5.4. Флэш-память
В настоящее время карты флэш-памяти являются самыми популярными в мире переносными накопителями. Все остальные устройства с появлением мощных, дешевых, компактных флэш-накопителей либо исчезли (как магнитные дискеты), либо приобрели ограниченные области применения (CD, DVD, переносные жесткие диски).
Вторая область их применения: использование в качестве постоянной памяти в различных устройствах. Это сим-карты мобильных телефонов, хранение стартовой информации в ПК и многое другое.
Широкое распространение флэш-памяти определяется ее уникальными эксплуатационными характеристиками.
Меньшие размеры по сравнению с другими переносными носителями: жесткими и компакт-дисками.
Энергонезависимость, для хранения данных не требуется дополнительной энергии. Время хранения данных измеряется годами, некоторые производители говорят о времени до 100 лет (чего пока проверить нельзя).
Свободная перезапись хранимых данных, с большим числом циклов перезаписи: от сотен тысяч до нескольких миллионов.
Отсутствие движущихся деталей, поэтому при работе потребляется в 10-20 раз меньше энергии, чем у жесткого диска и CD-ROM. Соответственно, не имеет отказов, связанных с поломкой механической части.
Стойкость к внешним воздействиям. Выдерживает механические нагрузки, в 5-10 раз превышающие допустимые нагрузки для жесткого диска, а также высокие значения температуры и влажности. Если накопитель намок, то обычно его достаточно высушить, и он снова будет работать.
По объему хранимых данных, скорости их передачи, стоимости, флэш-память не представляет собой чего-то уникального. Но это не препятствует широкому распространению флэш-накопителей.
Принцип работы ячейки флэш-памяти.
Физическая основа флэш-памяти та же, что и у оперативной памяти и у процессора, т.е. это полупроводниковая микросхема. Но ячейки флэш-памяти представляют собой транзисторы, снабженные двумя затворами: управляющим и «плавающим»:
Управляющий затвор подключен к источнику внешнего напряжения. «Плавающий» затвор отделен от подложки тонким непроводящим слоем диэлектрика. Электроны могут попадать с подложки на «плавающий» затвор и уходить с него, но для этого они должны обладать высокой энергией, чтобы преодолеть слой диэлектрика.
При отсутствии на «плавающем» затворе отрицательного заряда ячейка транзистора способна проводить электрический ток, это состояние соответствует логическому нулю:
Присутствие на «плавающем» затворе отрицательного заряда запирает ячейку, ток не идет. Это состояние соответствует логической единице.
При хранении, в отсутствии управляющего воздействия, энергия электронов на плавающем затворе недостаточна для того, чтобы преодолеть слой диэлектрика. В результате запрограммированное состояние сохраняется неопределенно долгое время.
При программировании на сток и управляющий затвор подается высокое положительное напряжение (на затвор в два раза выше).
В результате возникающей разности потенциалов электроны с подложки переходят на «плавающий» затвор, ячейка становится непроводящей.
При стирании на исток подается высокое положительное напряжение, а на управляющий затвор – высокое отрицательное. Электроны с «плавающего» затвора переходят на подложку, возникает логический нуль:
На сегодняшний день можно выделить следующие главные направления использования флэш-карт.
Флэш-карты для цифровой фото- и видеотехники. Это плоские модули площадью около сантиметра или несколько сантиметров мегабайтной и гигабайтной емкости. Они вставляются в цифровую фото- и видеокамеру, после заполнения флэш-карта меняется на новую. Некоторые принтеры и другая выводная техника имеют гнезда для чтения флэш-карт.
Переносные микронакопители с интерфейсом USB (USB Flash Drive). По своим эксплуатационным качествам это самый лучший переносной накопитель: небольшой, надежный, простой в использовании, с большим объемом памяти.
Выполняются в виде брелка, снабженного разъемом USB, гигиабайтной емкости. При подсоединении накопителя к компьютеру с современными версиями Windows, Mac OS и Linux происходит его автоматическое опознание в виде съемного диска, после чего работа с USB Flash Drive не отличается от работы с жестким диском компьютера. Для старых версий требуются специальные драйверы.
Память для карманной техники: мобильных телефонов, карманных компьютеров, переводчиков и т.д. Перечисленная техника настолько миниатюрная, что здесь жесткие диски и дисководы CD-ROM установить невозможно.
Флэш-карты для запуска компьютера. В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, но в первый момент после включения процессору нужны команды. Процессору требуется куда-то обратиться за первой командой, чтобы далее начать работать по программам.
Для записи стартовой информации сейчас используют специальную флэш-карту, и эта информация недоступна для пользователя. Сюда же записывается и часть программ BIOS. При повреждении карты компьютер перестает включаться. В этом случае проводят ее перепрограммирование в сервисных службах.
1 Этот материал подробно изложен в презентации «Двоичное кодиров».
1 См главу 2.3. «Кодировка текстовых данных».
2 Подробно компьютерная графика, в том числе цветовые модели будет изучаться позднее.
1Иногда несведущие люди говорят: «Сервер – это главный компьютер в сети». Нет, все наоборот: сервер – это «компьютер-слуга». А «главным» в мире компьютеров следует считать человека. Человекзадает задачи и оценивает их выполнение.
1 Если жесткий диск можно сравнить со шкафом, где хранятся все данные и программы, оперативную память – с рабочим столом, где собрано все для работы, то кэш-память можно сравнить с карманом, где хранятся самые необходимые «предметы».