Todo esto está muy bien, pero hay problemas. Y problemas de compatibilidad con el equipo. Por lo tanto, se sabe que Sata-2 es compatible con versiones anteriores de Sata-3. Esto es cierto y es justo, y el problema no está en absoluto en esto, porque radica en la compatibilidad de su placa con un controlador específico que se usa en la unidad, o tal vez su equipo no puede funcionar correctamente con un SSD en absoluto . Consideremos un caso específico y saquemos las conclusiones apropiadas.

Quería actualizar la computadora portátil Asus K50IE y decidí comprar una SSD. La elección recayó en Kingston SSDNOW 300v. Muy buena relación calidad-precio, incluso me lo recomendaron. Llego a casa, lo inserto en lugar del disco duro y empiezo a observar cosas graciosas. Windows 8 ve el disco, pero se instala cada dos veces y, después de la instalación, no puede arrancar de ninguna manera. 8.1 y siete no ven el disco en absoluto. Después de bailar con una pandereta, 7ku obligó a ver, pero fue en vano, la instalación colgó. En otra computadora portátil, todo estaba bien y comencé a comprender que el problema no estaba en el disco, el problema estaba en Sata, el controlador nvidia nforce. Empecé a leer la información y poco a poco comencé a ver con claridad, pero todavía había un rayo de esperanza. Habiendo bailado, dejé la pandereta y decidí contactar directamente al fabricante de este milagro. Era tarde y por supuesto nadie respondió. Volví a bailar, reinicié la BIOS, intenté actualizar el software del disco, pero fue en vano. Aunque 8ka comenzó un par de veces, luego se detuvo. Dejé todo y decidí esperar hasta el día siguiente. Por la mañana llamé inmediatamente a Kingson. Me comuniqué rápidamente y me dijeron que realmente hay problemas con mi controlador Sata, porque el disco está basado en el controlador Sandforce. Me aconsejaron que cambiara a otra unidad que funciona con el chip Phison y me dijeron que debería funcionar. Inspirado, comencé a actuar.

Inmediatamente llamé al manazin, expliqué la situación, fui, lo reemplacé con un disco salvaje Kingston Hyperx. Pagado, traído. Este dispositivo ciertamente se ve más sólido, además en el kit dan gratis una clave de Acronis True Image, para la posibilidad de clonar el sistema operativo al SSD. Lo pongo en la computadora portátil, la situación cambia. 8ka parecía ir a ser puesto, pero luego colgó, 7ka y 8.1 todavía no querían ver. Han comenzado nuevos bailes. Entonces decidí clonar el sistema operativo, lo cloné, pero se colgó al cargar. Pasó el tiempo y la conciencia llegó más y más. Habiendo sufrido lo suficiente, llamé al fabricante de la computadora portátil, donde me dijeron que la computadora portátil no es oficialmente compatible con SSD y que lo más probable es que haya problemas. Inmediatamente escribí a la tienda sobre la devolución. Respondieron afirmativamente, fueron por la tarde y aprobaron.

En general, el problema venía de donde no esperaban. En ninguna parte antes me encontré con tal desastre, no había visto esto, pero aquí recibí un paquete de diversión por experiencia personal. Es una pena que Asus no escriba al respecto, los fabricantes de SSD no escriben, los vendedores no dicen y muchos de ellos no lo saben. Y tuve que averiguarlo después de que quedó claro que me metí en un problema, ¡afortunadamente todo salió bien!

¿Qué conclusiones se pueden sacar de esto? Sí, muy sencillo. Antes de comprar un SSD, averigua qué tipo de controlador Sata tienes, contacta con el fabricante del disco, placa base, portátil, aclara todo, quizás te adviertan de una compra innecesaria y te ahorren tiempo y dinero, porque con garantía todo no es tan suave en todas partes como me gustaría. Personalmente, tuve suerte y básicamente hice una prueba gratuita. Espero que no sigas mis pasos en este asunto, pero primero te enterarás de todo sobre el disco que vas a comprar y su compatibilidad, y recién entonces te decidirás a comprarlo. Te deseo éxito. Sea vigilante y cuidadoso. Hasta luego.

El mercado de SSD se está volviendo cada vez más diverso. La capacidad de las unidades SSD está creciendo y, al mismo tiempo, el precio por gigabyte de memoria está cayendo. Sin embargo, todavía es prematuro decir que las unidades SSD se han vuelto populares. La razón principal de esto es su baja capacidad (en comparación con el HDD tradicional) y su costo muy alto (nuevamente, en comparación con el HDD tradicional) por gigabyte de memoria. Por lo tanto, la presencia de una unidad SSD en una PC de escritorio doméstica es más una excepción a la regla. Además, incluso en netbooks y portátiles, las unidades SSD siguen siendo extremadamente raras. Al mismo tiempo, ya es obvio que el futuro de los sistemas de almacenamiento de datos está en las unidades SSD, que desplazarán aún más a las unidades HDD del mercado. ¿Cuándo sucederá? Sí, de hecho, tan pronto como sean comparables en capacidad y costo a los discos duros. Entonces este último simplemente desaparecerá como clase, ya que los SSD tienen una serie de ventajas innegables delante de los discos duros.
En este artículo, consideraremos algunas características del funcionamiento de las unidades SSD modernas, que a veces causan muchas preguntas y desconcierto, hablaremos sobre las características de su arquitectura, así como las posibles opciones para usar estas unidades en computadoras portátiles, PC y servidores.

La relevancia de la transición a las unidades SSD

El rendimiento de los procesadores centrales modernos, que determinan las capacidades informáticas de una PC, supera significativamente el rendimiento de las unidades de disco duro (HDD) tradicionales. Como resultado, son los subsistemas de almacenamiento de datos los que en muchos casos se convierten en el cuello de botella que dificulta el crecimiento del rendimiento informático en general. El uso de soluciones costosas basadas en matrices RAID solo resuelve parcialmente el problema del desequilibrio en el rendimiento de los procesadores y los subsistemas de almacenamiento basados ​​en HDD. Y en el futuro, el desequilibrio en el rendimiento de los procesadores y HDD solo aumentará, e inevitablemente llegaremos a la conclusión de que el rendimiento de una computadora en muchas aplicaciones ya no estará determinado por el rendimiento del procesador, sino que descansará en el eslabón más débil: el subsistema de almacenamiento de datos. Entonces, desde 1996, el rendimiento promedio de los procesadores ha aumentado 175 veces, mientras que el rendimiento de los HDD (es decir, la lectura selectiva de bloques de 20 KB de tamaño) es solo 1,3 veces.

Hoy en día, la única forma de resolver este problema es pasar de HDD a SSD (unidades de estado sólido) basadas en memoria flash. Estas unidades son capaces de ofrecer un nivel de rendimiento que iguala por completo el rendimiento de los procesadores multinúcleo actuales.

Sin embargo, alto rendimiento- esta no es la única ventaja de las unidades SSD. También son completamente silenciosos ya que no tienen partes móviles y, especialmente en el caso de las computadoras portátiles, consumen mucha menos energía que las unidades de disco duro. Así, el consumo de energía de un HDD convencional de 2,5 pulgadas en modo activo es de unos 2,5-3 W y de unos 0,85-1 W en modo inactivo (Idle). Si el HDD no está activo, después de un tiempo (dependiendo de la configuración) entra en modo de bajo consumo (Standby o Sleep) y cuando sale de este modo, tarda entre 1 y 2 segundos en girar. El consumo de energía típico de un SSD (no servidor) en modo activo es de aproximadamente 0,15 W y en modo inactivo, 0,06 W. Además, cuando se configura correctamente, la transición del modo activo al modo de bajo consumo se produce automáticamente si el disco está inactivo durante 25 ms. Y estos discos se encienden casi al instante, porque simplemente no tienen nada que girar. Tenga en cuenta que para que una SSD entre automáticamente en modo de bajo consumo, debe habilitar la función de administración de energía iniciada por dispositivo (DIPM) en el registro, ya que la función de administración de energía iniciada por host (HIPM) está configurada de forma predeterminada, cuando la unidad sí lo hace. no controla la transición al modo de bajo consumo y el sistema operativo.

