Toate acestea sunt bune, dar sunt probleme. Și probleme de compatibilitate cu echipamentul. Deci, Sata-2 este cunoscut ca fiind compatibil cu Sata-3. Acest lucru este adevărat și este corect, iar problema nu este deloc în asta, deoarece constă în compatibilitatea plăcii tale cu un controler specific care este folosit în unitate, sau poate că echipamentul tău nu poate funcționa corect cu un SSD deloc . Să luăm în considerare un caz specific și să tragem concluziile corespunzătoare.

Am vrut să fac upgrade la laptopul Asus K50IE și am decis să cumpăr un SSD. Alegerea a căzut pe Kingston SSDNOW 300v. Raport calitate/preț destul de bun, chiar mi l-au recomandat. Vin acasă, îl introduc în loc de hard disk și încep să observ lucruri amuzante. Windows 8 vede discul, dar este instalat de fiecare dată, iar după instalare nu poate porni în niciun fel. 8.1 și șapte nu văd deloc discul. După ce a dansat cu o tamburină, 7ku a fost forțat să vadă, dar fără niciun rezultat, instalația a rămas suspendată. Pe un alt laptop, totul era bine și am început să înțeleg că problema nu era deloc în disc, problema era în Sata - controlerul nvidia nforce. Am început să citesc informațiile și încet-încet am început să văd clar, dar încă mai era o licărire de speranță. După ce am dansat, am pus jos tamburina și am decis să contactez direct producătorul acestui miracol. Era târziu și, desigur, nimeni nu a răspuns. Am dansat din nou, am resetat bios-ul, am încercat să actualizez software-ul discului, dar fără rezultat. Deși 8ka a început de câteva ori, deși apoi s-a oprit. Am scăpat totul și am decis să aștept până a doua zi. Dimineața l-am sunat imediat pe Kingson. Am trecut repede și mi-au spus că chiar sunt probleme cu controlerul meu Sata, pentru că discul se bazează pe controlerul Sandforce. Am fost sfătuit să trec la o altă unitate care rulează pe cipul Phison și mi s-a spus că ar trebui să funcționeze. Inspirat, am început să acționez.

Am sunat imediat manazinul, i-am explicat situația, am plecat, l-am înlocuit cu un disc sălbatic Kingston Hyperx. Plătit, adus. Acest dispozitiv cu siguranță arată mai solid, plus că în kit oferă o cheie gratuită pentru Acronis True Image, pentru posibilitatea clonării sistemului de operare pe SSD. L-am bagat in laptop, situatia se schimba. 8ka părea că merge să fie pus, dar apoi agățat, 7ka și 8.1 încă nu voiau să vadă. Au început noi dansuri. Apoi am decis să clonez sistemul de operare, l-am clonat, dar s-a blocat la încărcare. Timpul a trecut și conștientizarea a venit din ce în ce mai mult. După ce am suferit destul, am sunat la producătorul laptopului, unde mi-au spus că laptopul nu suportă oficial SSD și cel mai probabil vor fi probleme. Am scris imediat magazinului despre retur. Au răspuns pozitiv, au mers seara și au trecut.

În general, problema a venit de unde nu se așteptau. Nicăieri înainte de a întâlni un asemenea dezastru, nu am văzut asta, dar aici am primit un pachet de distracție din experiența personală. Păcat că Asus nu scrie despre asta, producătorii de SSD nu scriu, vânzătorii nu spun și mulți dintre ei nu știu. Și a trebuit să aflu după ce a devenit clar că am intrat într-un necaz, din fericire totul a mers!

Ce concluzii se pot trage din asta? Da, foarte simplu. Înainte de a cumpăra un SSD, află ce fel de controler Sata ai, contactează producătorul discului, plăcii de bază, laptopului, clarifică totul, poate te vor avertiza împotriva unei achiziții inutile și te vor economisi timp și bani, pentru că cu garanție totul nu este atât de lin peste tot pe cât mi-aș dori. Personal, am avut noroc și, în esență, am făcut o încercare gratuită. Sper că nu veți merge pe urmele mele în această chestiune, dar mai întâi veți afla totul despre discul pe care urmează să-l cumpărați și compatibilitatea acestuia și abia apoi veți decide să îl cumpărați. Vă doresc succes. Fii vigilent și atent. Ne mai vedem.

