Co je flash paměť. Správa špatných bloků. Způsoby, jak používat náhradní oblast stránky

Potřeba energeticky nezávislé flash paměti roste úměrně s pokrokem počítačových systémů v oblasti mobilních aplikací. Spolehlivost, nízká spotřeba, malé rozměry a nízká hmotnost jsou zřejmé výhody médií založených na flash paměti ve srovnání s diskovými jednotkami. Vzhledem k neustálému poklesu nákladů na ukládání jednotky informace ve flash paměti poskytují média na nich založená stále více výhod a funkcí mobilním platformám a přenosným zařízením, které takovou paměť využívají. Mezi různými typy pamětí je flash paměť založená na buňkách NAND nejvhodnějším základem pro vytváření energeticky nezávislých úložných zařízení pro velké množství informací.

V současné době existují dvě hlavní struktury pro konstrukci flash paměti: paměť založená na buňkách NOR a NAND. Struktura NOR (obr. 1) se skládá z paralelně propojených buněk pro ukládání elementárních informací. Tato organizace buněk poskytuje možnost náhodného přístupu k datům a zaznamenávání informací bajt po bajtu. Struktura NAND (obr. 2) je založena na principu sekvenčního spojování elementárních buněk tvořících skupiny (16 buněk v jedné skupině), které jsou spojeny do stránek a stránek do bloků. S touto konstrukcí paměťového pole je přístup k jednotlivým buňkám nemožný. Programování se provádí současně pouze v rámci jedné stránky a při mazání se přistupuje k blokům nebo skupinám bloků.

Obr.1 Struktura NOR	Obr.2 Struktura NAND

V důsledku toho se rozdíly ve strukturní organizaci mezi pamětmi NOR a NAND promítají do jejich charakteristik. Při práci s relativně velkým množstvím dat jsou procesy zápisu/mazání v paměti NAND prováděny mnohem rychleji než v paměti NOR. Vzhledem k tomu, že 16 sousedních paměťových buněk NAND je zapojeno do série bez jakýchkoli kontaktních mezer, je dosaženo velké plochy buněk na čipu, což umožňuje vysokou kapacitu při stejných technologických standardech. Programování NAND flash paměti je založeno na procesu elektronového tunelování. A protože se používá jak pro programování, tak pro mazání, je dosaženo nízké spotřeby paměťového čipu. Struktura sekvenční buňky umožňuje vysoký stupeň škálovatelnosti, díky čemuž je NAND flash lídrem v závodě o zvýšení kapacity paměti. Protože k tunelování elektronů dochází v celé oblasti kanálu buňky, NAND flash má nižší rychlost zachycení náboje na jednotku plochy než jiné technologie flash paměti, což má za následek vyšší počet cyklů programování/mazání. Programování a čtení se provádí sektor po sektoru nebo stránku po stránce v 512bajtových blocích, aby se emulovala běžná velikost sektoru diskových jednotek.

Hlavní rozdíly v parametrech flash pamětí vyráběných různými technologiemi ukazuje tabulka 1.

Tabulka 1. Srovnávací charakteristiky paměťových modulů založených na buňkách NAND a NOR

Vedoucím lídrem ve výrobě NAND flash čipů je Hynix. Vyrábí několik typů paměťových čipů, které se liší v následujících klíčových parametrech:

• kapacita (256 Mbit, 512 Mbit a 1 Gbit);
• šířka sběrnice, 8 nebo 16 bitů (x8, x16);
• napájecí napětí: od 2,7 do 3,6 V (zařízení 3,3 V) nebo od 1,7 do 1,95 V (zařízení 1,8 V);
• velikost stránky: v x8 zařízeních (512 + 16 náhradních) bajtech, v 16x – (256 + 8 náhradních) slov;
• velikost bloku: v x8 zařízeních (16K + 512 náhradních) bytů, v 16x – (8K + 256 náhradních) slov;
• přístupová doba: náhodný přístup 12 μS, sekvenční 50 nS;
• čas programování stránky 200 µS;

Všechny flash čipy NAND od Hynixu mají typickou dobu vymazání bloku 2 mS, mají hardwarovou ochranu dat během přechodových jevů napájení a mohou provést 100 000 cyklů zápisu/vymazání. Garantovaná doba uchování dat je 10 let. Důležitou vlastností paměťových čipů Hynix je jejich pin-to-pin kompatibilita bez ohledu na kapacitu. Díky tomu je velmi snadné zlepšit spotřebitelské vlastnosti konečného produktu. V tabulce 2 jsou uvedeny základní parametry všech flash čipů Hynix NAND.

