Доклад: Альтернативные носители информации. Реферат на тему носители информации

Носители информации

тема : Носители информации

На тему: Носители информации

Калуга 2009г

Задача резервирования

При эксплуатации компьютера по самым разным причинам возможна порча или потеря информации на магнитных носителях (винчестере или дискетах). Это может произойти из-за физической порчи магнитного диска, неправильной корректировки или случайного уничтожения файлов, разрушения информации компьютерными вирусами и т.д. Для того чтобы уменьшить или вообще предотвратить потери в таких ситуациях, следует иметь копии используемых файлов и периодически обновлять копии изменяемых рабочих файлов.

Рассмотрим способы резервирования и сохранения информации для разработчиков, занимающихся САПР, обработкой цифрового звука, изображений, то есть связанных с большим объемом используемой и обрабатываемой информации.

Использовать дискеты для целей сохранения информации (как это делается обычно) очень не рационально и, более того, очень не удобно, в связи с ее большим объемом. Поэтому целесообразно применять накопители, обеспечивающие сравнительно небольшое время доступа и обладающие большой емкостью. Используем для этих целей лазерные диски и, появившиеся недавно (для рядового пользователя) накопители на магнитооптических и магнитных дисках.

Лазерные диски

Первые лазерные (оптические) диски появились в 1972 году и продемонстрировали большие возможности по хранению информации. Объемы хранимой на них информации позволяют использовать их для хранения огромных массивов данных (таких как базы данных, энциклопедии, коллекции видео и аудио данных). Один оптический диск, диаметром 12см обладает емкостью до 680 Мбайтов! Такой объем хранимых данных, со временем доступа к диску около 200мс, скоростью чтения около 1200 килобайтов в секунду (для 8-ми скоростных накопителей) и, что не мало важно, низкая себестоимость таких дисков (порядка нескольких долларов) сделали их быстро очень распространенными хранителями информации. Легкая замена этих дисков позволяет носить с собой все материалы, требуемые для работы, в любом объеме. Оптические диски имеют очень высокую надежность и долговечность, что позволяет использовать их для архивного хранения информации. Но трудоемкая процедура записи и невозможность перезаписи ограничивает применение оптических дисков, как устройства для резервного хранения информации. Но, тем не менее, если разработчик использует большой объем постоянных (не изменяемых) данных, например, базы данных, различные библиотеки, то он может их записать на диск и использовать его, а не занимать место на винчестере под данную информацию. Таким образом, оптические диски используют как хранилище больших объемов информации.

Для подключения накопителя обычно применяется интерфейс IDE, который так же используется для подключения к компьютеру винчестеров. В комплект входит инсталляционная программа. Она изменяет конфигурационные файлы системы так, чтобы из файла CONFIG.SYS загружался драйвер, который служит переводчиком при взаимодействии дисковода и ПК, а из файла AUTOEXEC.BAT запускалась программа MSCDEX.EXE, завершающая процесс инсталляции накопителя. Это позволяет сконфигурировать систему таким образом, чтобы накопитель система видела как еще один логический диск. Таким образом, подключение, настройка и использование накопителя на лазерных дисках не представляет большой сложности.

Последнее время появилось множество вариантов перезаписываемых оптических дисков. Фирмы производители предлагают различные технические решения данной проблемы. Например, предлагались устройства, способные записывать информацию на оптический диск прямо на рабочем месте пользователя, но перезапись такой информации оставалась под вопросом.

Магнитооптические диски

Наиболее жизнеспособными оптическими дисками, обладающие свойствами перезаписи, на сегодняшний день являются магнитооптические (МО) диски. Впервые МО диски появились в 1988 году и соединили в себе компактность гибких дисков и накопителя Bernoulli Box, скорость среднего жесткого диска, надежность стандартного Компакт Диска и емкость сравнимую с DAT лентами. Но широкому распространению МО дисков мешает сравнительно дорогая стоимость и конкуренция современных жестких дисков. По сравнению с современными жесткими дисками, они более медленны и уступают им по максимальным объемам хранимой информации. Это делает невозможным применение МО дисков вместо традиционных винчестеров. При этом МО диски имеют большие перспективы как вторичные накопители, применяемые для резервного хранения информации.

МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считывание при помощи одного только лазера. В процессе записи на МО диск лазерный луч нагревает определенные точки на диске, и под воздействием температуры сопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки, резко падает, что позволяет магнитному полю изменить полярность точки. После окончания нагрева сопротивляемость снова увеличивается, но полярность нагретой точки остается в соответствии с магнитным полем, примененным к ней в момент нагрева. В имеющихся на сегодняшний день МО накопителях для записи информации применяются два цикла: цикл стирания и цикл записи. В процессе стирания магнитное поле имеет одинаковую полярность, соответствующую двоичным нулям. Лазерный луч нагревает последовательно весь стираемый участок и таким образом записывает на диск последовательность нулей. В цикле записи полярность магнитного поля меняется на противоположную, что соответствует двоичной единице. В этом цикле лазерный луч включается только на тех участках, которые должны содержать двоичные единицы, и оставляя участки с двоичными нулями без изменений. В процессе чтения с МО диска используется эффект Керра, заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае является намагниченная при записи точка на поверхности диска, соответствующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не приводящий к нагреву считываемого участка, таким образом, при считывании хранимая информация не разрушается. Такой способ в отличие от обычного, применяемого в оптических дисках, не деформирует поверхность диска и позволяет повторную запись без дополнительного оборудования. Этот способ также имеет преимущество перед традиционной магнитной записью в плане надежности. Так как перемагничивание участков диска возможно только под действием высокой температуры, то вероятность случайного перемагничивания очень низкая, в отличие от традиционной магнитной записи, к потери которой могут привести случайные магнитные поля.

Механизмы МО накопителей строятся на базе механизмов обычных дисководов с небольшими конструктивными усовершенствованиями. В качестве интерфейса МО накопители оснащаются SCSI адаптерами (16 или 8 битными). Вместе с накопителем поставляются драйвера диска и утилиты форматирования низкого уровня. Многие поставщики также оснащают свои изделия специальными программами для резервного копирования. В настоящее время существуют несколько форматов для форматирования МО дисков CCS (непрерывное комбинированное слежение) и SS (шаблонное слежение). Первый из форматов разрешен стандартом ANSI, а второй также и ISO. В настоящее время формат CCS более популярен и имеет большее распространение. Стандартами определено два размера сектора 512 и 1024 байт. Некоторые производители смогли сделать чтение секторов любого размера, но их меньшинство. Большинство производителей поддерживают размер сектора равный 512 байтам.

Область применения МО дисков определяется его высокими характеристиками по надежности, объему и сменяемости. МО диск можно использовать для задач, требующих большого дискового объема, это такие задачи, как САПР, обработка изображений, звука. Однако небольшая скорость доступа к данным, не дает возможности применять МО диски для задач критичных ко времени. Поэтому МО диски обычно применяются для хранения на них временной или резервной информации. Для МО дисков очень выгодным использованием является резервное копирование жестких дисков или баз данных. В отличие от традиционно применяемых для этих целей стримеров, при хранении резервной информации на МО дисках, существенно увеличивается скорость восстановления данных после сбоя. Это объясняется тем, что МО диски являются устройствами с произвольным доступом, что позволяет быстро восстанавливать данные, в которых обнаружился сбой. Кроме этого при таком способе восстановления нет необходимости полностью останавливать систему до полного восстановления данных. Эти достоинства в сочетании с высокой надежностью хранения информации делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами. Применение МО дисков, также целесообразно при работе с приватной информацией больших объемов. Легкая сменяемость дисков позволяет использовать их только во время работы, не заботясь об охране компьютера в нерабочее время, данные могут храниться в отдельном, охраняемом месте. Это же свойство делает МО диски незаменимыми в ситуации, когда необходимо перевозить большие объемы с места на место, например, с работы домой и обратно.

В таблице приведена сравнительная характеристика применимости МО дисков для различных классов.

Сменные магнитные диски

В марте 1995г фирма Iomega выпустила накопитель Zip ценой $200, на сменных дисках которого помещается до 100 Мбайт информации и стоят они около $20. Накопитель Zip стал самым недорогим средством для перемещения данных и увеличения объема хранящейся информации. Иногда его даже называют накопителем на гибких дисках следующего поколения. Накопитель Zip работает на 3,5-дюймовых сменных магнитных картриджах и сочетает быстродействие винчестера с удобством дискеты (объем диска - 100 Мбайт, скорость вращения - около 3000 об./мин, время доступа - не более 30 мс). Дисковод может быть подключен к компьютеру через интерфейс SCSI или параллельный порт, причем в последнем случае остается дополнительный транзитный выход для принтера. С накопителем поставляется собственное программное обеспечение Zip Tools для резервного копирования данных и каталогизации дисков. Устройство одинаково хорошо работает в разных ОС, будь то DOS, Windows или OS/2. Масса накопителя 450г.

Накопители Jaz - это новое воплощение идеи сменного магнитного диска и эффективный способ неограниченного наращивания дискового пространства ПК. Подключив накопитель Jaz к SCSI-адаптеру, можно получить еще один сменный жесткий диск объемом 1 Гбайт. Накопитель Jaz использует магнитные носители и работает по тому же принципу, что и жесткий диск. Время доступа к данным (17 мс) и время поиска (12 мс) устройства Jaz соизмеримы с аналогичными характеристиками современных винчестеров. На копирование 1 Гбайта информации требуется около пяти минут, поэтому дисковод очень удобен для архивирования данных. Один картридж Jaz позволяет сохранять и воспроизводить, например, двухчасовой видеофильм (в формате MPEG-1), восьмичасовую звукозапись высокого качества или 150 цветных фотографий в формате PhotoCD. Подобно накопителю Zip, устройство Jaz поставляется с собственным программным обеспечением Jaz Tools, которое совместимо с Windows, Windows 95, OS/2 и позволяет оптимально использовать дисковое пространство, создавать и каталогизировать многогигобайтовые архивы на нескольких дисках.

Выводы

Рассмотренные способы и средства резервирования и сохранения данных позволяют быстро создавать архивные копии рабочих файлов и надежно защищать информацию от уничтожения или порчи в различных непредвиденных ситуациях.

Список используемой литературы

1. Журнал PC Magazine (Russian Edition) N2 1991
2. Журнал Мир ПК N5-6 1995
3. Журнал Мир ПК N12 1995
4. Журнал Мир ПК N1 1996

www.coolreferat.com

Доклад - Альтернативные носители информации

Академия

Реферат

Подисциплине электроника

По теме: «Альтернативные носители информации»

Введение

Современный человек не в состоянии житьбез информации. Но информации имеет такую особенность — ее надо где–то хранить.Систем хранения информации сейчас довольно много. Ее можно хранить на магнитныхносителях, можно хранить на оптических и магнитооптических носителях. Но передчеловеком в наше время также стоит довольно важная проблема — переносинформации из одного места в другое, а также не менее важная проблема храненияинформации, и как следствие, надежность носителей. Именно поэтому так быстроразвивались технологии, связанные с хранением информации.

Но именно здесь встает несколько проблем.Первая — это энергопотребление. Современная техника, такая как карманныекомпьютеры или MP3-плееры, обладает довольно ограниченными энергетическимиресурсами. Память, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постояннойподачи напряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и безнепрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данных тратятего за троих. Поэтому требовался носитель, который будет энергонезависимым прихранении и малопотребляющим энергию при записи и считывании информации. И тутхорошим выходом стала флэш–память. Носители на ее основе называютсятвердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. И это еще одно преимуществоданного типа памяти.

Сегодня флэш-память можно найти в самыхразных цифровых устройствах. Её используют в качестве носителя микропрограммдля микроконтроллеров HDD и CD-ROM, для хранения BIOS в ПК. Флэш-память используютв принтерах, КПК, видеоплатах, роутерах, брандмауэрах, сотовых телефонах,электронных часах, записных книжках, телевизорах, кондиционерах, микроволновыхпечах и стиральных машинах… список можно продолжать бесконечно. А в последниегоды флэш становится основным типом сменной памяти, используемой в цифровыхмультимедийных устройствах, таких как mp3-плееры и игровые приставки. А все этостало возможным благодаря созданию компактных и мощных процессоров.

Так что же такое Flash память, каковы еепреимущества и недостатки?

Типы электронной памяти

Компьютерные программы или данные — этосовокупность битов информации, представленных в виде последовательностилогических нулей и единиц. Для организации хотя бы кратковременного храненияинформации необходимо устройство, которое запоминало бы некие состояния,распознаваемые системами компьютера (или любого портативного цифрового устройства,которое, по сути, тоже компьютер), как логические нули и единицы. Понятно, чтоэто должны быть электрические сигналы, раз уж современный компьютер являетсяэлектронным, а не механическим устройством.

Самый быстродействующий тип электроннойпамяти — энергозависимая динамическая память. Именно она применяется в компьютерахи других цифровых устройствах в качестве оперативной памяти — ОЗУ.Или RAM — память с прямым доступом.

Информационная ячейка такой памятипредставляет собой миниатюрный конденсатор — пару проводников, отстоящих другот друга на небольшом расстоянии и способных накапливать и удерживать в течениенекоторого времени электрический заряд. Наличие заряда в ячейке памяти интерпретируетсякомпьютером, как логическая единица, отсутствие заряда — как логический нуль.

Время удержания заряда невелико иисчисляется миллисекундами. Даже современные материалы, из которыхизготавливают разделяющие проводники изоляторы, не увеличивают временисаморазряда микроконденсаторов. Слишком уж невелики физические размеры ячеек ислишком невелики электрические заряды между парами проводников.

Для поддержания уровня зарядов и,соответственно, сохранения информации в ячейках микросхемы контроллер памятипостоянно подзаряжает конденсаторы. При обновлении содержимого памяти одни парыпроводников разряжаются, другие, наоборот, получают заряд. Процесс происходитнепрерывно, динамически и до тех пор, пока не отключено питание компьютера.Соответственно, и информация в микросхемах оперативной памяти сохраняетсятолько пока компьютер не обесточен.

Остается добавить, что каждая ячейка электроннойпамяти, независимо от ее типа, имеет строго фиксированный системный адрес. Нодоступ к любой ячейке — прямой, компьютеру не приходится последовательно проверятьсостояние всех ячеек, чтобы считать нужный бит информации.

От ROMкFlash

Флэш-память исторически произошла отполупроводникового ROM, однако ROM-памятью не является, а всего лишь имеетпохожую на ROM организацию. Множество источников (как отечественных, так изарубежных) зачастую ошибочно относят флэш-память к ROM. Флэш никак не может бытьROM хотя бы потому, что ROM (Read Only Memory) переводится как «память толькодля чтения». Ни о какой возможности перезаписи в ROM речи быть не может!

Небольшая, по началу, неточность необращала на себя внимания, однако с развитием технологий, когда флэш-памятьстала выдерживать до 1 миллиона циклов перезаписи, и стала использоваться какнакопитель общего назначения, этот недочет в классификации начал бросаться вглаза.

Среди полупроводниковой памяти только дватипа относятся к «чистому» ROM — это Mask-ROM и PROM. В отличие отних EPROM, EEPROM и Flash относятся к классу энергонезависимой перезаписываемойпамяти (английский эквивалент — nonvolatile read-write memory или NVRWM).

ROM:

/>·          ROM(Read Only Memory) — память только для чтения. Русский эквивалент — ПЗУ(Постоянно Запоминающее Устройство). Если быть совсем точным, данный вид памятиназывается Mask-ROM (Масочные ПЗУ). Память устроена в виде адресуемого массиваячеек (матрицы), каждая ячейка которого может кодировать единицу информации.Данные на ROM записывались во время производства путём нанесения по маске(отсюда и название) алюминиевых соединительных дорожек литографическимспособом. Наличие или отсутствие в соответствующем месте такой дорожкикодировало «0» или «1». Mask-ROM отличается сложностьюмодификации содержимого (только путем изготовления новых микросхем), а такжедлительностью производственного цикла (4-8 недель). Поэтому, а также в связи стем, что современное программное обеспечение зачастую имеет много недоработок ичасто требует обновления, данный тип памяти не получил широкого распространения.

Преимущества:

1. Низкая стоимость готовой запрограммированноймикросхемы (при больших объёмах производства).

2. Высокая скорость доступа к ячейкепамяти.

3. Высокая надёжность готовой микросхемы иустойчивость к электромагнитным полям.

Недостатки:

1. Невозможность записывать имодифицировать данные после изготовления.

2. Сложный производственный цикл.

/>/>PROM — (Programmable ROM), или однократно Программируемые ПЗУ. В качестве ячеек памятив данном типе памяти использовались плавкие перемычки. В отличие от Mask-ROM, вPROM появилась возможность кодировать («пережигать») ячейки приналичии специального устройства для записи (программатора). Программированиеячейки в PROM осуществляется разрушением («прожигом») плавкойперемычки путём подачи тока высокого напряжения. Возможность самостоятельнойзаписи информации в них сделало их пригодными для штучного и мелкосерийногопроизводства. PROM практически полностью вышел из употребления в конце 80-хгодов.

Преимущества:

1. Высокая надёжность готовой микросхемы иустойчивость к электромагнитным полям.

2. Возможность программировать готовуюмикросхему, что удобно для штучного и мелкосерийного производства.

