Корисний об`єм флеш-накопичувачів: який він?

Для зберігання електронної інформації призначені накопичувачі даних. Залежно від конструктивних особливостей вони поділяються на кілька видів, найбільш поширеними серед яких є флеш-накопичувачі. Вони отримали широке поширення завдяки малим фізичним габаритам і значному обсягу, що дозволяє зберігати велику кількість файлів. Однак при покупці флешки кожен користувач стикався з ситуацією, коли корисний об`єм накопичувача не відповідав заявленому виробником. Чому виникає така ситуація?

Визначення флеш-пам`яті

Флеш-пам`ять - це одна з різновидів сучасних накопичувачів інформації, в основі якої лежить технологія електричного програмування, яка дозволяє отримати повністю закінчене, з технологічної точки зору, рішення для запису і зберігання електронної інформації.
Звичайні користувачі застосовують термін "флеш пам `ять" для класифікації великий категорії пристроїв зберігання інформації, які виготовляються за цією технологією. Основними достоїнствами цієї категорії накопичувачів даних є:

- Маленькі габарити;
- Низька вартість;
- Відмінна стійкість до механічних пошкоджень;
- Великий обсяг;
- Висока швидкість зчитування даних;
- Маленьке споживання електроенергії.

Завдяки всім перерахованим вище переваг, цей тип пам`яті знайшов широке застосування при виробництві різних електронних гаджетів, а також зовнішніх накопичувачах даних. Однак існують і значні недоліки, якими володіє флеш-пам`ять. Основними серед них є недовговічність експлуатації і підвищена чутливість до електростатичних розрядів.

А що стосується обсягу пам`яті, якої можуть мати сучасні флеш-накопичувачі? Однозначної відповіді на це питання немає, оскільки лише кілька років тому 128 гігабайт здавалися межею, а вже в наші дні нікого не дивують флеш-накопичувачі, здатні вмістити один терабайт інформації. І це далеко не межа.

Відео: Найбільша флешка, найбільша за обсягом карта пам`яті

Трохи історії

Першими накопичувачами даних цієї категорії вважаються жорсткі диски, в яких процес запису здійснювався за допомогою розрядів електрики, а стирання - ультрафіолетом. Як запам`ятовуючих елементів в таких носіях використовувалися світлодіодні транзистори з плаваючим затвором. Інформація цих постійних запам`ятовуючих пристроїв представлялася у вигляді електричного розряду, який закріплювався на діелектрику. Основною проблемою цих пристроїв була дуже велика площа розводки, яку вдалося зменшити лише в 1984 році. Саме тоді і з`явилися перші флеш-накопичувачі сучасного зразка.

Принцип роботи

Запис і зберігання інформації в електронному вигляді на флеш-накопичувачах відбувається за допомогою реєстрації та зміни електричного заряду світлодіодних транзисторів. Цей процес базується на принципі тунельного ефекту, який відбувається між джерелом електроенергії і рухомим затвором транзистора. Для підвищення ефективності цього процесу використовують прискорення електронів. Зчитування записаної інформації здійснюється за допомогою польових транзисторів. Для реалізації роботи з великою кількістю осередків інформації в конструкції флеш-пам`яті реалізовані спеціальні елементи. Невеликі фізичні розміри накопичувачів цього класу і великий обсяг пам`яті досягаються завдяки маленьким розмірам всіх електронних елементів, що входять до складу цих пристроїв.

Відео: Як повернути китайської флешці реальний обсяг?

NOR- і NAND-прилади

Ці елементи розрізняються залежно від методу, який закладений в основу реалізації великого масиву джерел зберігання електричних зарядів, а також технологією запису і зчитування інформації. Прилади категорії NOR створюються на базі двомірної напівпровідникової матриці, в місці перетину яких використовується по одній клітинці. В процесі запису і зчитування електронної інформації один вихід осередку контактує з транзистором, а другий - з затвором стовпців. Исток контактує з підкладкою, яка виступає сполучною ланкою для всіх елементів флеш-накопичувача. Подібна конструкція дозволяє подавати живлення на один транзистор, в якому зберігається необхідна частина інформації.

Відео: Ємність невідома (флеш-накопичувачі)

На відміну від структури NOR, прилади класу NAND працюють за принципом тривимірного масиву. Накопичувачі з цими приладами створюються на тому ж типі матриці з тим лише винятком, що в місці перетину транзисторів базується не одна, а стовпець послідовних осередків. Таким чином, в одному перетині може знаходитися велика кількість затворів ланцюгів, що дозволяє істотно збільшити кількість елементів, що входять в основу накопичувачів інформації. Однак це призводить до суттєвого ускладнення алгоритму доступу до електронних елементів, які зберігають електричний заряд, а також процесу запису і зчитування інформації. Проте не дивлячись на більш складну конструкцію, флеш-накопичувачі, розроблені на цих приладах, мають істотно більший обсяг.

SLC- і MLC-прилади

Деякі пристрої, які використовуються при виробництві флеш-накопичувачів даних, здатні одночасно зберігати декілька біт інформації замість одного. Це досягається завдяки збільшенню кількості зарядів, які одночасно може зберігати плаваючий затвор транзисторів. Такі прилади отримали назву многобітовие або багаторівневі, а в технічній документації вони позначаються як MLC. Варто відзначити, що незважаючи на переваги в роботі, вони мають більш низькою вартістю, проте, є і негативна сторона, наприклад, менший ресурс циклів перезапису, що значно знижує їх термін служби.

Аудіопамять

У міру розвитку науково-технічного прогресу і винаходи MLC-приладів, технічні фахівці прийшли до ідеї перетворення аналогового сигналу в електричний, з подальшою його записом у клітинку флеш-пам`яті. Ця ідея була реалізована на практиці, а найбільш яскравим прикладом є різні дитячі іграшки, здатні відтворювати звуки.

технологічні обмеження

В процесі експлуатації флеш-пам`яті відбувається регулярна запис і зчитування інформації. При цьому витрати електроенергії на обидва ці процеси дуже сильно відрізняються. Для того щоб записати електронні дані в осередок необхідно більше електрики ніж, для їх зчитування.

Ресурс запису і зберігання інформації

В процесі приміщення електричного заряду в осередок транзистора відбуваються незворотні зміни структури цих елементів. У свою чергу, кожен транзистор має обмеженою кількістю циклів запису. Максимальна кількість циклів залежить від використовуваних технологій при виробництві, а також від використовуваних деталей. Це пояснюється тим, що неможливо контролювати електричний заряд, поміщений в плаваючий затвор, тому в міру експлуатації накопичувача відбувається порушення структури транзистора і втрата електричного заряду.

Ця ж тенденція спостерігається і в максимальному часу, протягом якого може зберігатися заряд. В середньому, електронна інформація може зберігатися на флеш-накопичувачах від 10 до 20 років, однак, ці терміни можуть відрізнятися в залежності від використовуваних при виробництві технологій і елементів.