноса больших объемов информации, например во флэш-драйвах и картах памяти.
Общим недостатком флэш-технологий является ограниченное количество циклов чтения/записи (несколько миллионов) и постепенная утечка электронов с затворов транзисторов, что влияет на длительность хранения информации.

Карты флэш-памяти: что, где, когда
Говорят, что конкуренция — двигатель прогресса. Но иногда ведущие мировые фирмы так увлекаются конкурентной гонкой, что в результате страдаем мы, потребители. На сегодняшний день на рынке представлено около десяти типов карт флэш-памяти, лишь немного отличающихся по характеристикам, но несовместимых между собой. Все это вносит сумятицу в умы простых пользователей. Ведь уже не редкость ситуация, когда мы имеем цифровой фотоаппарат, поддерживающий, скажем, CompactFlash; mp3-плеер, “кушающий” MultiMedia Card, и КПК Sony, не желающий признавать ничего, кроме Memory Stick. Попробуем разобраться, что же именно нам предлагают на рынке и нужно ли нам такое изобилие.

PC CARD (PCMCIA ATA)
Это самый старый стандарт, принятый еще в 1990 году. Первоначально он разрабатывался как стандарт для расширения возможностей ноутбуков. В этом форм-факторе можно встретить самую разнообразную периферию: модемы, сетевые карты, видеоадаптеры, винчестеры. Размеры карты — 85.6×54х3.3 мм (5.0 мм — Type II, 10.5 мм — Type III). Энергопотребление — 3.3 или 5 В. Максимальный объем — 1 Гбайт. В настоящее время как флэш-накопители такие карты не используются.
Достоинства: большой объем, высокая скорость чтения/записи.
Недостатки: большой размер, высокая цена.

CompactFlash Type I и II (рис. 2)
Формат CompactFlash (CF) — самый распространенный на сегодняшний день тип флэш-носителей. Разработан в 1994 году фирмой SanDisk. Стандарт поддержали крупнейшие корпорации мира: 3Com, Canon, Eastman Kodak, Hewlett-Packard, Hitachi, IBM, Matsushita (Panasonic), Motorola, NEC, SanDisk, Seiko Epson и Socket Communication. При разработке этого стандарта была поставлена задача найти дальнейшее развитие формата PCMCIA ATA Flash при минимизации размера.
Итак, CF — сменное устройство хранения данных большой емкости размером 42.8×36.4×3.3 мм. Имеет 50-контактное соединение; энергопотребление — 3.3 и 5 В. Соответствует всем ATA-спецификациям, в том числе и для всех электрических и механических процессов шины PCMCIA. Можно вставить CF-карту в пассивный 68-контактный адаптер Type II и использовать ее в стандартном слоте PCMCIA.

Дальнейшее развитие стандарта привело к созданию CompactFlash Type II. Его отличия от предшественника — толщина, достигшая 5 мм, и увеличенная скорость чтения/записи. В гнездо для CompactFlash Type II можно вставить и обычную CF-карту. Объем памяти CompactFlash на сегодня достигает 8 Гбайт. Скорость записи/чтения — около 16 Мбайт/с.
Совсем недавно была разработана третья спецификация CF. Она предусматри­вает увеличение пропускной способности шины с 16 до 66 Мбайт/с, при этом обеспечена совместимость как с существующими, так и с будущими хост-контроллерами. Поддерживается режим работы памяти и шины ввода/вывода PCMCIA ATA.
У данного вида флэш-помяти есть несколько явных преимуществ:
1) высокая механическая прочность (на тестах CF-карты выдерживали падение с двухметровой высоты, электрические контакты также защищены корпусом);
2) самая большая максимальная емкость среди подобных носителей;
3) низкая стоимость и совместимость с огромным количеством устройств.
Из недостатков главным является то, что это одна из самых больших карт и в сверхпортативных устройствах ее использовать затруднительно.
Еще одно важное отличие CF от прочих подобных изделий: CF-интерфейс — шина данных, а не шина памяти, что позволяет выпускать в этом стандарте не только модули памяти, но и разнообразную периферию.