Las unidades SSD no son inferiores a las unidades HDD tradicionales en términos de características como el tiempo medio entre fallas (MTFB). Entonces, si para HDD el tiempo medio entre fallas es de aproximadamente 300 mil horas, entonces para las unidades SSD es más de un millón de horas.

Parecería que si las ventajas de los SSD son tan evidentes, ¿por qué no se han utilizado aún de forma generalizada? Por desgracia, las unidades SSD también tienen serios inconvenientes. En primer lugar, los SSD modernos no son comparables a los HDD en términos de capacidad. Entonces, si la capacidad de los HDD (3,5 pulgadas) alcanza los 3 TB, entonces la capacidad máxima de los SSD (2,5 pulgadas) es de solo 512 GB. Es cierto que si comparamos las unidades SSD y HDD de 2,5 pulgadas, su capacidad es bastante comparable.

El segundo inconveniente de las unidades SSD es su costo, que es varias veces mayor que el de las HDD.

Sin embargo, en lo que respecta a la capacidad de los SSD, no todo es tan malo como podría parecer. La capacidad de almacenamiento SSD está creciendo a un ritmo mucho más rápido que la capacidad de almacenamiento HDD, y no está lejos el día en que el almacenamiento SSD supere la capacidad de almacenamiento HDD. Aquí hay algunas estadísticas interesantes para probarlo. En 2006, Intel, uno de los principales actores en el mercado de SSD, produjo chips de memoria flash NAND para SSD utilizando la tecnología de proceso de 90 nm, mientras que su capacidad era de 1 o 2 Gb. En 2009, Intel lanzó chips de memoria flash que ya tenían la tecnología de proceso de 34 nm, y la capacidad de los chips comenzó a ser de 32 Gbps. En 2010, la empresa dominó el proceso de fabricación de 25 nm para chips de memoria flash de 64 Gb. Como puede ver, la tasa de crecimiento de la capacidad de los chips de memoria flash para unidades SSD es impresionante: de hecho, se duplica cada año. Muy pronto, los SSD superarán en número a los HDD.

También hay que señalar que aunque el uso generalizado de los SSD todavía está lejos, no es cierto que los SSD no se compren en absoluto. Las estadísticas son las siguientes: en 2008 solo se vendieron 700.000 SSD en el mundo, en 2009 el volumen de ventas ya era de 2 millones de unidades y este año, según las previsiones, alcanzará los 5,9 millones de unidades. Se supone que para 2013 el mercado de unidades SSD será de 61,8 millones de unidades.

Entonces, las previsiones de ventas de unidades SSD son muy optimistas, pero no responden a la pregunta principal: ¿qué deben hacer los usuarios hoy, cuando la capacidad de las unidades SSD aún no es lo suficientemente alta y su costo sigue siendo muy alto? Si estamos hablando de usuarios domésticos, entonces, por supuesto, no tiene sentido tirar los HDD para instalar un SSD. Sin embargo, aún puede mejorar el rendimiento de su computadora mediante el uso de unidades SSD. La solución óptima es cuando la PC de escritorio usa una combinación de un SSD y uno o más HDD. Puede instalar el sistema operativo y todos los programas en el SSD (un disco de 80 GB será suficiente para esto) y usar el HDD para el almacenamiento de datos.

Dispositivo de celda flash

Como dijimos, la principal ventaja de los SSD es su mayor rendimiento en comparación con los HDD, pero no se dieron características específicas como velocidades de lectura y escritura secuenciales y selectivas. Sin embargo, antes de proceder a considerar las características de velocidad de las unidades SSD, así como los tipos de unidades SSD, debe familiarizarse con las características de su arquitectura y el proceso de lectura y escritura de información en estas unidades. Empecemos con Breve descripción Estructuras de celdas de memoria flash.