3. Высокая скорость доступа к ячейке памяти.

Недостатки:

1. Невозможность перезаписи

2. Большой процент брака

3. Необходимость специальной длительнойтермической тренировки, без которой надежность хранения данных была невысокой

NVRWM:

/>·          EPROM

Различные источники по-разномурасшифровывают аббревиатуру EPROM — как Erasable Programmable ROM или как Electrically Programmable ROM (стираемые программируемые ПЗУ или электрическипрограммируемые ПЗУ). В EPROM перед записью необходимо произвести стирание (соответственнопоявилась возможность перезаписывать содержимое памяти). Стирание ячеек EPROMвыполняется сразу для всей микросхемы посредством облучения чипаультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами в течение нескольких минут.Микросхемы, стирание которых производится путем засвечивания ультрафиолетом,были разработаны Intel в 1971 году, и носят название UV-EPROM (приставка UV(Ultraviolet) — ультрафиолет). Они содержат окошки из кварцевого стекла,которые по окончании процесса стирания заклеивают.

EPROM отIntel былаоснованана МОП-транзисторах с лавинной инжекцией заряда(FAMOS — Floating Gate Avalanche injection Metal Oxide Semiconductor, русский эквивалент- ЛИЗМОП). В первомприближении такой транзистор представляет собой конденсатор с очень малойутечкой заряда. Позднее, в 1973 году, компания Toshiba разработала ячейки наоснове SAMOS (Stacked gate Avalanche injection MOS, по другой версии — Siliconand Aluminum MOS) для EPROM памяти, а в 1977 году Intel разработала свой вариантSAMOS.

В EPROM стирание приводит все биты стираемойобласти в одно состояние (обычно во все единицы, реже — во все нули). Запись наEPROM, как и в PROM, также осуществляется на программаторах (однако отличающихсяот программаторов для PROM). В настоящее время EPROM практически полностью вытесненас рынка EEPROM и Flash.

Достоинство: Возможность перезаписывать содержимое микросхемы.

Недостатки:

1. Небольшое количество циклов перезаписи.

2. Невозможность модификации частихранимых данных.

3. Высокая вероятность«недотереть» (что в конечном итоге приведет к сбоям) или передержатьмикросхему под УФ-светом (т.н. overerase — эффект избыточного удаления,«пережигание»), что может уменьшить срок службы микросхемы и дажепривести к её полной негодности.

/>·          EEPROM (E?PROM или Electronically EPROM) — электрическистираемые ППЗУ были разработаны в 1979 году в той же Intel. В 1983 году вышелпервый 16Кбит образец, изготовленный на основе FLOTOX-транзисторов (FloatingGate Tunnel-OXide — «плавающий» затвор с туннелированием в окисле).

Главной отличительной особенностью EEPROM(в т.ч. Flash) от ранее рассмотренных нами типов энергонезависимой памятиявляется возможность перепрограммирования при подключении к стандартнойсистемной шине микропроцессорного устройства. В EEPROM появилась возможностьпроизводить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока. ДляEEPROM стирание каждой ячейки выполняется автоматически при записи в нее новойинформации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные.Процедура стирания обычно существенно длительнее процедуры записи.

Преимущества EEPROM по сравнению с EPROM

1. Увеличенный ресурс работы.

2. Проще в обращении.

Недостаток: Высокая стоимость

/>·          Flash (полное историческоеназвание Flash Erase EEPROM):

Изобретение флэш-памяти зачастуюнезаслуженно приписывают Intel, называя при этом 1988 год. На самом деле памятьвпервые была разработана компанией Toshiba в 1984 году, и уже на следующий годбыло начато производство 256Кбит микросхем flash-памяти в промышленных масштабах.В 1988 году Intel разработала собственный вариант флэш-памяти.

Во флэш-памяти используется несколькоотличный от EEPROM тип ячейки-транзистора. Технологически флэш-памятьродственна как EPROM, так и EEPROM. Основное отличие флэш-памяти от EEPROM заключаетсяв том, что стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы,либо для определённого блока (кластера, кадра или страницы). Обычный размертакого блока составляет 256 или 512 байт, однако в некоторых видах флэш-памятиобъём блока может достигать 256КБ. Следует заметить, что существуют микросхемы,позволяющие работать с блоками разных размеров (для оптимизациибыстродействия). Стирать можно как блок, так и содержимое всей микросхемысразу. Таким образом, в общем случае, для того, чтобы изменить один байт, сначалав буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стираетсясодержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится записьизмененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи небольшихобъёмов данных в произвольные области памяти, однако значительно увеличиваетбыстродействие при последовательной записи данных большими порциями.

Преимущества флэш-памяти по сравнению с EEPROM:

1. Более высокая скорость записи припоследовательном доступе за счёт того, что стирание информации во флэшпроизводится блоками.

2. Себестоимость производства флэш-памятиниже за счёт более простой организации.

Недостаток:Медленная запись в произвольные участки памяти.

Технология Flash 

Изобретателем flash–памяти можно считатькомпанию Toshiba, которая в 1984 году уже начала производство микросхем. Четырегода спустя компания Intel «изобрела» свой «флэш–вариант», и теперь оченьмногие незаслуженно считают изобретателем именно ее.

До сих пор неизвестно происхождениетермина Flash, так как это слово имеет три различных перевода. Соответственно,существует три версии названия памяти:

·          Flash переводится как «короткийкадр». Компания Toshiba дала такое название из–за короткого по времени процессастирания данных (In da Flash — в мгновение ока).

·          Flashing можно перевести какпрожиг, засвечивание. Flash–память по–прежнему прожигается, как и ее предшественники.

·          Третье значение этого слова —блок, кадр. Запись/стирание такой памяти осуществляется блоками.

По устройству чип флэш–памяти отдаленнонапоминает микросхему динамической энергозависимой памяти, только вместоконденсаторов в ячейках памяти установлены полупроводниковые приборы — транзисторы.При подаче напряжения на выводы транзистора он принимает одно из фиксированныхположений — закрытое или открытое. И остается в этом положении до тех пор, покана выводы транзистора не будет подан электрический заряд, изменяющий егосостояние. Таким образом, последовательность логических нулей и единицформируется в этом типе памяти подобно ПЗУ — закрытые для прохожденияэлектрического тока ячейки распознаются как логические единицы, открытые — каклогические нули.

Таким образом, в самом простом случаеячейка Flash состоит из одного полевого транзистора. Элемент включает в себяспециальную электрически изолированную область, называемую «плавающимзатвором». Этот термин возник из–за того, что потенциал этой области неявляется стабильным, что позволяет накапливать в ней электроны (именно здесь ихранится вся информация памяти). Выше «плавающего» находится управляющийзатвор, который является неотъемлемой частью при процессе записи/стиранияданных памяти. Эта область напрямую соединена с линией слов. Перпендикулярноэтой линии располагается линия битов, которая соединена со стоком (при записиданных из этой области транзистора появляется поток электронов). Стокразделяется с истоком специальной подложкой, которая не проводит электрическийток.

В начале развития Flash каждая ячейкапамяти хранила один бит информации и состоила из одного полевого транзистора.Прогресс не стоит на месте, через несколько лет после выпуска чудо–микросхемыбыли проведены успешные испытания флешек, в которых ячейка хранила уже двабита. Естественно, что на такую память можно было записать в два раза больше информации.В настоящее время уже существуют теоретические разработки памяти с четырехбитнымиячейками.

Как же устроена такая ячейка? Ведь теоретическиналичие заряда в ячейке памяти означает 1, отсутствие 0, остальные значенияпредставить невозможно. Но на самом деле, в микросхеме с MLCсуществует различие величин заряда, которые накапливаются на «плавающем»затворе. Благодаря этому различию, информация в ячейке может быть представленаразличными битовыми комбинациями. Величину заряда на затворе можно определить измерениемпорогового (максимального) напряжения транзистора и по итогам этого измеренияпредставить битовую комбинацию.

Перезапись и стирание Flash значительноизнашивает микросхему, поэтому технологии производства памяти постоянносовершенствуются, внедряются оптимизирующие способы записи микросхемы, а такжеалгоритмы, направленные на равномерное использование всех ячеек в процессе работы.

Преимущества флэш-памяти в независимостиот наличия или отсутствия электрического питания, в долговременности храненияинформации (производители гарантируют сохранность данных на протяжении 10 лет,но на практике должно быть больше) и в высокой механической надежности (внакопителях на базе флэш–памяти нет никаких механических устройств, следовательно,нечему ломаться). Недостатки — в высокой сложности устройства (транзисторыимеют микронные размеры), в невысоком быстродействии (время изменения состояниятранзистора больше, чем время заряда–разряда конденсатора) и в относительновысокой стоимости микросхем (опять же из–за сложности устройства и серьезныхфинансовых вложениях производителей в развитие технологии).

Флэш-память быстро прогрессирует. За последниенесколько лет появились новые типы микросхем — был осуществлен массовый переходс 5-вольтовой технологии питания на 3,3–вольтовую, были применены новые типыполупроводниковых приборов, разработаны и внедрены в производство механизмыускорения процедуры записи–чтения информации. Кроме того, производствофлэш–памяти находится под жестким прессингом конкуренции. Для нас,пользователей цифровых устройств, это несомненный плюс, поскольку позволяет надеятьсяна снижение цен на карты флэш–памяти.

Хотя Flash и лидирует на компьютерномрынке, ее могут вытеснить другие новые технологии. Например, новейшая память накремниевых нанокристаллах. Отличие такой памяти от Flash в следующем: подложкамежду стоком и истоком теперь состоит из кремниевых нанокристалльных сфер.Такая прослойка предотвращает передачу заряда с одного нанокристалла на другой,повышая, таким образом, надежность — один дефект не ведет к полному сбою, как внынешней энергонезависимой памяти на транзисторах с плавающим затвором. Первыйв мире работоспособный образец такой памяти был предоставлен компаниейMotorola.

Организацияflash-памяти

/>Ячейки флэш-памяти бывают как на одном, так и на двухтранзисторах. В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит изодного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью(«плавающим» затвором — floating gate), способной хранить зарядмногие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации.

При записи заряд помещается на плавающийзатвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции«горячих» электронов или методом туннелирования электронов. Стираниесодержимого ячейки (снятие заряда с «плавающего» затвора)производится методом тунеллирования.

Как правило, наличие заряда на транзисторепонимается как логический «0», а его отсутствие — как логическая«1».

Современная флэш-память обычно изготавливаетсяпо 0,13- и 0,18-микронному техпроцессу.

Общий принцип работы ячейки флэш-памяти.

Рассмотрим простейшую ячейку флэш-памятина одном n-p-n транзисторе. Ячейки подобного типа чаще всего применялись воflash-памяти с NOR архитектурой, а также в микросхемах EPROM.

Поведение транзистора зависит отколичества электронов на «плавающем» затворе. «Плавающий»затвор играет ту же роль, что и конденсатор в DRAM, т. е. хранит запрограммированноезначение.

Помещение заряда на «плавающий»затвор в такой ячейке производится методом инжекции «горячих»электронов (CHE — channel hot electrons), а снятие заряда осуществляетсяметодом квантомеханического туннелирования Фаулера-Нордхейма (Fowler-Nordheim[FN]).

/>

/>/>

/>/>

/>/>

Эффект туннелирования — один из эффектов,использующих волновые свойства электрона. Сам эффект заключается в преодоленииэлектроном потенциального барьера малой «толщины». Для наглядностипредставим себе структуру, состоящую из двух проводящих областей, разделенныхтонким слоем диэлектрика (обеднённая область). Преодолеть этот слой обычнымспособом электрон не может — не хватает энергии. Но при создании определённыхусловий (соответствующее напряжение и т.п.) электрон проскакивает слойдиэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток.

Важно отметить, что при туннелированииэлектрон оказывается «по другую сторону», не проходя через диэлектрик.Такая вот «телепортация».

Различия методов тунеллированияФаулера-Нордхейма (FN) и метода инжекции «горячих» электронов:

·          Channel FN tunneling — не требует большого напряжения. Ячейки, использующиеFN, могут быть меньше ячеек, использующих CHE.

·          CHE injection (CHEI) — требует более высокого напряжения, по сравнению сFN. Таким образом, для работы памяти требуется поддержка двойного питания.

·          Программирование методом CHEосуществляется быстрее, чем методом FN.

Следует заметить, что, кроме FN и CHE,существуют другие методы программирования и стирания ячейки, которые успешноиспользуются на практике, однако два описанных нами применяются чаще всего.

Процедуры стирания и записи сильноизнашивают ячейку флэш-памяти, поэтому в новейших микросхемах некоторыхпроизводителей применяются специальные алгоритмы, оптимизирующие процессстирания-записи, а также алгоритмы, обеспечивающие равномерное использованиевсех ячеек в процессе функционирования.

Некоторые виды ячеек флэш-памяти на основеМОП-транзисторов с «плавающим» затвором:

·          Stacked Gate Cell — ячейка с многослойным затвором. Метод стирания — Source-Poly FN Tunneling, метод записи- Drain-Side CHE Injection.

·          SST Cell, или SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology — компания-разработчик технологии)- ячейкас расщеплённым затвором.Методстирания — Interpoly FN Tunneling, метод записи- Source-Side CHE Injection.

·          Two Transistor ThinOxide Cell — двухтранзисторнаяячейкас тонким слоем окисла.Методстирания — Drain-Poly FN Tunneling, метод записи- Drain FN Tunneling.

Другие виды ячеек:

Кроме наиболее часто встречающихся ячеек с«плавающим» затвором, существуют также ячейки на основе SONOS-транзисторов,которые не содержат плавающего затвора. SONOS-транзистор напоминает обычныйМНОП (MNOS) транзистор. В SONOS-ячейках функцию «плавающего» затвораи окружающего его изолятора выполняет композитный диэлектрик ONO. РасшифровываетсяSONOS (Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) как Полупроводник-Диэлектрик-Нитрид-Диэлектрик-Полупроводник.Вместо давшего название этому типу ячейки нитрида в будущем планируется использоватьполикристаллический кремний.

Многоуровневые ячейки (MLC — MultiLevel Cell).

/>В последнее время многие компании начали выпуск микросхемфлэш-памяти, в которых одна ячейка хранит два бита. Технология хранения двух иболее бит в одной ячейке получила название MLC (multilevel cell — многоуровневаяячейка). Достоверно известно об успешных тестах прототипов, хранящих 4 бита водной ячейке. В настоящее время многие компании находятся в поисках предельногочисла бит, которое способна хранить многоуровневая ячейка.

В технологии MLC используетсяаналоговая природа ячейки памяти. Как известно, обычная однобитная ячейкапамяти может принимать два состояния — «0» или «1». Вофлэш-памяти эти два состояния различаются по величине заряда, помещённого на«плавающий» затвор транзистора. В отличие от «обычной»флэш-памяти, MLC способна различать более двух величин зарядов, помещённых на«плавающий» затвор, и, соответственно, большее число состояний. Приэтом каждому состоянию в соответствие ставится определенная комбинация значенийбит.

Во время записи на«плавающий» затвор помещается количество заряда, соответствующеенеобходимому состоянию. От величины заряда на «плавающем» затворе зависитпороговое напряжение транзистора. Пороговое напряжение транзистора можно измеритьпри чтении и определить по нему записанное состояние, а значит и записаннуюпоследовательность бит.

Основные преимущества MLCмикросхем:

§  Более низкое соотношение $/МБ

§  При равном размере микросхем и одинаковом техпроцессе«обычной» и MLC-памяти, последняя способна хранить больше информации(размер ячейки тот же, а количество хранимых в ней бит — больше)

§  На основе MLC создаются микросхемы большего, чем на основеоднобитных ячеек, объёма

Основные недостатки MLC:

§  Снижение надёжности, по сравнению с однобитными ячейками, и,соответственно, необходимость встраивать более сложный механизм коррекцииошибок (чем больше бит на ячейку — тем сложнее механизм коррекции ошибок)

§  Быстродействие микросхем на основе MLC зачастую ниже, чем умикросхем на основе однобитных ячеек

§  Хотя размер MLC-ячейки такой же, как и у однобитной, дополнительнотратится место на специфические схемы чтения/записи многоуровневых ячеек

Технология многоуровневых ячеек отIntel (для NOR-памяти) носит название StrtaFlash, аналогичная от AMD (для NAND)– MirrorBit

Архитектура флэш-памяти.

 Существует несколько типов архитектур(организаций соединений между ячейками) флэш-памяти. Наиболее распространённымив настоящее время являются микросхемы с организацией NOR и NAND.

/>

Ячейки работают сходным с EPROM способом. Интерфейс параллельный. Произвольное чтение и запись.

Преимущества: быстрый произвольный доступ, возможность побайтной записи.

Недостатки: относительно медленная запись и стирание.

Из перечисленных здесь типов имеет наибольший размер ячейки, а потому плохо масштабируется. Единственный тип памяти, работающий на двух разных напряжениях.

Идеально подходит для хранения кода программ (PC BIOS, сотовые телефоны), идеальная замена обычному EEPROM.

Программирование: методом инжекции «горячих» электронов Стирание: туннеллированием FN

/>NAND (NOT AND, И-НЕ)

/>

Доступ произвольный, но небольшими блоками (наподобие кластеров жёсткого диска). Последовательный интерфейс. Не так хорошо, как AND память подходит для задач, требующих произвольного доступа.

Преимущества: быстрая запись и стирание, небольшой размер блока.

Недостатки: относительно медленный произвольный доступ, невозможность побайтной записи.

Наиболее подходящий тип памяти для приложений, ориентированных на блочный обмен: MP3 плееров, цифровых камер и в качестве заменителя жёстких дисков.

Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN

/>AND (И)

/>

Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN

/>DiNOR (Divided bit-line NOR, ИЛИ-НЕ с разделёнными разрядными линиями)

/>

Программирование: туннеллированием FN Стирание: туннеллированием FN

/>Примечания: В настоящее время чаще всего используются память с архитектурой NOR и NAND. Hitachi выпускает многоуровневую AND-память с NAND-итерфейсом (SuperAnd или AG-AND [Assist Gate-AND])

·          обычный(Conventional): произвольный асинхронный доступ к ячейкам памяти.

·          пакетный (Burst):синхронный, данные читаются параллельно, блоками по 16 или 32 слова. Считанныеданные передаются последовательно, передача синхронизируется. Преимуществоперед обычным типом доступа — быстрое последовательное чтение данных.Недостаток — медленный произвольный доступ.

·          страничный(Page): асинхронный, блоками по 4 или 8 слов. Преимущества: очень быстрыйпроизвольный доступ в пределах текущей страницы. Недостаток: относительномедленное переключение между страницами.

Примечание: В последнеевремя появились микросхемы флэш-памяти, позволяющие одновременную запись истирание (RWW — Read While Write или Simultaneous R/W) в разные банки памяти.

Форматы карт Flash памяти

Наиболеераспространенные типы карт памяти:

CompactFlash (CF) (I,II), MultiMediaCard, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIA илиATA-Flash). Существуют и другие портативныеформ-факторы флэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленныхздесь.

Флэш-карты бывают двух типов: спараллельным (parallel) и с последовательным (serial) интерфейсом.

Параллельный:

·          PC-Card (PCMCIA илиATA-Flash)

·          CompactFlash (CF)

·          SmartMedia (SSFDC)

Последовательный:

·          MultiMedia Card (MMC)

·          SD-Card (Secure Digital- Card)

·          Sony Memory Stick

/>PC-Card (PCMCIA) или ATA Flash

Интерфейс: параллельный

/>Самым старыми самым большим по размеру следует признать PC Card(ранее этот тип карт назывался PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Карта снабжена ATA контроллером. Благодаря этомуобеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. В настоящее время флэш-памятьэтого типа используется редко. PC Card бывает объемом до 2GB. Существует три типаPC Card ATA (I, II и III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5ммсоответственно). Все три типа обратно совместимы между собой (в более толстомразъеме всегда можно использовать более тонкую карту, поскольку толщина разъемау всех типов одинакова – 3,3мм). Питание карт — 3,3В и 5В. ATA-flash какправило относится к форм фактору PCMCIA Type I.

PC-Card Flash бывают двух типов:PCMCIA Linear Flash Card и ATA Flash Card (Flash Disk). Linear встречаетсянамного реже ATA flash и не совместим с последним. Отличие между ними состоит втом, что ATA Flash содержит в себе схему, позволяющую эмулировать обычный HDD,автоматически помечать испорченные блоки, и производить автоматическое стираниеблоков.

/>Compact Flash (CF)

/>Интерфейс:параллельный, 50-ти контактный, соответствует стандарту PCMCIA ATA. Стандартразработан компанией SanDisk в 1994 году.

Разработчики формата Compact Flashпоставили цель: сохранить все преимущества карт ATA Flash, преодолев ихосновной недостаток — большие размеры. Конструкция карт CompactFlashобеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом. Разъёмы Compact Flashрасположены на торце карты, электрически и функционально повторяя назначениеконтактов PCMCIA. Таким образом, чтобы установить CompactFlash в слот PCMCIAдостаточно простейшего адаптера CF-PCMCIA, повторяющего своими размерами обычнуюPC-Card.

Карты бывают двух типов: I и II (первого ивторого типа). Карты типа II толще карт типа I на 2мм, других существенныхотличий между этими картами нет. CF I можно использовать в устройствах,снабженных разъемами CF II и CF I. CF II можно использовать только вустройствах с разъемами CF II (т.е. CF II типа обратно совместим с CF I типа).Compact Flash II типа были разработаны тогда, когда возникла необходимость вкартах большого объема. Сейчас необходимости в картах CF II отпала, так как CFI догнали по объему карты CF II, так что карты второго типа постепенно теряютпопулярность.

«Карты [CF-прим.ред.] могут работатьв одном из трёх режимов: карт памяти PC Card, карт ввода-вывода PC Card,чистого IDE (ATA). В первых двух режимах карты работают с теми же интерфейснымисигналами, что и PC Card. В режиме IDE электрический интерфейс и система командполностью совместимы со спецификацией ATA. Специально дляфлэш-»дисков" в систему команд ATA введена целая группа команд,начинающихся с префикса CFA (CompactFlash Association), ориентированных наспецифику записи во флэш-память. Специфика заключается в том, что быстрее всегозапись выполняется в чистый (стертый) блок («сектор диска»), аперезапись требует относительно длительного стирания. (...) Дополнительныекоманды позволяют определять состояние секторов (чистый ли, сколько разперезаписанный), выполнять стирание секторов и быструю запись в чистыесекторы". (М. Гук, «Карты SD — твердотельные носители информации»)

Карты Compact Flash поддерживают дванапряжения: 3.3В и 5В. В отличие от карт SmartMedia, которые существуют в двухверсиях (трёх- и пяти- вольтовой), любая карта CF способна работать с любым издвух видов питания.

16 июня 2003 года была утвержденаспецификация v2.0. Скорость передачи данных согласно новой спецификации можетдостигать 16MB/s, при этом обеспечивается обратная совместим ость — карты,выпущенные по спецификации 2.0, будут работать в старых устройствах, но сменьшей скоростью. Произведенные по современным технологиям чипы флэш-памяти могутоперировать на скоростях 5-7 MB/s, такчто теоретический предел в 16 MB/s оставляет солидный запас для роста.

В ближайшее время будут принятыдополнения, позволяющие CF работать в режиме DMA, а в 2004 году — Ultra DMA 33,что позволит работать картам CompactFlash с быстродействием до 33 MB/s. Сегоднятеоретический предел емкости для CF составляет 137 GB.

Следует заметить, что будущее CF вполнеопределенно благодаря тому, что в этом типе карт реализовываются давниенаработки ATA, успешно прошедшие испытание временем на компьютерных жесткихдисках.

/>CF+ IBM Microdrive:

Следует заметить, что существуетустройство IBM Microdrive с интерфейсом CF II. Физически Microdriveпредставляет собой обычный винчестер (только очень маленький). Достоинством IBMMicrodrive является его цена (1 МБайт обходится в среднем в 2 раза дешевле, чему обычных CF). Недостатками IBM Microdrive является высокое энергопотребление именьшая, чем у CF, надёжность. Со временем Microdrive начинает «сыпаться»,и, соответственно, ёмкость его начинает падать. Кроме того, в связи сповышенным энергопотреблением IBM Microdrive работает не со всеми устройствами,предназначенными для CF II. На рынке также представлено аналогичное по функциональностиIBM Microdrive устройство Iomega Click, однако, по ряду характеристик IomegaClick уступает IBM Microdrive.

/>SmartMedia(SSFDC — Solid State Floppy Disk Card)

Интерфейс: параллельный, 22-х контактный.Разработана в 1995 году ком/>паниями Toshiba и Samsung.

8 из 22-х контактов карты используются дляпередачи данных, остальные используются для питания микросхемы, управления инесут на себе другие вспомогательные функции.

Толщина карты всего лишь 0,76мм.

SmartMedia — единственный формат флэш-карт(из тех, которые мы здесь рассматриваем), не имеющий встроенного контроллера.

Карты SmartMedia бывают как на одном, таки на двух чипах NAND.

Существует две разновидности SmartMedia:5-и и 3-х вольтовые (внешне отличаются маркировкой и тем, с какой стороны укарты скошен угол: у 5В SmartMedia он скошен слева, а у 3,3В — справа).

На карте имеется специальное углубление (вформе кружочка). Если в это место приклеить соответствующей формытокопроводящий стикер, то карта будет защищена от записи.

По сравнению с другими картамифлэш-памяти, в которых используется полупроводниковая память, размещённая напечатной плате вместе с контроллером и другими компонентами, SmartMediaустроена очень просто. Карта собирается без пайки и, кроме микросхемыNAND-памяти, не содержит в себе никакой другой микроэлектроники.

/>xD-Picture Card

/>Интерфейс: параллельный, 22-хконтактный. Анонсирован в 30 июля 2002 года компаниями Fujifilm и Olympus.

По словам разработчиков, XD следуетрасшифровывать как eXtreme Digital. Теоретически емкость карт xD можетдостигать 8ГБ.

Сообщается, что скорость записи данных наxD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения — 5 Мбайт/с.

Размеры карты: 20 х 25 х 1,7мм. Контакты уXD расположены, так же как и у SmartMedia, на лицевой части карты. На вопросыпользователей, не будет ли проблем с такими контактами, представители компанииобъясняют, что с контактами такой конструкции нужно быть очень бережным и протиратьих сухой тряпочкой в случае загрязнения или попадения на них влаги(единственные карты с таким «свойством», не считая SM). Как иSmartMedia, xD не содержит контроллера.

Карта разработана в качестве заменыSmartMedia и продается по сравнимой со SmartMedia цене (возможно, из-заотсутствия встроенного контроллера), благо чипы для xD-Picture Cardпроизводятся Toshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.

/>MMC (MultiMedia Card)

Интерфейс: последовательный, 7-миконтактный. Разработана в1997 годукомпаниями Hitachi, SanDisk и Siemens Semiconductors (Infineon Technologies).

Карты MMC содержат 7 контактов, реально изкоторых используется 6, а седьмой формально считается зарезервированным набудущее. По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточкасостоит из пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхемапамяти, микроконтроллер и разведены контакты.

Назначение контактов MMC:

1 контакт на передачу данных (в SPI — Dataout)

1 контакт на передачу команд (в SPI — Datain)

1 часы

3 на питание (2 земли и 1 питание)

1 зарезервирован (в SPI режиме — chipselect)

По протоколу MMC данные и команды могутпередаваться одновременно.

MultiMedia Card работает с напряжением2.0В — 3.6В, однако спецификацией предусматриваются карты с пониженнымэнергопотреблением — Low Voltage MMC (напряжение 1.6В — 3.6В). Для совсем ужмобильных устройств Hitachi выпускаются укороченные карты MMC длиной всего18мм, вместо обычных 32-х.

Карты MMC могут работать в двух режимах:MMC и SPI (Serial Peripheral Interface). Режим SPI является частью протоколаMMC и используется для коммуникации с каналом SPI, который обычно используетсяв микроконтроллерах Motorola и других производителей.

Стандарт SPI определяет только разводку, ане весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используетсяподмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использования вустройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно одну).С точки зрения приложения преимущество использования режима SPI состоит ввозможности использования уже готовых решений, уменьшая затраты на разработкудо минимума. Недостаток состоит в потере производительности на SPI системах, посравнению с MMC.

Кроме описанного нами обычного MMC,существуют еще несколько стандартов карт MMC, такие как: RS-MMC, HS-MMC,CP-SMMC, PIN-SMMC.

Утвержденный MMCA (MMC Association –ассоциация производителей MMC) в конце 2002 года стандарт RS-MMC (Redused SizeMMC) отличается от обычной MMC только габаритами – карта приблизительно в двараза меньше обычного MMC. Размеры карт RS-MMC — 24 x 18 x 1.4мм, вес 0,8г.

HS -MMC – высокоскоростная (High Speed)MMC-карта у которой не 7, а 13 контактов. Размеры карты как у обычной MMC. Врежиме x8 (52Mhz) скорость передачи данных в теории может достигнуть 52MBps.

Форматы CP-SMMC и PIN-SMMC мы рассмотримпозднее, в разделе SDMI-совместимые карты памяти.

/>SD Card

Интерфейс: последовательный, 9-ти контактный.Формат разработан компаниями Matsushita, SanDisk, Toshiba в 2000 году.

SD-Card работает с напряжением 2,0В — 3,6В, однако спецификацией предусматриваются SDLV-карты (SD Low Voltage) спониженным энергопотреблением (напряжение 1,6В — 3,6В), кроме того,спецификацией предусмотрены карты толщиной 1,4мм (как у MMC), без переключателязащиты от записи.

Фактически карточки SD являются дальнейшимразвитием стандарта MMC. Флэш-карты SD обратно совместимы с MMC (в устройство сразъемом SD можно вставить MMC, но не наоборот).

Основные отличия от MMC:

·          По сравнению с MMC, в SD на 2контакта больше. Оба новых контакта используются как дополнительные линиипередачи данных, а тот контакт, который в MMC был декларирован какзарезервированный, в SD используется для передачи данных. Таким образом, посравнению с MMC, где данные передаются по одному-единственному контакту, в SDданные могут передаваться по 4-м контактам одновременно (число линий, по которымпередаются данные, может быть равно 1, 2 и 4, причём количество используемыхлиний можно динамически изменять). Эта особенность переводит карту из разрядакарт с чисто последовательным интерфейсом в разряд карт споследовательно-параллельным интерфейсом.

·          В отличие от MMC, SD изначальносоответствует соглашениям SDMI (т.е. карты SD содержат т.н. механизм защитыавторских прав). Скорее всего, именно по этой причине карты и получили своеназвание: SD-Card — SecureDigital Card. Множество значений слова Secureнаходится в диапазоне глаголов [охранять, обезопасить, запирать, овладевать,достигать, брать под стражу] и прилагательных [спокойный, безопасный, надёжный,застрахованный]. Digital, видимо, следует понимать как цифровой, а как правильноперевести всё вместе я предлагаю подумать вам самим.

·          На карточке присутствуетпереключатель защиты от записи — write protection switch (как на дискетах)

·          MMC по спецификации работает начастотах до 20МГц, SD на частотах до 25МГц.

·          В режиме SPI карты SD работают попротоколу SD-Card, а не по протоколу MMC.

·          Добавлен один дополнительныйвнутренний регистр, часть остальных несколько отличаются от аналогичных в MMC.

·          Обычно карточка несколько толще итяжелее MMC.

·          За счёт более толстой пластиковойоболочки, улучшена стойкость карты к статическим разрядам (ESD Tolerance).

Несколько удивляет отсутствие прямойсовместимости между этими двумя видами карт (т.е. то, что SD неспособнаработать по протоколу MMC). Если внимательно рассматривать спецификации обоихтипов карт и не обращать внимания на то, что SD может быть толще MMC, тоотсутствие такой совместимости даже удивляет, поскольку реализовать её былонесложно, да и выглядело бы это очень естественно. Что наводит на мысль о том,что, хотя подобную совместимость можно было реализовать без особых трудностей,SD намеренно разработана не как расширение спецификации MMC, а как отдельный конкурирующийстандарт.

/>Sony Memory Stick:

Интерфейс: последовательный, 10-тиконтактный. Разработана в 1998 году компанией Sony.

/>Особенныхтехнических инноваций в MemoryStick не заметно, разве что переключатель защитыот записи (Write Protection Switch) выполнен действительно грамотно, даконтакты хорошо упрятали.

До недавнего времени голубые «палочкипамяти» использовалась исключительно в цифровой фото-, аудио- и видео-технике фирмы Sony. В настоящее время Sony активно продвигает свой формат, илицензирует технологию другим производителям.

На питание у MemoryStick отведено 4 из 10контактов, еще 2 контакта зарезервированы, один контакт используется дляпередачи данных и команд, один для синхронизации, один для сигнализациисостояния шины (может находится в 4-х состояниях), а один (sic!) дляопределения того, вставлена карта, или нет. Карта работает в полудуплексномрежиме. Максимальная частота, на которой может работать карта — 20МГц.

Зарезервированные контакты (понепроверенным данным) используются в устройствах на базе интерфейса MemoryStick(фотокамерах для Clie [PEGA-MSB1], модулей GPS [PEGA-MSC1]и bluetooth[PEGA-MSG1]).

Существуетразновидность Memory Stick — Memory Stick Magic Gate (сокращенноMG). От обычного Memory Stick, MGотличается лишь цветом (цвет карточки — белый) и поддержкой механизма«защиты авторских прав» — Magic Gate (об этой технологии подробнеебудет сказано в разделе “SDMI-совместимые карты памяти”). Благодаря поддержкеэтой технологии карточка и получила свое название. Механизм защиты, реализованнойв MG, соответствует соглашениям SDMI.

Пытаясь угнаться за малым весом иразмерами конкурирующих форматов (SD/MMC), в 2000 году Sony разработала ещёодин формат — Memory Stick Duo. От обычного MemoryStick, Duo отличаетсяменьшими размерами и весом. При использовании MemoryStick Duo в устройствах,предназначенных для обычных MemoryStick, требуется специальный адаптер. Такжесуществует модификация этого формата флэш-памяти — Memory Stick Duo MG. КарточкиDuo появились в продаже с июля 2002 года.

