Мұның бәрі жақсы және жақсы, бірақ проблемалар бар. Және жабдықпен үйлесімділік мәселелері. Сонымен, Sata-2 Sata-3-пен кері үйлесімді екені белгілі. Бұл дұрыс және бұл әділ және бұл мүлдем мәселе емес, өйткені ол дискіде қолданылатын белгілі бір контроллермен тақтаның үйлесімділігінде немесе сіздің жабдық SSD-мен мүлде дұрыс жұмыс істей алмауы мүмкін. Нақты істі қарастырып, тиісті қорытындылар жасайық.

Мен Asus K50IE ноутбукін жаңартқым келді және SSD сатып алуды шештім. Таңдау Kingston SSDNOW 300v-ге түсті. Ақша үшін өте жақсы құндылық, олар маған оны ұсынды. Мен үйге келіп, қатты дискінің орнына оны салып, күлкілі нәрселерді бақылай бастадым. Windows 8 дискіні көреді, бірақ ол басқа уақытта орнатылады және орнатудан кейін ол ешқандай жолмен жүктеле алмайды. 8.1 және жеті дискіні мүлде көрмейді. Домбырамен билегеннен кейін 7ku көруге мәжбүр болды, бірақ нәтиже болмады, қондырғы ілулі болды. Басқа ноутбукта бәрі жақсы болды және мен мәселе дискіде мүлде емес екенін түсіндім, мәселе Sata - nvidia nforce контроллерінде болды. Мен ақпаратты оқи бастадым және баяу анық көре бастадым, бірақ әлі де үміт ұшқыны болды. Би билегеннен кейін мен бубенді қойып, осы ғажайыптың өндірушісімен тікелей байланысуды шештім. Кеш болды, әрине, ешкім жауап бермеді. Қайта биледім, биосты қалпына келтірдім, дискінің бағдарламалық құралын жаңартып көрдім, бірақ нәтиже болмады. 8ка бірнеше рет басталғанымен, кейін тоқтап қалды. Мен бәрін тастап, келесі күнге дейін күтуді шештім. Таңертең мен бірден Кингсонға қоңырау шалдым. Мен тез арада үлгердім және олар маған Sata контроллерімде шынымен ақаулар бар екенін айтты, себебі диск Sandforce контроллеріне негізделген. Маған Phison чипінде жұмыс істейтін басқа дискіні ауыстыруға кеңес берілді және ол жұмыс істеуі керек деп айтты. Шабыттанып, әрекет ете бастадым.

Мен дереу маназинге хабарластым, мән-жайды түсіндірдім, бардым, оны Kingston Hyperx жабайы дискімен ауыстырдым. Төледі, әкелді. Бұл құрылғы, әрине, қаттырақ көрінеді, сонымен қатар жинақта олар операциялық жүйені SSD-ге клондау мүмкіндігі үшін Acronis True Image тегін кілтін береді. Мен оны ноутбукке қойдым, жағдай өзгереді. 8ка қоюға кететін сияқты болды, бірақ кейін ілулі, 7ка және 8.1 әлі де көргісі келмеді. Жаңа билер басталды. Содан кейін мен операциялық жүйені клондау туралы шешім қабылдадым, оны клондадым, бірақ ол жүктеу кезінде іліп қойды. Уақыт өтіп, хабардарлық күшейе түсті. Жеткілікті азап шегіп, мен ноутбук өндірушісіне қоңырау шалдым, онда олар ноутбуктің SSD-ны ресми түрде қолдамайтынын және проблемалар болуы мүмкін екенін айтты. Мен дереу дүкенге қайтару туралы жаздым. Олар оң жауап беріп, кешке барып, өтті.

Жалпы, мәселе олар ойламаған жерден шықты. Мен мұндай апатты ешқашан кездестірген емеспін, бірақ мұнда мен жеке тәжірибемнен көңілді пакет алдым. Бұл туралы Asus жазбайтыны ұят, SSD өндірушілері жазбайды, сатушылар айтпайды және олардың көпшілігі білмейді. Маған қиындыққа тап болғаным белгілі болғаннан кейін білуге ​​тура келді, бақытымызға орай, бәрі ойдағыдай болды!

Бұдан қандай қорытынды жасауға болады? Иә, өте қарапайым. SSD сатып алмас бұрын, сізде қандай Sata контроллері бар екенін біліңіз, дискінің, аналық платаның, ноутбуктың өндірушісіне хабарласыңыз, барлығын түсіндіріңіз, мүмкін олар сізді қажетсіз сатып алудан ескертеді және уақыт пен ақшаны үнемдейді, өйткені бәрі кепілдік береді. барлық жерде мен қалағандай тегіс емес. Жеке менің жолым болды және мен тегін сынақтан өттім. Сіз бұл мәселеде менің ізімнен кетпейсіз деп үміттенемін, бірақ алдымен сіз сатып алғыңыз келетін диск және оның үйлесімділігі туралы бәрін біліп, содан кейін ғана оны сатып алуды шешесіз. Іске сәт. Қырағы және сақ болыңыз. Келесі кездескенше.

