Pamięć masowa półprzewodnikowa — Solid-state storage

Pamięć półprzewodnikowa ( SSS ) to rodzaj trwałej pamięci komputerowej, która przechowuje i odzyskuje informacje cyfrowe przy użyciu wyłącznie obwodów elektronicznych , bez udziału ruchomych części mechanicznych. Różni się to zasadniczo od tradycyjnego przechowywania elektromechanicznego , w którym dane są zapisywane przy użyciu obracających się lub poruszających się liniowo nośników pokrytych materiałem magnetycznym .

Półprzewodnikowe urządzenia pamięci masowej zazwyczaj przechowują dane za pomocą programowalnej elektrycznie nieulotnej pamięci flash , jednak niektóre urządzenia korzystają z ulotnej pamięci o dostępie swobodnym (RAM) z podtrzymaniem bateryjnym. Bez ruchomych części mechanicznych przechowywanie półprzewodnikowe jest znacznie szybsze niż tradycyjne przechowywanie elektromechaniczne; wadą jest to, że pamięć półprzewodnikowa jest znacznie droższa i cierpi na zjawisko wzmocnienia zapisu .

Urządzenia pamięci masowej półprzewodnikowe są dostępne w różnych typach, formach, rozmiarach przestrzeni dyskowej i opcjach interfejsu, aby spełnić wymagania aplikacji dla wielu różnych typów systemów i urządzeń komputerowych.

Przegląd

Historycznie rzecz biorąc, wtórna pamięć masowa w systemach komputerowych była wdrażana przede wszystkim poprzez wykorzystanie właściwości magnetycznych powłok powierzchniowych nakładanych na obracające się talerze (w dyskach twardych i dyskietkach ) lub liniowo poruszających się wąskich pasków folii z tworzywa sztucznego (w napędach taśmowych ). Połączenie takich nośników magnetycznych z głowicami do odczytu/zapisu umożliwia zapisywanie danych poprzez oddzielne namagnesowanie małych fragmentów powłoki ferromagnetycznej , a następnie odczytywanie ich później poprzez wykrywanie przejść w namagnesowaniu. Aby dane mogły zostać odczytane lub zapisane, dokładne sekcje nośników magnetycznych muszą przejść pod głowicami odczytu/zapisu, które przepływają blisko powierzchni nośnika; w rezultacie odczyt lub zapis danych nakłada opóźnienia wymagane do pozycjonowania nośników magnetycznych i głowic, przy czym opóźnienia różnią się w zależności od aktualnej technologii.

Ilustracja zjawiska wzmocnienia zapisu w urządzeniach pamięci flash opartych na technologii flash

Z biegiem czasu luka w wydajności między jednostkami centralnymi (CPU) a pamięcią elektromechaniczną (dyski twarde i ich konfiguracje RAID ) pogłębiła się, co wymagało postępów w technologii dodatkowej pamięci masowej. Rozwiązanie zostało znalezione w pamięci flash , która jest elektronicznym nieulotnym komputerowym nośnikiem pamięci, który można elektrycznie wymazać i przeprogramować. Pamięć masowa półprzewodnikowa zazwyczaj wykorzystuje pamięć flash typu NAND , która może być zapisywana i odczytywana w fragmentach znacznie mniejszych niż cały rozmiar urządzenia pamięci masowej. Rozmiar minimalnego fragmentu (strony) dla operacji odczytu jest znacznie mniejszy niż minimalny rozmiar fragmentu (bloku) dla operacji zapisu/wymazywania, co skutkuje niepożądanym zjawiskiem zwanym wzmocnieniem zapisu, które ogranicza wydajność zapisu losowego i trwałość zapisu opartego na pamięci flash urządzenia pamięci masowej półprzewodnikowe. Inny typ półprzewodnikowych urządzeń pamięci masowej wykorzystuje ulotną pamięć o dostępie swobodnym ( RAM ) w połączeniu z baterią, która pozwala na zachowanie zawartości pamięci RAM przez ograniczony czas po przerwie w zasilaniu urządzenia. Zaletą pamięci masowej półprzewodnikowej opartej na pamięci RAM jest znacznie szybsze działanie w porównaniu z pamięcią flash i brak wzmocnienia zapisu.

W wyniku braku ruchomych części mechanicznych pamięć półprzewodnikowa praktycznie eliminuje opóźnienia dostępu do danych obecne w elektromechanicznych urządzeniach pamięci masowej i umożliwia znacznie wyższe szybkości operacji we/wy na sekundę ( IOPS ). Ponadto pamięć półprzewodnikowa umożliwia znacznie szybszy sekwencyjny dostęp do przechowywanych danych, zużywa mniej energii, ma lepszą odporność na wstrząsy fizyczne oraz wytwarza mniej ciepła i nie powoduje wibracji podczas pracy. Wadą jest to, że półprzewodnikowe urządzenia pamięci masowej mają znacznie wyższe ceny za megabajt niż elektromechaniczne urządzenia pamięci masowej i generalnie mają znacznie mniejszą pojemność na urządzenie. Co więcej, urządzenia z pamięcią flash zużywają się, co skraca ich żywotność , narzucając ograniczoną ilość danych, które mogą być do nich zapisywane, co wynika z ograniczeń pamięci flash, które narzucają skończoną liczbę cykli wymazywania programu używanych do zapisywania danych . W rezultacie pamięć półprzewodnikowa jest często wykorzystywana do tworzenia dysków hybrydowych , w których pamięć półprzewodnikowa służy jako pamięć podręczna dla często używanych danych, zamiast być kompletnym substytutem tradycyjnej pamięci dodatkowej.

Typy urządzeń

Dysk SSD w postaci 2,5-calowej wnęki z interfejsem Serial ATA (SATA)
Wewnętrzne karty SD , pokazujące pamięć flash i układy scalone kontrolera

Urządzenia pamięci masowej półprzewodnikowej służą jako dodatkowe składniki pamięci masowej dla bardziej złożonych systemów, które mogą obejmować urządzenia wbudowane i przenośne, duże serwery i dedykowane systemy sieciowej pamięci masowej (NAS). W rezultacie urządzenia pamięci masowej półprzewodnikowe mają różne pojemności, układy fizyczne i wymiary, korzystają z różnych interfejsów i zapewniają różne zestawy funkcji. Mniej złożone urządzenia pamięci masowej półprzewodnikowe, takie jak karty pamięci, wykorzystują prostsze, wolniejsze interfejsy, takie jak jednobitowy interfejs SD lub SPI , podczas gdy bardziej zaawansowane urządzenia o wysokiej wydajności korzystają z szybszych interfejsów, takich jak Serial ATA (SATA) lub PCI Express (PCIe) w połączeniu z logicznymi interfejsami urządzeń, takimi jak AHCI lub NVM Express (NVMe).

Typy półprzewodnikowych urządzeń pamięci masowej flash są następujące:

Zobacz też

  • Pamięć bębna  – magnetyczne urządzenie do przechowywania danych używane jako główna pamięć robocza w wielu wczesnych komputerach
  • i-RAM  – urządzenie pamięci masowej półprzewodnikowe oparte na pamięci DRAM firmy Gigabyte, działające jako dysk twardy SATA
  • Pamięć magnetyczna  – koncepcja przechowywania danych na namagnesowanym nośniku z wykorzystaniem różnych wzorców namagnesowania
  • Dysk RAM  – blok pamięci o dostępie swobodnym, który system operacyjny traktuje jak pamięć wtórną
  • Pamięć o dostępie sekwencyjnym  – klasa urządzeń do przechowywania danych, które sekwencyjnie odczytują zapisane dane
  • Wyrównywanie zużycia  – technika przedłużania żywotności niektórych rodzajów kasowalnych komputerowych nośników pamięci, takich jak pamięć flash

Bibliografia

Zewnętrzne linki