6.7.3. Накопители информации на основе флэш-памяти

6.7.3. Накопители информации на основе флэш-памяти

Накопители информации на основе флэш-памяти относятся к внешним (переносным) ЗУ и предназначены для долговременного хранения относительно небольших объемов информации (единицы гигабайт). Накопители информации на основе флэш-памяти относятся к ЗУ с прямым (произвольным) доступом к данным.

Рассмотренные выше накопители информации на гибких и жестких магнитных дисках имеют в своем составе механические компоненты, которые снижают надежность их работы и определяют относительно большое потребление электрической энергии при записи и считывании информации. Флэш-память (Flash-memory) является полностью электронным устройством и лишено указанных выше недостатков.

Название Flash применительно к данному типу памяти переводится как «вспышка». Однако это не совсем так. Одна из версий появления этого названия состоит в том, что впервые в 1990 г. японская компания Toshiba употребила слово Flash в контексте «быстрый, мгновенный» при описании своих новых микросхем. Изобретателем флэш-памяти считается фирма Intel, представившая в 1988 г. флэш-память. Промышленное производство такой памяти началось в 1994 г.

Накопитель информации на основе флэш-памяти представляет собой функционально законченное устройство, конструктивно состоящее из защитного корпуса с маркировкой, выходного разъема для подключения к соответствующему порту системного блока компьютера и электронного блока. Внутри защитного корпуса размещается электронный блок (микросхема), который включает в себя перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) с неограниченным циклом записи и считывания, а также контроллер флэш-памяти. Накопители информации на основе флэш-памяти относятся к энергонезависимому типу памяти, т. е. после отключения электрического питания от такого накопителя информация в нем сохраняется в течение нескольких лет.

ППЗУ, используемое во флэш-памяти, является представителем класса перепрограммируемых постоянных ЗУ, в котором реализуется электрический способ записи, считывания и стирания (удаления) информации. Однако стирание информации в ППЗУ осуществляется сразу в целой области ячеек – блока или всей микросхемы, это обеспечивает более быструю запись информации. В ППЗУ флэш-памяти используется принцип записи, основанный на использовании в них базовых элементов памяти (ячеек)   – микроэлектронных полупроводниковых транзисторов с двумя изолированными затворами: управляющим (control) и плавающим (floating). Важной особенностью этих транзисторов является способность удерживать электроны, т. е. электрический заряд. Этот процесс носит название Фоулера – Нордхейма.

Существуют различные технологии построения базовых элементов флэш-памяти, которые разработаны основными производителями. Эти технологии отличаются друг от друга количеством слоев, методами стирания и записи данных, а также структурной организацией, что отражается в их названии. Наиболее широко известны NOR (Not OR – ИЛИ-НЕ) и NAND (Not AND – И-НЕ) типы флэш-памяти, запоминающие транзисторы в которых подключены к разрядным шинам соответственно параллельно и последовательно. Элементы памяти ППЗУ организованы в матрицы (блоки), как и в других видах полупроводниковой памяти. Данные в ППЗУ хранятся в виде блоков, а не байтов, как в обычных модулях памяти.

Первый тип (NOR) имеет относительно большие размеры ячеек и малое время доступа (порядка 70 не).

Второй тип (NAND) имеет меньшие размеры ячеек и большую скорость передачи информации – до 16 Мбайт/с.

Подключаются накопители на основе флэш-памяти к соответствующему порту системного блока компьютера. В настоящее время в качестве такого порта используется в основном порт USB. Обмен информацией между МП и накопителем на основе флэш-памяти осуществляется посредством интерфейса USB, который поддерживает автоматическое определение и подключение данного накопителя к работающему компьютеру без его перезагрузки. В настоящее время широко используется версия последовательного интерфейса USB 2.0, который обеспечивает достаточно высокую скорость обмена информацией порядка 60 Мбайт/с. Обмен информацией между накопителем на основе флэш-памяти и МП компьютера осуществляется через контроллер накопителя и порта USB.

Считывание информации с накопителя на основе флэш-памяти выполняется, как в обычных ОЗУ или кэш-памяти, построенных на основе микросхем.

Запись информации в накопитель на основе флэш-памяти отличается от записи информации в ОЗУ. Перед записью новых данных в элементы памяти (ячейки) информация должна быть удалена. Удаление информации (стирание) заключается в переводе элементов памяти в состояние единицы, и это возможно только сразу для целого блока ячеек. Выборочное стирание невозможно. В процессе записи информации соответствующие элементы памяти переключаются в нулевое состояние. Таким образом, операция записи реализуется в два этапа: стирания и непосредственно записи.