SSD нарығы бірте-бірте әртүрлі болып келеді. SSD дискілерінің сыйымдылығы артып келеді, сонымен бірге бір гигабайт жадтың бағасы төмендейді. Дегенмен, SSD дискілері танымал болды деп айту әлі ерте. Мұның басты себебі - олардың төмен (дәстүрлі HDD-мен салыстырғанда) сыйымдылығы және бір гигабайт жадтың өте жоғары құны (қайтадан дәстүрлі HDD-мен салыстырғанда). Сондықтан үйдегі жұмыс үстелі компьютерінде SSD дискінің болуы ережеден ерекшелік болып табылады. Сонымен қатар, тіпті нетбуктер мен ноутбуктерде SSD дискілері әлі де өте сирек кездеседі. Сонымен қатар, деректерді сақтау жүйелерінің болашағы HDD дискілерін нарықтан одан әрі ығыстыратын SSD дискілерімен байланысты екені анық. Қашан болады? Иә, шын мәнінде, олар сыйымдылығы мен құны бойынша HDD дискілерімен салыстырылатын болған кезде. Содан кейін соңғысы класс ретінде жойылады, өйткені SSD дискілерінің саны бар даусыз артықшылықтарқатты дискілердің алдында.
Бұл мақалада біз қазіргі заманғы SSD дискілерінің жұмысының кейбір ерекшеліктерін қарастырамыз, олар кейде көптеген сұрақтар мен таң қалдырады, олардың архитектурасының ерекшеліктері, сондай-ақ осы дискілерді ноутбуктерде, компьютерлерде пайдаланудың ықтимал нұсқалары туралы сөйлесеміз. және серверлер.

SSD дискілеріне көшудің өзектілігі

ДК-нің есептеу мүмкіндіктерін анықтайтын қазіргі заманғы орталық процессорлардың өнімділігі дәстүрлі қатты дискілердің (HDD) өнімділігінен айтарлықтай асып түседі. Нәтижесінде, деректерді сақтаудың ішкі жүйелері көп жағдайда жалпы компьютер өнімділігінің өсуіне кедергі келтіретін кедергіге айналады. RAID массивтеріне негізделген қымбат шешімдерді пайдалану процессорлар мен HDD негізіндегі сақтау ішкі жүйелерінің жұмысындағы теңгерімсіздік мәселесін тек ішінара шешеді. Болашақта процессорлар мен қатты дискілердің жұмысындағы теңгерімсіздік күшейе түседі және біз сөзсіз көптеген қосымшалардағы компьютердің өнімділігі процессордың өнімділігімен анықталмайды, бірақ демалатын болады деген қорытындыға келеміз. ең әлсіз сілтемеде - деректерді сақтаудың ішкі жүйесі. Мәселен, 1996 жылдан бері процессорлардың орташа өнімділігі 175 есе өсті, ал қатты дискілердің өнімділігі (көлемі 20 КБ блоктарды таңдап оқу дегенді білдіреді) небәрі 1,3 есе.

Бүгінгі күні бұл мәселені шешудің жалғыз жолы - қатты дискілерден флэш-жад негізіндегі SSD дискілеріне (Қатты күйдегі дискілерге) көшу. Бұл дискілер қазіргі көп ядролы процессорлардың өнімділігіне толық сәйкес келетін өнімділік деңгейін қамтамасыз етуге қабілетті.

Дегенмен, жоғары өнімділік- бұл SSD дискілерінің жалғыз артықшылығы емес. Олар сондай-ақ мүлдем үнсіз, өйткені олардың қозғалатын бөліктері жоқ және әсіресе ноутбуктер үшін олар HDD-ге қарағанда әлдеқайда аз қуат пайдаланады. Осылайша, кәдімгі 2,5 дюймдік HDD-нің белсенді режимдегі қуат тұтынуы шамамен 2,5-3 Вт және бос режимде (Бос режимде) шамамен 0,85-1 Вт құрайды. Егер HDD белсенді болмаса, біраз уақыттан кейін (параметрлерге байланысты) ол төмен қуат режиміне өтеді (Күту немесе Ұйқы режимі) және бұл режимнен шыққан кезде айналуы шамамен 1-2 секундты алады. Белсенді режимде SSD (сервер емес) әдеттегі қуат тұтынуы шамамен 0,15 Вт, ал бос режимде - 0,06 Вт. Сонымен қатар, дұрыс конфигурацияланған кезде, диск 25 мс белсенді емес болса, белсенді режимнен төмен қуат режиміне ауысу автоматты түрде орын алады. Және бұл дискілер бірден қосылады, өйткені олардың айналдыратын ештеңесі жоқ. SSD автоматты түрде төмен қуат режиміне өтуі үшін тізілімдегі Device Initiated Power Management (DIPM) мүмкіндігін қосу керек екенін ескеріңіз, себебі дискінің өзі жұмыс істегенде, хосттың қуатты басқару (HIPM) мүмкіндігі әдепкі бойынша орнатылады. төмен қуат режиміне және операциялық жүйеге көшуді бақыламау.

SSD дискілері ақаулар арасындағы орташа уақыт (MTFB) сияқты сипаттамалары бойынша дәстүрлі HDD дискілерінен кем түспейді. Сонымен, егер HDD үшін ақаулар арасындағы орташа уақыт шамамен 300 мың сағатты құраса, SSD дискілері үшін бұл миллион сағаттан асады.

Егер SSD дискілерінің артықшылықтары соншалықты айқын болса, неге олар әлі де кеңінен қолданылмаған сияқты? Өкінішке орай, SSD дискілерінің де елеулі кемшіліктері бар. Біріншіден, қазіргі заманғы SSD дискілері сыйымдылығы бойынша HDD дискілерімен салыстыруға келмейді. Сонымен, егер HDD (3,5 дюйм) сыйымдылығы 3 ТБ жетсе, SSD дискілерінің максималды сыйымдылығы (2,5 дюйм) тек 512 ГБ құрайды. Рас, егер біз 2,5 дюймдік SSD және HDD дискілерін салыстырсақ, олардың сыйымдылығы салыстырмалы.

SSD дискілерінің екінші кемшілігі олардың құны болып табылады, бұл HDD дискілерінен бірнеше есе жоғары.

Дегенмен, SSD дискілерінің сыйымдылығына келетін болсақ, бәрі көрінетіндей жаман емес. SSD сақтау сыйымдылығы HDD сақтау сыйымдылығынан әлдеқайда жылдам қарқынмен өсуде және SSD жады HDD сақтау сыйымдылығынан асып түсетін күн алыс емес. Мұны дәлелдеу үшін бірнеше қызықты статистика бар. 2006 жылы Intel, SSD нарығындағы жетекші ойыншылардың бірі, 90 нм технологиялық технологиясын қолдана отырып, SSD дискілеріне арналған NAND флэш жады микросхемаларын шығарды, ал олардың сыйымдылығы 1 немесе 2 Гб болды. 2009 жылы Intel 34 нм технологиялық технология бойынша флэш жад микросхемаларын шығарды, ал чиптердің сыйымдылығы 32 Гбит/с құра бастады. 2010 жылы компания 64 Гб флэш-жад микросхемаларына арналған 25 нм өндіріс процесін игерді. Көріп отырғаныңыздай, SSD дискілеріне арналған флэш-жад микросхемаларының сыйымдылығының өсу қарқыны әсерлі: іс жүзінде ол жыл сайын екі есе артады. Жақында SSD дискілері қатты дискілерден асып түседі.

Айта кету керек, SSD дискілерін кеңінен қолдану әлі алыс болса да, SSD дискілері мүлде сатып алынбайды деп айту дұрыс емес. Статистика мынадай: 2008 жылы әлемде бар болғаны 700 000 SSD сатылды, 2009 жылы сатылым көлемі қазірдің өзінде 2 миллион дана болды, ал биылғы жылы болжам бойынша ол 5,9 миллион данаға жетеді. 2013 жылға қарай SSD дискілерінің нарығы 61,8 миллион бірлікті құрайды деп болжануда.

Сонымен, SSD дискілерін сату болжамдары өте оптимистік, бірақ олар негізгі сұраққа жауап бермейді: SSD дискілерінің сыйымдылығы әлі де жеткіліксіз болған кезде және олардың құны әлі де өте жоғары болған кезде пайдаланушылар не істеу керек? Егер біз үйдегі пайдаланушылар туралы айтатын болсақ, онда, әрине, SSD орнату үшін HDD дискілерін тастаудың мағынасы жоқ. Дегенмен, SSD дискілерін пайдалану арқылы компьютердің жұмысын жақсартуға болады. Оңтайлы шешім - жұмыс үстелі компьютері бір SSD және бір немесе бірнеше HDD тіркесімін пайдаланған кезде. Сіз операциялық жүйені және барлық бағдарламаларды SSD дискісіне орнатуға болады (бұл үшін 80 ГБ диск жеткілікті болады) және деректерді сақтау үшін HDD пайдаланыңыз.

Flash ұялы құрылғысы

Жоғарыда айтқанымыздай, SSD дискілерінің басты артықшылығы олардың HDD-мен салыстырғанда жоғары өнімділігі болып табылады, бірақ дәйекті және таңдамалы оқу және жазу жылдамдығы сияқты ерекше сипаттамалар берілмеді. Дегенмен, SSD дискілерінің жылдамдық сипаттамаларын, сондай-ақ SSD дискілерінің түрлерін қарастыруға кіріспес бұрын, олардың архитектурасының ерекшеліктерімен және осы дискілерге ақпаратты оқу және жазу процесімен танысу керек. бастайық қысқаша сипаттамафлэш жады жасушаларының құрылымдары.

