Андрій Кузнєцов

Що таке флеш-диск?

За функціональним призначенням флеш-диски нічим не відрізняються від всіх інших комп'ютерних дисків: це пристрої для довготривалого енергонезалежного зберігання інформації з можливістю багаторазового перезапису. Найголовніше їх відміну від тривіальних вінчестерів і флоппі-дисків полягає у відсутності будь-яких рухомих механічних деталей конструкції. Для зберігання інформації у флеш-дисках використовуються мікросхеми пам'яті, виконані за технологією Flash, яку ще на початку 80-х років розробила фірма Intel. По суті ці мікросхеми є звичайними електрично стирається ППЗУ, проте мають три суттєві особливості. По-перше, їх можна прати і перезаписувати мільйон разів, а то й більше - неймовірна цифра для ЕСППЗУ, котрі дозволяли в той час в кращому нагоди 1000 перезаписів. По-друге, ємність цих мікросхем дуже швидко досягла обсягу 1 Мбайт при досить малих габаритах. І по-третє, час зберігання записаної в такий мікросхемі інформації практично необмежено. Отже, з точки зору інженера флеш-диск являє собою компактне електронне пристрій на основі мікросхем пам'яті, яке можна підключити до комп'ютера замість накопичувача жорсткого диска. Потрібно тільки точно знати, для чого це потрібно.

Навіщо потрібні флеш-диски?

Прогрес в області виробництва традиційних дисків настільки великий, що здається, немає ніякої необхідності створювати будь-які аналогічні вироби на основі мікросхем. І справді, в офісному комп'ютері застосування внутрішнього флеш-диска виправдати поки неможливо. Однак варто побіжно порівняти ці пристрої, і навіть дуже небагате уяву підкаже тисячі можливостей застосування, де альтернативи флеш-дисків поки не існує. Чим же вони такі хороші? По-перше, на відміну від будь-якого жорсткого диска флеш-диск практично несприйнятливий до вібрацій. По-друге, стійкість до ударів в 1000 g є нормою для цих пристроїв. І нарешті, по-третє, діапазон робочих температур флеш-дисків складає від 40 ° С до + 85 ° С, що є абсолютно недосяжним для традиційних механічних дисків. Вони все-таки крутяться, а на морозі це не так-то просто. Крім того, найменші флеш-диски, наприклад DiskOnChip 2000 фірми M-Systems, мають розмір мікросхеми в корпусі DIP32 - і це при ємності від 2 до 72 Мб! На жаль, всі інші властивості флеш-дисків поки ще дещо відстають від можливостей їх механічних побратимів, а й перерахованих переваг цілком достатньо для того, щоб зробити правильний вибір пристрою пам'яті для роботи в жорстких умовах експлуатації. У мобільних додатках, цифрових камерах, промислових, вбудованих і блокнотних комп'ютерах, радіотелефонах, в авіації, космосі і тисячах інших областей працюють флеш-диски.

Якими вони бувають?

Найпростіше на це питання відповісти одним словом: будь-якими. І це дійсно так. В даний час флеш-диски випускаються з інтерфейсами ISA, PC / 104, PCMCIA, СompactFlash, IDE, SCSI, в корпусі мікросхем DIP32 з контактами, як у звичайних мікросхем ПЗУ, і у вигляді спеціалізованих комплектів "контролер + флеш-пам'ять" для розпаювання на плати. Залежно від ємності і функціонального призначення диски мають різне конструктивне виконання. Флеш-диски з інтерфейсами ISA і PC / 104 виробляються у вигляді модулів на основі друкованих плат (див. Рис. 1) і призначені для безпосередньої установки в відповідні роз'єми комп'ютерів.

Рис.1. Флеш-диски в форматі карт ISA і PC / 104 фірми M-Systems

Ці пристрої фіксуються всередині вироби і мають ємність до 32 Мб. На їх основі зазвичай реалізуються системні диски для комп'ютерів з підвищеними вимогами до надійності і швидкості початкового завантаження. Якщо на такому диску заборонити запис, то жоден зловмисник, жоден збій в програмі не зруйнує записану на ньому інформацію. Диски, виконані в конструктиві PCMCIA (рис. 2)

Мал. 2. Флеш-диски в форматі карт PCMCIA фірми SanDisk

і CompactFlash (рис. 3), застосовуються в мобільній апаратурі типу ноутбуків і палмтопи або у вхідних в моду цифрових фотоапаратах в якості змінних пристроїв для зберігання або перенесення інформації в звичайні настільні комп'ютери.

Мал. 3. Флеш-диски в форматі карт Compact-Flash фірми SanDisk

У відповідності зі своїми завданнями вони мають спеціальну конструкцію у вигляді компактної картки, що нагадує кредитну або телефонну. Стандарт допускає три можливі товщини карток PCMCIA - 2,5; 5 і 10 мм. Відповідно ці картки називаються PCMCIA Card Type I, II і III. Однією з найголовніших функціональних особливостей цих пристроїв є можливість їх установки в приймальний слот в "гарячому" режимі без виключення живлення. Для цього роз'єм приймального слота має спеціальну конструкцію, що забезпечує сувору черговість з'єднання контактів землі, харчування і логічних сигналів. Сьогодні для карток Type III досягнута ємність 300 Мб. Картки серії Compact Flash є логічним продовженням розвитку стандарту PCMCIA в бік подальшого зменшення габаритів. За розміром вони приблизно вдвічі менше PCMCIA Сard Type I, але зберігають сумісність з ними на рівні інтерфейсу. За допомогою спеціального перехідника CompactFlash можна встановлювати в приймальний слот для карток PCMCIA. Максимальна ємність дисків в форматі CompactFlash поки становить 24 Мб. Диски з інтерфейсом SCSI (рис. 4) мають просто величезну для флеш-дисків ємність - до 1,7 Гб і застосовуються в таких екзотичних областях, як бортові накопичувачі в авіації або тестуючі обладнання, що переміщається всередині нафто-і газопроводів.

Мал. 4. Флеш-диск SCSI фірми M-Systems

Це пояснюється лише економічною недоцільністю застосування подібних дисків для "нормальних" завдань: вартість флеш-диска SCSI такого обсягу становить сьогодні близько 25 000 доларів (!). Справжній бум серед виробників одноплатних комп'ютерів викликала поява нової версії флеш-диска DiskOnChip2000 в корпусі DIP32 (рис. 5) виробництва фірми M-Systems. Гнізда для установки цих крихіток з'явилися в нинішньому році на платах багатьох виробників промислових комп'ютерів.

Мал. 5. Так виглядає DiskOnChip 2000, встановлений на платі процесора

Чому вони так дорого коштують?

При одиничних закупівлі вартість одного мегабайта на флеш-диску становить від 10 до 24 доларів. Це пояснюється в першу чергу ціною самих мікросхем флеш-пам'яті. Для порівняння: вартість мегабайта на звичайному електромеханічному диску сьогодні не перевищує 20 центів. Але якщо вже мова зайшла про вартість, то непогано простежити динаміку зміни цін на флеш-диски. Ще рік тому вартість одного мегабайта на флеш-диску була не меншою 50 доларів, за прогнозами самих виробників цих пристроїв, до 2000 року це число має зменшитися до 1 долара. З іншого боку, є таке поняття, як початкова вартість накопичувача. Ця величина залишається майже незмінною з моменту появи жорстких дисків і становить близько 250 доларів. Десять років тому за цю ціну споживачеві пропонувався жорсткий диск об'ємом 32 Мб, рік тому ще можна було знайти 500-мегабайтовий диски за таку вартість, а сьогодні за ці гроші майже неможливо знайти НЖМД ємністю 1 ГБ. У той же час вартість флеш-дисків набагато нижче: вона становить сьогодні 40 - 50 доларів. За 250 доларів можна придбати флеш-диск щодо великої місткості - 16 Мб (або 32 Мб, якщо використовувати програми ущільнення типу Stacker). При цьому існує величезна кількість додатків, які потребують накопичувачах ємністю менше 10 Мб, наприклад касові апарати, мобільні комп'ютерні пристрої, верстати з ЧПУ або апарати для видачі чеків на автомобільних стоянках. У подібних випадках застосування флеш-дисків виправдано не тільки з точки зору експлуатаційних властивостей, а й економічно. А якщо розглядати мобільні комп'ютери, то тут вартість диска просто відступає на задній план, якщо оцінити його енергоспоживання: краще заплатити бо / Більшу ціну, ніж щогодини міняти або перезаряджати батареї, та й сам пристрій більш компактно. Таким чином, якщо вам потрібен надійний накопичувач невеликого обсягу, логічно застосувати флеш-диск. Хоча з точки зору високошвидкісної роботи в нормальних умовах позиції традиційних жорстких дисків ще довго не похитнуть.

Чим ОЗУ з батарейним харчуванням гірше?

По-перше, мікросхеми статичної пам'яті, на яких засновані ОЗУ з батарейним харчуванням, завжди були набагато дорожче мікросхем флеш-ПЗУ. З плином часу цей розрив в ціні тільки зростає. Іншим важливим аспектом є надійність зберігання даних. Диск на основі ОЗУ зберігає записану інформацію після вимкнення живлення завдяки додатковій батареї живлення. Найменша несправність батареї (наприклад, у зв'язку з переохолодженням або після закінчення терміну придатності) призводить до повної втрати записаної на такому диску інформації. Крім того, ємність дисків на основі статичної пам'яті, як правило, не перевищує 4 Мб. Єдине, в чому флеш-диски програють в порівнянні з дисками на основі статичної пам'яті, - це швидкість запису. Якщо додаток вимагає швидкості запису, що перевищує 500 Кб / с, то це єдиний привід задуматися про придбання диска на основі статичного ОЗУ на батарейках.

Сто тисяч циклів запису - це багато чи мало?

Давайте розберемося, що означає значна цифра 100 тисяч циклів запису, часто приводиться в технічних описах флеш-дисків. Нерідко можна почути таку думку: "Мій пристрій кожну секунду записує 1 Кб. Значить, через півтори години роботи мені доведеться купувати новий флеш-диск? ". Звичайно ж ні! Подивимося, наприклад, як працюють флеш-диски компанії M-Systems на основі мікросхем флеш-пам'яті 28F008SA фірми Intel. Ці мікросхеми об'ємом 1 Мб мають блочну структуру по 64 Кб. Фізична організація флеш-пам'яті має на увазі стирання блоку, якщо ми хочемо його переписати заново. Іншими словами, якщо ми будемо здійснювати послідовну запис в один блок по одному байту, то на 64 тис. Циклів запису нам буде потрібно один цикл стирання. Тут варто згадати, що більшість виробників мікросхем флеш-пам'яті, в тому числі і Intel, гарантують не менше одного мільйона циклів стирання блоку пам'яті мікросхеми. При цьому всі виробники флеш-дисків застосовують різні програмні або апаратні прийоми, щоб забезпечити рівномірний розподіл числа циклів стирання по всім блокам флеш-диска. Зокрема, файлова система TrueFFS, розроблена фірмою M-Systems, гарантує 95% -ву утилізацію блоків флеш-диска. Іншими словами, на диск об'ємом 1 Мб протягом терміну його життя може бути записано до 95 Гб. Розглянемо конкретний приклад.

Приклад. Касовий пристрій

Кожна транзакція - 200 байт

Кожен чек - 20 транзакцій, разом 4 КБ

В день - 1000 чеків, разом 4 Мб

На флеш-диск розміром 4 Мб за час експлуатації може бути записано 95 Гб x 4 = 380 Гб, що відповідає загальному часу експлуатації в додатку касового апарату 380 Гб: 4 Мб / день = 95 000 днів. У гіршому випадку гарантований час експлуатації 4 Мб флеш-диска може скласти 260 років. Якщо застосовується диск об'ємом 1 Мб, це буде 65 років.

Повертаючись до початкового питання про записи на флеш-диск з 1 Кб в секунду цілодобово, легко підрахувати, що термін служби диска об'ємом 4 Мб в такій фантастичній завданню складе 12 років.

Як встановити флеш-диск в комп'ютер?

Це залежить від типу флеш-диска, але в будь-якому випадку можна сказати: це не складніше, ніж установка звичайного жорсткого диска. Флеш-диски імітують роботу традиційного НЖМД на апаратному або програмному рівні. Пристрої з інтерфейсами IDE і SCSI з точки зору операційної системи комп'ютера і способів звернення до них нічим не відрізняються від традиційних жорстких дисків і не потребують будь-якого додаткового програмного забезпечення крім того, що стандартно входить в дану ОС. Для флеш-дисків, виконаних у вигляді плат з роз'ємом ISA, необхідний додатковий драйвер, що емулює роботу НЖМД. Але вони поставляються з вже записаним необхідним ПЗ. Як правило, після установки такого диска в комп'ютер і включення харчування в системі просто з'являється додатковий жорсткий диск. Ніяких операцій форматування або розбиття на розділи не потрібно. Єдиною проблемою може виявитися конфлікт з іншим пристроєм, що працює через те ж саме вікно в області розширеної пам'яті. В цьому випадку для усунення конфлікту доведеться переставити перемички початкової адреси на платі флеш-диска або внести необхідні зміни в початкові установки комп'ютера. Все це добре описано в документації на кожен конкретний флеш-диск. При установці дисків у вигляді карток PCMCIA залежно від типу картки потрібна установка в config.sys посилання на відповідний драйвер: atadrv.sys для карток типу АТА або драйвер фірми-виробника - в інших випадках. Для установки в систему флеш-диска типу DiskOnChip2000 на платі процесора має бути 32-контактне гніздо під мікросхему ПЗУ в корпусі DIP32. На багатьох платах промислових комп'ютерів такі гнізда є. Встановіть в нього DiskOnChip2000 і подайте харчування - все необхідне програмне забезпечення для DOS / Windows вже записано на диску.

Чи можна застосувати флеш-диск в суперечливому з IBM PC комп'ютері?

Відповідь на це запитання практично завжди, коли розробник мікропроцесорного пристрою, несумісного з IBM PC, а точніше, несумісного з DOS, дізнається про існування флеш-дисків серії DiskOnChip2000 або про спеціальні комплектах "контролер і флеш-ПЗУ" для вбудовування в комп'ютерні плати. Так це можливо. Більш того, є навіть спеціальні комплекти для розробки таких програм та програмне забезпечення в початкових текстах для швидкої розробки вбудованого ПЗ. Наприклад, для вбудовування DiskOnChip2000 в несумісні з DOS комп'ютери, в тому числі і на основі мікроконтролерів (наприклад, 8051 або 80188), фірма M-Systems пропонує пакет Flite, що включає вихідні тексти на мові Сі для роботи з флеш-пам'яттю. Але в цій бочці меду є ложка дьогтю: вартість такого пакета на 1000 ліцензій перевищує 20 000 доларів. Встановлюючи цю ціну, фірма керувалася, цілком ймовірно, досить логічними міркуваннями. По-перше, великий виробник цілком здатний піти на таке капіталовкладення. 20 доларів у вартості великосерійного продукту, виробленого в тисячах примірників, за вбудований флеш-диск - цілком економічно виправдана сума, особливо на тлі дорогого праці західних програмістів. Час розробки кінцевого продукту при цьому відчутно скорочується. По-друге, технічна підтримка декількох великих розробників значно вигідніше, ніж величезного числа "самодельщиков", - якби внутрішній устрій і система команд контролера флеш-пам'яті поширювалися відкрито. У Росії, на жаль, комп'ютерне обладнання з флеш-дисками такими тиражами поки не проводиться. Тому на час забудемо про можливість простого вбудовування флеш-дисків в "самопальную" апаратуру. Виняток, мабуть, становлять флеш-диски з інтерфейсом IDE (рис. 6), схемотехніка, функціонування яких широко відомі.

Мал. 6. Флеш-диск з інтерфейсом IDE

Мені потрібен флеш-диск, хто їх виробляє?

В даний час за пальму першості у виробництві флеш-дисків борються дві фірми: SanDisk (США) і M-Systems (Ізраїль). Всі інші, як правило, тільки наклеюють свої логотипи на продукцію цих фірм. Тому якщо ви побачите флеш-картку PCMCIA з написом MAXTOR або Compaq - не вірте очам своїм, це напевно M-Systems або SanDisk. Принципової різниці між продукцією цих фірм немає, хоча у M-Systems номенклатура вироблених дисків дещо ширше, зокрема, в неї входять диски в форматі карт з шиною ISA, інтерфейсом SCSI і DiskOnChip 2000. Час від часу обидві фірми влаштовують невеликі цінові війни, що нам, кінцевим користувачам, тільки на руку: дивись, і справді в кожному комп'ютері займуть своє місце невибагливі і недорогі флеш-диски.

З автором статті можна зв'язатися по E-mail: [email protected].

Версія для друку

Тільки зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі.