Информационные характеристики и перспективы развития твердотельной флэш-памяти

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Северо-западный государственный медицинский университет им. И.И.Мечникова» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Доклад по дисциплине «Информатика»

Тема: Информационные характеристики и перспективы развития твердотельной флэш-памяти

Студент: Десятова Милена Владиславовна

Группа: 101

Преподаватель: Маринкин Владислав Игоревич

Санкт-Петербург 2014 г.

Введение

В нынешнее время тяжело найти людей, которые не слышали бы о таких электронных устройствах, как флэш-накопители или по-простому «флешки». Технические характеристики и оптимальность формы позволили им занять лидирующие места среди переносных носителей информации, и практически заменить собой оптические диски и дискеты.

Однако, несмотря на популярность флэш-дисков, далеко не все пользователи имеют полное представление об этих устройствах. В этом материале мы постараемся восполнить эти пробелы для того, чтобы вы смогли самостоятельно выбрать для себя подходящий флэш-накопитель в любом компьютерном магазине.

Как и в случае с другими носителями информации, флэшки имеют ряд основных технических характеристик, по которым происходит их выбор. Давайте рассмотрим главные из них и разберемся, на что в первую очередь стоит обращать внимание при покупке флэш-накопителя.

Задача данной работы:

осветить историю создания флэш памяти и твердотельных флэш накопителей.

дать определение твердотельных флэш накопителей и обозначить область применения.

обрисовать плюсы и минусы устройств и перспективы развития.

Глава 1. История создания твердотельного накопителя на основе флэш-памяти

История создания началась в Японии в 1984 году, когда компания Toshiba изобрела полупроводниковую перепрограммируемую флэш-память. А конкретно, первую флешку изобрёл японец Фудзи Масуока. В его компании было всего 5 человек. Кстати, название «флэш» придумал коллега Фудзи. Стирание информации с носителя сопровождалась вспышкой (фотовспышка с английского flash), и эта ассоциация легла в основу названия нового гаджета. Первый чип с флэш-памятью типа NAND появился в 1989 году. У него была большая плотность компоновки, благодаря которой создавались микросхемы внушительных объёмов. В 1994-1996 годах был создан и разработан первый стандарт интерфейса USB. В Конце 1990-ых возникла необходимость в создании накопителя, который по объёму и надёжности будет превосходить дискеты. Накопители Iomega Zip так и не смогли стать стандартом. Высокой цены и низкой надёжности были миниатюрные жёсткие диски Microdrive. Со временем компакт диски, которые позволяли хранить большой объём информации вытеснили накопители на гибких магнитных досках, но для их чтения необходим был оптический привод. В итоге самым популярным способом хранения и переноса информации были признаны накопители, подключаемые по интерфейсу USB с флэш-памятью типа NAND. Картридер или дополнительный привод этим накопителям был не нужен. Тем самым они заняли первое место среди накопителей. Компактные, с большим объёмом, разнообразными дизайнами, они теперь как мобильные телефоны есть у всех. Патент на флешку был зарегистрирован в апреле 1999 года, а сама флешка появилась в 2000 году и была названа DiskOnKey. Изобрели её сотрудники израильской компании M-Sistems. В США эта флешка продавалась совместно с IBM и носила на корпусе логотип американской корпорации. Первая флешка имела объём памяти 8 ГБ и стоила 50$.

Со временем вышли флешки на 16 и 32 ГБ и стоили они 100$. Но была ещё одна разработка. Компания Trek Technology(Сингапур) создал свою флешку, повторяющую патент M-Sistems . Эта флешка называлась ThumbDrive, её объём составлял 8 ГБ и презентовалась она в феврале 2000 года в Германии. История развития флешки очень увлекательна. Этот гаджет постоянно находится в состоянии эволюции: увеличивается объём памяти, уменьшается размер устройства. Эти накопители компактные, вместительные. Все операции производимые с ними происходят максимально быстро и экономит наше драгоценное время. Тем более флешку можно использовать как оригинальный аксессуар, а это так важно в наше время, когда каждый хочет выделиться.

