Tas viss ir labi un labi, taču ir problēmas. Un problēmas saderībā ar aprīkojumu. Tātad ir zināms, ka Sata-2 ir saderīgs ar Sata-3. Tā ir taisnība un godīgi, un tā nebūt nav problēma, jo tā ir jūsu plates savietojamība ar konkrētu diskdzinī izmantoto kontrolleri, vai arī jūsu aprīkojums vispār nevar pareizi darboties ar SSD. Apskatīsim konkrētu gadījumu un izdarīsim attiecīgus secinājumus.

Es gribēju jaunināt Asus K50IE klēpjdatoru un nolēmu iegādāties SSD. Izvēle krita uz Kingston SSDNOW 300v. Diezgan laba cenas un kvalitātes attiecība, viņi to man pat ieteica. Atnāku mājās, ievietoju cietā diska vietā un sāku vērot smieklīgas lietas. Windows 8 redz disku, bet tas tiek instalēts katru otro reizi, un pēc instalēšanas tas nekādā veidā nevar sāknēt. 8.1 un septiņi vispār neredz disku. Pēc dejošanas ar tamburīnu 7ku bija spiests redzēt, bet bez rezultātiem instalācija nokarājās. Citā klēpjdatorā viss bija kārtībā, un es sāku saprast, ka problēma nemaz nav diskā, problēma bija Sata - nvidia nforce kontrollerī. Es sāku lasīt informāciju un lēnām sāku skaidri redzēt, taču joprojām bija kāda cerības zibspuldze. Pēc dejošanas es noliku tamburīnu un nolēmu sazināties tieši ar šī brīnuma ražotāju. Bija vēls un neviens, protams, neatbildēja. Atkal dejoju, atiestatīju biosu, mēģināju atjaunināt diska programmatūru, bet bez rezultātiem. Gan jau pāris reizes 8ka sākās, gan tad apstājās. Es nometu visu un nolēmu pagaidīt līdz nākamajai dienai. No rīta es uzreiz piezvanīju Kingsonam. Ātri tiku cauri un man teica, ka tiešām ir problēmas ar manu Sata kontrolieri, jo disks ir uz Sandforce kontrollera bāzes. Man ieteica mainīt uz citu disku, kas darbojas ar Phison mikroshēmu, un teica, ka tam jādarbojas. Iedvesmota es sāku rīkoties.

Uzreiz piezvanīju uz manazinu, paskaidroju situāciju, aizgāju, nomainīju pret Kingston Hyperx mežonīgu disku. Samaksāts, atvests. Šī ierīce noteikti izskatās stabilāka, turklāt komplektā viņi dod bezmaksas atslēgu Acronis True Image, lai varētu klonēt operētājsistēmu uz SSD. Ieliku klēpjdatorā, situācija mainās. 8ka it kā gāja likt, bet pēc tam piečakarēja, 7ka un 8.1 vēl negribēja redzēt. Ir sākušās jaunas dejas. Tad nolēmu klonēt operētājsistēmu, klonēju, bet ielādējot karājās. Gāja laiks, un apziņa nāca arvien vairāk. Pietiekami cietis, zvanīju klēpjdatora ražotājam, kur man teica, ka klēpjdators oficiāli neatbalsta SSD un visticamāk būs problēmas. Uzreiz rakstīju veikalam par atgriešanu. Viņi atbildēja pozitīvi, aizgāja vakarā un pagāja.

Kopumā problēma radās no kurienes viņi nebija gaidījuši. Nekur iepriekš neesmu sastapies ar šādu nelaimi, es to neesmu redzējis, bet šeit es saņēmu jautrības paku no personīgās pieredzes. Žēl, ka Asus par to neraksta, SSD ražotāji neraksta, pārdevēji nesaka, un daudzi no viņiem nezina. Un man tas bija jānoskaidro pēc tam, kad kļuva skaidrs, ka esmu iekļuvusi nepatikšanās, par laimi viss izdevās!

Kādus secinājumus no tā var izdarīt? Jā, ļoti vienkārši. Pirms SSD iegādes noskaidro, kāds tev ir Sata kontrolieris, sazinies ar diska, mātesplates, portatīvā datora ražotāju, visu noskaidro, varbūt brīdinās par lieku pirkumu un ietaupīs laiku un naudu, jo ar garantiju ne visur viss ir tik gludi, cik es vēlētos. Personīgi man paveicās, un es būtībā veicu bezmaksas izmēģinājumu. Ceru, ka šajā jautājumā nesekosiet manās pēdās, bet vispirms uzzināsiet visu par disku, kuru grasāties iegādāties, un tā saderību, un tikai tad izlemsiet to iegādāties. Es novēlu jums panākumus. Esiet modrs un uzmanīgs. Uz tikšanos.