SmartMedia Card
SmartMedia Card изобретена фирмой Toshiba в 1997 году. Ее размер — 45.1x37x0.76 мм, масса — 2 г. Энергопотребление — 3.3 и 5 В, 22-контактное подключение. Скорость записи/чтения — 512 Кбайт/с. На сегодняшний день максимальный объем карт SmartMedia достигает 128 Мбайт. SmartMedia — только носитель информации на основе чипов Nand-типа, поэтому карты полагаются на контроллер, который должен быть встроен­ в само устройство чтения/записи.
Достоинства: компактность, цена.
Недостатки: небольшой ресурс работы (около 5 лет), незащищенность от внешних воздействий, небольшой объем.

MultiMedia Card (рис. 4)
Разработана в 1997 году фирмами SanDisk и Siemens. Ее характеристики идентичны SmartMedia Card, за исключением размера (32x24x1.4 мм) и максимального объема (256 Мбайт).

Изначально планировалось использовать ее в сотовых телефонах, но как одно из самых маленьких сменных устройств хранения данных небольшой емкости карта быстро завоевала популярность у производителей mp3-плееров и прочей цифровой мелочи.
Достоинства: миниатюрный размер, низкое энергопотребление.
Недостатки: небольшой объем, высокая цена, низкая скорость.

Secure Digital Card (рис. 5)
Разработана в 1999 году альянсом Matsushita Electonic, SanDisk и Toshiba. Размер — 24×32х2.1 мм, 9-контактный торцевой разъем (слот для SD карт принимает и MultiMedia Card). Масса — 2 г. Объем — до 256 Mбайт. Скорость записи/чтения — 6 Мбайт/с.

Как можно догадаться из названия, карта имеет встроенную защиту от несанкционированного копирования, случайного стирания или разрушения информации. Кроме того она потребляет очень мало энергии и обладает большим ресурсом. Учитывая двойной стандарт слота, этот формат принят многими производителями различных мультимедийных устройств. Наряду с CF, карты этого стандарта наиболее перспективны.

Mini Card (Miniature Card)
Редкий вид. Его размер — 38x33x3.5 мм, объем — до 64 Мбайт. Разъем для подключения очень ненадежный. Приме­няется в некоторых записных книжках, телефонах и фотоаппаратах.
Достоинства: маленькое энергопотребление, небольшой размер.
Недостатки: небольшой объем, ненадежность, низкая скорость чтения/записи.

Memory Stick (рис. 6)
Собственная разработка фирмы Sony. Имеется защита от случайного стирания и система защиты авторских прав. Существуют три типа таких карт: Memory Stick (размеры — 50×21.5×2.8 мм, масса — 4 г, 10-контактное подключение, объем — до 128 Мбайт), Memory Stick Pro (поддерживает бо'льшую емкость (до 256 Майт), высокоскоростную передачу данных, запись изображения в реальном масштабе времени и технологию MagicGate), Memory Stick Duo (отличается размером (на треть меньше карты Memory Stick) и скоростью передачи данных — она может достигать 20 Мбайт/с; масса — 2 г, объем — до 512 Мбайт).

Сама Sony пытается убедить все прогрессивное человечество перейти именно на этот стандарт. Пока не получается, так как по характеристикам MS не представляет ничего выдающегося.

Некоторые выводы и советы
Прочитав внимательно вышенаписанное, можно сделать вывод: каждый мало-мальски крупный производитель пытается навязать свой стандарт. И не беда, что он имеет посредственные характеристики и ни с чем не совместим: главное — что свое, родное…
Читателям же могу посоветовать подбирать устройства, использующие один тип флэш-карт. Экономия будет огромной. Рекомендую остановиться на CompactFlash, MultiMedia Card, SD Card. Они обладают хорошими характеристиками и приемлемой ценой.

Использованы материал сайтов Ixbt.com, idlab.net.


Рекомендуем почитать: