В чём разница?
Ищем и находим разницу во всём

Что такое Флэш-память и как она работает?

Флэш-память предлагает множество преимуществ по сравнению с жесткими дисками, включая скорость, долговечность и размер
Флэш-память предлагает множество преимуществ по сравнению с жесткими дисками, включая скорость, долговечность и размер

Практически все современные устройства используют флэш-память — технологию хранения электронных данных, которая может сохранять информацию в течение длительного периода времени. Ваш смартфон, например, использует флэш-память в той или иной форме для хранения данных, и вполне вероятно, что большинство ноутбуков и компьютеров вокруг вас также используют ее. Однако не вся флэш-память одинакова — некоторые реализации намного превосходят другие. Итак, в этой статье давайте разберем технологию, как она работает, и различные термины, которые вы, возможно, слышали, связанные с этой технологией.

Что такое Флэш-память и почему она такая популярная?

Флэш-память — это тип энергонезависимой памяти. Бит энергонезависимости означает, что данные сохраняются даже при полном отключении питания устройства. Это резко контрастирует с оперативной памятью , типом энергозависимой памяти, которая теряет все свои данные при отключении питания или сбросе. Способность флэш-памяти хранить данные без источника питания, наряду с другими преимуществами, которые мы обсудим, делает ее идеальной для использования в качестве носителя данных, и ее популярность только растет.

SD-карты обладают меньшей надежностью и скоростью, чем твердотельные накопители, хотя и те и другие используют одну и ту же базовую технологию
SD-карты обладают меньшей надежностью и скоростью, чем твердотельные накопители, хотя и те и другие используют одну и ту же базовую технологию

Жесткие диски когда-то были доминирующим носителем информации для электронных устройств. Например, в iPod первого поколения использовался жесткий диск Toshiba емкостью 5 ГБ. Точно так же большинство ноутбуков и настольных компьютеров до начала 2010-х годов имели жесткие диски в качестве основного устройства хранения. Но большая часть индустрии бытовой электроники в настоящее время отказалась от жестких дисков в пользу флэш-памяти, особенно в таких приложениях, как игры, требующих быстрого носителя данных.

Жесткие диски имеют множество недостатков. Во-первых, их вращающиеся пластины делают их в основном механическими устройствами. Другими словами, они имеют несколько подверженных сбоям движущихся частей. Во-вторых, они не очень быстрые, поскольку магнитная стрелка должна физически достигать определенных частей вращающегося диска для чтения и записи данных.

С другой стороны, флэш-память полностью электронная. Данные по-прежнему хранятся в цифровом виде в виде 1 и 0. Однако вместо использования магнетизма, как в жестких дисках, во флэш-памяти используются так называемые ячейки памяти, построенные из транзисторных затворов. Отсутствие движущихся частей дает устройствам хранения данных на основе флэш-памяти несколько преимуществ. Они часто имеют более длительный срок службы, занимают меньше места и работают значительно быстрее, чем жесткие диски. Конечно, у этой технологии есть несколько недостатков, но, кроме стоимости, большинство из них не особо влияют на обычного пользователя.

Основные термины, связанные с Флэш-памятью

SATA: введенный в начале 2000-х, SATA относится к интерфейсу связи между материнской платой компьютера и устройствами хранения, такими как жесткие диски. Последняя наиболее популярная версия, SATA III, предлагает максимальную пропускную способность 600 МБ/с, что далеко от передовых технологий. Стандарт не обновлялся с 2009 года, но по-прежнему широко используется.

NVMe:  «non-volatile memory express» или энергонезависимая экспресс-память — это протокол связи для устройств хранения. В отличие от SATA, NVMe был разработан для устройств хранения с более высокой пропускной способностью, таких как твердотельные накопители. Поскольку твердотельные накопители NVMe имеют прямой путь к ЦП, они часто значительно быстрее, чем твердотельные накопители SATA. NVMe может развивать скорость до 3500 МБ/с, что в 6 раз выше, чем у SATA III.

PCIe: PCIe означает экспресс-соединение между периферийными компонентами и обеспечивает магистраль связи для устройств NVMe. Производительность диска NVMe может варьироваться в зависимости от возможностей ЦП PCIe. Например, твердотельный накопитель PCIe Gen 4 NVMe может иметь более низкую скорость на старых компьютерах с возможностями только Gen 3. С другой стороны, более новые устройства, такие как PlayStation 5, требуют твердотельных накопителей PCIe Gen 4 NVMe выше определенного порога скорости для стабильного взаимодействия с пользователем.

Слот M.2 в PlayStation 5
Слот M.2 в PlayStation 5

M.2: M.2 относится к физическому разъему, используемому для карт расширения. Слот обычно находится на материнских платах компьютеров и ноутбуков, но вы также можете увидеть его на других устройствах, таких как PlayStation 5 (зеленое поле на изображении выше). Разъем M.2 может быть электрически подключен для работы в режиме SATA или PCIe. Ноутбуки часто используют M.2 для карт расширения с высокой пропускной способностью, таких как карты Wi-Fi и твердотельные накопители.

Как эта технология связана с SSD, UFS и eMMC?

Устройства хранения данных, использующие флэш-память, бывают разных форм и размеров в зависимости от предполагаемого варианта использования. Например, основной загрузочный диск компьютера должен быть быстрее и надежнее, чем флэш-накопитель, который вы будете использовать только для хранения мультимедийных файлов. Все твердотельные накопители, чипы eMMC и SD-карты используют флэш-память, но конкретные реализации могут различаться.

Твердотельные накопители (SSD) обычно содержат больше, чем просто флэш-память — многие из них также содержат кэш-память DRAM и контроллер памяти. Первый может ускорить чтение и запись, но бюджетные накопители, как правило, не включают его. Тем временем контроллер помогает системе взаимодействовать с хранящимися на диске данными. В некоторых случаях это также может помочь увеличить срок службы накопителя с помощью таких методов, как выравнивание износа и исправление ошибок.

SSD (слева) имеют более высокую скорость чтения и записи, чем жесткие диски (справа)
SSD (слева) имеют более высокую скорость чтения и записи, чем жесткие диски (справа)

Для сравнения, SD-карты и USB-накопители намного проще. Оба занимают гораздо меньшую площадь, чем твердотельные накопители, и, следовательно, также немного медленнее. Кроме того, твердотельные накопители обычно содержат несколько пакетов памяти для увеличения общей емкости. Меньшие SD-карты и USB-накопители не могут этого сделать, поскольку они должны втиснуться в меньший форм-фактор.

Наконец, вы, возможно, также слышали о чипах флэш-накопителей eMMC и UFS в контексте смартфонов, планшетов и ноутбуков. MMC означает встроенную карту MultiMediaCard, а UFS — сокращение от Universal Flash Storage. Вы обнаружите, что эти встроенные микросхемы припаяны непосредственно к материнской плате устройства.

eMMC является полудуплексной, и имеет возможность чтения или записи в память, тогда как UFS является полнодуплексной и позволяет одновременно читать и писать, поэтому eMMC медленнее, чем UFS
eMMC является полудуплексной, и имеет возможность чтения или записи в память, тогда как UFS является полнодуплексной и позволяет одновременно читать и писать, поэтому eMMC медленнее, чем UFS

В наши дни UFS начал заменять eMMC в качестве стандарта для хранения смартфонов. Первый значительно быстрее (до 2100 МБ/с против 250 МБ/с), поскольку он поддерживает одновременное чтение и запись — представьте UFS как многополосную магистраль с двусторонним движением, а eMMC — как дорогу с односторонним движением. Тем не менее, оба по-прежнему значительно быстрее, чем жесткие диски.

Скорость хранения важнее для одних приложений, чем для других. Например, запись видео в высоком разрешении может превзойти большинство недорогих SD-карт. Точно так же игры и другие интенсивные рабочие нагрузки могут выиграть от более быстрого хранилища.

Сегодня большинство высококлассных Android-смартфонов используют хранилище UFS 3.1. Однако вы также найдете некоторые бюджетные устройства, оснащенные более старой памятью UFS 2.1. Что касается eMMC, то последнюю версию 5.1 обычно можно найти на бюджетных хромбуках и планшетах с Windows, таких как Lenovo Duet 5 .

Как работает Флэш-память?

Не вдаваясь слишком глубоко в специфику задействованной электроники, флэш-память хранит данные в ячейках памяти. Эти ячейки содержат транзисторы с плавающим затвором, которые могут улавливать электроны в течение длительного периода времени, но не навсегда. Эти ячейки имеют три операции: чтение, запись и стирание, в зависимости от того, где вы прикладываете напряжение. Для выполнения операции записи плавающий затвор в ячейке памяти либо заряжается, либо разряжается — первый обозначает логический 0, а разряженное состояние указывает на 1.

Современные устройства хранения организуют ячейки памяти в виде страниц, что позволяет одновременно обращаться к большим объемам данных, а не к ячейкам. Наиболее распространенный тип флэш-памяти, называемый флэш-памятью NAND, содержит блоки по 32 или 64 страницы.

Потребительское устройство, содержащее флэш-память NAND, такое как USB-накопитель или твердотельный накопитель, имеет миллионы ячеек памяти, расположенных горизонтально, вертикально или в обоих измерениях — последнее иногда называют 3D NAND . Как и следовало ожидать, устройство, требующее таких точных операций и плотности, дороже в производстве, чем традиционные жесткие диски.

Материнская плата с флеш-памятью eMMC для Samsung Galaxy A5
Материнская плата с флеш-памятью eMMC для Samsung Galaxy A5

Однако производители придумали способы борьбы с высокой стоимостью флэш-памяти, причем наиболее распространенным методом является использование многоуровневых ячеек. Вместо хранения одного 0 или 1, трехуровневые ячейки (TLC) и многоуровневые ячейки (MLC) могут хранить два, три или более битов. Хотя эта стратегия повышает плотность хранения и снижает производственные затраты, она также оказывает негативное влияние на скорость и долговечность. Тем не менее соотношение цены и качества означает, что сегодня большинство потребительских устройств хранения используют флэш-память на основе TLC или MLC вместо одноуровневых ячеек (SLC).

Какие ограничения у технологии Флэш-памяти?

В наши дни флэш-память стала стандартом для компактных электронных устройств, но эта технология далека от совершенства. Помимо высоких цен, о которых мы уже говорили, флэш-память со временем может страдать от деградации данных или битовой гнили. При хранении в обесточенном состоянии в течение нескольких лет ячейки памяти могут страдать от утечки электронов и, в конечном итоге, потери данных. Хотя жесткие диски также могут страдать от битовой гнили, они обычно служат немного дольше при отключении питания.

Более серьезной проблемой флэш-памяти является долговечность записи или циклы программирования/стирания. В двух словах, это относится к количеству данных, которые вы можете записать до того, как ячейки памяти в конечном итоге изнашиваются. Вообще говоря, чем больше информации записывается в ячейку памяти (накопители типа TLC и MLC), тем хуже выносливость.

Производители устройств хранения обычно гарантируют срок службы диска до определенного момента использования, указанного в TBW или общем количестве записанных байтов. Например, вариант твердотельного накопителя Samsung 860 Evo емкостью 1 ТБ имеет заявленную выносливость 600 TBW. Накопитель может по-прежнему работать за пределами своего номинального TBW — просто не ждите никаких гарантий от производителя. Диски с более высоким ресурсом обычно стоят дороже, особенно те, которые предназначены для корпоративного использования.

Наконец, флэш-память по-прежнему не может конкурировать с жесткими дисками с точки зрения емкости. Большинство потребительских твердотельных накопителей имеют максимальную емкость 2-4 ТБ, в то время как вы можете легко купить жесткие диски емкостью более 10 или даже 15 ТБ по той же цене. Это может измениться в какой-то момент в будущем, но на данный момент жесткие диски лучше всего подходят для архивирования больших объемов данных.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.