En su nivel más simple, una celda de memoria flash es norte Transistor MOSFET de canal con la llamada puerta flotante. Recuerda que lo habitual norte Transistor MOSFET de canal (estructura norte-pags-norte) puede estar en dos estados: abierto y bloqueado (cerrado). Al controlar el voltaje entre el drenaje y la puerta, se puede crear un canal de conducción de electrones ( norte-canal) entre la fuente y el drenaje (Fig. 1). El voltaje al que se produce un canal de conducción se denomina voltaje de umbral. La presencia de un canal de conducción corresponde al estado abierto del transistor y la ausencia (cuando el transistor no puede conducir la corriente desde la fuente al drenaje) - bloqueado.

Arroz. 1. Dispositivo MOSFET (estado abierto y cerrado)

En estado abierto, el voltaje entre el drenaje y la fuente es cercano a cero, y en estado cerrado puede alcanzar un valor alto. Por supuesto, el transistor en sí mismo no es capaz de almacenar información. En realidad, el obturador flotante está destinado a almacenar información (Fig. 2). Está hecho de silicio policristalino y está completamente rodeado por una capa dieléctrica, lo que le proporciona una ausencia total de contacto eléctrico con los elementos del transistor. La puerta flotante se encuentra entre la puerta de control y el sustrato hecho de pags-norte-transiciones. Dicho obturador puede almacenar la carga que se le ha aplicado (negativa) por un tiempo ilimitado (hasta 10 años). La presencia o ausencia de exceso de carga negativa (electrones) en la puerta flotante puede interpretarse como un uno y un cero lógicos.

Arroz. 2. Dispositivo de transistor de puerta flotante y lectura del contenido de una celda de memoria

Primero, considere la situación cuando no hay electrones en la puerta flotante. En este caso, el transistor se comporta como el transistor convencional ya comentado. Cuando se aplica un voltaje positivo a la puerta de control (inicialización de la celda de memoria) igual al valor del umbral, se crea un canal de conducción en la región de la puerta y el transistor pasa al estado abierto. Si se coloca un exceso de carga negativa (electrones) en la puerta flotante, incluso cuando se aplica el voltaje de umbral a la puerta de control, compensa el campo eléctrico creado por la puerta de control y evita que se forme el canal de conducción, es decir, el transistor estará en el estado cerrado.

Por lo tanto, la presencia o ausencia de una carga en la puerta flotante determina únicamente el estado del transistor (abierto o cerrado) cuando se aplica el mismo voltaje de umbral a la puerta de control. Si el suministro de voltaje a la puerta de control se interpreta como la inicialización de la celda de memoria, entonces el voltaje entre la fuente y el drenaje puede usarse para juzgar la presencia o ausencia de carga en la puerta flotante.

Es decir, en ausencia de un voltaje de control en la puerta, independientemente de la presencia o ausencia de una carga en la puerta flotante, el transistor siempre estará cerrado, y cuando se aplica un voltaje de umbral a la puerta, el estado del el transistor estará determinado por la presencia de una carga en la puerta flotante: si hay una carga, entonces el transistor se cerrará y el voltaje de salida será alto; si no hay carga, entonces el transistor estará abierto y el voltaje de salida será bajo.

El estado cerrado del transistor (la ausencia de un canal de conducción) generalmente se interpreta como un cero lógico, y el estado abierto (la presencia de un canal de conducción) se trata como una unidad lógica. Por lo tanto, al inicializar una celda de memoria (aplicando un voltaje de umbral a la puerta), la presencia de una carga en la puerta flotante se interpreta como un cero lógico y su ausencia se trata como uno lógico (ver tabla).

Resulta una especie de celda de memoria elemental que puede almacenar un bit de información. En este caso, es importante que la carga en la puerta flotante (si existe) se pueda mantener durante un tiempo arbitrariamente largo tanto durante la inicialización de la celda de memoria como en ausencia de voltaje en la puerta de control. En este caso, la celda de memoria será no volátil. Solo queda descubrir cómo cargar la puerta flotante (escribir el contenido de la celda de memoria) y eliminarla de allí (borrar el contenido de la celda de memoria).