Piața SSD-urilor devine treptat mai diversă. Capacitatea unităților SSD este în creștere și, în același timp, prețul per gigabyte de memorie scade. Cu toate acestea, este încă prematur să spunem că unitățile SSD au devenit populare. Motivul principal pentru aceasta este capacitatea lor scăzută (comparativ cu HDD-ul tradițional) și costul foarte mare (din nou, în comparație cu HDD-ul tradițional) per gigabyte de memorie. Prin urmare, prezența unei unități SSD într-un computer desktop de acasă este mai mult o excepție de la regulă. Mai mult, chiar și în netbook-uri și laptop-uri, unitățile SSD sunt încă extrem de rare. În același timp, este deja evident că viitorul sistemelor de stocare a datelor constă în unitățile SSD, care vor înlocui și mai mult unitățile HDD de pe piață. Când se va întâmpla? Da, de fapt, de îndată ce devin comparabile ca capacitate și cost cu HDD-urile. Apoi, acesta din urmă va dispărea pur și simplu ca o clasă, deoarece SSD-urile au un număr de avantaje incontestabileîn fața HDD-urilor.
În acest articol, vom lua în considerare câteva caracteristici ale funcționării unităților SSD moderne, care uneori provoacă o mulțime de întrebări și nedumerire, vom vorbi despre caracteristicile arhitecturii lor, precum și despre posibilele opțiuni pentru utilizarea acestor unități în laptopuri, PC-uri. și servere.

Relevanța trecerii la unitățile SSD

Performanța procesoarelor centrale moderne, care determină capacitățile de calcul ale unui PC, depășește semnificativ performanța hard disk-urilor (HDD) tradiționale. Ca urmare, subsistemele de stocare a datelor devin în multe cazuri blocajul care împiedică creșterea performanței computerelor în general. Utilizarea unor soluții costisitoare bazate pe matrice RAID rezolvă doar parțial problema dezechilibrului în performanța procesoarelor și a subsistemelor de stocare bazate pe HDD. Și în viitor, dezechilibrul în performanța procesoarelor și a HDD-urilor nu va face decât să crească și inevitabil vom ajunge la concluzia că performanța unui computer în multe aplicații nu va mai fi determinată de performanța procesorului, ci se va odihni. pe veriga cea mai slabă - subsistemul de stocare a datelor. Deci, din 1996, performanța medie a procesoarelor a crescut de 175 de ori, în timp ce performanța HDD-urilor (adică citirea selectivă a blocurilor de 20 KB) este de numai 1,3 ori.

Astăzi, singura modalitate de a rezolva această problemă este trecerea de la HDD-uri la SSD-uri (Solid State Drives) bazate pe memorie flash. Aceste unități sunt capabile să ofere un nivel de performanță care se potrivește pe deplin cu performanța procesoarelor multi-core de astăzi.

In orice caz, performanta ridicata- acesta nu este singurul avantaj al unităților SSD. De asemenea, sunt complet silențioase, deoarece nu au părți mobile și, mai ales pentru laptopuri, folosesc mult mai puțină energie decât HDD-urile. Astfel, consumul de energie al unui HDD convențional de 2,5 inchi în modul activ este de aproximativ 2,5-3 W și de aproximativ 0,85-1 W în modul idle (Idle). Dacă HDD-ul nu este activ, atunci după un timp (în funcție de setări) intră în modul de consum redus (Standby sau Sleep) și când iese din acest mod, durează aproximativ 1-2 secunde pentru a se învârti. Consumul de energie tipic al unui SSD (non-server) în modul activ este de aproximativ 0,15 W, iar în modul inactiv - 0,06 W. Mai mult, atunci când este configurat corespunzător, trecerea de la modul activ la modul de consum redus are loc automat dacă discul este inactiv timp de 25 ms. Și aceste discuri se pornesc aproape instantaneu, pentru că pur și simplu nu au nimic de rotit. Rețineți că, pentru ca un SSD să intre automat în modul de consum redus, trebuie să activați caracteristica Device Initiated Power Management (DIPM) în registru, deoarece caracteristica Host Initiated Power Management (HIPM) este setată în mod implicit, atunci când unitatea în sine o face. nu controlează trecerea la modul de consum redus și sistemul de operare.

Unitățile SSD nu sunt inferioare unităților HDD tradiționale în ceea ce privește caracteristicile precum timpul mediu între defecțiuni (MTFB). Deci, dacă pentru HDD, timpul mediu dintre defecțiuni este de aproximativ 300 de mii de ore, atunci pentru unitățile SSD este de peste un milion de ore.