На январской выставке Consumer ElectronicsShow 2003 была представлена карта MemoryStick Pro, разработанная Sony совместнос SanDisk. Новая модификация карт Sony имеет те же размеры и такое жеколичество контактов, как и у обычных MemoryStick. Однако карта не совместимасо старыми MemoryStick (в разъеме, предназначенном для обычных MemoryStick, карточкаMemoryStick Pro работать не будет, однако обратная поддержка реализована – вразъеме для карточек Pro, обычный MemoryStick читается).

Технически карточки Pro отличаются отобычных MemoryStick тем, что работают на более высокой частоте (40MHz), аданные передаются по четырем линиям, вместо одной. Кроме того, все карточки Pro“в нагрузку” поддерживают MagicGate. Пропускная способность интерфейса 160Mbps,или 20MB/s (4 линии x 40 MHz), однако с таким быстродействием карточка долгоработать не может – на такой скорости способен работать только внутренний кэш,а по его заполнении карточка будет работать с пропускной способностью 15mbps.

Совсем недавно, 15-го августа 2003 годапоявилась еще одна(!) модификации MemoryStick Pro Duo.

Накопители на флэш-памяти споследовательным интерфейсом USB (USB — брелки)

Могут поддерживать парольную защиту, содержатьпереключатель защиты от записи, могут быть загрузочными. Бывают с поддержкойUSB 2.0.

До сих пор существуют некоторые проблемы сдрайверами для различных ОС, так что иногда иногда приходится таскать с собойвместе с брелком и драйвер на CD, однако постепенно проблем с драйверамистановится меньше.

Накопители информации на базе микросхемFLASH-памяти становятся всё более распространенными среди других носителейинформации, и, наконец-то, начинают вытеснять прочие переносные носители типадискет или CD-дисков. Многие используют их как переносные хранилища важной информации,однако, в связи с постоянным удешевлением конструкции FLASH-накопителей,качество их изготовления также сильно падает. Поэтому не удивительно, что навосстановление информации их стали приносить всё чаще.

/>/>

Рассмотрим как устроен типовой USBFLASH DRIVE (далее UFD).

Как правило, он состоит из печатнойплаты небольшого размера, к которой припаян USB разъём. На печатной платеобычно находятся:

1.        Контроллер, обеспечивающий связьмежду микросхемой NAND FLASH памяти и USB интерфейсом.

2.        Собственно сама FLASH-память. Онаможет выглядеть в виде одной или нескольких микросхем FLASH-памяти.

3.        Индикатор активности UFD.

4.        Переключатель защиты от записи.

5.        Обвязки питания контроллера. Вобвязку входят детали поддерживающие питание контроллера и микросхемFLASH-памяти.

Контроллеры, применяемые в UFDобычно изготавливаются несколькими довольно известными фирмами, и все остальныепроизводители UFD их закупают. Таким образом, в отличие от НЖМД, UFD могут, впринципе, производиться в любом подвале. Однако тут стоит отметить, что дляудешевления продукции подобные «подвальные» фирмы могут применять не качественнуютехнологию пайки и дешёвые или отбракованные микросхемы FLASH-памяти.Соответственно качество таких изделий ниже,  чем у известных фирм.

Для компьютера UFD «выглядит»также, как и НЖМД, т.е. в виде одномерного массива секторов по 512 байт. Устарых UFD каждый сектор микросхемы FLASH-памяти соответствовал одному и томуже логическому сектору в массиве секторов,  который видела операционнаясистема как жёсткий диск. Однако выяснилось,  что ячейки FLASH-памятиимеют тенденцию изнашиваться и довольно быстро приходить в негодность. Причём восновном в тех местах, которые часто перезаписывались. Обычно, это областьтаблицы размещения файлов на диске. Для того, что бы микросхемы FLASH-памяти изнашивалисьравномерно, была придумана следующая схема. В UFD ввели транслятор, т.е. припоследовательной записи несколько раз в один и тот же логический сектор данныестали записываться каждый раз в другую физическую ячейку в микросхемеFLASH-памяти. Установка соответствия логических секторов физическим обычнопроизводится при помощи специальной таблицы трансляции.

Это увеличивает срок службы UFD,однако усложняет восстановление информации, поскольку приходится собиратьсектора в правильную цепочку без помощи штатного контроллера UFD. Кроме того, вмикросхеме FLASH-памяти записана ещё служебная информация, отвечающая за то,как будет определяться UFD в операционной системе.

Принципы восстановления информациис UFD.

На данный момент есть два способавосстановления информации с FLASH дисков. Первый и наиболее простой способ –это ремонт UFD с последующим копированием с него информации. Перечислимнаиболее часто встречающиеся неисправности в UFD в порядке вероятности ихвозникновения:

1.        Разломы и трещины пайки.Появляются из – за неаккуратного обращения с UFD. Решаются данные проблемыобычно пропайкой печатной платы UFD

2.        Сгорание предохранителей в цепипитания UFD — решается их заменой.

3.        Сгорание стабилизатора напряженияиз обвязки контроллера. Решается также его заменой.

4.        Сгорание контроллера. Эта проблемауже довольно сложна т. к. контроллер обычно является нераспространённойдеталью, уникальной для данной серии UFD,  и,  нередко,  длявосстановления информации с UFD требуется использовать UFD донор – т. е. такойже UFD того же производителя.

5.        Сгорание микросхемы FLASH-памяти — при данной неисправности восстановить информацию обычно не возможно.

Второй метод восстановленияинформации базируется на снятие микросхемы FLASH памяти с печатной платы ичтение её на специальном внешнем устройстве – программаторе. Этот способдостаточно универсален и наиболее эффективен, но вместе с тем и достаточносложен. Рассмотрим основные сложности при реализации этого способа:

1.        Не все программаторы корректноработают с микросхемами NAND FLASH.

2.        Большая часть современныхпрограмматоров работает через интерфейс RS-232 и скорость их работы составляетв лучшем случае 115200 бит\с,  таким образом,  UFD объёмом в одингигабайт будет читаться таким программатором порядка недели.

3.        У каждого контроллера свой способтрансляции физических адресов в логические, а так как контроллеров достаточномного то приходится постоянно заниматься исследованием новых типов контроллеров.

4.        Кроме широко распространенноготипа корпуса TSOP 48 есть менее распространённые типы корпусов VSOP и BGA.Панельки для установки в программатор для них обычно купить невозможно,  иих необходимо изготавливать самостоятельно, что не так просто. Контактныеголовки под такие типы корпусов так же весьма дорогостоящи.

Вывод

«Война стандартов» на рынке флэш-картпродолжается уже не первый год, и конца ей не видно. Производителиразрабатывают все новые форматы карт, в то время как старые до сих не желаютисчезать. Практически можно говорить лишь о смерти устаревшего достаточно давностандарта SmartMedia, хотя какая ж это смерть, если карты продолжаютвыпускаться (пусть и остановившись в развитии), выходят новые устройства, рассчитанныеименно на этот стандарт, да и старых на руках сохраняется немало. Однако некоторыетенденции уже просматриваются. В частности, продолжают терять свою долю картыCompactFlash: еще не так давно они (и поддерживающие их устройства) на рынке доминировали(по разным оценкам, доля формата составляла порядка 70-80%), в то время каксейчас они уже потеряли лидирующие позиции. Новым победителем, как многие ипредсказывали, становится SecureDigital. Эти карты меньше, что упрощает ихприменение, интерфейс проще, конструкция надежней, скорости постоянно растут.Единственное, что мешает SD одержать безоговорочную победу — ориентация многихпроизводителей техники на свои форматы. Впрочем, что касается последнего, тонаиболее ходовые объемы в 256-512 Мбайт производителями уже освоены, а широкоераспространение карт емкостью 1 Гбайт и больше не за горами.

Литература

·         Г93 Аппаратные средства IBM РС.Энциклопедия, 2-е. – СПб.: Питер, 2001 928 с.: ил. Автор – Михаил Гук

·         А. Жаров Ж35 «Железо IBM2000» Москва: «МикроАрт», 352с.

www.ronl.ru

Носители информации. Общая характеристика, классификация, принципы, кодирования и считывания инф

План

Введение…………………………………………………………………………...3

Носители информации……………………………………………………………4

Кодирование и считывание информации..………………………………………9

Перспективы развития…………………….…………………………………….15

Заключение……………………………………………………………………….18

Литература.………………………………………………………………………19Введение

          В 1945 г. Джон фон Нейман (1903-1957), американский ученый, выдвинул идею использования внешних запоминающих устройств для хранения программ и данных. Нейман разработал структурную принципиальную схему компьютера. Схеме Неймана соответствуют и все современные компьютеры.

          Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ и данных. Устройства внешней памяти (накопители) являются энергонезависимыми, выключение питания не приводит к потере данных. Они могут быть встроены в системный блок или выполнены в виде самостоятельных блоков, связанных с системным через его порты. По способу записи и чтения накопители делятся, в зависимости от вида носителя, на магнитные, оптические и магнитооптические.

          Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми.

Считывание информации – извлечение информации, хранящейся в запоминающем устройстве (ЗУ), и передача её в др. устройства вычислительной машины. Считывание информации производится при выполнении большинства машинных операций, а иногда является самостоятельной операцией.

          В ходе реферата рассмотрим основные типы носителей информации, кодирования и считывания информации, а также перспективы развития.Носители информации

          Исторически первыми носителями информации были перфоленточные и перфокарточные устройства ввода-вывода. Вслед за ними пришли внешние записывающие устройства в виде магнитных лент, сменных и постоянных магнитных дисков и магнитных барабанов.

        Магнитные ленты хранят и используют намотанными на катушки. Выделялись катушки двух видов: подающие и принимающие. Ленты поставляются пользователям на подающих катушках и не требуют дополнительной перемотки при установке их в накопители. Лента на катушку наматывается рабочим слоем внутрь. Магнитные ленты относятся к накопителям непрямого доступа. Это значит, что время поиска любой записи зависит от ее местоположения на носителе, так как физическая запись не имеет своего адреса и чтобы её просмотреть необходимо просмотреть предыдущие. К запоминающим устройствам прямого доступа относятся магнитные диски и магнитные барабаны. Основная особенность их заключается в том, что время поиска любой записи не зависит от ее местоположения на носителе. Каждая физическая запись на носителе имеет адрес, по которому обеспечивается непосредственный доступ к ней, минуя остальные записи. Следующим видом записывающих устройств стали пакеты сменных магнитных дисков, состоящие из шести алюминиевых дисков. Ёмкость всего пакета составляла 7,25 Мбайт.

Рассмотрим более подробно современные носители информации.

1. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД – дисковод).

Это устройство использует в качестве носителя информации гибкие магнитные диски – дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми. Дискета – это магнитный диск вроде пластинки, помещенный в «конверт». В зависимости от размера дискеты изменяется ее емкость в байтах. Если на стандартную дискету размером 5’25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3’5 дюйма уже 1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод – устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. Диск покрывается сверху специальным магнитным слоем, который обеспечивает хранение данных. Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам, которые представляют собой концентрические окружности. Каждая дорожка разделяется на секторы. Плотность записи данных зависит от плотности нанесения дорожек на поверхность, т. е. числа дорожек на поверхности диска, а также от плотности записи информации вдоль дорожки. К недостаткам относятся маленькая емкость, что делает практически невозможным долгосрочное хранение больших объемов информации, и не очень высокая надежность самих дискет. В настоящее време дискеты практически не используются.

2. Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД – винчестер)

Является логическим продолжением развития технологии магнитного хранения информации. Основные достоинства:

 – большая емкость;

 – простота  и надежность использования;

 – возможность  обращаться к множеству файлов одновременно;

 – высокая  скорость доступа к данным.

Из недостатков можно выделить лишь отсутствие съемных носителей информации, хотя в настоящее время используются внешние винчестеры и системы резервного копирования.

В компьютере предусмотрена возможность с помощью специальной системной программы условно разбивать один диск на несколько. Такие диски, которые не существуют как отдельное физическое устройство, а представляют лишь часть одного физического диска, называются логическими дисками. Логическим дискам присваиваются имена, в качестве которых используются буквы латинского алфавита [С:], [D:], [Е:], [F:] и т. д.

3. Устройство чтения компакт-дисков (CD-ROM)

В этих устройствах используется принцип считывания сфокусированным лазерным лучом бороздок на металлизированном несущем слое компакт-диска. Этот принцип позволяет достичь высокой плотности записи информации, а, следовательно, и большой емкости при минимальных размерах. Компакт-диск является отличным средством хранения информации, он дешевый, практически не подвержен каким-либо влияниям среды, информация, записанная на нем не исказится и не сотрется, пока диск не будет уничтожен физически, его ёмкость 650 Мбайт. Имеет только один недостаток – сравнительно небольшой объём хранения информации.

4. DVD

А) Отличия DVD от обычных CD-ROM

Самое основное отличие – это, естественно, объем записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать 650 Мб (хотя в последнее время встречаются болванки и на 800 Мб, но далеко не все приводы смогут прочитать то, что записано на таком носителе), то на один DVD-диск влезет от 4,7 до 17 Гб. В DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволило существенно увеличить плотность записи, а кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно. В самих носителях тоже отличий больше, чем кажется на первый взгляд. Из-за того, что плотность записи существенно возросла, а длина волны стала меньше, изменились и требования к защитному слою – для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у обычных CD. Естественно, что диск такой толщины будет значительно более хрупким, по сравнению с классической болванкой. Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самый главный бонус такого защитного слоя в том, что благодаря его малому размеру на одном компакте стало возможным записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при этом оставляя размеры практически прежними.

Б) Емкость DVD

Существует пять разновидностей DVD-дисков:

1. DVD5 – однослойный односторонний диск, 4,7 Гб, или два часа видео;

2. DVD9 – двухслойный односторонний диск, 8,5 Гб, или четыре часа видео;

3. DVD10 – однослойный двухсторонний диск, 9,4 Гб, или 4,5 часа видео;

4. DVD14 – двухсторонний диск, два слоя на одной и один на другой стороне, 13,24 Гб, или 6,5 часов видео;

5. DVD18 – двухслойный двухсторонний диск, 17 Гб, или более восьми часов видео.

Самые популярные стандарты – DVD5 и DVD9.

В) Возможности

Ситуация с DVD-носителями сейчас напоминает аналогичную с CD, на которых долгое время тоже хранили только музыку. Сейчас можно встретить не только фильмы, но и музыку (так называемые DVD-Audio) и сборники софта, и игры, и фильмы. Естественно, что основной областью использования является кинопродукция.

Г) Звук в DVD

Звуковое сопровождение может быть закодировано во многих форматах. Самые известные и часто используемые – Dolby Prologic, DTS и Dolby Digital всех версий. То есть фактически в форматах, используемых в кинотеатрах для получения максимально точной и красочной звуковой картины.

Д) Механические повреждения

К механическим повреждениям диски CD и DVD одинаково чувствительны. То есть царапина есть царапина. Однако из-за гораздо более высокой плотности записи потери на DVD-диске будут более значительными. Сейчас существуют программы, которые могут восстанавливать информацию даже с поврежденных дисков, правда с пропуском повреждённых секторов.5. Портативные USB-накопители

Быстрорастущий рынок портативных жестких дисков, предназначенных для транспортировки больших объемов данных, привлек к себе внимание одного из самых крупных производителей винчестеров. Компания Western Digital объявила о выпуске сразу двух моделей устройств под названием WD Passport Portable Drive. В продажу поступили варианты емкостью 40 и 80 Гб. Портативные устройства WD Passport Portable Drive основаны на 2,5-дюймовых HDD WD Scorpio EIDE. Они упакованы в прочный корпус, оборудованы поддержкой технологии Data Lifeguard, и не нуждаются в дополнительном источнике питания (питание через USB). Производитель отмечает, что накопители не греются, работают тихо и потребляют мало энергии.

6. USB Flash Drive

Новый тип внешнего носителя информации для компьютера, появившийся благодаря широкому распространению интерфейса USB(универсальной шины) и преимуществам микросхем Flash памяти. Достаточно большая емкость при небольших размерах, энергонезависимость, высокая скорость передачи информации, защищённость от механических и электромагнитных воздействий, возможность использования на любом компьютере - всё это позволило USB Flash Drive заменить или успешно конкурировать со всеми существовавшими ранее носителями информации.Кодирование и считывание информации

          Современный компьютер может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видео информацию. Все эти виды информации в компьютере представлены в двоичном коде, т. е. используется алфавит мощностью два (всего два символа 0 и 1). Связано это с тем, что удобно представлять информацию в виде последовательности электрических импульсов: импульс отсутствует (0), импульс есть (1). Такое кодирование принято называть двоичным, а сами логические последовательности нулей и единиц – машинным языком.

www.coolreferat.com

Смотрите также

• 
  Реферат генная инженерия и биотехнология
• 
  Реферат биотехнология и генная инженерия
• 
  Реферат культура россии 19 века
• 
  Единство и многообразие культур реферат
• 
  Государственное и местное управление реферат
• 
  Реферат заимствования в русском языке
• 
  Фольклор музыки русских композиторов реферат
• 
  Реферат о числах 5 класс
• 
  Рефераты по обж 11 класс
• 
  Реферат на тему профессиональное образование
• 
  Реферат ломоносов жизнь и творчество