Ең қарапайым деңгейде флэш-жад ұяшығы болып табылады n-қалқымалы қақпа деп аталатын MOSFET-транзистор арнасы. Еске салайық, әдеттегідей n-каналы MOSFET транзисторы (құрылым n-б-n) екі күйде болуы мүмкін: ашық және жабық (жабық). Дренаж мен қақпа арасындағы кернеуді басқару арқылы электронды өткізгіш арна құруға болады ( n-арна) көз мен ағызу арасындағы (Cурет 1). Өткізгіш арна пайда болатын кернеу шекті кернеу деп аталады. Өткізгіш арнаның болуы транзистордың ашық күйіне сәйкес келеді, ал болмауы (транзистор көзден ағызуға ток өткізе алмаған кезде) - құлыптаулы.

Күріш. 1. MOSFET құрылғысы (ашық және жабық күй)

Ашық күйде ағызу мен көз арасындағы кернеу нөлге жақын, ал жабық күйде ол жоғары мәнге жетуі мүмкін. Әрине, транзистордың өзі ақпаратты сақтауға қабілетті емес. Шын мәнінде, қалқымалы ысырма ақпаратты сақтауға арналған (Cурет 2). Ол поликристалды кремнийден жасалған және диэлектрлік қабатпен толығымен қоршалған, ол транзистордың элементтерімен электрлік байланыстың толық болмауын қамтамасыз етеді. Қалқымалы қақпа басқару қақпасы мен жасалған субстрат арасында орналасқан б-n- ауысулар. Мұндай ысырма оған салынған зарядты (теріс) шексіз уақытқа (10 жылға дейін) сақтауға қабілетті. Қалқымалы қақпада артық теріс зарядтың (электрондардың) болуы немесе болмауын логикалық бір және нөл деп түсіндіруге болады.

Күріш. 2. Қалқымалы транзисторлы құрылғы және жады ұяшығының мазмұнын оқу

Біріншіден, қалқымалы қақпада электрондар болмаған жағдайды қарастырыңыз. Бұл жағдайда транзистор бұрын талқыланған кәдімгі транзистор сияқты әрекет етеді. Басқару қақпасына шекті мәнге тең (жад ұяшығын инициализациялау) оң кернеу қолданылғанда, қақпа аймағында өткізгіш арна жасалады - транзистор ашық күйге өтеді. Егер қалқымалы қақпаға артық теріс заряд (электрондар) орналасса, онда басқару қақпасына шекті кернеу берілгенде де ол басқару қақпасы тудыратын электр өрісінің орнын толтырады және өткізгіш арнаның пайда болуына жол бермейді, яғни транзистор жабық күйде болады.

Осылайша, қалқымалы қақпада зарядтың болуы немесе болмауы транзистордың күйін (ашық немесе жабық) басқару қақпасына бірдей шекті кернеуді қолданған кезде бірегей түрде анықтайды. Егер басқару қақпасына кернеу беру жад ұяшығының инициализациясы ретінде түсіндірілсе, онда көз мен ағызу арасындағы кернеу қалқымалы қақпада зарядтың бар немесе жоқтығын анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін.

Яғни, қақпада басқару кернеуі болмаған жағдайда, қалқымалы қақпада зарядтың бар-жоғына қарамастан, транзистор әрқашан жабық болады, ал қақпаға шекті кернеу берілгенде, оның күйі транзистор қалқымалы қақпада зарядтың болуымен анықталады: егер заряд болса, онда транзистор жабылады және шығыс кернеуі жоғары болады; егер заряд болмаса, онда транзистор ашық болады және шығыс кернеуі төмен болады.

Транзистордың жабық күйі (өткізгіш арнаның жоқтығы) әдетте логикалық нөл ретінде түсіндіріледі, ал ашық күй (өткізгіш арнаның болуы) логикалық бірлік ретінде қарастырылады. Осылайша, жад ұяшығын инициализациялау кезінде (қақпаға шекті кернеуді қолдану) қалқымалы қақпада зарядтың болуы логикалық нөл ретінде түсіндіріледі, ал оның болмауы логикалық ретінде қарастырылады (кестені қараңыз).

Бұл бір ақпаратты бит сақтай алатын қарапайым жад ұяшығының түрі болып шықты. Бұл жағдайда қалқымалы қақпадағы зарядтың (егер ол бар болса) жад ұяшығын инициализациялау кезінде де, басқару қақпасында кернеу болмаған кезде де ерікті түрде ұзақ уақыт бойы сақталуы маңызды. Бұл жағдайда жад ұяшығы тұрақты болмайды. Қалқымалы қақпаға зарядты қалай салу керектігін (жад ұяшығының мазмұнын жазу) және оны сол жерден алып тастауды (жад ұяшығының мазмұнын өшіру) анықтау ғана қалады.

Заряд қалқымалы қақпаға ыстық электронды инъекция әдісімен (CHE-каналдың ыстық электрондары) немесе Фаулер-Нордхайм туннельдеу әдісімен орналастырылады (3-сурет). Ал, заряд тек Фаулер туннельдеу әдісімен жойылады.

Күріш. 3. Ақпараттық битті қалқымалы транзисторға жазу және өшіру процесі

Ыстық электронды инъекция әдісін пайдаланған кезде каналдағы электрондарға ағызылатын және басқару қақпасына жоғары кернеу қолданылады (шектік мәннен жоғары кернеу басқару қақпасына қолданылады) жұқа диэлектрлік қабат және қалқымалы қақпа аймағына туннель (оқу кезінде басқару қақпасына аз кернеу беріледі және туннельдік әсер байқалмайды).

Қалқымалы қақпадан зарядты жою үшін (жад ұяшығын өшіру процесі) басқару қақпасына жоғары теріс кернеу, ал бастапқы аймаққа оң кернеу қолданылады. Бұл электрондардың қалқымалы қақпа аймағынан бастапқы аймаққа туннельге өтуіне әкеледі (Фаулер-Нордхайм (FN) кванттық туннельдеу).

Біз қарастырған қалқымалы қақпалы транзистор флэш-жадтың бірлік ұяшығы ретінде әрекет ете алады. Дегенмен, бір транзисторлы ұяшықтардың бірқатар маңызды кемшіліктері бар, олардың негізгісі нашар масштабталады. Жад массивін ұйымдастыру кезінде әрбір жад ұяшығы (транзистор) екі перпендикуляр шинаға қосылады: басқару қақпалары – сөз сызығы деп аталатын шинаға, ал дренаждар – биттік сызық деп аталатын шинаға (болашақта бұл ұйымдастыру NOR -архитектура мысалында қарастырылады). Ыстық электронды инъекцияны жазу кезінде тізбекте жоғары кернеудің болуына байланысты барлық сызықтар - сөздер, биттер және көздер - оқшаулаудың қажетті деңгейін қамтамасыз ету үшін бір-бірінен жеткілікті үлкен қашықтықта орналасуы керек, бұл табиғи түрде шектеуге әсер етеді. флэш-жад.

Бір транзисторлы жады ұяшығының тағы бір кемшілігі - жазу процесімен өтелмейтін қалқымалы қақпадан шамадан тыс зарядты жою әсері. Нәтижесінде қалқымалы қақпада оң заряд пайда болады және транзистор әрқашан қосулы қалады.

Жад ұяшықтарының басқа түрлері де кеңінен қолданылады, мысалы, Silicon Storage Technology, Inc әзірлеген SST ұяшығы (4-сурет). SST ұяшығының транзисторында қалқымалы және басқару қақпаларының пішіндері өзгертілді. Басқару қақпасы оның жиегімен дренаждың жиегімен тураланған және оның қисық пішіні қалқымалы қақпаны оның ішінара астына және бір мезгілде бастапқы аймақтың үстіне қоюға мүмкіндік береді. Қалқымалы қақпаның мұндай орналасуы, бір жағынан, ыстық электрондарды айдау әдісімен зарядты орналастыру процесін, ал екінші жағынан, зарядты жою процесін жеңілдетуге мүмкіндік береді. Фаулер-Нордхайм туннельдік эффектісі.

Күріш. 4. SST жады ұяшығының құрылымы

Заряд жойылған кезде электрондардың туннельденуі қарастырылатын бір транзисторлы ұяшықтағыдай бастапқы аймақта емес, басқару қақпасының аймағында болады. Ол үшін басқару қақпасына жоғары оң кернеу қолданылады. Басқару қақпасы жасаған электр өрісінің әсерінен электрондар қалқымалы қақпадан туннельденеді, бұл оның пішінінің шеттерге қарай қисық болуымен жеңілдетіледі.

Қалқымалы қақпаға заряд салынған кезде дренаж жерге тұйықталып, көзге және басқару қақпасына оң кернеу беріледі. Бұл жағдайда басқару қақпасы өткізгіш арнаны құрайды, ал дренаж мен көз арасындағы кернеу электрондарды «тездетеді», оларға потенциалдық кедергіні жеңуге, яғни қалқымалы қақпаға туннельге өтуге жеткілікті энергия береді.

Бір транзисторлы жад ұяшығынан айырмашылығы, SST ұяшығы жад массивін ұйымдастырудың сәл өзгеше схемасына ие.

Көп деңгейлі және бір деңгейлі флэш жады ұяшықтары

Осы уақытқа дейін қарастырылған жад ұяшықтарының барлық түрлері бір ұяшықта тек бір бит ақпаратты сақтауға қабілетті. Мұндай жад ұяшықтары бір деңгейлі (Single Level Cell, SLC) деп аталады. Дегенмен, мұндай ұяшықтар да бар, олардың әрқайсысы бірнеше биттерді сақтайды - бұл көп деңгейлі ұяшықтар немесе MLC (Multi Level Cell).