La carga se coloca en la puerta flotante mediante el método de inyección de electrones calientes (CHE-Channel Hot Electrons) o el método de tunelización de Fowler-Nordheim (Fig. 3). Bueno, la carga se elimina solo mediante el método de túnel de Fowler.

Arroz. 3. El proceso de escribir y borrar un bit de información en un transistor de puerta flotante

Cuando se usa el método de inyección de electrones calientes, se aplica un alto voltaje a la puerta de drenaje y control (se aplica un voltaje más alto que el valor umbral a la puerta de control) para dar a los electrones en el canal suficiente energía para superar la barrera potencial creada por una capa dieléctrica delgada y un túnel en la región de la puerta flotante (cuando se lee, se aplica menos voltaje a la puerta de control y no se observa ningún efecto de túnel).

Para eliminar la carga de la puerta flotante (el proceso de borrar la celda de memoria), se aplica un voltaje negativo alto a la puerta de control y se aplica un voltaje positivo a la región fuente. Esto hace que los electrones hagan un túnel desde la región de la puerta flotante hasta la región de la fuente (tunelización cuántica de Fowler-Nordheim (FN)).

El transistor de puerta flotante que hemos considerado puede actuar como una celda unitaria de memoria flash. Sin embargo, las celdas de un solo transistor tienen una serie de inconvenientes importantes, el principal de los cuales es la baja escalabilidad. El hecho es que al organizar una matriz de memoria, cada celda de memoria (transistor) está conectada a dos buses perpendiculares: puertas de control, a un bus llamado línea de palabra, y drenajes, a un bus llamado línea de bits (en el futuro, esto la organización se considerará utilizando el ejemplo de NOR -arquitectura). Debido a la presencia de alto voltaje en el circuito durante la grabación por inyección de electrones calientes, todas las líneas (palabras, bits y fuentes) deben ubicarse a una distancia lo suficientemente grande entre sí para proporcionar el nivel requerido de aislamiento, lo que naturalmente afecta la limitación de memoria flash.

Otra desventaja de la celda de memoria de un solo transistor es el efecto de la eliminación excesiva de carga de la puerta flotante, que no se puede compensar con el proceso de escritura. Como resultado, se forma una carga positiva en la puerta flotante y el transistor siempre permanece encendido.

También se utilizan ampliamente otros tipos de celdas de memoria, como la celda SST (Figura 4) desarrollada por Silicon Storage Technology, Inc. En el transistor de la celda SST, se han cambiado las formas de las puertas flotantes y de control. La compuerta de control está alineada en su borde con el borde del drenaje, y su forma curva permite colocar una compuerta flotante parcialmente debajo de ella y simultáneamente sobre la región fuente. Tal disposición de la puerta flotante hace posible, por un lado, simplificar el proceso de colocarle una carga mediante el método de inyección de electrones calientes y, por otro lado, el proceso de eliminar la carga debido a la Efecto túnel de Fowler-Nordheim.

Arroz. 4. Estructura de la celda de memoria SST

Cuando se elimina la carga, el túnel de electrones no se produce en la región de la fuente, como en la celda de un solo transistor que se está considerando, sino en la región de la puerta de control. Para hacer esto, se aplica un alto voltaje positivo a la puerta de control. Bajo la influencia del campo eléctrico creado por la puerta de control, los electrones son canalizados desde la puerta flotante, lo que se ve facilitado por su forma curvada hacia los bordes.

Cuando se coloca una carga en la puerta flotante, el drenaje se conecta a tierra y se aplica un voltaje positivo a la fuente y a la puerta de control. En este caso, la puerta de control forma un canal de conducción, y el voltaje entre el drenaje y la fuente "acelera" los electrones, dándoles suficiente energía para superar la barrera de potencial, es decir, hacer un túnel hacia la puerta flotante.

A diferencia de una celda de memoria de un solo transistor, la celda SST tiene un esquema ligeramente diferente para organizar la matriz de memoria.