S-ar părea că, dacă avantajele SSD-urilor sunt atât de evidente, de ce nu au fost încă utilizate pe scară largă? Din păcate, unitățile SSD au și dezavantaje serioase. În primul rând, SSD-urile moderne nu sunt comparabile cu HDD-urile din punct de vedere al capacității. Deci, dacă capacitatea HDD-urilor (3,5 inchi) ajunge la 3 TB, atunci capacitatea maximă a SSD-urilor (2,5 inchi) este de doar 512 GB. Adevărat, dacă comparăm unitățile SSD și HDD de 2,5 inchi, atunci capacitatea lor este destul de comparabilă.

Al doilea dezavantaj al unităților SSD este costul acestora, care este de câteva ori mai mare decât cel al HDD-urilor.

Cu toate acestea, în ceea ce privește capacitatea SSD-urilor, nu totul este atât de rău pe cât ar părea. Capacitatea de stocare SSD crește într-un ritm mult mai rapid decât capacitatea de stocare HDD, iar ziua nu este departe în care stocarea SSD va depăși capacitatea de stocare HDD. Iată câteva statistici interesante pentru a dovedi acest lucru. În 2006, Intel, unul dintre cei mai importanți jucători de pe piața SSD-urilor, a produs cipuri de memorie flash NAND pentru SSD-uri folosind tehnologia de proces de 90 nm, în timp ce capacitatea lor era de 1 sau 2 Gb. În 2009, Intel a lansat cipuri de memorie flash deja pe tehnologia de proces de 34 nm, iar capacitatea cipurilor a început să fie de 32 Gbps. În 2010, compania a stăpânit procesul de producție de 25 nm pentru cipuri de memorie flash de 64 Gb. După cum puteți vedea, rata de creștere a capacității cipurilor de memorie flash pentru unitățile SSD este impresionantă: de fapt, se dublează în fiecare an. Deci, în curând, SSD-urile vor depăși numărul HDD-urile.

De asemenea, trebuie menționat că, deși utilizarea pe scară largă a SSD-urilor este încă departe, nu este adevărat să spunem că SSD-urile nu sunt cumpărate deloc. Statisticile sunt următoarele: în 2008, în lume s-au vândut doar 700.000 de SSD-uri, în 2009 volumul vânzărilor era deja de 2 milioane de unități, iar anul acesta, conform previziunilor, va ajunge la 5,9 milioane de unități. Se presupune că până în 2013 piața pentru unități SSD va fi de 61,8 milioane de unități.

Deci, previziunile de vânzări pentru unitățile SSD sunt foarte optimiste, dar nu răspund la întrebarea principală: ce ar trebui să facă utilizatorii astăzi, când capacitatea unităților SSD nu este încă suficient de mare, iar costul lor este încă foarte mare? Dacă vorbim de utilizatori casnici, atunci, desigur, nu are sens să arunci HDD-urile pentru a instala un SSD. Cu toate acestea, puteți îmbunătăți performanța computerului dvs. utilizând unități SSD. Soluția optimă este atunci când PC-ul desktop folosește o combinație de un SSD și unul sau mai multe HDD-uri. Puteți instala sistemul de operare și toate programele de pe SSD (un disc de 80 GB va fi suficient pentru asta) și utilizați HDD-ul pentru stocarea datelor.

Dispozitiv cu celulă flash

După cum am spus, principalul avantaj al SSD-urilor este performanța lor mai mare în comparație cu HDD-urile, dar nu au fost date caracteristici specifice, cum ar fi vitezele de citire și scriere secvențiale și selective. Cu toate acestea, înainte de a continua să luați în considerare caracteristicile de viteză ale unităților SSD, precum și tipurile de unități SSD, trebuie să vă familiarizați cu caracteristicile arhitecturii lor și cu procesul de citire și scriere a informațiilor pe aceste unități. Sa incepem cu scurta descriere structuri de celule de memorie flash.

La cel mai simplu nivel, o celulă de memorie flash este n-tranzistor MOSFET-canal cu asa numita poarta plutitoare. Amintiți-vă că de obicei n- tranzistor MOSFET cu canal (structură n-p-n) poate fi în două stări: deschis și blocat (închis). Prin controlul tensiunii dintre dren și poartă, se poate crea un canal de conducție electronică ( n-canal) între sursă şi scurgere (Fig. 1). Tensiunea la care apare un canal de conducere se numește tensiune de prag. Prezența unui canal de conducere corespunde stării deschise a tranzistorului, iar absența (când tranzistorul nu este capabil să conducă curentul de la sursă la scurgere) - blocată.

Orez. 1. Dispozitiv MOSFET (stare deschis și închis)

În starea deschisă, tensiunea dintre dren și sursă este aproape de zero, iar în stare închisă poate atinge o valoare ridicată. Desigur, tranzistorul în sine nu este capabil să stocheze informații. De fapt, obturatorul plutitor este destinat stocării informațiilor (Fig. 2). Este realizat din siliciu policristalin și este complet înconjurat de un strat dielectric, care îi asigură absența completă a contactului electric cu elementele tranzistorului. Poarta plutitoare este situata intre poarta de control si substratul din p-n-tranzitii. Un astfel de obturator este capabil să stocheze încărcătura plasată pe el (negativ) pentru un timp nelimitat (până la 10 ani). Prezența sau absența sarcinii negative în exces (electroni) pe poarta plutitoare poate fi interpretată ca una logică și zero.

Orez. 2. Dispozitiv cu tranzistor cu poartă flotantă și citirea conținutului unei celule de memorie

În primul rând, luați în considerare situația în care nu există electroni pe poarta plutitoare. În acest caz, tranzistorul se comportă ca tranzistorul convențional deja discutat. Când se aplică o tensiune pozitivă la poarta de control (inițializarea celulei de memorie) egală cu valoarea de prag, se creează un canal de conducere în regiunea porții - iar tranzistorul intră în starea deschisă. Dacă o sarcină negativă în exces (electroni) este plasată pe poarta plutitoare, atunci chiar și atunci când tensiunea de prag este aplicată la poarta de control, aceasta compensează câmpul electric creat de poarta de control și împiedică formarea canalului de conducere, adică tranzistorul va fi în stare închisă.

Astfel, prezența sau absența unei sarcini pe poarta flotantă determină în mod unic starea tranzistorului (deschis sau închis) atunci când aceeași tensiune de prag este aplicată la poarta de control. Dacă alimentarea cu tensiune a porții de control este interpretată ca inițializarea celulei de memorie, atunci tensiunea dintre sursă și scurgere poate fi utilizată pentru a aprecia prezența sau absența unei sarcini pe poarta plutitoare.

Adică, în absența unei tensiuni de control pe poartă, indiferent de prezența sau absența unei sarcini pe poarta plutitoare, tranzistorul va fi întotdeauna închis, iar atunci când se aplică o tensiune de prag pe poartă, starea tranzistorul va fi determinat de prezența unei sarcini pe poarta plutitoare: dacă există o sarcină, atunci tranzistorul va fi închis și tensiunea de ieșire va fi mare; dacă nu există încărcare, atunci tranzistorul va fi deschis și tensiunea de ieșire va fi scăzută.

Starea închisă a tranzistorului (absența unui canal de conducere) este de obicei interpretată ca un zero logic, iar starea deschisă (prezența unui canal de conducere) este tratată ca o unitate logică. Astfel, la inițializarea unei celule de memorie (aplicarea unei tensiuni de prag la poartă), prezența unei sarcini pe poarta flotantă este interpretată ca un zero logic, iar absența acesteia este tratată ca una logică (vezi tabelul).

Se dovedește un fel de celulă de memorie elementară care poate stoca un bit de informație. În acest caz, este important ca sarcina de pe poarta plutitoare (dacă există) să poată fi menținută pentru o perioadă de timp arbitrar îndelungată atât în ​​timpul inițializării celulei de memorie, cât și în absența tensiunii la poarta de control. În acest caz, celula de memorie va fi nevolatilă. Rămâne doar să ne dați seama cum să puneți o încărcare pe poarta plutitoare (scrieți conținutul celulei de memorie) și să o eliminați de acolo (ștergeți conținutul celulei de memorie).

Sarcina este plasată pe poarta plutitoare fie prin metoda injecției cu electroni fierbinți (CHE-Channel Hot Electrons), fie prin metoda tunelului Fowler-Nordheim (Fig. 3). Ei bine, încărcarea este eliminată doar prin metoda de tunel Fowler.

Orez. 3. Procesul de scriere și ștergere a unui bit de informație într-un tranzistor cu poartă plutitoare

Când se utilizează metoda de injecție cu electroni fierbinți, se aplică o tensiune înaltă la drenajul și poarta de control (o tensiune mai mare decât valoarea pragului este aplicată la poarta de control) pentru a oferi electronilor din canal suficientă energie pentru a depăși bariera de potențial creată de un strat dielectric subțire și un tunel în regiunea porții plutitoare (la citire, se aplică mai puțină tensiune la poarta de control și nu se observă niciun efect de tunel).

Pentru a elimina sarcina de la poarta plutitoare (procesul de ștergere a celulei de memorie), o tensiune negativă mare este aplicată pe poarta de control și o tensiune pozitivă este aplicată regiunii sursei. Acest lucru face ca electronii să treacă un tunel din regiunea porții plutitoare către regiunea sursă (tunelul cuantic Fowler-Nordheim (FN).

Tranzistorul cu poartă plutitoare pe care l-am considerat poate acționa ca o celulă unitară a memoriei flash. Cu toate acestea, celulele cu un singur tranzistor au o serie de dezavantaje semnificative, dintre care principalul este scalabilitatea slabă. Faptul este că, atunci când se organizează o matrice de memorie, fiecare celulă de memorie (tranzistor) este conectată la două magistrale perpendiculare: porți de control - la o magistrală numită linie de cuvinte și drenuri - la o magistrală numită linie de biți (în viitor, aceasta organizarea va fi luată în considerare folosind exemplul arhitecturii NOR). Datorită prezenței tensiunii înalte în circuit în timpul înregistrării cu injecție de electroni fierbinți, toate liniile - cuvinte, biți și surse - trebuie să fie amplasate la o distanță suficient de mare unele de altele pentru a asigura nivelul necesar de izolare, ceea ce afectează în mod natural limitarea memorie flash.

Un alt dezavantaj al celulei de memorie cu un singur tranzistor este efectul îndepărtării excesive a sarcinii de pe poarta flotantă, care nu poate fi compensată prin procesul de scriere. Ca urmare, se formează o sarcină pozitivă pe poarta plutitoare, iar tranzistorul rămâne mereu pornit.

Alte tipuri de celule de memorie sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă, cum ar fi celula SST (Figura 4) dezvoltată de Silicon Storage Technology, Inc. În tranzistorul celulei SST, formele porților plutitoare și de control au fost modificate. Poarta de control este aliniată cu marginea sa cu marginea scurgerii, iar forma sa curbată face posibilă plasarea unei porți plutitoare parțial sub ea și simultan deasupra regiunii sursei. O astfel de aranjare a porții plutitoare face posibilă simplificarea, pe de o parte, a procesului de plasare a unei sarcini pe aceasta prin metoda injectării cu electroni fierbinți și, pe de altă parte, a procesului de îndepărtare a sarcinii datorate Efectul de tunel Fowler-Nordheim.

Orez. 4. Structura celulei de memorie SST

Când sarcina este îndepărtată, tunelarea electronilor nu are loc în regiunea sursei, ca în celula considerată cu un singur tranzistor, ci în regiunea porții de control. Pentru a face acest lucru, poarta de control este aplicată o tensiune pozitivă ridicată. Sub influența câmpului electric creat de poarta de control, electronii sunt tunelați din poarta plutitoare, ceea ce este facilitat de forma sa curbată spre margini.

Când o sarcină este plasată pe poarta plutitoare, drenul este împământat și o tensiune pozitivă este aplicată sursei și porții de control. În acest caz, poarta de control formează un canal de conducție, iar tensiunea dintre dren și sursă „accelerează” electronii, oferindu-le suficientă energie pentru a depăși bariera de potențial, adică pentru a ajunge la poarta plutitoare.

Spre deosebire de celula de memorie cu un singur tranzistor, celula SST are o schemă ușor diferită pentru organizarea matricei de memorie.

Celule de memorie flash cu mai multe niveluri și cu un singur nivel

Toate tipurile de celule de memorie discutate până acum sunt capabile să stocheze doar un bit de informație per celulă. Astfel de celule de memorie sunt numite cu un singur nivel (Single Level Cell, SLC). Cu toate acestea, există și astfel de celule, fiecare dintre ele stochează mai mulți biți - acestea sunt celule cu mai multe niveluri sau MLC (Multi Level Cell).

După cum sa menționat deja atunci când descriem o celulă de memorie cu un singur tranzistor, prezența unei unități logice sau zero este determinată de valoarea tensiunii pe linia de biți și depinde de prezența sau absența unei sarcini pe poarta plutitoare. Dacă o valoare a tensiunii de prag este aplicată porții de control, atunci în absența unei sarcini pe poarta plutitoare, tranzistorul este deschis, ceea ce corespunde unei unități logice. Dacă există o sarcină negativă pe poarta plutitoare, care protejează câmpul creat de poarta de control cu ​​câmpul său, atunci tranzistorul este în stare închisă, ceea ce corespunde unui zero logic. Este clar că, chiar și în prezența unei sarcini negative pe poarta plutitoare, tranzistorul poate fi comutat în starea deschisă, totuși, pentru aceasta va fi necesar să se aplice o tensiune la poarta de control care depășește valoarea de prag. Prin urmare, absența sau prezența unei sarcini pe poarta flotantă poate fi judecată după valoarea de prag a tensiunii de pe poarta de control. Deoarece tensiunea de prag depinde de valoarea sarcinii de pe poarta plutitoare, este posibil nu numai să se determine două cazuri limitative - absența sau prezența unei sarcini, ci și să se judece cantitatea de sarcină după valoarea tensiunii de prag. . Astfel, dacă este posibil să se plaseze un număr diferit de niveluri de încărcare pe poarta plutitoare, fiecare dintre ele având propria sa valoare a tensiunii de prag, atunci mai mulți biți de informații pot fi stocați într-o celulă de memorie. De exemplu, pentru a stoca 2 biți într-o celulă folosind un astfel de tranzistor, este necesar să se distingă patru tensiuni de prag, adică să se poată plasa patru niveluri de încărcare diferite pe poarta plutitoare. Apoi, fiecăreia dintre cele patru tensiuni de prag i se poate atribui o combinație de doi biți: 00, 01, 10, 11.

Pentru a putea scrie 4 biți într-o celulă, este necesar să distingem deja 16 tensiuni de prag.

Celulele MLC sunt dezvoltate în mod activ de Intel, așa că tehnologia de memorie bazată pe celule MLC se numește Intel StrataFlash.

Rețineți că celulele de memorie SLC oferă viteze mai mari de citire și scriere. În plus, sunt mai durabile, dar SSD-urile bazate pe ele sunt mai scumpe, deoarece cu aceeași capacitate a SSD-urilor bazate pe celule de memorie MLC și SLC, numărul celulelor de memorie în sine într-un disc MLC va fi la jumătate (în cazul memoriei cu patru niveluri de celule). De aceea, SSD-urile bazate pe celule de memorie SLC sunt utilizate în principal pe servere.

Arhitectura Flash Array

Cea mai simplă celulă de memorie flash pe bază de tranzistori cu poartă flotantă pe care am considerat-o, capabilă să stocheze un bit de informație, poate fi folosită pentru a crea matrice de memorie nevolatilă. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să combinați mai multe celule într-o singură matrice într-un mod adecvat, adică să creați o arhitectură de memorie.

Există mai multe tipuri de arhitectură de memorie flash, adică modalități de a combina celulele de memorie într-o singură matrice, dar arhitecturile NOR și NAND sunt cele mai comune. Rețineți că SSD-urile folosesc organizarea memoriei de tip NAND, dar pentru o mai bună înțelegere a caracteristicilor acestei arhitecturi, este logic să luați în considerare mai întâi o arhitectură NOR mai simplă. În plus, arhitectura NOR a fost prima arhitectură folosită în memoria flash.

Arhitectura NOR (Fig. 5) implică o modalitate paralelă de combinare a celulelor de memorie într-o matrice. După cum sa menționat deja, pentru a inițializa o celulă de memorie, adică pentru a obține acces la conținutul celulei, este necesar să se aplice o valoare de tensiune de prag la poarta de control. Prin urmare, toate porțile de control trebuie să fie conectate la o linie de control numită Linia Cuvântului. Analiza conținutului celulei de memorie se realizează prin nivelul semnalului la drenul tranzistorului. Prin urmare, drenurile tranzistoarelor sunt conectate la o linie numită Bit Line.

Orez. 5. arhitectura NOR

Arhitectura NOR își datorează numele operației logice „OR-NOT” (abreviere în engleză - NOR). Operația logică NOR pe operanzi multipli produce o valoare de unu când toți operanzii sunt zero și o valoare zero în toate celelalte cazuri. LA acest caz Mă refer la principiul conectării tranzistoarelor în general, și nu în special a tranzistorilor cu poartă plutitoare.

Luați în considerare, ca exemplu, mai multe tranzistoare (fără o poartă flotantă) conectate la aceeași linie de biți (Fig. 6). În acest caz, dacă cel puțin un tranzistor este deschis, atunci tensiunea de ieșire pe linia de biți va fi scăzută. Și numai în cazul în care toate tranzistoarele sunt închise, tensiunea pe linia de biți va fi ridicată. Obținem tabelul de adevăr al tensiunilor de intrare la porțile tranzistorilor și tensiunea de ieșire pe linia de biți, corespunzătoare tabelului de adevăr al funcției logice „OR-NOT” (NOR). De aceea o astfel de combinație de tranzistori se numește NOR.

Orez. 6. Conexiune tranzistor NOR

Arhitectura NOR oferă acces rapid aleatoriu la orice celulă de memorie, cu toate acestea, procesele de scriere (folosind metoda injecției cu electroni fierbinți) și ștergerea informațiilor sunt destul de lente. În plus, datorită caracteristicilor tehnologice ale producției de cipuri de memorie flash cu arhitectura NOR, dimensiunea celulei este mare, astfel încât această memorie nu se scalează bine.

O altă arhitectură comună de memorie flash este arhitectura NAND (Figura 7), corespunzătoare operațiunii NAND logice. Operația NAND produce o valoare de zero numai atunci când toți operanzii sunt zero și o valoare de unu în toate celelalte cazuri. Arhitectura NAND presupune o conexiune în serie de tranzistori, în care drenul fiecărui tranzistor este conectat la sursa unui tranzistor adiacent, iar într-o serie de mai multe tranzistoare conectate în serie, doar unul dintre ei este conectat la linia de biți. Mai mult, când luăm în considerare arhitectura conexiunii, nu vorbim în mod specific despre tranzistoarele cu poartă flotantă.

Orez. 7. Arhitectura NAND

Luați în considerare un grup de astfel de tranzistori conectați în serie (fără o poartă plutitoare) (Fig. 8). Dacă tensiunea de control la porțile tuturor tranzistoarelor este egală cu valoarea de prag, atunci toate tranzistoarele sunt în stare deschisă și tensiunea de ieșire (tensiunea pe linia de biți) va fi scăzută, ceea ce corespunde cu zero logic. Dacă tensiunea de intrare pe cel puțin un tranzistor este scăzută (sub valoarea pragului), adică dacă cel puțin un tranzistor este în starea oprită, atunci tensiunea pe linia de biți va fi ridicată, ceea ce corespunde unei unități logice. Obținem tabelul de adevăr al tensiunilor de intrare la porțile tranzistoarelor (tensiuni pe linia cuvântului) și tensiunea de ieșire pe linia de biți, corespunzătoare tabelului de adevăr al funcției logice „NAND” (NAND). De aceea o astfel de combinație de tranzistori se numește NAND.

Orez. 8. Conectarea tranzistoarelor conform schemei NAND

În schema de conectare NAND cu poartă plutitoare, tranzistoarele convenționale (fără o poartă plutitoare) sunt conectate la un grup de tranzistori conectați în serie la ambele capete, care izolează grupul de tranzistori atât de masă, cât și de linia de biți și conectează întregul grup de tranzistori la linia de biți când sunt inițializați.

În comparație cu arhitectura NOR, această arhitectură, datorită caracteristicilor proces tehnologic producția (combinând drenurile și sursele tranzistoarelor adiacente și un număr mult mai mic de conductori), permite o aranjare mai compactă a tranzistorilor și, prin urmare, se scalează bine. Spre deosebire de arhitectura NOR, în care informațiile sunt scrise folosind metoda injecției cu electroni fierbinți, în arhitectura NAND, înregistrarea se realizează folosind metoda de tunel FN, ceea ce face posibilă implementarea unei înregistrări mai rapide decât pentru arhitectura NOR.

Desigur, apare întrebarea: cum se poate accesa o singură celulă de memorie în arhitectura NAND (citiți conținutul celulei)? Într-adevăr, dacă cel puțin unul dintre tranzistorii dintr-un astfel de grup conectat în serie este în stare închisă (care poate fi interpretată ca prezența unei sarcini pe poarta flotantă a tranzistorului corespunzător), atunci tensiunea de pe linia de biți va fi mare indiferent de starea celulelor rămase. Pentru a accesa o anumită celulă, nu este suficient să aplicați pur și simplu o tensiune de prag la poarta tranzistorului corespunzătoare acelei celule și să măsurați tensiunea pe linia de biți. De asemenea, este necesar ca toate celelalte tranzistoare să fie în stare deschisă. Pentru a face acest lucru, poarta tranzistorului corespunzătoare celulei de memorie al cărei conținut trebuie citit este alimentată cu o valoare a tensiunii de prag, iar porțile tuturor celorlalți tranzistori sunt alimentate cu o tensiune care depășește valoarea de prag și este suficientă pentru a forma un canal de conducere chiar dacă există o sarcină pe poarta plutitoare, dar insuficient pentru efectul tunel cuantic al sarcinilor. În acest caz, toate aceste tranzistoare intră în starea deschisă, iar tensiunea pe linia de biți este determinată de prezența sau absența unei sarcini pe poarta flotantă a tranzistorului corespunzătoare celulei de memorie accesată.

Structura logică a memoriei flash NAND

După cum am observat deja, SSD-urile folosesc memorie flash de tip NAND, așa că în viitor ne vom concentra doar pe memoria flash NAND.

În ciuda faptului că memoria flash permite accesul pentru a citi, scrie și șterge o singură celulă, pentru mai mult utilizare eficientă celule de memorie elementare, acestea au fost combinate în matrice cu o structură pe patru niveluri. La cel mai de jos nivel există o celulă de memorie elementară, iar celulele elementare combinate într-o matrice care conține 4 KB de date se numesc pagină de memorie. 128 de astfel de pagini formează un bloc de memorie de 512 KB (uneori 64 de pagini sunt incluse într-un bloc de memorie), iar 1024 de blocuri formează o matrice de 512 MB. Astfel, structura logică a combinării celulelor în matrice este destul de simplă. O pagină este ca un cluster (sector) într-un hard disk și reprezintă dimensiunea minimă a datelor pe care o poate gestiona memoria flash. Cu toate acestea, între cluster hard diskși o pagină de memorie flash există o diferență fundamentală atunci când se efectuează operațiuni de citire, scriere și ștergere. Deci, dacă pe un hard disk un cluster poate fi citit, scris și șters, atunci în memoria flash, operațiunile de citire și scriere sunt posibile în pagini de 4 KB, iar ștergerea datelor este posibilă doar în blocuri de 512 KB. Mai mult decât atât, odată ce informațiile sunt scrise pe pagină, acestea nu pot fi suprascrise până când nu sunt șterse (șterse).

Caracteristici ale operațiunilor de scriere a datelor în unitățile SSD

Deci, așa cum am observat deja, scrierea și citirea datelor în memoria flash NAND este posibilă în pagini de 4 KB, iar ștergerea datelor este posibilă doar în blocuri de 512 KB. În general, procesul de scriere a informațiilor pe SSD-uri este foarte diferit de același proces cu HDD-urile. Acest lucru, de exemplu, se datorează faptului că performanța SSD-urilor variază în timp, iar vitezele de acces secvenţial și selectiv la memoria flash diferă unele de altele. Pentru a explica aceste fenomene, să aruncăm o privire mai atentă asupra proceselor de scriere pe discurile HDD și SSD.

În caz de greu Unități HDD cea mai mică unitate de informație operată de sistemul de management al hard diskului se numește sector sau bloc. În HDD, dimensiunea sectorului este de 4 KB (la modelele mai noi) sau 512 octeți. Pentru a adresa sectoare (blocuri) de pe disc, se folosește metoda LBA (Logical Block Addressing), în care fiecare bloc adresat pe hard disk are propriul său număr de serie - un număr întreg care începe de la zero (adică primul bloc LBA = 0, al doilea LBA = 1 etc.). Numărul de blocuri LBA de pe un disc este determinat de numărul de cilindri, piste, sectoare și capete de citire/scriere. Astfel, numărul blocului LBA este calculat folosind formula:

LBA = [(Cilidru X Nu_of_heads + Heads) X Sectoare/pistă] + )