Бір транзисторлы жад ұяшығын сипаттау кезінде бұрын айтылғандай, логикалық бір немесе нөлдің болуы разрядтық желідегі кернеудің мәнімен анықталады және қалқымалы қақпада зарядтың болуы немесе болмауына байланысты. Егер басқару қақпасына шекті кернеу қолданылса, онда қалқымалы қақпада заряд болмаған жағдайда транзистор ашық болады, ол логикалық бірлікке сәйкес келеді. Егер басқару қақпасы жасаған өрісті өз өрісімен қорғайтын қалқымалы қақпада теріс заряд болса, онда транзистор логикалық нөлге сәйкес келетін жабық күйде болады. Қалқымалы қақпада теріс заряд болған жағдайда да транзисторды ашық күйге ауыстыруға болатыны анық, бірақ бұл үшін басқару қақпасына шекті мәннен асатын кернеуді қолдану қажет болады. . Сондықтан қалқымалы қақпада зарядтың жоқтығын немесе болуын басқару қақпасындағы кернеудің шекті мәні бойынша бағалауға болады. Шекті кернеу қалқымалы қақпадағы зарядтың мәніне байланысты болғандықтан, екі шекті жағдайды - зарядтың жоқтығын немесе болуын анықтауға ғана емес, сонымен қатар шекті кернеудің мәні бойынша заряд мөлшерін бағалауға болады. . Осылайша, егер өзгермелі қақпаға заряд деңгейінің әртүрлі санын орналастыру мүмкін болса, олардың әрқайсысының өзіндік шекті кернеу мәні бар, онда бір жад ұяшығында бірнеше ақпараттық бит сақталуы мүмкін. Мысалы, мұндай транзистордың көмегімен бір ұяшықта 2 битті сақтау үшін төрт шекті кернеуді ажырату керек, яғни қалқымалы қақпаға төрт түрлі заряд деңгейін орналастыра білу керек. Содан кейін төрт шекті кернеудің әрқайсысына екі бит комбинациясын тағайындауға болады: 00, 01, 10, 11.

Бір ұяшыққа 4 бит жаза алу үшін 16 шекті кернеуді ажырату қажет.

MLC ұяшықтарын Intel белсенді түрде дамытады, сондықтан MLC ұяшықтарына негізделген жад технологиясы Intel StrataFlash деп аталады.

SLC жад ұяшықтары жоғары оқу және жазу жылдамдығын қамтамасыз ететінін ескеріңіз. Сонымен қатар, олар ұзаққа созылады, бірақ оларға негізделген SSD дискілері қымбатырақ, өйткені MLC және SLC жад ұяшықтарына негізделген SSD дискілерінің сыйымдылығы бірдей болса, MLC дискідегі жад ұяшықтарының саны екі есе көп болады. төрт деңгейлі ұяшықты жады жағдайы). Сондықтан SLC жад ұяшықтарына негізделген SSD дискілері негізінен серверлерде қолданылады.

Flash массивінің архитектурасы

Біз қарастырған ең қарапайым флэш-жад ұяшығы өзгермелі транзисторға негізделген, бір бит ақпаратты сақтауға қабілетті, тұрақсыз жад массивтерін жасау үшін пайдаланылуы мүмкін. Ол үшін көптеген ұяшықтарды бір массивке сәйкесінше біріктіру керек, яғни жады архитектурасын жасау керек.

Флэш-жад архитектурасының бірнеше түрі бар, яғни жад ұяшықтарын бір массивке біріктіру жолдары, бірақ NOR және NAND архитектуралары кеңінен қолданылады. SSD дискілері NAND типті жад ұйымын пайдаланатынын ескеріңіз, бірақ бұл архитектураның мүмкіндіктерін жақсырақ түсіну үшін алдымен қарапайым NOR архитектурасын қарастырған жөн. Сонымен қатар, бұл флэш-жадта қолданылған бірінші архитектура NOR архитектурасы болды.

NOR архитектурасы (5-сурет) жад ұяшықтарын массивке біріктірудің параллельді әдісін білдіреді. Жоғарыда айтылғандай, жад ұяшығын инициализациялау үшін, яғни ұяшық мазмұнына қол жеткізу үшін басқару қақпасына шекті кернеу мәнін қолдану қажет. Сондықтан барлық басқару қақпалары Word Line деп аталатын басқару сызығына қосылуы керек. Жад ұяшығының мазмұнын талдау транзистордың ағызуындағы сигнал деңгейімен орындалады. Сондықтан транзисторлардың дренаждары Bit Line деп аталатын желіге қосылады.