SSD tirgus pakāpeniski kļūst daudzveidīgāks. SSD disku ietilpība aug, un tajā pašā laikā krītas cena par gigabaitu atmiņas. Tomēr vēl ir pāragri teikt, ka SSD diskdziņi ir kļuvuši populāri. Galvenais iemesls tam ir to zemā ietilpība (salīdzinājumā ar tradicionālajiem HDD) un ļoti augstā (atkal, salīdzinot ar tradicionālajiem HDD) maksa par vienu gigabaitu atmiņas. Tāpēc SSD diskdziņa klātbūtne mājas galddatorā drīzāk ir noteikuma izņēmums. Turklāt pat netbooks un klēpjdatoros SSD diskdziņi joprojām ir ārkārtīgi reti. Tajā pašā laikā jau tagad ir skaidrs, ka datu uzglabāšanas sistēmu nākotne ir saistīta ar SSD diskdziņiem, kas vēl vairāk izspiedīs HDD diskus no tirgus. Kad tas notiks? Jā, patiesībā, tiklīdz tie pēc jaudas un izmaksām kļūst salīdzināmi ar HDD. Tad pēdējais vienkārši pazudīs kā klase, jo SSD ir vairāki nenoliedzamas priekšrocības HDD priekšā.
Šajā rakstā mēs apskatīsim dažas mūsdienu SSD disku darbības iezīmes, kas dažkārt rada daudz jautājumu un neizpratni, mēs runāsim par to arhitektūras iezīmēm, kā arī iespējamām iespējām izmantot šos diskus klēpjdatoros, personālajos datoros. un serveri.

Pārejas uz SSD diskdziņiem atbilstība

Mūsdienu centrālo procesoru, kas nosaka datora skaitļošanas iespējas, veiktspēja ievērojami pārsniedz tradicionālo cieto disku (HDD) veiktspēju. Rezultātā tieši datu uzglabāšanas apakšsistēmas daudzos gadījumos kļūst par vājo vietu, kas kavē datora veiktspējas izaugsmi kopumā. Dārgu risinājumu izmantošana, kuru pamatā ir RAID masīvi, tikai daļēji atrisina procesoru un uz HDD balstītu uzglabāšanas apakšsistēmu veiktspējas nelīdzsvarotības problēmu. Un nākotnē procesoru un HDD veiktspējas nelīdzsvarotība tikai palielināsies, un mēs neizbēgami nonāksim pie secinājuma, ka datora veiktspēju daudzās lietojumprogrammās vairs nenoteiks procesora veiktspēja, bet gan atpūtīsies. vājākajā posmā - datu uzglabāšanas apakšsistēmā. Tātad kopš 1996. gada procesoru vidējā veiktspēja ir palielinājusies 175 reizes, savukārt HDD veiktspēja (tas nozīmē selektīvu 20 KB lielu bloku nolasīšanu) ir tikai 1,3 reizes.

Mūsdienās vienīgais veids, kā atrisināt šo problēmu, ir pāriet no HDD uz SSD (Solid State Drives), kuru pamatā ir zibatmiņa. Šie diskdziņi spēj nodrošināt tādu veiktspējas līmeni, kas pilnībā atbilst mūsdienu daudzkodolu procesoru veiktspējai.

tomēr augsta veiktspēja- šī nav vienīgā SSD disku priekšrocība. Tie ir arī pilnīgi klusi, jo tiem nav kustīgu daļu un, īpaši klēpjdatoriem, tie patērē daudz mazāk enerģijas nekā HDD. Tādējādi parastā 2,5 collu HDD enerģijas patēriņš aktīvajā režīmā ir aptuveni 2,5-3 W un aptuveni 0,85-1 W dīkstāves režīmā (Idle). Ja HDD nav aktīvs, tad pēc kāda laika (atkarībā no iestatījumiem) tas pāriet mazjaudas režīmā (Standby vai Sleep) un, izejot no šī režīma, pagriežas apmēram 1-2 sekundes. Tipisks SSD (bez servera) enerģijas patēriņš aktīvajā režīmā ir aptuveni 0,15 W, bet dīkstāves režīmā - 0,06 W. Turklāt, ja tas ir pareizi konfigurēts, pāreja no aktīvā režīma uz mazjaudas režīmu notiek automātiski, ja disks ir neaktīvs 25 ms. Un šie diski ieslēdzas gandrīz acumirklī, jo tiem vienkārši nav ko griezt. Ņemiet vērā: lai SSD automātiski pārslēgtos mazjaudas režīmā, reģistrā ir jāiespējo ierīces iniciētās enerģijas pārvaldības (DIPM) līdzeklis, jo resursdatora iniciētās enerģijas pārvaldības (HIPM) līdzeklis ir iestatīts pēc noklusējuma, kad pats disks. nekontrolē pāreju uz mazjaudas režīmu un operētājsistēmu.

SSD diskdziņi nav zemāki par tradicionālajiem HDD diskdziņiem tādu īpašību ziņā kā vidējais laiks starp kļūmēm (MTFB). Tātad, ja HDD vidējais laiks starp kļūmēm ir aptuveni 300 tūkstoši stundu, tad SSD diskdziņiem tas ir vairāk nekā miljons stundu.

Šķiet, ja SSD priekšrocības ir tik acīmredzamas, kāpēc tie vēl nav tikuši plaši izmantoti? Diemžēl SSD diskdziņiem ir arī nopietni trūkumi. Pirmkārt, mūsdienu SSD jaudas ziņā nav salīdzināmi ar HDD. Tātad, ja HDD (3,5 collu) ietilpība sasniedz 3 TB, tad SSD (2,5 collu) maksimālā ietilpība ir tikai 512 GB. Tiesa, ja salīdzinām 2,5 collu SSD un HDD diskus, tad to ietilpība ir visai salīdzināma.

Otrs SSD disku trūkums ir to izmaksas, kas ir vairākas reizes augstākas nekā HDD.

Tomēr attiecībā uz SSD ietilpību ne viss ir tik slikti, kā varētu šķist. SSD atmiņas ietilpība pieaug daudz straujāk nekā HDD atmiņas ietilpība, un nav tālu diena, kad SSD krātuve pārsniegs HDD atmiņas ietilpību. Šeit ir daži interesanti statistikas dati, lai to pierādītu. 2006. gadā Intel, viens no vadošajiem spēlētājiem SSD tirgū, ražoja NAND zibatmiņas mikroshēmas SSD diskiem, izmantojot 90 nm procesa tehnoloģiju, savukārt to jauda bija 1 vai 2 Gbps. 2009. gadā Intel izlaida zibatmiņas mikroshēmas jau ar 34 nm procesa tehnoloģiju, un mikroshēmu jauda sāka būt 32 Gbps. 2010. gadā uzņēmums apguva 25 nm ražošanas procesu 64 Gb zibatmiņas mikroshēmām. Kā redzat, SSD disku zibatmiņas mikroshēmu jaudas pieauguma temps ir iespaidīgs: patiesībā tas katru gadu dubultojas. Tātad drīz SSD būs vairāk nekā HDD.

Jāpiebilst arī, ka, lai gan līdz plašā SSD izmantošana vēl ir tālu, nav taisnība teikt, ka SSD diskus vispār nepērk. Statistika ir šāda: 2008. gadā pasaulē tika pārdoti tikai 700 tūkstoši SSD, 2009. gadā pārdošanas apjoms jau bija 2 miljoni vienību, un šogad, pēc prognozēm, tas sasniegs 5,9 miljonus vienību. Tiek pieņemts, ka līdz 2013. gadam SSD disku tirgus būs 61,8 miljoni vienību.

Tātad SSD disku pārdošanas prognozes ir ļoti optimistiskas, taču tās neatbild uz galveno jautājumu: ko darīt lietotājiem šodien, kad SSD disku ietilpība joprojām nav pietiekami liela, un to izmaksas joprojām ir ļoti augstas? Ja mēs runājam par mājas lietotājiem, tad, protams, nav jēgas izmest HDD, lai instalētu SSD. Tomēr jūs joprojām varat uzlabot sava datora veiktspēju, izmantojot SSD diskus. Optimālais risinājums ir, ja galddators izmanto viena SSD un viena vai vairāku HDD kombināciju. SSD var instalēt operētājsistēmu un visas programmas (tam pietiks ar 80 GB disku), datu glabāšanai izmantot HDD.

Flash šūnu ierīce

Kā jau teicām, SSD galvenā priekšrocība ir to augstāka veiktspēja salīdzinājumā ar HDD, taču netika doti specifiski raksturlielumi, piemēram, secīgi un selektīvi lasīšanas un rakstīšanas ātrumi. Tomēr, pirms turpināt apsvērt SSD disku ātruma raksturlielumus, kā arī SSD disku veidus, jums ir jāiepazīstas ar to arhitektūras iezīmēm un informācijas lasīšanas un rakstīšanas procesu šajos diskos. Sāksim ar Īss apraksts zibatmiņas šūnu struktūras.

Vienkāršākajā līmenī zibatmiņas šūna ir n-kanāla MOSFET-tranzistors ar tā sauktajiem peldošajiem vārtiem. Atgādiniet, ka parasti n-kanāla MOSFET tranzistors (struktūra n-lpp-n) var būt divos stāvokļos: atvērts un bloķēts (slēgts). Kontrolējot spriegumu starp noteci un vārtiem, var izveidot elektronu vadīšanas kanālu ( n-kanāls) starp avotu un noteci (1. att.). Spriegumu, pie kura rodas vadīšanas kanāls, sauc par sliekšņa spriegumu. Vadīšanas kanāla klātbūtne atbilst tranzistora atvērtajam stāvoklim, bet neesamība (kad tranzistors nespēj vadīt strāvu no avota uz kanalizāciju) - bloķēta.

Rīsi. 1. MOSFET ierīce (atvērta un slēgta stāvoklī)

Atvērtā stāvoklī spriegums starp noteci un avotu ir tuvu nullei, un slēgtā stāvoklī tas var sasniegt augstu vērtību. Protams, pats tranzistors nav spējīgs uzglabāt informāciju. Faktiski peldošais aizvars ir paredzēts informācijas glabāšanai (2. att.). Tas ir izgatavots no polikristāliskā silīcija un ir pilnībā ieskauts ar dielektrisku slāni, kas nodrošina pilnīgu elektriskā kontakta neesamību ar tranzistora elementiem. Peldošie vārti atrodas starp vadības vārtiem un pamatni, kas izgatavota no lpp-n-pārejas. Šāds aizvars spēj glabāt uz tā novietoto lādiņu (negatīvu) neierobežotu laiku (līdz 10 gadiem). Pārmērīga negatīvā lādiņa (elektronu) esamība vai neesamība uz peldošajiem vārtiem var tikt interpretēta kā loģisks viens un nulle.

Rīsi. 2. Peldošo vārtu tranzistora ierīce un atmiņas šūnas satura nolasīšana

Pirmkārt, apsveriet situāciju, kad uz peldošajiem vārtiem nav elektronu. Šajā gadījumā tranzistors darbojas kā jau apspriestais parastais tranzistors. Kad vadības vārtiem tiek pielikts pozitīvs spriegums (atmiņas šūnas inicializācija), kas ir vienāds ar sliekšņa vērtību, vārtu reģionā tiek izveidots vadīšanas kanāls - un tranzistors nonāk atvērtā stāvoklī. Ja uz peldošajiem vārtiem tiek uzlikts lieks negatīvs lādiņš (elektroni), tad pat tad, kad vadības vārtiem tiek pielikts sliekšņa spriegums, tas kompensē vadības vārtu radīto elektrisko lauku un neļauj veidoties vadīšanas kanālam, tas ir, tranzistors būs slēgtā stāvoklī.

Tādējādi peldošo vārtu lādiņa esamība vai neesamība unikāli nosaka tranzistora stāvokli (atvērts vai aizvērts), kad vadības vārtiem tiek pielikts tāds pats sliekšņa spriegums. Ja sprieguma padeve vadības vārtiem tiek interpretēta kā atmiņas šūnas inicializācija, tad spriegumu starp avotu un aizplūšanu var izmantot, lai spriestu par peldošo vārtu lādiņa esamību vai neesamību.

Tas ir, ja uz vārtiem nav vadības sprieguma, neatkarīgi no peldošo vārtu lādiņa esamības vai neesamības, tranzistors vienmēr būs aizvērts, un, kad vārtiem tiek pielikts sliekšņa spriegums, tiek parādīts sliekšņa stāvoklis. tranzistors tiks noteikts pēc lādiņa klātbūtnes uz peldošajiem vārtiem: ja ir lādiņš, tad tranzistors tiks aizvērts un izejas spriegums būs augsts; ja nav uzlādes, tad tranzistors būs atvērts un izejas spriegums būs zems.

Tranzistora slēgto stāvokli (vadīšanas kanāla neesamību) parasti interpretē kā loģisku nulli, un atvērto stāvokli (vadīšanas kanāla esamību) uzskata par loģisku vienību. Tādējādi, inicializējot atmiņas šūnu (pieliekot vārtiem sliekšņa spriegumu), lādiņa esamība uz peldošajiem vārtiem tiek interpretēta kā loģiska nulle, un tās neesamība tiek uzskatīta par loģisku (sk. tabulu).

Izrādās sava veida elementāra atmiņas šūna, kurā var saglabāt vienu informācijas bitu. Šajā gadījumā ir svarīgi, lai peldošo vārtu lādiņš (ja tāds pastāv) varētu tikt uzturēts patvaļīgi ilgu laiku gan atmiņas šūnas inicializācijas laikā, gan arī tad, ja vadības vārtos nav sprieguma. Šajā gadījumā atmiņas šūna būs nepastāvīga. Atliek tikai izdomāt, kā uzlikt lādiņu peldošajiem vārtiem (uzrakstīt atmiņas šūnas saturu) un noņemt to no turienes (izdzēst atmiņas šūnas saturu).

Uzlāde tiek novietota uz peldošajiem vārtiem vai nu ar karsto elektronu injekcijas metodi (CHE-Channel Hot Electrons), vai ar Faulera-Nordheimas tunelēšanas metodi (3. att.). Nu, lādiņš tiek noņemts tikai ar Faulera tunelēšanas metodi.

Rīsi. 3. Informācijas bita ierakstīšanas un dzēšanas process peldošo vārtu tranzistorā

Izmantojot karsto elektronu iesmidzināšanas metodi, drenāžas un vadības vārtiem tiek pielikts augsts spriegums (vadības vārtiem tiek pielikts spriegums, kas ir lielāks par sliekšņa vērtību), lai elektroniem kanālā būtu pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu potenciāla barjeru, ko rada plāns dielektrisks slānis un tunelis peldošo vārtu apgabalā (nolasot, vadības vārtiem tiek pielikts mazāks spriegums, un tunelēšanas efekts netiek novērots).

Lai noņemtu lādiņu no peldošajiem vārtiem (atmiņas šūnas dzēšanas process), vadības vārtiem tiek pielikts augsts negatīvs spriegums, un avota apgabalam tiek pielikts pozitīvs spriegums. Tas liek elektroniem pāriet no peldošo vārtu apgabala uz avota reģionu (Fowler-Nordheim (FN) kvantu tunelēšana).

Peldošo vārtu tranzistors, ko mēs esam apsvēruši, var darboties kā zibatmiņas vienības šūna. Tomēr viena tranzistora šūnām ir vairāki būtiski trūkumi, no kuriem galvenais ir slikta mērogojamība. Fakts ir tāds, ka, organizējot atmiņas masīvu, katra atmiņas šūna (tranzistors) ir savienota ar divām perpendikulārām kopnēm: vadības vārti - ar kopni, ko sauc par vārdu līniju, un drenāžas - ar kopni, ko sauc par bitu līniju (nākotnē šī organizācija tiks izskatīta, izmantojot NOR -arhitektūras piemēru). Tā kā karsto elektronu iesmidzināšanas ierakstīšanas laikā ķēdē ir augsts spriegums, visām līnijām - vārdiem, bitiem un avotiem - jāatrodas pietiekami lielā attālumā vienai no otras, lai nodrošinātu nepieciešamo izolācijas līmeni, kas dabiski ietekmē zibatmiņa.

Vēl viens viena tranzistora atmiņas elementa trūkums ir pārmērīga lādiņa noņemšana no peldošajiem vārtiem, ko nevar kompensēt rakstīšanas process. Tā rezultātā uz peldošajiem vārtiem veidojas pozitīvs lādiņš, un tranzistors vienmēr paliek ieslēgts.

Plaši tiek izmantotas arī cita veida atmiņas šūnas, piemēram, SST šūna (4. attēls), ko izstrādājusi Silicon Storage Technology, Inc. SST šūnas tranzistorā ir mainītas peldošo un vadības vārtu formas. Vadības vārti ir saskaņoti ar to malu ar notekas malu, un to izliektā forma ļauj novietot peldošos vārtus daļēji zem tiem un vienlaikus virs avota apgabala. Šāds peldošo vārtu izvietojums ļauj, no vienas puses, vienkāršot lādiņa uzlikšanas procesu, izmantojot karsto elektronu injekcijas metodi, un, no otras puses, lādiņa noņemšanas procesu, ko izraisa Faulera-Nordheimas tunelēšanas efekts.

Rīsi. 4. SST atmiņas šūnas struktūra

Kad lādiņš tiek noņemts, elektronu tunelēšana notiek nevis uz avota apgabalu, kā aplūkojamajā viena tranzistora šūnā, bet gan uz vadības vārtu reģionu. Lai to izdarītu, vadības vārtiem tiek pielikts augsts pozitīvais spriegums. Vadības vārtu radītā elektriskā lauka ietekmē no peldošajiem vārtiem tiek tunelēti elektroni, ko veicina to malu virzienā izliektā forma.

Kad peldošajiem vārtiem tiek uzlikts lādiņš, noteka tiek iezemēta, un avota un vadības vārtiem tiek pielikts pozitīvs spriegums. Šajā gadījumā vadības vārti veido vadīšanas kanālu, un spriegums starp noteci un avotu "paātrina" elektronus, dodot tiem pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu potenciālo barjeru, tas ir, lai tunelētu uz peldošajiem vārtiem.

Atšķirībā no viena tranzistora atmiņas šūnas, SST šūnai ir nedaudz atšķirīga shēma atmiņas masīva organizēšanai.

Daudzlīmeņu un viena līmeņa zibatmiņas šūnas

Visi līdz šim apspriestie atmiņas šūnu veidi spēj saglabāt tikai vienu informācijas bitu katrā šūnā. Šādas atmiņas šūnas sauc par viena līmeņa (Single Level Cell, SLC). Tomēr ir arī šādas šūnas, no kurām katra glabā vairākus bitus - tās ir daudzlīmeņu šūnas jeb MLC (Multi Level Cell).

Kā jau minēts, aprakstot viena tranzistora atmiņas elementu, loģiskā viena vai nulles klātbūtni nosaka bitu līnijas sprieguma vērtība un tas ir atkarīgs no peldošo vārtu lādiņa esamības vai neesamības. Ja vadības vārtiem tiek pielikts sliekšņa spriegums, tad, ja uz peldošajiem vārtiem nav lādiņa, tranzistors ir atvērts, kas atbilst loģiskai vienībai. Ja uz peldošajiem vārtiem ir negatīvs lādiņš, kas ar savu lauku pasargā vadības vārtu radīto lauku, tad tranzistors atrodas slēgtā stāvoklī, kas atbilst loģiskai nullei. Ir skaidrs, ka pat tad, ja uz peldošajiem vārtiem ir negatīvs lādiņš, tranzistoru var pārslēgt atvērtā stāvoklī, taču, lai to izdarītu, vadības vārtiem būs jāpieliek spriegums, kas pārsniedz sliekšņa vērtību. . Tāpēc lādiņa neesamību vai esamību uz peldošajiem vārtiem var spriest pēc sprieguma sliekšņa vērtības uz vadības vārtiem. Tā kā sliekšņa spriegums ir atkarīgs no peldošo vārtu lādiņa vērtības, ir iespējams ne tikai noteikt divus ierobežojošus gadījumus - lādiņa neesamību vai esamību, bet arī spriest par lādiņa lielumu pēc sliekšņa sprieguma vērtības. . Tādējādi, ja uz peldošajiem vārtiem ir iespējams novietot dažādu lādiņu līmeņu skaitu, no kuriem katram ir sava sliekšņa sprieguma vērtība, tad vienā atmiņas šūnā var saglabāt vairākus informācijas bitus. Piemēram, lai, izmantojot šādu tranzistoru, vienā šūnā saglabātu 2 bitus, ir jānošķir četri sliekšņa spriegumi, tas ir, lai uz peldošajiem vārtiem varētu novietot četrus dažādus uzlādes līmeņus. Tad katram no četriem sliekšņa spriegumiem var piešķirt divu bitu kombināciju: 00, 01, 10, 11.

Lai vienā šūnā varētu ierakstīt 4 bitus, nepieciešams atšķirt jau 16 sliekšņa spriegumus.

MLC šūnas aktīvi attīsta Intel, tāpēc atmiņas tehnoloģiju, kas balstīta uz MLC šūnām, sauc par Intel StrataFlash.

Ņemiet vērā, ka SLC atmiņas šūnas nodrošina lielāku lasīšanas un rakstīšanas ātrumu. Turklāt tie ir izturīgāki, bet uz tiem bāzētie SSD ir dārgāki, jo ar vienādu ietilpību SSD, kuru pamatā ir MLC un SLC atmiņas šūnas, pašu atmiņas šūnu skaits MLC diskā būs uz pusi mazāks ( četru līmeņu šūnu atmiņas gadījumā). Tāpēc SSD diskus, kuru pamatā ir SLC atmiņas šūnas, galvenokārt izmanto serveros.

Flash masīva arhitektūra

Vienkāršāko zibatmiņas elementu, ko mēs esam apsvēruši, pamatojoties uz peldošo vārtu tranzistoru, kas spēj saglabāt vienu informācijas bitu, var izmantot, lai izveidotu nepastāvīgus atmiņas masīvus. Lai to izdarītu, jums tikai atbilstošā veidā jāapvieno daudzas šūnas vienā masīvā, tas ir, jāizveido atmiņas arhitektūra.

Ir vairāki zibatmiņas arhitektūras veidi, tas ir, veidi, kā apvienot atmiņas šūnas vienā masīvā, bet visplašāk tiek izmantotas NOR un NAND arhitektūras. Ņemiet vērā, ka SSD izmanto NAND tipa atmiņas organizēšanu, taču, lai labāk izprastu šīs arhitektūras funkcijas, vispirms ir loģiski apsvērt vienkāršāku NOR arhitektūru. Turklāt NOR arhitektūra bija pirmā arhitektūra, ko izmantoja zibatmiņā.

NOR arhitektūra (5. att.) ietver paralēlu veidu, kā apvienot atmiņas šūnas masīvā. Kā jau minēts, lai inicializētu atmiņas šūnu, tas ir, lai piekļūtu šūnas saturam, vadības vārtiem ir jāpiemēro sliekšņa sprieguma vērtība. Tāpēc visiem vadības vārtiem jābūt savienotiem ar vadības līniju, ko sauc par Word Line. Atmiņas šūnas satura analīzi veic pēc signāla līmeņa tranzistora aizplūšanā. Tāpēc tranzistoru notekas ir savienotas ar līniju, ko sauc par bitu līniju.

