Программные методы повышения надежности

Над изучением процессов деградации MOS структур работают специалисты многих исследовательских центров, и результаты этих исследований внедряются разработчиками новых структур Flash-памяти с целью постоянного улучшения надежности этого вида устройств. Основные пути снижения скорости деградации ячеек — улучшение качества материалов и повышение точности технологий, а также разработка новых конструкций ячеек и матриц, содержащих меньшее количество «тонких мест», присущих ранним разработкам. Тем не менее достичь идеального качества в массовом производстве на сегодняшний день не представляется возможным, а наличие стрессовых механизмов деградации туннельного диэлектрика, помимо обычных тепловых (диффузии и миграции примесей), снижает надежность устройств Flash-памяти по сравнению с другими микроэлектронными структурами с высокой степенью интеграции. Поэтому для получения накопителей, пригодных для реальной работы, применяются технологии не только физического уровня, но и программные алгоритмы, призванные обеспечить приемлемую надежность хранения данных.

Как и в технологии накопителей на магнитных дисках, во Flash-накопителях применяется алгоритм трансляции реальных «физических» адресов в доступные через стандартизованный интерфейс «логические» адреса. С одной стороны, такое преобразование позволяет работать с накопителем в рамках распространенных стандартов без применения специализированного ПО, а с другой, призвано обеспечить прозрачный для пользователя дефект-менеджмент и выравнивание «износа» ячеек памяти, обладающих ограниченным ресурсом.

В распространенных накопителях (USB Flash drives, картах памяти стандартов CF, SD и др.) данная функция выполняется встроенным программным обеспечением (firmware) контроллера накопителя, в картах памяти стандартов SmartMedia, xD — возлагается на ПО устройства, в котором эта карта применяется. В общем случае трансляция производится путем выборки адресов физических блоков по хранимым на той же микросхеме таблицам соответствия (рис. 8).

Рис. 8. Схема организации адресного пространства карты памяти стандарта SmartMedia.

В отличии от HDD микросхема памяти — устройство не механическое, скорость передачи блоков данных не зависит от их расположения, и выборка блоков может быть действительно произвольной. Конкретная реализация алгоритма трансляции определяется только фантазией авторов firmware контроллера, и на практике встречаются самые разнообразные варианты, от простых до довольно сложных.

Однако все алгоритмы объединяет один общий недостаток: призванные обеспечить равномерную загрузку всех исправных ячеек памяти, они порождают новое «узкое место» — сами таблицы трансляции. Так как для выравнивания нагрузки необходимо изменять порядок следования блоков (например, на место постоянно используемых под FAT начальных логических блоков подставлять разные физические), таблицы транслятора должны постоянно обновляться. В то же время они должны оставаться доступными контроллеру, то есть находиться на раз и навсегда определенном месте.

Таким образом, блоки, содержащие таблицы трансляции, подвергаются более интенсивному износу, чем блоки, содержащие пользовательскую информацию. Для уменьшения такого износа также используются специальные алгоритмы, но тут уже нет такой свободы действий, как с произвольно доступными блоками из пользовательской области. Результатом же ошибки в служебном блоке может стать, в зависимости от реализации ПО контроллера, как искажение пользовательской информации, так и полная недоступность адресного пространства накопителя через стандартный интерфейс. Часто такая неисправность может быть устранена форматированием накопителя с помощью специализированных утилит, распространяемых изготовителем, но находившаяся на нем информация при этом будет безвозвратно потеряна.

При необходимости восстановления информации с накопителя в случае появления дефектов в пользовательской области, а также при нарушениях структур файловой системы применимы те же технологии, которые используются при восстановлении информации с HDD. В случае же нарушений в служебной области микросхемы ситуация выглядит примерно так же, как и при неисправности контроллера — адресное пространство накопителя становится полностью недоступным, и общедоступные методы неприменимы.

6.Твердотельный накопитель (SSD)

Полупроводниковый накопитель (англ. SSD, solid-state drive) — энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся механических частей. Называть его «диском» неправильно, так как в конструкции SSD не присутствует дисков как таковых: накопитель состоит из микросхем памяти и контроллера, подобно флеш-памяти. Следует различать полупроводниковые накопители, основанные на использовании энергозависимой (RAM SSD) и энергонезависимой (NAND или Flash SSD) памяти.

Последние являются перспективной разработкой. Некоторые аналитики считают, что уже в ближайшие годы (2011—2013 г.) полупроводниковые накопители NAND займут немалую долю рынка накопителей, отвоевав её у накопителей на жёстких магнитных дисках^[1][2]. По состоянию на 2009 г., полупроводниковые накопители использовались в специализированных вычислительных системах, в некоторых моделях компактных ноутбуков, коммуникаторах и смартфонах (например, нетбуки ASUS Eee PC, Acer Aspire One, ноутбуки фирмы Apple, Lenovo). Полупроводниковые накопители также используются на Международной космической станции.