Глава 2. Информационные характеристики твердотельной флэш-памяти

2.1 Определение и назначение твердотельной флэш- памяти

Флэш-накопителем называют запоминающее устройство с интерфейсом подключения USB, в котором для хранения информации используется энергонезависимая флэш-память. К основным достоинствам флэш-памяти можно отнести ее дешевизну, компактность, бесшумность, механическую прочность, скорость работы и низкое энергопотребление. Благодаря всем этим достоинствам и простоте эксплуатации, флэш-дискам удалось в довольно короткое время завоевать популярность среди пользователей и вытеснить с рынка другие конкурирующие решения. Основным назначением компактных USB-накопителей является хранение, обмен и перенос данных не слишком большого объема. Помимо этого флэшки можно использовать для хранения резервных копий и загрузки операционных систем. При этом флэш-диски, могут быть подключены не только к компьютеру, но и к различной бытовой технике, например, телевизорам, плеерам, проигрывателям и другим, имеющим разъемы USB.

Несмотря на все свои преимущества, флэш-память все же имеет и ряд определенных недостатков. В первую очередь это ограниченное число циклов записи/перезаписи информации (до 10 тысяч раз для памяти MLC, которая устанавливается в большинстве устройств и до 100 тысяч для памяти типа SLC). Так же флэш-диски имеют ограниченный срок хранения информации. И хотя большинство производителей заявляет, что их изделия могут хранить данные 10-20 лет, на деле, фирменная гарантия на подобного рода носители составляет не более 5 лет.

Как и любая низковольтная электроника, флэш-память очень чувствительна к электростатическим разрядам, которые являются вполне обычным явлением в быту. Еще одной причиной недолговечности флэшки может стать USB-разъем, который из-за частого подключения/отключения носителя может попросту сломаться.

Правда, все эти недостатки, не мешают флэш-накопителям оставаться уже многие годы одними из самых распространённых носителей информации и любимых средств переноса данных среди обычных пользователей.[ 6]

2.2 Объем флэш-накопителей

Объем является одной из ключевых характеристик любого накопителя данных, так как от него напрямую зависит, сколько информации сможет поместиться на носителе. Именно поэтому большинство рядовых пользователей при покупке носителя информации в первую очередь акцентируют свое внимание именно на этом параметре.

Первые флэшки имели довольно скромные объемы, которые исчислялись десятками или сотнями мегабайт. Современные же флэш-диски в этом плане ушили далеко вперед своих предшественников и на сегодняшний день минимальным объемом дешевого USB-накопителя можно считать величину в 4 Гб или даже 8 Гб, так как разницы в цене между ними практически нет. Наиболее популярными объёмами на данный момент считаются 16 и 32 Гб, так как стоимость таких флэшек остается все еще не высокой и составляет менее 1000 рублей.

Как вы уже наверное заметили, объем флэш-памяти, как и оперативной памяти, является числом, полученным из двойки возведенную в n-ую степень (2n). То есть каждое его последующее значение получается путем удвоения предыдущего. Поэтому уже после 32 Гб, объемы флэш-накопителей начинают стремительно расти, и вмести с ними, начинает очень существенно расти их стоимость. Так если USB-накопители размером 64 Гб и стоимостью около 1500 рублей еще пользуются активным спросом, то уже флэшки 128 Гб могут иметь цену свыше 3000 рублей, что резко снижает к ним потребительский интерес.

Но на этом производители не остановились. На сегодняшний день на рынке существуют флэш-накопители с объем 256 ГБ, и даже 512 Гб, которые, по сути, являются твердотельными накопителями (SSD), заключенными в компактный корпус. Их стоимость уже настолько велика, что называть их обычными флэшками просто некорректно.

