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.
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
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:
- MultiMediaCard (MMC) – typ karty pamięci stosowany w urządzeniach przenośnych
- Secure Digital (SD) – typ karty pamięci dostępny w różnych wariantach, prędkościach i rozmiarach, szeroko stosowany w urządzeniach przenośnych
- Dysk półprzewodnikowy (SSD) – komputerowe urządzenie pamięci masowej dostępne w różnych formach , z różnymi interfejsami i w różnych klasach skierowane do różnych segmentów rynku
- Pamięć flash USB – kieszonkowe wymienne urządzenia pamięci masowej, które łączą się przez USB , dostępne w różnych kształtach i rozmiarach
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
- Solid-State Storage: Technology, Design and Applications , IBM , 4 maja 2010, Richard Freitas i Lawrence Chiu
- Często zadawane pytania dotyczące niwelowania zużycia i żywotności pamięci flash USB , Corsair , czerwiec 2007, zarchiwizowane od oryginału 13 października 2007