Флеш-диски (Flash Disks) — весьма популярный и очень перспективный класс энергонезависимых запоминающих устройств. Флеш-диски (твердотельные диски) являются модификацией HDD и представляют собой устройства для долговременного хранения информации с возможностью многократной перезаписи. Стирание и запись данных осуществляются так же, как у HDD, — блоками (иногда называемыми по аналогии с магнитными дисками секторами, но более правильно было бы их именовать кластерами).
У флеш-дисков отсутствуют какие либо подвижные части, да и форма у них совсем не круглая — чаще всего они представляют собой прямоугольные картриджи.
Для хранения информации в них используются специализированные микросхемы памяти с металлизацией (металл-нитридные), выполненные по технологии Flash, изобретенной в начале 80-х годов фирмой Intel. Дисками их называют условно, поскольку флеш-диски полностью эмулируют функциональные возможности HDD. При работе указатели в микросхеме перемещаются на начальный адрес блока, затем байты данных передаются в последовательном порядке с использованием стробирующего сигнала. Стирание содержимого всего блока выполняется одномоментно отдельным сигналом (отсюда, вероятно, и название памяти flash — вспышка); тотальное стирание было специально организовано разработчиками, поскольку первоначально флеш-память применялась в военных приборах, и при обнаружении попыток несанкционированного доступа к ним необходимо было сразу уничтожать все данные — система автоматически генерировала внутренний сигнал стирания).
По существу, флеш-диски — это «полупостоянные» запоминающие устройства, стирание, считывание и запись информации в которых выполняется электрическими сигналами (в отличие от прочих ПЗУ, в которых эти действия производятся лучом лазера или чисто механически — «перепрошивкой»). Количество циклов перезаписи информации в одну и ту же ячейку у флэш-памяти ограничено, но оно обычно превышает 1 млн — эта величина иногда указывается в паспорте микросхемы. В современных устройствах имеются программные или аппаратные средства формирования виртуальных блоков, обеспечивающие запись информации поочередно в разные области флэш-памяти так, чтобы число циклов стирания и записи было равномерно распределено по всем блокам диска. Это существенно увеличивает срок службы флэш-памяти: ее работоспособность сохраняется сотни лет.
Емкость современных флеш-дисков, изготовленных на основе многоуровневых ячеек (MultyLevel Cell, MLC) на базе логических схем NAND (НЕ-И, штрих Шеффе-ра), достигает нескольких гигабайтов при крайне миниатюрных их размерах.
(Флеш-память на базе логических схем NOR («НЕ-ИЛИ») позволяет организовать произвольный доступ к данным, и на ее основе могут создаваться оперативные запоминающие устройства.)
Флеш-диски обладают высочайшей надежностью — среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures — MTBF) у них составляет, как правило, более миллиона часов; они устойчивы к механическим ускорениям и вибрациям, работают в широком диапазоне температур (от -40 до +85 °С).
Во время выполнения операций чтения-записи флеш-диски обычно потребляют не более 200 мВт электроэнергии и, естественно, не шумят.
Скорость считывания информации составляет несколько мегабайт в секунду, скорость записи несколько ниже (эти значения зависят от типа флеш-памяти и ее интерфейса).
Линейку чипов (ИС) многоцелевой флеш-памяти на базе Super Flash (SF)представила компания Silicon Storage Technology. Эти чипы могут использоваться в КПК, в Bluetooth-устройствах и в оборудовании для беспроводных сетей. Четырехмегабитовые чипы имеют время доступа 90 нc, время стирания сектора — 36 мкc, стирание всей ИС занимает 140 мкс. Потребление тока в активном режиме — 5 мА, в режиме ожидания — 1 мкА при напряжении 1,95 В. Чипы выпускаются в разных исполнениях — в 48-контактных корпусах: TFBGA (6x8x1 мм), WFBGA (4 x 6 х 0,63 мм), XFLGA (4 х 6 х 0,47 мм).
Конструктивно флеш-диски могут быть выполнены в виде микросхемы. Например, Disk on Chip 2000 фирмы M-Systems представляет собой DIP-микросхему с 32 контактами (современные ROM BIOS выполняются также на основе флеш-памяти в виде обычной микросхемы).
Сейчас выпускаются чипы Disk on Chip третьего поколения. Так, корпорации M-Systems и Toshiba в 2002 году анонсировали флеш-накопитель Mobile Disk on Chip G3,изготовленный в виде многоуровневой ячейки по технологии NAND. Емкость построенного по нормам 0,13 мкм чипа равна 64 Мбайт. Поддерживается прямой доступ к памяти (DMA) и режим Multy Burst, обеспечивающий скорость чтения 80 Мбайт/с. Имеются встроенные алгоритмы коррекции ошибок.
Многие производители предусматривают на своих системных платах гнезда для установки флеш-чипов. Интерфейс для их подключения аналогичен интерфейсу ПЗУ BIOS.
Флеш-дискив настоящее время выпускаются многими фирмами с различными интерфейсами и в разных конструктивных исполнениях. Они могут быть не только внешними дисками ПК, но и устанавливаться внутри системного блока. В качестве фиксированной памяти используются флеш-карты, выполненные в виде печатных плат, предназначенных для непосредственной установки в разъемы системной платы компьютера. Они способны работать с системными и локальными интерфейсами ПК (ISA, PCI и др.). Значительно чаще флеш-память используется в качестве альтернативных HDD твердотельных дисков. В этом случае востребованы периферийные интерфейсы ATA (IDE), Serial ATA, USB, IEEE 1394 и др. Широкое применение флеш-диски нашли в цифровых фото-и видеокамерах.
