 |
|
Хранение информации на твердотельных носителях
Под твердотельными (solid-state) обычно понимают носители на картах флэш-памяти. Они действительно тверды на ощупь. К тому же не содержат подвижных частей — твердотельны как кирпич. В отличие от ПЗУ (ROM-микросхема, постоянно запоминающее устройство) обновляемая флэш-память позволяет программно обновлять находящиеся в ней данные. Название “флэш” (flash), кому интересно, было введено компанией Toshiba, поскольку содержимое памяти можно стереть мгновенно (“in a flash”). Как и стандартное ПЗУ, флэш-ПЗУ является энергонезависимым, то есть данные в нем не пропадают после отключения питания. Компания Palm Computing перешла к использованию флэш-памяти в своих электронных оргнайзерах начиная с модели Palm III. Однако большинство производителей КПК и других устройств сfirmware продолжают использовать обычное ПЗУ. Причина проста — стоимость ПЗУ много меньше стоимости флэш-памяти. Для дальнейшего понимания материала вспомним, что RAM (Random Access Memory — оперативное запоминающее устройство) является энергозависимой памятью. Иначе говоря, для сохранения данных ей необходим источник питания. Достаточно просто вынуть все батареи из вашего карманного компьютера, чтобы на практике проверить истинность этих слов. Однако преимуществом ОЗУ является то, что его содержимое легко может быть модифицировано. Разобравшись с терминологией, можно рассмотреть основные типы твердотельных носителей информации для портативной электроники.
Пожалуй, одним из старейших стандартов на устройства внешней памяти является стандарт PCMCIA, разработанный Международной ассоциацией по картам памяти для персональных компьютеров (Personal Computer Memory Card International Association — PCMCIA).
Стандарт PCMCIA на данный момент определяет четыре основных типа карт памяти:
- DRAM (Dynamic Random Access Memory, динамическая оперативная память);
- SRAM (StaticRandom Access Memory, статическая оперативная память;
- Linear Flash (линейный флэш);
- РС Card ATA Flash (ATA-флэш-карта).
Карты типа DRAM не являются энергонезависимыми, что резко ограничивает область их применения. То есть даже если представить, что вы используете, например, в вашей цифровой камере для хранения информации DRAM-карту памяти — добром это не кончится: как только вы вынете карту из камеры, все изображения тут же будут потеряны. Картам типа SRAM также необходим источник питания для сохранения находящихся в них данных. С этой целью в конструктиве платы присутствует небольшая батарея. В результате карты этого типа имеют фиксированный срок работоспособности, определяемый ресурсом батареи. После некоторого промежутка времени батарея должна быть заменена (примерно так, как мы меняем батарею в наших часах). Таким образом, если не успеть скопировать данные с карты на настольный компьютер до замены батареи, то они будут утеряны. Еще одним минусом SRAM-карт является их стоимость, более высокая, чем у карт флэш-памяти.
АТА-совместимый флэш полностью совместим с открытым промышленным стандартом PCMCIA-АТА. АТА был разработан как стандартный интерфейс для устройств хранения информации, таких как жесткие диски или карты флэш-памяти для рынка мобильных компьютеров. Он обеспечивает взаимодействие с основными компьютерными платформами и оперционными системами. Кроме того, обеспечивается простая переносимость данных от одного устройства к другому без необходимости применения FFS или FTL. Этот принцип используется и в накопителях на жестких дисках: любой современный винчестер имеет стандартный интерфейс обмена данными (IDE/EIDE или SCSI). Соответственно этот диск можно будет использовать в любой системе, поддерживающей данный стандарт. Поэтому карты типа PC Card ATA Flash получил наибольшее распространение в бытовой электронике (особенно в цифровых камерах).
Для работы с картами стандарта PC Card на настольном компьютере требуется приобрести специальный адаптер — PC Card Adapter. А во всех современных ноутбуках этот адаптер уже присутствует в стандартной конфигурации.
Карты PC Card различаются по размеру. На данный момент стандартом описываются три типа карт.
Благодаря обратной совместимости карты Туре I и Туре II можно использовать в устройствах, оснащенных разъемами Туре III (но не наоборот). Если говорить о современных цифровых фотоаппаратах, то в качестве устройства хранения данных в них чаще всего используются карты Туре I и Туре II.
Японская Hitachi недавно представила новые карты памяти CF Type II на 256 Мбайт, 320 Мбайт, а также 1 Гбайт PCMCIA АТА Туре II. Все устройства используют 512- или 256-мегабитную флэш-память и поддерживают скорость записи до 2 Мбайт/с.