Tabulka 2. Srovnávací seznam NAND flash čipů od Hynixu

* - Teplotní rozsahy
C- Rozsah provozních teplot 0...+70°C
E- Rozšířený rozsah provozních teplot -25...+85°C
já- Rozsah průmyslových provozních teplot -40...+85°C

Vlastnosti paměťových čipů Hynix lze podrobněji prozkoumat na příkladu krystalů řady HY27xx(08/16)1G1M. Obrázek 3 ukazuje vnitřní strukturu a účel svorek těchto zařízení. Adresové linky jsou multiplexovány s datovými I/O linkami na 8 nebo 16bitové I/O sběrnici. Toto rozhraní snižuje počet použitých pinů a umožňuje migraci na čipy s vyšší kapacitou bez výměny desky s plošnými spoji. Každý blok lze naprogramovat a vymazat 100 000krát. Pro prodloužení životního cyklu NAND flash zařízení se důrazně doporučuje používat kód pro opravu chyb (ECC). Čipy mají výstup pro čtení/zaneprázdnění s otevřeným odtokem, který lze použít k identifikaci aktivity řadiče PER (Program/Erase/Read). Protože výstup je open-drain, je možné propojit několik takových výstupů z různých paměťových čipů dohromady přes jeden pull-up rezistor na kladnou svorku zdroje.

Obr.3 Vnitřní organizace flash čipů Hynix NAND

Pro optimální práci s vadnými bloky je k dispozici příkaz „Copy Back“. Pokud selže programování stránky, data z tohoto příkazu lze zapsat na jinou stránku, aniž by bylo nutné je znovu odesílat.

Paměťové čipy Hynix jsou k dispozici v následujících balíčcích:

• 48-TSOP1 (12x20x1,2 mm) – obr. 4;
• 48-WSOP1 (12x12x0,7 mm)
• 63-FBGA (8,5x15x1,2 mm, kontaktní pole 6x8 kuliček, rozteč 0,8 mm)

Obr.4 Hynix NAND flash

Paměťové pole NAND je organizováno do bloků, z nichž každý obsahuje 32 stránek. Pole je rozděleno na dvě oblasti: hlavní a náhradní (obr. 5). Hlavní oblast pole se používá k ukládání dat, zatímco náhradní oblast se obvykle používá k ukládání kódů opravy chyb (ECC), příznaků programu a ID chybných bloků hlavní oblasti. Na zařízeních x8 jsou stránky v hlavní oblasti rozděleny na dvě půlstránky, každá o velikosti 256 bajtů, plus 16 bajtů náhradní oblasti. Na zařízeních x16 jsou stránky rozděleny na hlavní oblast 256 slov a náhradní oblast 8 slov.

Obr.5 Organizace paměťového pole NAND

Zařízení NAND flash se stránkami o velikosti 528 bajtů/264 slov mohou obsahovat špatné bloky, které mohou obsahovat jednu nebo více mrtvých buněk, u nichž není zaručena spolehlivost. Kromě toho se během provozu produktu mohou objevit další nepoužitelné bloky. Informace o špatných blocích se před odesláním zapisují do krystalu. Práce s takovými bloky se provádí podle postupu podrobně popsaného v referenční příručce pro paměťové čipy Hynix.

Při práci s paměťovými čipy se provádějí tři hlavní úkony: čtení (obr. 6), zápis (obr. 7) a mazání (obr. 8).

Postup čtení dat

Obr.6 Schéma postupu čtení

Procedury pro čtení dat z paměti NAND mohou být tří typů: náhodné čtení, čtení stránky a sekvenční čtení řádků. Při náhodném čtení je k získání jednoho kusu dat potřeba samostatný příkaz.

Stránka je přečtena po náhodném přístupu pro čtení, který přenese obsah stránky do vyrovnávací paměti stránky. Dokončení přenosu je indikováno vysokou úrovní na výstupu Read/Busy. Data lze číst sekvenčně (od zvolené adresy sloupce po poslední sloupec) pulzním signálem na Read Enable (RE).

Režim sekvenčního čtení řádků je aktivní, pokud vstup Chip Enable (CE) zůstává nízký a vstup Read Enable pulzuje po přečtení posledního sloupce stránky. V tomto případě se další stránka automaticky načte do vyrovnávací paměti stránek a operace čtení pokračuje. Operaci sekvenčního čtení řádku lze použít pouze v rámci bloku. Pokud je blok změněn, musí být vydán nový příkaz čtení.

Postup záznamu dat

Obr.7 Schéma postupu záznamu

Standardním postupem pro záznam dat je záznam stránky. Hlavní oblast paměťového pole se programuje po stránkách, ale je možné naprogramovat část stránky s požadovaným počtem bajtů (od 1 do 528) nebo slov (od 1 do 264). Maximální počet po sobě jdoucích záznamů částí stejné stránky není více než jeden v hlavní oblasti a ne více než dva v oblasti zálohy. Jakmile jsou tyto hodnoty překročeny, musí být před každým dalším programováním dané stránky proveden příkaz vymazání bloku. Každá programovací operace se skládá z pěti kroků:

1. K nastavení příkazu pro zápis stránky je zapotřebí jeden cyklus sběrnice.
2. K přenosu adresy jsou zapotřebí čtyři cykly sběrnice.
3. Výstup dat na sběrnici (až 528 bajtů / 264 slov) a načítání do vyrovnávací paměti stránky.
4. K vydání potvrzovacího příkazu ke spuštění řadiče PER je zapotřebí jeden cyklus sběrnice.
5. Řadič PER zapisuje data do pole.