Celdas de memoria flash de varios niveles y de un solo nivel

Todos los tipos de celdas de memoria discutidos hasta ahora son capaces de almacenar solo un bit de información por celda. Estas celdas de memoria se denominan de un solo nivel (Single Level Cell, SLC). Sin embargo, también existen celdas de este tipo, cada una de las cuales almacena varios bits; estas son celdas de niveles múltiples o MLC (celda de niveles múltiples).

Como ya se señaló al describir una celda de memoria de un solo transistor, la presencia de un uno o cero lógico está determinada por el valor del voltaje en la línea de bit y depende de la presencia o ausencia de carga en la puerta flotante. Si se aplica un valor de voltaje de umbral a la puerta de control, entonces, en ausencia de carga en la puerta flotante, el transistor está abierto, lo que corresponde a una unidad lógica. Si hay una carga negativa en la puerta flotante, protegiendo el campo creado por la puerta de control con su campo, entonces el transistor está en estado cerrado, lo que corresponde a un cero lógico. Está claro que incluso en presencia de una carga negativa en la puerta flotante, el transistor se puede cambiar al estado abierto, sin embargo, para hacer esto, será necesario aplicar un voltaje a la puerta de control que exceda el valor umbral. . Por lo tanto, la ausencia o presencia de carga en la puerta flotante puede juzgarse por el valor umbral del voltaje en la puerta de control. Dado que el voltaje de umbral depende del valor de la carga en la puerta flotante, es posible no solo determinar dos casos límite: la ausencia o presencia de carga, sino también juzgar la cantidad de carga por el valor del voltaje de umbral . Por lo tanto, si es posible colocar un número diferente de niveles de carga en la puerta flotante, cada uno de los cuales tiene su propio valor de voltaje de umbral, entonces se pueden almacenar varios bits de información en una celda de memoria. Por ejemplo, para almacenar 2 bits en una celda utilizando un transistor de este tipo, es necesario distinguir entre cuatro voltajes de umbral, es decir, poder colocar cuatro niveles de carga diferentes en la puerta flotante. Luego, a cada uno de los cuatro voltajes de umbral se le puede asignar una combinación de dos bits: 00, 01, 10, 11.

Para poder escribir 4 bits en una celda, es necesario distinguir ya 16 voltajes de umbral.

Intel desarrolla activamente las celdas MLC, por lo que la tecnología de memoria basada en celdas MLC se llama Intel StrataFlash.

Tenga en cuenta que las celdas de memoria SLC proporcionan velocidades de lectura y escritura más altas. Además, son más duraderos, pero los SSD basados ​​en ellos son más caros, ya que con la misma capacidad de los SSD basados ​​en celdas de memoria MLC y SLC, la cantidad de celdas de memoria en un disco MLC será la mitad (en el caso de memoria de celdas de cuatro niveles). Es por eso que los SSD basados ​​en celdas de memoria SLC se utilizan principalmente en servidores.

Arquitectura de matriz flash

La celda de memoria flash basada en transistores de puerta flotante más simple que hemos considerado, capaz de almacenar un bit de información, puede usarse para crear matrices de memoria no volátil. Para hacer esto, solo necesita combinar muchas celdas en una sola matriz de manera adecuada, es decir, crear una arquitectura de memoria.

Hay varios tipos de arquitectura de memoria flash, es decir, formas de combinar celdas de memoria en una sola matriz, pero las arquitecturas NOR y NAND son las más comunes. Tenga en cuenta que los SSD utilizan una organización de memoria de tipo NAND, pero para una mejor comprensión de las características de esta arquitectura, es lógico considerar primero una arquitectura NOR más simple. Además, fue la arquitectura NOR la ​​primera arquitectura utilizada en la memoria flash.

La arquitectura NOR (Fig. 5) implica una forma paralela de combinar celdas de memoria en una matriz. Como ya se ha señalado, para inicializar una celda de memoria, es decir, para obtener acceso al contenido de la celda, es necesario aplicar un valor de voltaje de umbral a la puerta de control. Por lo tanto, todas las puertas de control deben estar conectadas a una línea de control llamada Word Line. El análisis del contenido de la celda de memoria se realiza mediante el nivel de la señal en el drenaje del transistor. Por lo tanto, los drenajes de los transistores están conectados a una línea llamada Bit Line.

Arroz. 5. Arquitectura NOR

La arquitectura NOR debe su nombre a la operación lógica "OR-NOT" (abreviatura en inglés - NOR). La operación lógica NOR en múltiples operandos produce un valor de uno cuando todos los operandos son cero y un valor cero en todos los demás casos. EN este caso Me refiero al principio de conectar transistores en general, y no específicamente a transistores de puerta flotante.

Considere, como ejemplo, varios transistores (sin puerta flotante) conectados a la misma línea de bits (Fig. 6). En este caso, si al menos un transistor está abierto, el voltaje de salida en la línea de bits será bajo. Y solo en el caso de que todos los transistores estén cerrados, el voltaje en la línea de bits será alto. Obtenemos la tabla de verdad de los voltajes de entrada en las puertas de los transistores y el voltaje de salida en la línea de bit, correspondiente a la tabla de verdad de la función lógica "O-NO" (NOR). Es por eso que tal combinación de transistores se llama NOR.

Arroz. 6. Conexión del transistor NOR

La arquitectura NOR proporciona acceso rápido aleatorio a cualquier celda de memoria, sin embargo, los procesos de escritura (utilizando el método de inyección de electrones calientes) y borrado de información son bastante lentos. Además, debido a las características tecnológicas de la producción de chips de memoria flash con arquitectura NOR, el tamaño de celda es grande, por lo que esta memoria no escala bien.

Otra arquitectura común de memoria flash es la arquitectura NAND (Figura 7), correspondiente a la operación lógica NAND. La operación NAND produce un valor de cero solo cuando todos los operandos son cero y un valor de uno en todos los demás casos. La arquitectura NAND implica una conexión en serie de transistores, en la que el drenaje de cada transistor está conectado a la fuente de un transistor adyacente, y en una serie de varios transistores conectados en serie, solo uno de ellos está conectado a la línea de bits. Además, al considerar la arquitectura de conexión, no estamos hablando específicamente de transistores de puerta flotante.

Arroz. 7. Arquitectura NAND

Considere un grupo de tales transistores conectados en serie (sin una puerta flotante) (Fig. 8). Si el voltaje de control en las puertas de todos los transistores es igual al valor de umbral, entonces todos los transistores están en estado abierto y el voltaje de salida (voltaje en la línea de bits) será bajo, lo que corresponde al cero lógico. Si el voltaje de entrada en al menos un transistor es bajo (por debajo del valor umbral), es decir, si al menos un transistor está apagado, entonces el voltaje en la línea de bits será alto, lo que corresponde a una unidad lógica. Obtenemos la tabla de verdad de los voltajes de entrada en las puertas de los transistores (voltajes en la línea de palabra) y el voltaje de salida en la línea de bit, correspondiente a la tabla de verdad de la función lógica "NAND" (NAND). Es por eso que tal combinación de transistores se llama NAND.

Arroz. 8. Conexión de transistores según el esquema NAND.

En el esquema de conexión NAND de puerta flotante, los transistores convencionales (sin puerta flotante) se conectan a un grupo de transistores conectados en serie en ambos extremos, que aíslan el grupo de transistores tanto de tierra como de la línea de bits y conectan todo el grupo de transistores a la línea de bits cuando se inicializan.

En comparación con la arquitectura NOR, esta arquitectura, debido a las características proceso tecnológico(combinando los drenajes y fuentes de transistores adyacentes y una cantidad mucho menor de conductores), permite una disposición más compacta de transistores y, por lo tanto, escala bien. A diferencia de la arquitectura NOR, donde la información se escribe mediante el método de inyección de electrones calientes, en la arquitectura NAND el registro se realiza mediante el método de tunelización FN, lo que permite implementar un registro más rápido que en la arquitectura NOR.