Күріш. 5. НЕМЕСЕ сәулет

NOR архитектурасы өз атауына «НЕМЕСЕ-ЕМЕС» (ағылш. аббревиатурасы - NOR) логикалық операциясына байланысты. Көптеген операндтардағы логикалық NOR операциясы барлық операндтар нөл болғанда бір мәнді, ал қалған барлық жағдайларда нөлдік мәнді шығарады. AT бұл жағдайМен арнайы қалқымалы транзисторларды емес, жалпы транзисторларды қосу принципін айтамын.

Мысал ретінде бір разрядқа қосылған бірнеше транзисторларды (қалқымалы қақпасы жоқ) қарастырайық (6-сурет). Бұл жағдайда, егер кем дегенде бір транзистор ашық болса, онда разрядтық желідегі шығыс кернеуі төмен болады. Және тек барлық транзисторлар жабылған жағдайда, бит желісіндегі кернеу жоғары болады. «НЕМЕСЕ-ЕМЕС» (НОР) логикалық функциясының ақиқат кестесіне сәйкес транзисторлардың қақпаларындағы кіріс кернеулерінің және разрядтық сызықтағы шығыс кернеуінің ақиқат кестесін аламыз. Сондықтан транзисторлардың мұндай комбинациясы NOR деп аталады.

Күріш. 6. Транзисторлық қосылым ЕМЕС

NOR архитектурасы кез келген жад ұяшығына кездейсоқ жылдам қол жеткізуді қамтамасыз етеді, дегенмен ақпаратты жазу (ыстық электронды инъекция әдісін қолдану) және ақпаратты өшіру процестері өте баяу. Сонымен қатар, NOR архитектурасы бар флэш-жад микросхемаларын өндірудің технологиялық ерекшеліктеріне байланысты ұяшық өлшемі үлкен, сондықтан бұл жады жақсы масштабталмайды.

Басқа кең таралған флэш-жад архитектурасы NAND архитектурасы (7-сурет), логикалық NAND операциясына сәйкес келеді. NAND операциясы барлық операндтар нөлге тең болғанда ғана нөлдік мәнді, ал қалған барлық жағдайларда бір мәнді шығарады. NAND архитектурасы транзисторлардың тізбектей қосылуын білдіреді, онда әрбір транзистордың дренажы көрші транзистордың көзіне қосылады, ал тізбектей қосылған бірнеше транзисторлар тізбегінде олардың тек біреуі разрядтық сызыққа қосылады. Сонымен қатар, қосылым архитектурасын қарастырғанда, біз қалқымалы транзисторлар туралы арнайы айтпаймыз.

Күріш. 7. NAND архитектурасы

Тізбектей қосылған (қалқымалы қақпасыз) осындай транзисторлар тобын қарастырайық (8-сурет). Егер барлық транзисторлардың қақпаларындағы басқару кернеуі шекті мәнге тең болса, онда барлық транзисторлар ашық күйде болады және шығыс кернеуі (биттік желідегі кернеу) төмен болады, бұл логикалық нөлге сәйкес келеді. Егер кем дегенде бір транзистордағы кіріс кернеуі төмен болса (шекті мәннен төмен), яғни кем дегенде бір транзистор өшірулі күйде болса, онда разрядтық желідегі кернеу жоғары болады, бұл логикалық бірлікке сәйкес келеді. «NAND» (NAND) логикалық функциясының ақиқат кестесіне сәйкес транзисторлардың қақпаларындағы кіріс кернеулерінің ақиқат кестесін аламыз (сөздік сызықтағы кернеулер) және разрядтық сызықтағы шығыс кернеуі. Сондықтан транзисторлардың мұндай комбинациясы NAND деп аталады.

Күріш. 8. NAND схемасы бойынша транзисторларды қосу

NAND қалқымалы қақпаларды қосу схемасында кәдімгі транзисторлар (қалқымалы қақпасыз) транзисторлар тобын екі жақтан да, разрядтық сызықтан да оқшаулайтын және транзисторлардың бүкіл тобын қосатын екі ұшында тізбектей қосылған транзисторлар тобына қосылады. олар инициализацияланған кезде бит жолына.

NOR архитектурасымен салыстырғанда, бұл архитектура ерекшеліктеріне байланысты технологиялық процессөндіріс (іргелес транзисторлардың дренаждары мен көздерін және өткізгіштердің әлдеқайда аз санын біріктіру) транзисторларды ықшам орналастыруға мүмкіндік береді, демек, жақсы масштабталады. Ақпарат ыстық электронды инъекция әдісі арқылы жазылатын NOR архитектурасынан айырмашылығы, NAND архитектурасында жазу NOR архитектурасына қарағанда жылдамырақ жазуды жүзеге асыруға мүмкіндік беретін FN туннельдеу әдісі арқылы жүзеге асырылады.

Әрине, сұрақ туындайды: NAND архитектурасындағы бір жад ұяшығына қалай қол жеткізуге болады (ұяшықтың мазмұнын оқу)? Шынында да, егер мұндай тізбектей қосылған топтағы транзисторлардың кем дегенде біреуі жабық күйде болса (оны сәйкес транзистордың қалқымалы қақпасында зарядтың болуы ретінде түсіндіруге болады), онда разрядтық желідегі кернеу қалған жасушалардың күйіне қарамастан жоғары болады. Белгілі бір ұяшыққа қол жеткізу үшін транзистордың сол ұяшыққа сәйкес келетін қақпасына шекті кернеуді қолдану және разрядтық сызықтағы кернеуді өлшеу жеткіліксіз. Сондай-ақ барлық басқа транзисторлардың ашық күйде болуы қажет. Ол үшін мазмұнын оқу керек жад ұяшығына сәйкес транзистордың қақпасы кернеудің шекті мәнімен, ал қалған барлық транзисторлардың қақпалары шекті мәннен асатын кернеумен қамтамасыз етіледі және оны құру үшін жеткілікті. өткізгіштік арна, тіпті қалқымалы қақпада заряд болса да, бірақ зарядтардың кванттық туннельдік әсер ету үшін жеткіліксіз. Бұл жағдайда осы транзисторлардың барлығы ашық күйге өтеді және разрядтық желідегі кернеу қол жеткізілетін жад ұяшығына сәйкес транзистордың қалқымалы қақпасында зарядтың болуы немесе болмауы арқылы анықталады.

NAND флэш-жадының логикалық құрылымы

Жоғарыда атап өткеніміздей, SSD дискілері NAND сияқты ұйымдастырылған флэш-жадты пайдаланады, сондықтан болашақта біз тек NAND флэш-жадына назар аударамыз.

Флэш-жад бір ұяшықты оқуға, жазуға және өшіруге мүмкіндік беретініне қарамастан, көбірек тиімді пайдалануқарапайым жады ұяшықтары, олар төрт деңгейлі құрылымы бар массивтерге біріктірілді. Ең төменгі деңгейде элементар жады ұяшығы болады, ал 4 КБ деректері бар массивке біріктірілген элементар ұяшықтар жады беті деп аталады. Мұндай 128 бет 512 Кбайт жад блогын құрайды (кейде 64 бет жад блогына кіреді), ал 1024 блок 512 Мбайт массивін құрайды. Осылайша, ұяшықтарды массивтерге біріктірудің логикалық құрылымы өте қарапайым. Бет қатты дискідегі кластерге (секторға) ұқсайды және флэш жады өңдей алатын ең аз деректер өлшемін білдіреді. Дегенмен, кластер арасында қатты дискжәне флэш-жад бетінде оқу, жазу және жою операцияларын орындау кезінде түбегейлі айырмашылық бар. Сонымен, егер кластерді қатты дискіде оқуға, жазуға және жоюға болатын болса, онда флэш-жадта оқу және жазу операциялары 4 Кбайт беттерде мүмкін, ал деректерді өшіру тек 512 Кбайт блоктарда мүмкін болады. Сонымен қатар, ақпарат бетке жазылғаннан кейін оны тазартылғанға дейін (жойылғанша) қайта жазу мүмкін емес.

SSD дискілеріндегі деректерді жазу операцияларының ерекшеліктері

Сонымен, біз жоғарыда атап өткеніміздей, NAND флэш-жадында деректерді жазу және оқу 4 КБ беттерде мүмкін, ал деректерді өшіру тек 512 КБ блоктарда мүмкін болады. Жалпы алғанда, ақпаратты SSD дискілеріне жазу процесі HDD дискілерімен бірдей процестен айтарлықтай ерекшеленеді. Бұл, мысалы, SSD дискілерінің өнімділігі уақыт бойынша өзгеретініне және флэш-жадқа дәйекті және таңдамалы қол жеткізу жылдамдығының бір-бірінен ерекшеленуіне байланысты. Бұл құбылыстарды түсіндіру үшін HDD және SSD дискілеріне жазу процестерін толығырақ қарастырайық.

Қатты жағдайда HDD дискілеріқатты дискіні басқару жүйесімен жұмыс істейтін ақпараттың ең кіші бірлігі сектор немесе блок деп аталады. HDD-де сектор өлшемі 4 КБ (жаңа үлгілерде) немесе 512 байт. Дискідегі секторларды (блоктарды) адрестеу үшін қатты дискіде адрестелген әрбір блоктың өзінің сериялық нөмірі бар - нөлден басталатын бүтін сан (яғни бірінші блок LBA =) болатын LBA (логикалық блокты адрестеу) әдісі қолданылады. 0, екінші LBA = 1 және т.б.). Дискідегі LBA блоктарының саны цилиндрлердің, жолдардың, секторлардың және оқу/жазу бастарының санымен анықталады. Осылайша, LBA блок нөмірі мына формула арқылы есептеледі:

LBA = [(Цилиндр x Бастар_жоқ + Бастар) x Секторлар/трек] + )