Rīsi. 5. NOR arhitektūra

NOR arhitektūra ir parādā savu nosaukumu loģiskajai darbībai "OR-NOT" (angļu saīsinājums - NOR). Loģiskā NOR darbība vairākiem operandiem rada vērtību vienu, ja visi operandi ir nulle, un nulles vērtību visos citos gadījumos. IN Šis gadījums Es domāju tranzistoru savienošanas principu kopumā, nevis īpaši peldošos vārtu tranzistorus.

Apsveriet, piemēram, vairākus tranzistorus (bez peldošām vārtiem), kas savienoti ar vienu un to pašu bitu līniju (6. att.). Šajā gadījumā, ja ir atvērts vismaz viens tranzistors, bitu līnijas izejas spriegums būs zems. Un tikai tad, ja visi tranzistori ir aizvērti, spriegums bitu līnijā būs augsts. Iegūstam patiesības tabulu par ieejas spriegumiem pie tranzistoru vārtiem un izejas spriegumu uz bitu līnijas, kas atbilst loģiskās funkcijas "OR-NOT" (NOR) patiesības tabulai. Tāpēc šādu tranzistoru kombināciju sauc par NOR.

Rīsi. 6. NOR tranzistora savienojums

NOR arhitektūra nodrošina nejaušu ātru piekļuvi jebkurai atmiņas šūnai, tomēr rakstīšanas (izmantojot karsto elektronu injekcijas metodi) un informācijas dzēšanas procesi ir diezgan lēni. Turklāt zibatmiņas mikroshēmu ar NOR arhitektūru ražošanas tehnoloģisko īpatnību dēļ šūnu izmērs ir liels, tāpēc šī atmiņa nav labi mērogojama.

Vēl viena izplatīta zibatmiņas arhitektūra ir NAND arhitektūra (7. attēls), kas atbilst loģiskajai NAND darbībai. NAND operācija rada nulles vērtību tikai tad, ja visi operandi ir nulle, un vērtību viens visos pārējos gadījumos. NAND arhitektūra paredz tranzistoru seriālo savienojumu, kurā katra tranzistora aizplūšana ir savienota ar blakus esošā tranzistora avotu, un vairāku sērijveidā savienotu tranzistoru sērijā tikai viens no tiem ir savienots ar bitu līniju. Turklāt, apsverot savienojuma arhitektūru, mēs nerunājam tieši par peldošo vārtu tranzistoriem.

Rīsi. 7. NAND arhitektūra

Apsveriet šādu tranzistoru grupu, kas savienota virknē (bez peldošiem vārtiem) (8. att.). Ja vadības spriegums pie visu tranzistoru vārtiem ir vienāds ar sliekšņa vērtību, tad visi tranzistori ir atvērtā stāvoklī un izejas spriegums (spriegums uz bitu līnijas) būs zems, kas atbilst loģiskajai nullei. Ja vismaz viena tranzistora ieejas spriegums ir zems (zem sliekšņa vērtības), tas ir, ja vismaz viens tranzistors ir izslēgtā stāvoklī, tad bitu līnijas spriegums būs augsts, kas atbilst loģiskai vienībai. Iegūstam patiesības tabulu par ieejas spriegumiem pie tranzistoru vārtiem (spriegumi uz vārda līnijas) un izejas spriegumu uz bitu līnijas, kas atbilst loģiskās funkcijas "NAND" (NAND) patiesības tabulai. Tāpēc šādu tranzistoru kombināciju sauc par NAND.

Rīsi. 8. Tranzistoru pieslēgšana pēc NAND shēmas

Peldošo vārtu NAND savienojuma shēmā parastie tranzistori (bez peldošiem vārtiem) ir savienoti ar abos galos virknē savienotu tranzistoru grupu, kas izolē tranzistoru grupu gan no zemes, gan no bitu līnijas un savieno visu tranzistoru grupu ar bitu līnija, kad tie tiek inicializēti.

Salīdzinot ar NOR arhitektūru, šī arhitektūra īpatnību dēļ tehnoloģiskais process ražošana (apvienojot blakus esošo tranzistoru notekas un avotus un daudz mazāku vadītāju skaitu), ļauj kompaktāk izkārtot tranzistorus un tādējādi labi mērogoties. Atšķirībā no NOR arhitektūras, kur informācija tiek ierakstīta, izmantojot karsto elektronu injekcijas metodi, NAND arhitektūrā ierakstīšana tiek veikta, izmantojot FN tunelēšanas metodi, kas ļauj realizēt ātrāku ierakstīšanu nekā NOR arhitektūrai.