Postup mazání bloku

Obr.8 Schéma postupu mazání

Operace mazání se provádí vždy na jednom bloku. V důsledku jeho činnosti jsou všechny bity ve specifikovaném bloku nastaveny na „1“. Všechna předchozí data jsou ztracena. Operace mazání se skládá ze tří kroků (obr. 8):

1. K nastavení příkazu vymazání bloku je zapotřebí jeden cyklus sběrnice.
2. K nastavení adresy bloku jsou potřeba pouze tři cykly sběrnice. První smyčka (A0-A7) není vyžadována, protože platné jsou pouze adresy A14 až A26 (nejvyšší adresy), A9-A13 jsou ignorovány.
3. K vydání potvrzovacího příkazu ke spuštění řadiče PER je zapotřebí jeden cyklus sběrnice.

Paměťové čipy NAND vyrábí kromě Hynixu i několik dalších výrobců, z nichž Samsung má velmi široký sortiment a objem prodeje. Vyrábí dvě základní řady paměťových čipů NAND Flash a One NAND™. Paměťové moduly řady One NAND™ jsou jednovrstvé paměti se standardním NOR-flash rozhraním založeným na poli NAND-flash buněk.

Sortiment produktů vyráběných společností Samsung je širší než sortiment Hynixu. Prezentovány jsou moduly s kapacitami od 4 Mbit do 8 Gbit, které pracují v komerčních a průmyslových teplotních rozsazích. K dispozici jsou 8bitové i 16bitové modifikace pro různé rozsahy napájecího napětí: 1,65...1,95 V nebo 2,7...3,6 V. Produkty Samsung mají pokročilé možnosti hardwarové ochrany dat: ochrana proti zápisu pro BootRAM, ochranný režim pro pole Flash a ochranu proti náhodnému zápisu při zapnutí a vypnutí.

Jinak je design paměťových čipů Hynix a produktů rodiny Samsung NAND Flash téměř totožný. V této situaci je preferovanou možností spotřebitele produkt výrobce, jehož tržní cena je nejpřijatelnější.

Vysoký výkon při čtení sériových datových toků určuje široký rozsah použitelnosti NAND flash. Velmi oblíbeným a perspektivním trhem pro tento typ pamětí je trh SSD pro sběrnici USB. Tabulka 3 ukazuje možnosti aktuálně vyráběných NAND flash čipů v této oblasti. Navíc nejvýnosnější využití takové paměti je v MP3 přehrávačích, digitálních fotoaparátech, kapesních počítačích a dalších podobných zařízeních.

Tabulka 3. Výhody a nevýhody použití NAND flash v jednotkách SSD

Existují dva hlavní typy paměti Flash: NOR a NAND. Každý z nich má své výhody a nevýhody, které určují oblasti použití jednotlivých technologií. Jejich hlavní charakteristiky jsou uvedeny v tabulce.

ANI Flash paměti

Paměť NOR, pojmenovaná podle speciálního označení dat (Not OR - logické Not-OR), je vysokorychlostní flash paměť. Paměť NOR poskytuje vysokorychlostní, náhodný přístup k informacím a má schopnost zapisovat a číst data na určitém místě, aniž by bylo nutné přistupovat k paměti postupně. Na rozdíl od paměti NAND může paměť NOR přistupovat k datům o velikosti až jednoho bajtu. Technologie NOR těží ze situací, kdy jsou data náhodně zapisována nebo čtena. Proto je NOR nejčastěji zabudován do mobilních telefonů (pro uložení operačního systému) a tabletů a používá se i v počítačích pro uložení BIOSu.

Paměť NAND Flash

Paměť NAND byla vynalezena po NOR a je také pojmenována podle speciálního označení dat (Not AND). Paměť NAND zapisuje a čte data vysokou rychlostí v režimu sekvenčního čtení, přičemž data organizuje do malých bloků (stránek). Paměť NAND může číst a zapisovat informace stránku po stránce, ale nemůže přistupovat ke konkrétnímu bytu, jako je NOR. Proto se NAND běžně používá v pevných discích (SSD), audio a video přehrávačích, set-top boxech, digitálních fotoaparátech, mobilních telefonech (pro ukládání uživatelských informací) a dalších zařízeních, do kterých se data typicky zapisují postupně.

Například většina digitálních fotoaparátů používá technologii NAND, protože snímky jsou zachycovány a zaznamenávány postupně. Technologie NAND je také efektivnější při čtení, protože dokáže velmi rychle přenést celé stránky dat. Jako sériová paměť je NAND ideální pro ukládání dat. Cena za

Výkon a životnost SSD závisí především na NAND flash paměti a firmwaru řadiče. Jsou hlavními složkami ceny pohonu a je logické věnovat jim pozornost při nákupu. Dnes budeme mluvit o NAND.

Pokud si přejete, můžete najít složitosti technologického procesu výroby flash paměti na stránkách specializovaných na recenze SSD. Můj článek je zaměřen na širší okruh čtenářů a má dva cíle:

1. Zvedněte závoj nad vágními specifikacemi zveřejněnými na stránkách výrobců a obchodů SSD.
2. Vyřešte otázky, které můžete mít při studiu technických charakteristik paměti různých jednotek a čtení recenzí napsaných pro hardwarové nadšence.

Pro začátek uvedu problém pomocí obrázků.

Co naznačují specifikace SSD?

Technické specifikace NAND zveřejněné na oficiálních stránkách výrobců a v internetových obchodech ne vždy obsahují podrobné informace. Navíc se terminologie velmi liší a sestavil jsem pro vás data o pěti různých jednotkách.

Říká vám něco tento obrázek?

Dobře, řekněme, že Yandex.Market není nejspolehlivějším zdrojem informací. Pojďme na stránky výrobců – stalo se to jednodušší?

Možná to takto bude jasnější?

Co když ano?

Nebo je to takhle lepší?

Mezitím mají všechny tyto disky nainstalovanou stejnou paměť! Je těžké tomu uvěřit, zvláště při pohledu na poslední dva obrázky, že? Po přečtení zápisu až do konce se o tom nejen přesvědčíte, ale přečtete si i takové charakteristiky jako otevřenou knihu.

Výrobci pamětí NAND

Výrobců flash pamětí je mnohem méně než společností prodávajících SSD pod vlastními značkami. Většina disků má nyní paměť z:

• Intel / Micron
• Hynix
• Samsung
• Toshiba/SanDisk

Není náhodou, že Intel a Micron sdílejí stejné místo na seznamu. Vyrábí NAND pomocí stejných technologií v rámci společného podniku IMFT.

V předním závodě v americkém státě Utah se stejná paměť vyrábí pod značkami těchto dvou společností v téměř stejném poměru. Z montážní linky závodu v Singapuru, který je nyní řízen společností Micron, se paměti mohou dostat i pod značku její dceřiné společnosti SpecTek.

Všichni výrobci SSD nakupují NAND od výše uvedených společností, takže různé disky mohou mít prakticky stejnou paměť, i když je jejich značka odlišná.

Zdálo by se, že v této situaci s pamětí by mělo být vše jednoduché. Existuje však několik typů NAND, které jsou zase rozděleny podle různých parametrů, což způsobuje zmatek.

Typy paměti NAND: SLC, MLC a TLC

Jedná se o tři různé typy NAND, hlavním technologickým rozdílem mezi nimi je počet bitů uložených v paměťové buňce.

SLC je nejstarší ze tří technologií a je nepravděpodobné, že byste našli moderní SSD s takovou NAND. Většina disků nyní obsahuje MLC a TLC je nové slovo na trhu s paměťmi pro SSD.

Obecně se TLC dlouho používá v USB flash discích, kde výdrž paměti nemá praktický význam. Nové technologické postupy umožňují snížit náklady na jeden gigabajt TLC NAND u SSD disků, poskytují přijatelný výkon a životnost, což je logické pro všechny výrobce.

Je zajímavé, že i když je široká veřejnost znepokojena omezeným počtem cyklů zápisu SSD disků, s vývojem technologií NAND se tento parametr pouze snižuje!

Jak určit konkrétní typ paměti na SSD

Bez ohledu na to, zda jste si zakoupili SSD nebo nákup teprve plánujete, po přečtení tohoto příspěvku můžete mít v podtitulu otázku.

Žádný program nezobrazuje typ paměti. Tyto informace lze nalézt v recenzích disků, ale existuje zkratka, zvláště když potřebujete porovnat několik kandidátů na nákup.

Na specializovaných stránkách najdete databáze na SSD a zde je příklad.

Bez problémů jsem tam zjistil paměťové charakteristiky svých disků, s výjimkou SanDisku P4 (mSATA) nainstalovaného v tabletu.

Které SSD mají nejlepší paměť?

Pojďme si nejprve projít hlavní body článku:

• Výrobci NAND se dají spočítat na prstech jedné ruky
• Moderní disky SSD používají dva typy NAND: MLC a TLC, které teprve nabývají na síle
• MLC NAND se liší v rozhraních: ONFi (Intel, Micron) a Toggle Mode (Samsung, Toshiba)
• ONFi MLC NAND se dělí na asynchronní (levnější a pomalejší) a synchronní (dražší a rychlejší)
• Výrobci SSD používají paměti různých rozhraní a typů a vytvářejí rozmanitou škálu modelů vyhovujících každému rozpočtu
• Oficiální specifikace zřídka obsahují konkrétní informace, ale databáze SSD vám umožní přesně určit typ NAND

V takové zoologické zahradě samozřejmě nemůže být jasná odpověď na otázku položenou v podtitulu. Bez ohledu na značku disku NAND uvedené specifikace splňuje, jinak nemá smysl ho kupovat OEM výrobci (na SSD dávají vlastní záruku).

Nicméně... představte si, že vás léto potěšilo nebývalou úrodou jahod na dači!

Je to všechno šťavnaté a sladké, ale vy toho prostě nemůžete tolik sníst, a tak jste se rozhodli prodat některé bobule, které jste nasbírali.

Necháte si ty nejlepší jahody pro sebe nebo je dáte do prodeje? :)

Dá se předpokládat, že výrobci NAND instalují do svých disků nejlepší paměti. Vzhledem k omezenému počtu společností vyrábějících NAND je seznam výrobců SSD ještě kratší:

• Crucial (divize Micronu)
• Intel
• Samsung

Opět je to jen odhad a nepodložený tvrdými fakty. Ale jednali byste jinak, kdybyste byli těmito společnostmi?

Ahoj všichni! Zrovna nedávno jsem potkal svého starého přítele. Dali jsme se do řeči a on se slovy „Podívej se na ten telefon, se kterým teď chodím!“ předvedl svůj starý tlačítkový telefon Nokia. Ukázalo se, že firmware na jeho iPhonu neustále havaroval - musel vzít smartphone do servisního střediska. Zdálo by se to jako běžná věc...

Seznam prací, které služba provede, se však ukázal být pro mého přítele neobvyklý. Kompletní diagnostika, aktualizace softwaru (v případě potřeby) a další „obyčejné věci“ - zde je vše standardní a jasné. Hlavní otázka byla vznesena touto frází od mistra - "s největší pravděpodobností budete muset převrátit Nand Flash."

Samozřejmě jsem ve službě neukázal, že nerozumím tomu, o čem mluví - říkají, že už vím všechno bez vás. Hlavní je to udělat. Ale přišel jsem domů a hned jsem šel do Googlu – co to je, Nand Flashi? Proč se obtěžovat rolováním někde uvnitř iPhonu?

Smáli jsme se s ním, rozcházeli se a já si říkal – proč nenapsat krátkou poznámku na toto téma? Nezabere to mnoho času a pro lidi, kteří se potýkají se stejným problémem jako můj přítel, bude o něco jasnější, co se děje s jejich smartphonem. Pomyslel jsem si – udělal jsem to. Jdeme na to :)

Co je Nand Flash v iPhone?

Toto je vnitřní paměť zařízení. Ano, ano, to samé, co majitelům 16 GB iPhonu velmi často chybí.

Zhruba řečeno, Nand Flash v iPhone 7 32 GB je stejných 32 GB vnitřní paměti.

Paměť je umístěna na hlavní systémové desce zařízení a nijak nevyčnívá – úplně obyčejný čip.

Přirozeně se nejedná o flash disk - nemůžete iPhone rozebrat, snadno odpojit Nand Flash, nainstalovat další a myslet si, že vše bude „OK“. To nebude. I když stojí za zmínku, že v některých případech je to stále možné. Ale o tom trochu dále. Mezitím přejděme k problémům...

Příčiny poruchy

Možností není příliš mnoho a všechny jsou obvykle „standardní“:

1. Zařízení spadne.
2. Jiné fyzické poškození.
3. Vnikání kapaliny.
4. Manželství.
5. Útěk z vězení.

Zde není nic zvláštního k popisu – je jasné, že pokud bude zařízení hozeno a naplněno vodou, projeví se to na jeho výkonu.

I když stále poznamenám samostatně takový bod, jako je výrobní vada - to je také velmi možné. Byl jsem svědkem podobné situace - právě jsem si koupil iPhone, ale ve skutečnosti to nefunguje - restartuje se, zobrazuje chyby při obnově a obecně se chová divně. Poslali jsme jej do servisu, v důsledku toho - byla vadná paměť Nand Flash a následná výměna zařízení.

Příznaky selhání flash paměti iPhone

Tato porucha nemá žádné jasné a konkrétní příznaky (zpráva se na obrazovce neobjeví - vaše zařízení má problémy s pamětí), takže to vše lze uhodnout pouze nepřímými příznaky:

Když už jsme u chyb...

Chyby iTunes indikující selhání Nand Flash

Nejjistější způsob, jak se vypořádat s různými problémy se zařízením. Pokud má však iPhone problémy s pamětí Nand Flash, proces obnovy může být přerušen a může být doprovázen následujícími charakteristickými chybami:

Je však důležité si to zapamatovat - iTunes jsou navrženy tak, že stejné číslo chyby může mít několik důvodů.

Například chyba 4013 může signalizovat jak problémy se samotným čipem, tak neoriginální použití drátu pro připojení k PC.

Jak vidíte, rozptyl je velmi velký - od jednoduchého drátu až po velmi složitou opravu. Tento seznam chyb tedy můžete použít k předběžné analýze situace, ale nemůžete jim slepě věřit.

Oprava paměti Nand Flash - je to možné?

Možná. Ale samozřejmě ne „doma“. Navíc ne všechna servisní střediska jsou schopna tuto operaci provést. Například „ve stanu na trhu“ vám s největší pravděpodobností nebudou moci pomoci - prostě tam nebude potřebné vybavení. Ano, a musí tam být nějaká dovednost.

Ještě jednou poznamenám samostatně - pokud váš iPhone nevypršela záruční doba (), nemusíte nic vymýšlet - . Je vysoká pravděpodobnost, že na oplátku dostanete nové zařízení.

Pokud je záruka „selhání“, ale oprava paměti Nand Flash je stále nutná, má servisní středisko dvě možnosti, jak situaci napravit:

Mimochodem, pokud mluvíme o vybavení pro firmware Nand Flash, pak jsou takoví programátoři poměrně různorodí, ale jedna věc je stále spojuje - cena. Všechny stojí spoustu peněz – ne každý si něco takového může dovolit.

Jaký závěr lze z toho všeho vyvodit? Problémy s pamětí iPhone jsou poměrně vážným problémem, který je velmi obtížné vyřešit vlastními silami. Situaci ale nelze označit za beznadějnou. Hlavní věcí je najít dobré servisní středisko s kompetentními specialisty a potřebným vybavením. A pak vás iPhone bude těšit svou prací na dlouhou dobu!

P.S. Jo, jako krátká poznámka to nevyšlo :) Nicméně, co tam je, je to, co to je - teď to nemažte. A informace jsou užitečné – někomu se budou hodit. souhlasíte? Dejte „to se mi líbí“, klikněte na tlačítka sociálních sítí - podpořte autora! Snažil se, upřímně. Děkuju!

P.S.S. Máte nějaké dotazy? Máte k článku co dodat nebo byste chtěli vyprávět svůj příběh? Jsou k tomu komentáře - klidně pište!

Moderní lidé jsou rádi mobilní a mají s sebou různé high-tech gadgety (anglicky gadget - zařízení), které usnadňují život, ale co skrývat, dělat ho bohatším a zajímavějším. A objevili se za pouhých 10-15 let! Miniaturní, lehké, pohodlné, digitální... Toho všeho dosáhly gadgety díky novým mikroprocesorovým technologiím, ale větší přínos přinesla jedna pozoruhodná technologie ukládání dat, o které si dnes povíme. Takže flash paměť.

Existuje názor, že název FLASH ve vztahu k typu paměti se překládá jako „blesk“. Ve skutečnosti to není tak úplně pravda. Jedna verze jeho vzhledu říká, že Toshiba poprvé v letech 1989-90 použila slovo Flash v kontextu „rychlého, okamžitého“ při popisu svých nových čipů. Obecně je za vynálezce považován Intel, který v roce 1988 představil flash paměti s architekturou NOR. O rok později Toshiba vyvinula architekturu NAND, která se dodnes používá spolu se stejným NOR ve flash čipech. Ve skutečnosti nyní můžeme říci, že se jedná o dva různé typy pamětí, které mají poněkud podobnou výrobní technologii. V tomto článku se pokusíme pochopit jejich strukturu, princip fungování a také zvážit různé možnosti praktického použití.

ANI

S jeho pomocí se vstupní napětí převádějí na výstupní napětí odpovídající „0“ a „1“. Jsou nezbytné, protože ke čtení/zápisu dat v paměťové buňce se používají různá napětí. Schéma buňky je znázorněno na obrázku níže.

Je typický pro většinu flash čipů a je to tranzistor se dvěma izolovanými hradly: řídicí a plovoucí. Důležitou vlastností posledně jmenovaného je schopnost držet elektrony, tedy nabíjet. Buňka má také takzvaný „odtok“ a „zdroj“. Při programování mezi nimi vzniká vlivem kladného pole na řídicí bránu kanál - tok elektronů. Část elektronů díky přítomnosti větší energie překonává vrstvu izolantu a dopadá na plovoucí bránu. Mohou se na něm skladovat několik let. Určitý rozsah počtu elektronů (náboje) na plovoucí bráně odpovídá logické jedničce a cokoli větší než toto odpovídá nule. Při čtení jsou tyto stavy rozpoznány měřením prahového napětí tranzistoru. Pro vymazání informací se na řídicí hradlo přivede vysoké záporné napětí a elektrony z plovoucího hradla se přesunou (tunelem) ke zdroji. V technologiích různých výrobců se tento princip fungování může lišit ve způsobu dodávání proudu a čtení dat z článku. Rád bych také upozornil na skutečnost, že ve struktuře flash paměti je použit pouze jeden prvek (tranzistor) pro uložení 1 bitu informace, zatímco u volatilních typů pamětí to vyžaduje několik tranzistorů a kondenzátor. To umožňuje výrazně snížit velikost vyráběných mikroobvodů, zjednodušit technologický proces a následně snížit náklady. Ale jeden bit je daleko od limitu: Intel již vydává paměť StrataFlash, jejíž každá buňka může uložit 2 bity informací. Kromě toho existují zkušební vzorky se 4 a dokonce 9bitovými buňkami! Tato paměť využívá víceúrovňovou buněčnou technologii. Mají normální strukturu, ale rozdíl je v tom, že jejich náboj je rozdělen do několika úrovní, z nichž každá má přiřazenu určitou kombinaci bitů. Teoreticky lze číst/zapisovat více než 4 bity, v praxi však nastávají problémy s eliminací šumu a s postupným únikem elektronů při dlouhodobém skladování. Obecně se dnes existující paměťové čipy pro buňky vyznačují dobou ukládání informací měřenou v letech a počtem cyklů čtení/zápisu v rozmezí od 100 tisíc do několika milionů. Mezi nevýhody, zejména flash paměti s architekturou NOR, stojí za zmínku špatná škálovatelnost: není možné zmenšit plochu čipů zmenšením velikosti tranzistorů. Tato situace souvisí se způsobem organizace matice buněk: v architektuře NOR musí být s každým tranzistorem vytvořen individuální kontakt. Flash paměti s architekturou NAND jsou na tom v tomto ohledu mnohem lépe.

NAND

Konstrukce a princip činnosti jeho článků je stejný jako u NOR. I když kromě logiky je tu ještě jeden důležitý rozdíl – architektura umístění buněk a jejich kontaktů. Na rozdíl od výše popsaného případu je zde kontaktní matice, v jejíchž průsečících řádků a sloupců jsou umístěny tranzistory. To je srovnatelné s pasivní maticí v displejích :) (a NOR je srovnatelné s aktivním TFT). V případě paměti je tato organizace poněkud lepší - oblast mikroobvodu může být výrazně zmenšena kvůli velikosti buněk. Nevýhodou (samozřejmě) je nižší rychlost provozu v operacích s náhodným přístupem byte po byte ve srovnání s NOR.

Existují i ​​takové architektury jako: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi) atd. Nepředstavují nic zásadně nového, pouze kombinují nejlepší vlastnosti NAND a NOR.

A přesto, ať je to jak chce, NOR a NAND se dnes vyrábějí za stejných podmínek a prakticky si nekonkurují, protože se díky svým kvalitám používají v různých oblastech ukládání dat. O tom se bude dále diskutovat...

Kde je potřeba paměť...

Rozsah použití jakéhokoli typu flash paměti závisí především na jeho rychlostních charakteristikách a spolehlivosti ukládání informací. Adresový prostor paměti NOR umožňuje pracovat s jednotlivými byty nebo slovy (2 byty). V NAND jsou buňky seskupeny do malých bloků (podobně jako cluster pevných disků). Z toho vyplývá, že při sekvenčním čtení a zápisu bude mít NAND rychlostní výhodu. Na druhou stranu je však NAND výrazně horší v operacích s náhodným přístupem a neumožňuje přímou práci s bajty informací. Chcete-li například změnit jeden bajt, potřebujete:

1. načíst do vyrovnávací paměti blok informací, ve kterém se nachází
2. změňte požadovaný bajt ve vyrovnávací paměti
3. zapište blok s upraveným byte zpět

Pokud k době provádění výše uvedených operací přidáme zpoždění načítání bloku a přístupu, dostaneme indikátory, které v žádném případě nekonkurují NOR (všimněte si, že je to speciálně pro případ záznamu bajt po bajtu). Sekvenční zápis/čtení je věc druhá - zde NAND naopak vykazuje výrazně vyšší rychlostní charakteristiky. Proto a také kvůli možnosti zvýšení kapacity paměti bez zvětšení velikosti čipu našel NAND flash využití jako úložiště velkého množství informací a pro jejich přenos. Nejběžnějšími zařízeními založenými na tomto typu paměti jsou flash disky a paměťové karty. Pokud jde o NOR flash, čipy s takovou organizací se používají jako úložiště programového kódu (BIOS, RAM kapesních počítačů, mobilních telefonů atd.), někdy implementované ve formě integrovaných řešení (RAM, ROM a procesor na jednom mini- deska, nebo dokonce v jednom čipu). Dobrým příkladem tohoto využití je projekt Gumstix: jednodeskový počítač velikosti žvýkačky. Právě čipy NOR poskytují pro takové případy požadovanou úroveň spolehlivosti ukládání informací a flexibilnější možnosti práce s nimi. Objem NOR flash se obvykle měří v jednotkách megabajtů a zřídka přesahuje desítky.

A dojde k záblesku...

Flash je samozřejmě slibná technologie. Navzdory vysokému tempu růstu výroby jsou však úložná zařízení na nich založená stále dostatečně drahá, aby mohla konkurovat pevným diskům pro stolní počítače nebo notebooky. V podstatě je nyní sféra dominance flash pamětí omezena na mobilní zařízení. Jak víte, tento segment informačních technologií není tak malý. Podle výrobců se navíc flashová expanze nezastaví. Jaké jsou tedy hlavní vývojové trendy v této oblasti?

Za prvé, jak již bylo zmíněno výše, je zde silný důraz na integrovaná řešení. Projekty jako Gumstix jsou navíc pouze mezistupněm na cestě k implementaci všech funkcí v jednom čipu.

Takzvané on-chip (jednočipové) systémy jsou zatím kombinace flash paměti s řadičem, procesorem, SDRAM, nebo speciálním softwarem v jednom čipu. Například Intel StrataFlash v kombinaci se softwarem Persistent Storage Manager (PSM) umožňuje využívat kapacitu paměti současně jak pro ukládání dat, tak pro spouštění programového kódu. PSM je v podstatě souborový systém podporovaný Windows CE 2.1 a vyšším. To vše je zaměřeno na snížení počtu komponent a zmenšení velikosti mobilních zařízení při současném zvýšení jejich funkčnosti a výkonu. Neméně zajímavý a relevantní je vývoj společnosti Renesas - flash paměti superAND s vestavěnými funkcemi správy. Do této chvíle byly implementovány samostatně v řadiči, nyní jsou však integrovány přímo do čipu. Jedná se o funkce monitorování vadných sektorů, opravy chyb (ECC - error check and correct) a vyrovnávání opotřebení. Protože jsou přítomny v té či oné variaci ve většině ostatních značkových firmwarů externích ovladačů, pojďme se na ně krátce podívat. Začněme špatnými sektory. Ano, nacházejí se i ve flash paměti: čipy již sjíždějí z montážní linky s průměrně až 2 % nepracujících článků – to je běžná technologická norma. Časem ale může jejich počet narůst (životní prostředí by z toho nemělo být nijak zvlášť obviňováno - elektromagnetický, fyzikální (třesení atd.) vliv flash čipu není nijak hrozný). Proto má flash paměť, stejně jako pevné disky, rezervní kapacitu. Pokud se objeví vadný sektor, funkce monitorování nahradí jeho adresu v alokační tabulce souborů adresou sektoru z náhradní oblasti.

Algoritmus ECC je ve skutečnosti zodpovědný za identifikaci špatných problémů - porovnává zaznamenané informace se skutečně zaznamenanými informacemi. Vzhledem k omezenému zdroji článků (řádově několik milionů cyklů čtení/zápisu pro každý) je také důležité mít funkci pro účtování rovnoměrného opotřebení. Uvedu vzácný, ale běžný případ: klíčenka s 32 MB, z toho 30 MB je obsazených a do volného místa se neustále něco zapisuje a maže. Ukazuje se, že některé buňky jsou nečinné, zatímco jiné intenzivně vyčerpávají své zdroje. Aby k tomu nedocházelo, je u značkových zařízení volné místo konvenčně rozděleno do sekcí, pro každou z nich je sledován a zaznamenáván počet operací zápisu.

I složitější all-in-one konfigurace jsou dnes hojně zastoupeny společnostmi jako např. Intel, Samsung, Hitachi atd. Jejich produkty jsou multifunkční zařízení implementovaná pouze v jednom čipu (standardně obsahuje procesor, flash paměť a SDRAM ). Jsou zaměřeny na použití v mobilních zařízeních, kde je důležitý vysoký výkon s minimální velikostí a nízkou spotřebou. Patří sem: PDA, chytré telefony, telefony pro sítě 3G. Uvedu příklad takového vývoje – čip od Samsungu, který kombinuje procesor ARM (203 MHz), 256 MB paměti NAND a 256 SDRAM. Je kompatibilní s běžnými operačními systémy: Windows CE, Palm OS, Symbian, Linux a má podporu USB. Na jeho základě je tedy možné vytvářet multifunkční mobilní zařízení s nízkou spotřebou energie, schopná pracovat s videem, zvukem, hlasem a dalšími aplikacemi náročnými na zdroje.

Dalším směrem ke zlepšení flash je snížení spotřeby energie a velikosti při současném zvýšení velikosti a rychlosti paměti. To platí ve větší míře pro čipy s architekturou NOR, protože s rozvojem mobilních počítačů podporujících bezdrátové sítě se NOR flash díky svým malým rozměrům a nízké spotřebě energie stane univerzálním řešením pro ukládání a spouštění programového kódu. 512 Mbit čipy NOR od stejných Renesas budou brzy uvedeny do sériové výroby. Jejich napájecí napětí bude 3,3 V (připomínám, že mohou ukládat informace bez napájení) a rychlost zápisu 4 MB/sec. Intel zároveň již nyní představuje svůj vývojový StrataFlash Wireless Memory System (LV18/LV30) - univerzální flash paměťový systém pro bezdrátové technologie. Jeho kapacita paměti může dosáhnout 1 Gbit a provozní napětí je 1,8 V. Technologie výroby čipu je 0,13 nm, s plánem přechodu na procesní technologii 0,09 nm. Mezi inovacemi této společnosti stojí za zmínku také organizace dávkového režimu provozu s pamětí NOR. Umožňuje číst informace ne po jednom bajtu, ale v blocích po 16 bajtech: pomocí datové sběrnice 66 MHz dosahuje rychlost výměny informací s procesorem 92 Mbit/s!

No, jak vidíte, technologie se rychle vyvíjí. Je docela možné, že do vydání tohoto článku se objeví něco nového. Takže, kdyby se něco stalo, nevyčítejte mi to :) Doufám, že vás materiál zaujal.