ФОРМ-ФАКТОР
PCMCIA
В соответствии со стандартом РС Сard Release б, 1 в целях обеспечения совместимости аппаратных средств и программного обеспечения эти карты имеют следующие типы:
- Type I (85,6´54,0´3,3 мм);
- Type II (85,6´54,0´5,0 мм);
- Type III (85,6´54,0´10,5 мм);
ENDURA
Монолитная PCMCIA-карта, разработанная для “агрессивной” внешней среды. Выпускается в двух типах:
- Type I (85,6´54,0´3,3 мм);
- Type II (85,6´54,0´5,0 мм);
По диапазону рабочих температур карты
разделяются на три класса:
- коммерческий;
- индустриальный;
- военный.
EDGE CARD
Применяются для устройств, которые
требуют модулей JEIDA стандарта
PC Card Release 6.1. Отличаются интерфейсом
и разъемом для подсоединения: 38, 40 или
50 контактов.
HALF CARD
Карточка половинного размера, применяемая
для экономии места. Имеет стандартный
коннектор с 68 контактами.
- Туре I (46,5´54,0´3.3 мм)
СOMPACT LINEAR
Миниатюрные Flash-устройства длительного
действия для сверхмобильных компью-
теров и бытовых электронных устройств.
- Туре I (36,4´42,8´3.3 мм)
- Туре II (36,4´42,8´5.0 мм).
MINLATURE
Сверхминиатюрная Flash-карта, которая
обычно припаивается своими 60 золочеными
контактами к устройству Flash card
(33,0´38,0´3,5 мм), выполненая по стандарту
MCIF (Miniature Card impiementers) 1.1.
Flash-память обеспечивает долговременное хранение данных большого объема блоками по 128 или 256 Кбайт.
Flash-карты не нуждаются в резервных батареях и могут перепрограммироваться более 100 000 раз в файлофой системе Flash File System. В продаже имеются карты от 2 Мбайт до 20 Мбайт.
При покупке следует обращать особое внимание на наличие у Flash-карты так называемой атрибутивной памяти (Attribute Memory). Это малый по размеру (2-8 Кбайт), но важный тип физической памяти, которая должна установтиться на карте после производства. Она содержит “заголовок”, сообщая устройству, какой тип карты используется. Атрибутивную память должны иметь карты всех типов (модемные карты, GPS-адаптеры, карты памяти и т. д.), и из нее устройство будет читать информационную структуру карты (Card Information Structure). Без этого РС-карта не распознается корректно. Некоторые старые устройства не использовали атрибутивную память, и поэтому раньше она ставилась факультативно, но современные решения без атрибутивной памяти, как правило, не работают.
Следует обратить внимание, что добавление карт памяти приводит к некоторому снижению срока службы батарей (карта памяти сократить время работы батарей минут на 10-30, в зависимости от устройства и объема самой памяти). Самый большой расход мощности, связанный с использованием карт памяти, приходится на фазу записи. Чтобы предотвратить потерю энергии, производите энергоемкие операции, если это возможно, подсоединившись к электрической сети с помощью адаптера питания.
SRAM-карты памяти стоят несколько особняком и предназначены для хранения (резевного восстановления) больших массивов данных в специализированных устройствах. Для обеспечения сохранности данных SRAM-карты требуют наличия встроенной батареи. Перезаряжаемые карты включают литиевые батареи длительного действия с возможностью подзарядки, а неперезаряжаемые имеют сменный источник питания и дополнительный — резервный, сохраняющий данные во время замены основных батарей.
Некоторые типы имеют режим пониженного питания, многие из них обладают защитой от записи. Время доступа к такой памяти — 100-200 наносекунд; рабочая температура от – 20 до +85°С.
SRAM-карты очень дороги, в среднем в 3–4 раза дороже, чем Flash-карты, однако они обеспечивают более высокое быстродействие с быстрыми циклами чтения и записи (у Flash-карт цикл записи значительно медленнее). Количество перезаписей у SRAM-карт, в отличие от Flash,не ограничено.
MultiMediaCard не уступает своим “коллегам” по таким па раметрам, как надежность, производительность и низкое энергопотребление. в настоящее время выпускаются карты памяти MultiMediaCard объемом от 8 до 32 Мбайт. На ближайшее время планируется выпуск карт объемом 64 Мбайт.
При своих малых размерах MultiMediaCard обладает следующими достоинствами: недорогой 7-контактный интерфейс надежная механическая конструкция, низкое энергопотребление, невысокая стоимость.
Благодаря этим преимуществам MultiMediaCard постепенно становится стандартом dt facto новейших цифровых устройствах, таких как МРЗ-проигрыватели, цифровые камеры, цифровые диктофоны и смарт-телефоны.
А что, собственно, мешает создать носитель, напрямую подключаемый к шине USB? Почти полная совместимость — это почти гарантированный успех! Приходите в любое приличное место, где установлены ПК, выпущенные после 1998 года (с Windows 98 и выше), втыкаете носитель в USB-порт и мгновенно получаете к нему доступ. Естественно, не нужен никакой специальный привод — только USB-порт, так как контроллер интегрирован на самом носителе/накопителе. Программная прозрачность, питание по шине (не нужны провода), пиковая скорость шины — 12 Мбит/с. Правда, реальная скорость переноса данных, конечно, должна быть ниже.
Емкость флэш-носителя ThumbDrive производства японской фирмы Shin-Nichi (http://www.shin-nicgi/com/) варьируется в диапазоне от 8 до 256 Мбайт. Габариты — 57´17´10 мм, что сопоставимо с “фигурой” MemoryStick или упаковкой жевательной резинки. Вес твердотельного носителя при этом — 30 граммов.
В небольшом углублении разработчики разместили микроползунок защиты от записи, который можно передвинуть лишь намеренно — стержнем ручки, например. По экспертной оценке (Hardwarezone.com), реальная скорость считывании данных с ThumbDrive — 655 Кбайт/с, а скорость записи на флэш — около 350 Кбайт/с. Среднее время доступа, согласно тесту WinBench Disk Inspection, — 30 мс.
LaCie PocketDrive — винчестер -конформист
FireWire, конечно куда более скоростная шина, но USB, как ни крути, получила куда большее распространение. И немудрено, что пользователи, выбирая портативный накопитель, встают перед дилеммой. Что первично: производительность или совместимость? Портативный внешний винчестер PocketDrive — очередная амбициозная попытка французской компании LaCie ответить на основной вопрос информационной философии. Дисковод оборудован сразу двумя интерфейсами: USB и IEEE-1394 (FireWire). Напомню, что IEEE-1394 (он жеFireWire, он же i.Link) обеспечивает потенциальную производительность 50 Мбайт/с, поддерживает “горячее” подключение “гирлянды” из 63 устройств, некоторые из которых даже питание могут получить по шине. Возможности USB 1.1 пока гораздо ниже: производительность — до 1,5 Мбайт/с, подключение до 127 устройств, возможность питания маломощной периферии по шине и широкая поддержка со стороны индустрии. Как результат, FireWire применяется для конвергенции компьютерной и бытовой аудио/видеоэлектроники. А шина USB прочно заняла нишу кросс-платформного дешевого интерфейса между ПК и периферией.
Но оставим в стороне “шинную” промышленность и вспомним о LaCiePocketDrive. Портативный винчестер выполнен в ударопрочном корпусе с компенсирующими резиновыми накладками. По кромке дисковода идет канавка, для того чтобы было удобно наматывать и фиксировать кабели при транспортировке. Вес устроства — 353 грамма.
Термин “CD-визитка” следует понимать буквально. Какой-то светлой голове с год назад пришла мысль интегрировать урезанный CD-ROM на пластиковую карту стандартного размера и использовать этот носитель в качестве мультимедийной визитной карточки. CD-визитку можно установить в любой привод CD-ROM и считать данные как с обычного компакт-диска. Естественно, их поместится гораздо меньше, чем на неурезанный CD-ROM, — до 100 Мбайт.
По поводу емкости мини-CD-ROM. Встречаются “номиналы” в 9, 26, 30, 50 и даже 100 Мбайт. Обычно на визитку стандартного размера помещается диск с внешним диаметром 5,65 см и внутренним — 23,5 мм (полезная площадь). Габариты самой пластиковой карточки — 8 ´ 5,6 см.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.С. Борейшо. «Квантовая электроника». Периодическое издание. С-Петербург: 35, № 5 (2005).
2. Д.В. Высоцкий, А.П. Напартович. «Квантовая электроника». Периодическое издание. С-Петербург: 35, № 8 (2005).
3. Н.А. Малеев. «Физика и техника полупроводников». Периодическое издание. С-Петербург: 39, выпуск 4 (2005).
4. А.А. Щука «Электроника». Учебное пособие/Под ред. Проф. А.С. Семова. –Спб.: БХВ-Петербург, 2005. – 800 с.: ил.
5. Петров К.С. «Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроникая: Учебное пособие – СПб: Питер, 2006 – 522 с.: ил.
6. В.И. Дудкин, Л.Н. Пахомов «Основы квантовой электроники», Учебное пособие: СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001, 307 с.