Protams, rodas jautājums: kā var piekļūt vienai atmiņas šūnai NAND arhitektūrā (lasīt šūnas saturu)? Patiešām, ja vismaz viens no tranzistoriem šādā sērijveidā savienotā grupā ir slēgtā stāvoklī (ko var interpretēt kā lādiņa klātbūtni uz attiecīgā tranzistora peldošajiem vārtiem), tad spriegums uz bitu līnijas būt augsts neatkarīgi no atlikušo šūnu stāvokļa. Lai piekļūtu konkrētai šūnai, nepietiek vienkārši pielikt sliekšņa spriegumu tranzistora vārtiem, kas atbilst šai šūnai, un izmērīt spriegumu bitu līnijā. Ir arī nepieciešams, lai visi pārējie tranzistori būtu atvērtā stāvoklī. Lai to izdarītu, tranzistora vārtiem, kas atbilst atmiņas šūnai, kuras saturs ir jānolasa, tiek nodrošināta sliekšņa sprieguma vērtība, un visu pārējo tranzistoru vārtiem tiek piegādāts spriegums, kas pārsniedz sliekšņa vērtību un ir pietiekams, lai izveidotu slieksni. vadīšanas kanāls pat tad, ja uz peldošajiem vārtiem ir lādiņš, bet nepietiekams lādiņu kvantu tunelēšanas efektam. Šajā gadījumā visi šie tranzistori nonāk atvērtā stāvoklī, un spriegumu bitu līnijā nosaka lādiņa esamība vai neesamība uz tranzistora peldošajiem vārtiem, kas atbilst atmiņas šūnai, kurai tiek piekļūts.

NAND zibatmiņas loģiskā struktūra

Kā jau esam atzīmējuši, SSD izmanto zibatmiņu, kas sakārtota kā NAND, tāpēc turpmāk mēs koncentrēsimies tikai uz NAND zibatmiņu.

Neskatoties uz to, ka zibatmiņa ļauj lasīt, rakstīt un dzēst vienu šūnu, lai iegūtu vairāk efektīva lietošana elementāras atmiņas šūnas, tās tika apvienotas masīvos ar četru līmeņu struktūru. Zemākajā līmenī ir elementārā atmiņas šūna, un elementārās šūnas, kas apvienotas masīvā, kurā ir 4 KB datu, tiek sauktas par atmiņas lapu. 128 šādas lapas veido 512 KB atmiņas bloku (dažreiz atmiņas blokā ir iekļautas 64 lapas), bet 1024 bloki veido 512 MB lielu masīvu. Tādējādi šūnu apvienošanas masīvos loģiskā struktūra ir diezgan vienkārša. Lapa ir kā klasteris (sektors) cietajā diskā un atspoguļo minimālo datu apjomu, ko var apstrādāt zibatmiņa. Tomēr starp klasteru cietais disks un zibatmiņas lapai ir būtiska atšķirība, veicot lasīšanas, rakstīšanas un dzēšanas darbības. Tātad, ja cietajā diskā klasteru var nolasīt, rakstīt un dzēst, tad zibatmiņā lasīšanas un rakstīšanas darbības ir iespējamas 4 KB lapās, un datu dzēšana ir iespējama tikai 512 KB blokos. Turklāt, tiklīdz informācija ir ierakstīta lapā, to nevar pārrakstīt, kamēr tā nav notīrīta (izdzēsta).

Datu rakstīšanas darbību iezīmes SSD diskdziņos

Tātad, kā mēs jau atzīmējām, datu rakstīšana un lasīšana NAND zibatmiņā ir iespējama 4 KB lapās, un datu dzēšana ir iespējama tikai 512 KB blokos. Kopumā informācijas ierakstīšanas process uz SSD ļoti atšķiras no tā paša procesa ar HDD. Tas, piemēram, ir saistīts ar faktu, ka SSD veiktspēja laika gaitā mainās, un secīgās un selektīvās piekļuves zibatmiņai ātrums atšķiras viens no otra. Lai izskaidrotu šīs parādības, sīkāk aplūkosim ierakstīšanas procesus uz HDD un SSD diskiem.

Grūtības gadījumā HDD diskdziņi mazāko informācijas vienību, ko darbina cietā diska pārvaldības sistēma, sauc par sektoru vai bloku. HDD sektora lielums ir 4 KB (jaunākos modeļos) vai 512 baiti. Diska sektoru (bloku) adresēšanai tiek izmantota LBA (Logical Block Addressing) metode, kurā katram cietajā diskā adresētajam blokam ir savs sērijas numurs - vesels skaitlis, kas sākas no nulles (tas ir, pirmais bloks LBA = 0, otrais LBA = 1 utt.). LBA bloku skaitu diskā nosaka cilindru, celiņu, sektoru un lasīšanas/rakstīšanas galviņu skaits. Tādējādi LBA bloka numuru aprēķina, izmantojot formulu:

LBA = [(Cilindrs x No_of_heads + Heads) x Sektori/celiņš] + )