Основные характеристики (в среднем) накопителей на основе флэш-памяти у разных производителей приблизительно одинаковые.

В качестве примера приведем основные характеристики накопителя на основе флэш-памяти Sony USB 2.0 flash-disk 256 Мбайт серии Micro Vault производства корпорации Sony:

• тип накопителя – флэш-память;

• объем памяти (информационная емкость) 256 Мбайт;

• скорость записи информации 1,0 Мбайт/с;

• скорость считывания информации 5,5 Мбайт/с;

• Hot Plug and Play – подключение и использование возможно без перезагрузки компьютера;

• передача электрического напряжения для питания накопителя производится через USB-кабель.

Внешний вид накопителя показан на рис. 6.14.

Рис. 6.14. Внешний вид накопителя Sony USB 2.0 flash-disk 256 Мбайт

Также как и для других внешних накопителей, для записи информации на носитель на основе флэш-памяти и считывания информации с него данный накопитель должен быть отформатирован, т. е. на нем должна быть создана физическая и логическая структура.

Формирование физической структуры накопителя на основе флэш-памяти состоит в создании на накопителе блоков (кластеров) объем которых определяется файловой системой.

Форматирование данного накопителя также может быть реализовано с помощью специальных компьютерных программ. В ОС Windows ХР имеется программа, позволяющая осуществить форматирование накопителя, форматирование производится так же, как и для других внешних ЗУ (рис. 6.15).

Рис. 6.15. Диалоговое окно «Формат Съемный диск(Р:)»

Логическая структура накопителя на основе флэш-памяти формируется с помощью файловой системы – FAT или FAT32 в зависимости от информационного объема флэш-памяти. Для поиска файлов по их имени на таком накопителе файловая система автоматически создает каталог и таблицу размещения файлов, которые размещаются в соответствующих блоках ППЗУ флэш-памяти. Кроме файловых систем FAT существуют также специально разработанные для накопителей на основе флэш-памяти файловые системы NOR, NAND и ETFS (Embedded Transactional File System – встраиваемая транзакционная файловая система), которые представляют собой отказоустойчивые файловые системы.

При подключении внешнего накопителя на основе флэш-памяти к порту USB компьютера ОС Windows ХР автоматически определяет его как съемный диск и на экране монитора появляется окно, представленное на рис. 6.16. Если в задачу пользователя входит просмотр файлов на съемном диске, то необходимо в данном окне выполнить действие: «Открыть папку для просмотра файлов, используется проводник». После выполнения этого действия появится окно программы «Проводник» ОС Windows ХР, где в строке «Адрес:» файловая система отобразит логическое имя внешнего накопителя (например, F: ), а в правой части окна – файлы и папки данного накопителя.

Рис. 6.16. Окно для просмотра и открытия файлов на съемном диске

Установив курсор мыши на свободное место в правой части окна «Проводник» и вызвав правой кнопкой контекстное меню, можно выполнить команду [Свойства]. В открывшемся окне «Свойства: Съемный диск (F:)» можно просмотреть свойства внешнего накопителя (рис. 6.17).

Рис. 6.17. Окно для просмотра свойств внешнего накопителя на основе флэш-памяти

Процедуры записи информации на накопитель на основе флэш-памяти и считывания пользовательской информации аналогичны процедурам, используемым для записи информации на внутренний жесткий диск и считывания с него.

Для удаления ненужных файлов и папок с накопителя на основе флэш-памяти их необходимо выделить с помощью левой кнопки мыши, а затем нажать на клавиатуре клавишу Delete или можно с помощью правой кнопки мыши вызвать контекстное меню и выполнить команду Удалить. После подтверждения удаления файлы или папки будут удалены с накопителя и восстановить их будет невозможно.

По окончании работы с накопителем его нужно отключить. Отключение накопителя на основе флэш-памяти производится так же, как внешнего жесткого диска. После окончания этих действий накопитель на основе флэш-памяти можно отсоединить от порта USB системного блока компьютера.

Способность сохранять информацию при выключенном питании, малые размеры, высокая надежность и приемлемая цена привели к широкому распространению накопителей на основе флэш-памяти. Этот вид памяти используется в так называемых «твердотельных» дисках (memory stick, memory drive и др.), картах памяти различного назначения и т. п. Накопители на основе флэш-памяти используются не только в компьютерах, но и во многих других устройствах: цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и т. д. К недостаткам данного вида накопителей можно отнести невысокую скорость передачи данных, небольшой информационный объем памяти и относительно высокую стоимость накопителей с объемом памяти 512 Мбайт и более.