Конструктивных вариантов исполнения флеш-дисков существует много.
□ ATA Flash (PC Card ATA).Карты этого формата имеют емкость до 1 Гбайт, габариты 85,6 х 54 х 33 мм, они снабжены 68-контактным разъемом (совместим со стандартным разъемом PCMCIA ноутбука) и АТА-контроллером. Благодаря последнему обеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. Имеется несколько типов PC Card: Typel, Type2, ТуреЗ, различающихся толщиной: 3,3; 5,0 и 10,5 мм соответственно:
О Typel обычно используется как фиксированная память;
О Туре2, кроме того, может выполнять функции модема или сетевой карты;
О ТуреЗ чаще всего эмулирует жесткие диски.
□ Compact Flash (CF)имеют две модификации: Compact Flash Typel (CF1) и Compact Flash Type2 (CF2):
О Compact Flash Typel, пожалуй, самый распространенный сейчас формат. Он разработан в 1994 году фирмой SanDisk и имеет размеры 42,8 х х 36,4 х 3,3 мм, вес 10 г, соответствующие спецификации PCMCIA, но его 50-контактный торцевой разъем входит в противоречие с этой спецификацией (при подсоединении к ноутбуку требуется переходник на 68-контактный разъем). Емкость карт CF1 составляет до 512 Мбайт. Скорость чтения карт CF1, выпущенных в 2002 году компанией Netac, составляет 1 Мбайт/с, а скорость записи — 0,9 Мбайт/с.
О Compact Flash Type2 (CF2) имеют толщину 5 мм, что позволило увеличить их емкость до 4 Гбайт. Скорость чтения-записи — 1,4 Мбайт/с. Упрощенным вариантом CF могут считаться Miniature Card,имеющие почти такие же габаритные размеры (38 х 33 х 3,5 мм), но у них нет внутреннего контроллера для эмуляции HDD (то есть эти карты используются как обычная память).
□ Smart Media (SM)— твердотельный диск, предложенный в 1998 году компанией Toshiba. Габариты устройства 45,5 х 37 х 0,76 мм, вес — 2 г. Разъем имеет 22 контакта. Внутреннего контроллера у диска нет. Емкость современных SM не превосходит 128 Мбайт, скорость обмена — 512 Кбайт/с.
□ xD-Picture— усовершенствованный вариант SM, размер карты 25 х 20 х 1,7 мм, вес — 2 г (это самые миниатюрные карты памяти на начало 2003 года). Емкость — 256 Мбайт, в ближайшее время ожидаются карты компании Fuji Photo Film емкостью 512 Мбайт, в дальнейшем прогнозируются и до 8 Гбайт. Скорость передачи до 3 Мбайт/с.
□ MultiMedia Card (ММС).Была представлена фирмами SanDisk и Siemens в конце 1997 года. Емкость карт до 256 Мбайт, размер 32 х 24 х 1,4 мм, вес — 2 г. Скорость чтения данных до 2 Мбайт/с, записи — до 512 Кбайт/с.
□ Secure Digital Card (SD)— улучшенный вариант карт ММС, предложенный в 1999 году компанией Matsushita Electric Industrial Co Ltd (торговая марка Panasonic). Это один из самых перспективных форматов хранения информации во флеш-памяти. Размер карт 32 х 24 х 2,1 мм, вес около 2 г, емкость современных SD варьируется от 32 до 1024 Мбайт, скорость обмена — 6 Мбайт/с. Карта оборудована 9-контактным разъемом, имеется возможность защиты от несанкционированного доступа по паролю и переключатель для защиты от случайной записи или стирания. Флеш-карта от Matsushita (2003 год) имеет емкость 1 Гбайт, скорость обмена 20 Мбайт/с; в 2004 году появилась карта емкостью 2 Гбайт, а в 2005 году обещаны версии карты на 4, 8 и 16 Мбайт. Карты SM, ММС, SD первоначально разрабатывались для использования в цифровых фото- и видеокамерах. Сейчас для них выпускаются дисководы для подключения к компьютерам. Например, компания TDK Marketing представила миниатюрные считыватели серии Media Reader с интерфейсом USB2 для флеш-карт форматов SD, ММС, CF и IBM Microdrive (питание через шину USB).
□ Miniature Card (MiniCard)— этот тип флеш-памяти нашел применение в органайзерах и сотовых телефонах. Их емкость всего 64 Мбайт, размеры 33 х 32 х 2,8 мм.
□ Memory Stick(появились в 1998 году, емкость до 256 Мбайт, размеры 50 х х 21,5 х 2,8 мм) применяются в основном в цифровых и видеокамерах. Фирма Sony рекламирует их в качестве универсальных устройств памяти и оснащает ими многие свои изделия, в частности, портативные компьютеры, в том числе и карманные. Компания 1-0 Data представила считыватели карт MSRW с интерфейсом USB2 для флеш-карт формата Memory Stick. Габариты MSRW 56 х 72 х15,5 мм, вес — 25 г.
ПРИМЕЧАНИЕ--------------------------------------------------------------------------------------------------
НМЛ обеспечивают самую меньшую стоимость хранения информации: примерно $1 за 1 Гбайт, у дисков этот показатель равен $8-10, а у флеш-карт достигает $100.