Naturalmente, surge la pregunta: ¿cómo se puede acceder a una sola celda de memoria en la arquitectura NAND (leer el contenido de la celda)? De hecho, si al menos uno de los transistores en dicho grupo conectado en serie está en estado cerrado (lo que puede interpretarse como la presencia de una carga en la puerta flotante del transistor correspondiente), entonces el voltaje en la línea de bits será ser alto independientemente del estado de las celdas restantes. Para acceder a una celda en particular, no es suficiente simplemente aplicar un voltaje de umbral a la puerta del transistor correspondiente a esa celda y medir el voltaje en la línea de bits. También es necesario que todos los demás transistores estén en estado abierto. Para hacer esto, la puerta del transistor correspondiente a la celda de memoria cuyo contenido debe leerse se alimenta con un valor de voltaje de umbral, y las puertas de todos los demás transistores se alimentan con un voltaje que excede el valor de umbral y es suficiente para formar un canal de conducción incluso si hay una carga en la puerta flotante, pero insuficiente para el efecto túnel cuántico de las cargas. En este caso, todos estos transistores pasan al estado abierto y el voltaje en la línea de bits está determinado por la presencia o ausencia de carga en la puerta flotante del transistor correspondiente a la celda de memoria a la que se accede.

Estructura lógica de la memoria flash NAND

Como ya hemos señalado, los SSD utilizan memoria flash tipo NAND, por lo que en el futuro nos centraremos únicamente en la memoria flash NAND.

A pesar de que la memoria flash permite acceder a leer, escribir y borrar una sola celda, por más uso efectivo celdas de memoria elementales, se combinaron en matrices con una estructura de cuatro niveles. En el nivel más bajo hay una celda de memoria elemental, y las celdas elementales combinadas en una matriz que contiene 4 KB de datos se denominan página de memoria. 128 de estas páginas forman un bloque de memoria de 512 KB (a veces se incluyen 64 páginas en un bloque de memoria), y 1024 bloques forman una matriz de 512 MB. Por lo tanto, la estructura lógica de combinar celdas en matrices es bastante simple. Una página es como un grupo (sector) en un disco duro y representa el tamaño mínimo de datos que puede manejar la memoria flash. Sin embargo, entre el grupo disco duro y una página de memoria flash existe una diferencia fundamental a la hora de realizar operaciones de lectura, escritura y borrado. Entonces, si en un disco duro se puede leer, escribir y eliminar un grupo, entonces en la memoria flash, las operaciones de lectura y escritura son posibles en páginas de 4 KB, y el borrado de datos solo es posible en bloques de 512 KB. Además, una vez que la información se escribe en la página, no se puede sobrescribir hasta que se borre (elimine).

Características de las operaciones de escritura de datos en unidades SSD

Entonces, como ya hemos señalado, es posible escribir y leer datos en la memoria flash NAND en páginas de 4 KB, y borrar datos solo en bloques de 512 KB. En general, el proceso de escribir información en SSD es muy diferente del mismo proceso con HDD. Esto, por ejemplo, se debe al hecho de que el rendimiento de los SSD varía con el tiempo y las velocidades de acceso secuencial y selectivo a la memoria flash difieren entre sí. Para explicar estos fenómenos, echemos un vistazo más de cerca a los procesos de escritura en discos HDD y SSD.

en caso de dificultad unidades de disco duro la unidad de información más pequeña operada por el sistema de gestión del disco duro se denomina sector o bloque. En el HDD, el tamaño del sector es de 4 KB (en los modelos más nuevos) o 512 bytes. Para direccionar sectores (bloques) en el disco, se utiliza el método LBA (Logical Block Addressing), en el que cada bloque direccionado en el disco duro tiene su propio número de serie, un número entero que comienza desde cero (es decir, el primer bloque LBA = 0, el segundo LBA = 1, etc.). La cantidad de bloques LBA en un disco está determinada por la cantidad de cilindros, pistas, sectores y cabezales de lectura/escritura. Por lo tanto, el número de bloque LBA se calcula utilizando la fórmula:

LBA = [(Cilindro X No_of_heads + Heads) X Sectores/pista] + )