2.3 Скорость обмена данными

Несмотря на то, что объем действительно имеет значение, одним из важнейших параметров любого накопителя является скорость его обмена данными с тем устройством, к которому он подключен. В случае флэш-накопителями эта характеристика формируется из трех составляющих: скорости чтения, скорости записи и интерфейса подключения.

Скорость чтения у всех флэшек всегда выше скорости записи. При этом в некоторых случаях разница может быть очень большой. Поэтому, перед выбором USB-накопителя лучше определиться с тем, как он будет использоваться. Если информация на нем будет обновляться редко, то на скорость записи конечно можно закрыть глаза. В самых бюджетных моделях максимальная скорость чтения обычно колеблется от 10 до 15 Мб/с, а скорость записи - от 3 до 8 Мб/с. Такой вариант лучше выбирать, если флэшка предназначается для обмена или переноса файлов небольшого размера, например документов.

А вот флэш-накопитель, имеющий скорости чтения выше 20-25 Мб/с и записи более 10-15 Мб/c можно назвать не очень дорогим, но при этом универсальным решением, которое подойдет для любых задач. Существуют флэшки и с более привлекательными скоростными характеристиками, превращающие работу с ними в настоящее удовольствие. Правда, цена на такие продукты устанавливается соответствующая.[10]

Как правило, максимальные показатели скорости влияют на интерфейс подключения флэш-накопителя, который может быть двух видов - USB 2.0 и USB 3.0. В первом случае (2.0) мы имеем дело с максимальной пропускной способностью равной 480 Мбит/с. Таким образом, максимальная скорость чтения или записи флэшки с интерфейсом USB2.0 не может превышать 60 Мб/c. На практике же производители не стремятся достичь этого потолка и наделяют свои продукты скоростями, едва превышающими величину в 30 Мб/c.

Что же касается интерфейса USB 3.0, то здесь пропускная способность достигает до 5 Гбит/c, что делает возможным осуществлять передачу данных на скорости 640 Мб/с. Конечно для флэш-накопителей это заоблачная цифра. Тем не менее, даже если не брать в расчет устройства с объемом 256 и 512 Гб, уже сейчас некоторые решения предлагают пользователям скорости чтения свыше 220 Мб/с, а скорости запаси свыше 130 Мб/c.

В то же время наличие у флэш-накопителя интерфейса USB 3.0 не является залогом того, что он будет обладать высокими скоростными характеристиками. Покупка флэшки с USB 3.0 наиболее целесообразна в том случае, если накопитель имеет скорости чтения/записи выше 60 Мб/c. Если же это не так, то флэш-диск с интерфейсом USB 2.0 может оказаться более выгодной покупкой, как с точки зрения цены, так и своих характеристик. Так что в некоторых ситуациях переплачивать за новомодный интерфейс нет никакого смысла.

И последний нюанс. Важно понимать, что флэшка с разъёмом USB 3.0 для реализации всего своего скоростного потенциала должна вставляться в устройство так же в разъем USB 3.0. Если таковых у вашей техники не имеется, то стоит опять же задуматься о целесообразности покупки накопителя с таким интерфейсом.

компьютерный память фазовый накопитель

Глава 3. Дизайнерское оформление

В классическом варианте флэшка имеет вид вытянутого прямоугольника или приплюснутого цилиндра длинной от 5 до 8 см со съемным колпачком, который прикрывает разъем USB. Тем не менее, современные флэш-накопители могут иметь самые разнообразные формы и размеры, а так же способы защиты разъема.

В общем случае, флэшки по виду разъемов можно разделить на четыре группы:

Классические. Разъем закрывается колпачком. Хороший и надежный вариант. Единственное неудобство - возможность потери колпачка.

С выдвижным разъемом. Имеют одну общую болезнь. Со временем механизм, фиксирующий разъем, разбалтывается, что значительно затрудняет установку флэшки в конечное устройство.

С поворотным механизмом. Достаточно надежный вариант, в дополнение придающий флэшке оригинальный вид.

С открытым разъемом. Практичный и надежный вариант. Главным недостатком здесь можно назвать возможность загрязнения разъема и попадание на него влаги.

Еще одним немаловажным внешним качеством флэшки является материал, из которого она изготовлена. Подбирать его надо с учетом частоты использования и степени бережного отношения к ней. Корпуса этих устройств бывают пластикового, металлического и прорезиненного типа. Пластиковые корпуса можно назвать самыми ненадежными. Особенно это касается флэшек с выдвижным разъемом. Флэш-накопители с металлическими корпусами надежны, и часто выглядят солидно.

Хотя кому-то их вес может показаться избыточным. Что же качается прорезиненных корпусов, то они призваны создать оптимальные условия, противодействующие ударам, сотрясениям и препятствующие попаданию влаги внутрь этого технического устройства.

Сейчас стало модным делать сувенирные флэшки, чьи корпуса имеют нестандартный вид, например, в виде каких-нибудь фигурок или различных предметов обихода. Но вся эта «красота» может обернуться вам боком, так как есть вариант, что воспользоваться таким USB-накопителем вы в большинстве случаев не сможете из-за габаритов его корпуса. Учтите, что когда вы покупаете флэшку неправильной формы или большой толщины, она может попросту не поместится рядом с другими устройствами, установленными в соседние USB-разъемы.[3]

Глава 4 Преимущества и недостатки флеш-накопителей

Всё идет к тому, что флэш память потихоньку вытеснит стандартные жесткие диски или по крайней мере потеснит их позиции. Для того, чтобы понять почему это происходит - давайте рассмотрим преимущества и недостатки флэш-накопителей.

Преимущества флэш-накопителей:

1. Низкое электропотребление:

Стандартный жесткий диск <#"justify">Недостатки флэш-накопителей:

1. Высокая стоимость гигабайта информации

Даже сейчас по цене фляжка 64 гигабайта не может соперничать с жестким диском за ту же цену, но объемом 1 терабайт. Тут каждый решает сам нужны ли ему гигабайты или мобильность, надежность и всё вышесказанное в разделе преимущества.

. Ограничение количества циклов перезаписи

Если вы будете записывать в одну область несколько тысяч раз что-то, то со временем память просто перестанет запоминать то, что вы пишите - одним словом происходит износ. Для того, чтобы этого избежать придуманы были специальные файловые системы и контроллеры флэш-памяти - но это направление развивается.5]

Глава 5 БУДУЩЕЕ ФЛЭШ-ТЕХНОЛОГИЙ

Одно из направлений совершенствования флэш-накопителей - уменьшение их энергопотребления и геометрических размеров с одновременным увеличением объёма памяти и быстродействия. Следует отметить, что совсем недавно свой полувековой юбилей отметил один из важнейших элементов любого персонального компьютера - жёсткий диск. Созданное пятьдесят лет назад устройство изменилось до неузнаваемости, в сотни раз уменьшилось в размерах и в тысячи раз увеличило ёмкость, проникло в совершенно неожиданные сферы, сохранив при этом основные принципы работы. Современное состояние рынка магнитных накопителей можно назвать тера-байтной эрой. Уже сейчас никого не удивишь ёмкостью жёстких дисков в сотни гигабайт. Первые терабайтные носители также со дня на день появятся в пользовательских компьютерах. И хотя в XXI веке активно развиваются другие технологии хранения данных, жёсткий диск не спешит сдавать свои позиции.

Безусловно, флэш - перспективная технология. Однако, несмотря на высокие темпы роста объёмов производства, устройства хранения данных, основанные на ней, ещё слишком дороги, чтобы конкурировать с жёсткими дисками для настольных систем или ноутбуков. Сегодня сфера господства флэш-памяти в основном ограничивается мобильными устройствами.

В настоящее время американские исследователи разработали принципиально новую память, которая в теории позволит создавать крошечные накопители, вмещающие до терабайта данных. В отличие от флэш-памяти, где данные хранятся в виде заряда, в них используются металлизированные ячейки с функцией программирования, состоящие из разрозненных атомов меди. Под воздействием отрицательного заряда эти атомы выстраиваются в линию и формируют между двумя электродами «мост», проводящую нано проволоку - получается логическая единица. Атомы в разгруппированном состоянии дают логический ноль. По утверждению авторов изобретения, процесс во многом похож на кристаллизацию воды и тоже полностью обратим - положительный заряд возвращает атомы в первоначальное положение, «мост» между электродами разрушается.

С новым устройством все ограничения на память в портативной электронике могут быть сняты. Можно записывать на видео и сохранять каждый момент всей своей жизни. Эта атомная память в тысячу раз экономичней флэш-памяти в плане потребления электрической энергии и в десять раз дешевле в пересчёте на один бит данных в основном благодаря тому, что для её изготовления нужны недорогие материалы. Крупнейшие производители уже проявили интерес к разработке, и первый чип на базе металлизированных ячеек планируется выпустить в течение следующих полутора лет.

Разработан также и прототип одного из ключевых элементов компьютерной памяти - нано провод из полупроводникового материала GeSbTe, обратимо меняющего фазовое состояние с переходом из аморфной структуры в кристаллическую. Нано провод был изготовлен в процессе кристаллизации исходных реагентов при низких температурах в присутствии металлических катализаторов размером в нанометры. В итоге на поверхности кремниевого субстрата самопроизвольно образовался линейный фрагмент полупроводникового материала длиной в несколько микрон и диаметром 30-50 нанометров, что примерно соответствует размеру ста атомов. В ходе изучения свойств полученного нано материала оказалось, что он обладает уникальными качествами для записи и хранения информации. У него низкое потребление энергии на запись одного бита информации, а время считывания, записи и удаления информации составляет всего 50 нс, что в 1000 раз меньше, чем у современных образцов флэш-накопителей. Продолжительность хранения данных без потребления энергии может достигать 100 тыс. лет, а плотность хранения данных позволит вместить в габариты стандартных флэш-карт или других модулей памяти терабайты данных. Концепция компьютерной памяти на фазовых переходах известна давно, но лишь сейчас впервые удалось продемонстрировать её на реальных прототипах в нано масштабе. [11]

Заключение

Подводя итог всему вышесказанному, нужно признать непреложный факт: flash-память - удобна в использовании и чрезвычайно полезная. Объединяя в себе черты, присущие одновременно и постоянной и оперативной памяти, флэшки" способны восполнить нехватку мозгов" у малогабаритных цифровых устройств, обеспечивая их владельцев практически неограниченными возможностями по хранению необходимых данных, объем которых ограничен лишь количеством имеющихся в наличии flash-накопителей. Одно плохо - не обошлось и тут без недостатков. Во-первых, высокая стоимость гигабайта памяти, а во-вторых, все-таки ограничение на количество циклов перезаписи - свойство вполне реальное. Однако ж недостатки, как известно, существуют лишь для того, чтобы подчеркнуть достоинства, а их у flash-устройств много.

Источник литературы

1.Букирев В.К. Самоучитель. 99 бесплатных переносных программ на Flash-диске на все случаи жизни: быстро и легко. -- М.: Лучшие книги, 2008. 304 с.: ил.

2.Ефимова О., Морозов В., Шафрин Ю. - «Информатика и вычислительная техника» - М.: АБФ, 2008 - 655С.

.Макарова Н.В. - «Информатика» - М.: Финансы и статистика, 2012 - 768с.: ил.

.Мир ПК. - Воробьев Р. - «Жесткий отпор флэш-памяти» - октябрь 2006

.Мир ПК. - Полтев С. - «Система центрального накопления» - март 2006

.Мир ПК. - Старкова М. - «В твердой памяти?» - январь 2006

.Фигурнов В.Э. - «IBM PC для пользователя. Краткий курс» - М.: ИНФРА-М, 2008. - 480 с.

Больше работ по теме: