Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
USB-накопитель Lexar 8 ГБ - Silicon Motion SM3253L - одноканальный флэш-контроллер USB 2.0.

Контроллер флэш - памяти (или флэш - контроллер ) управляет данными , хранящиеся на флэш - памяти и осуществляет связь с компьютером или электронным устройством . Контроллеры флэш-памяти могут быть разработаны для работы в средах с низким рабочим циклом, таких как SD-карты , карты CompactFlash или другие аналогичные носители для использования в цифровых камерах , КПК , мобильных телефонах и т. Д. В USB-накопителях используются контроллеры флэш-памяти, предназначенные для связи с персоналом компьютеры через порт USBпри низком рабочем цикле. Контроллеры флэш-памяти также могут быть разработаны для сред с более высоким рабочим циклом, таких как твердотельные накопители (SSD), используемые в качестве хранилища данных для систем портативных компьютеров, вплоть до критически важных корпоративных массивов хранения . [1]

Начальная настройка [ править ]

После того, как устройство флэш-памяти изначально изготовлено, сначала используется флэш-контроллер для форматирования флэш-памяти. Это обеспечивает правильную работу устройства, выявляет неисправные ячейки флеш-памяти и выделяет запасные ячейки для замены вышедших из строя ячеек в будущем. Некоторая часть запасных ячеек также используется для хранения прошивки, которая управляет контроллером и других специальных функций для конкретного устройства хранения. Создается структура каталогов, позволяющая контроллеру преобразовывать запросы логических секторов в физические местоположения на фактических микросхемах флэш-памяти. [1]

Чтение, запись и стирание [ править ]

Когда системе или устройству необходимо считать данные из флэш-памяти или записать данные во флэш-память, они будут взаимодействовать с контроллером флэш-памяти. В более простых устройствах, таких как SD-карты и USB-накопители, обычно одновременно подключено небольшое количество кристаллов флэш-памяти. Операции ограничены скоростью отдельного кристалла флэш-памяти. Напротив, высокопроизводительный твердотельный накопитель будет иметь до 100 или более кристаллов, организованных в матрицу с параллельными путями связи, чтобы обеспечить скорость, во много раз превышающую скорость одиночного кристалла флэш-памяти. [ необходима цитата ]

Выравнивание износа и подбор блоков [ править ]

Флэш-память может выдерживать ограниченное количество циклов стирания программ. Если конкретный блок флэш-памяти был запрограммирован и многократно стирался без записи в какие-либо другие блоки, один блок изнашивался раньше всех других блоков, тем самым преждевременно заканчивая срок службы запоминающего устройства. По этой причине контроллеры флэш-памяти используют метод, называемый выравниванием износа, для максимально равномерного распределения операций записи по всем блокам флэш-памяти в твердотельном накопителе. В идеальном сценарии это позволило бы каждому блоку быть записанным до его максимального срока службы, чтобы все они выходили из строя одновременно. [2]

Уровень трансляции Flash (FTL) и сопоставление [ править ]

Обычно контроллеры флэш-памяти также включают в себя «уровень трансляции флэш-памяти» (FTL), уровень ниже файловой системы, который сопоставляет адреса логических блоков (LBA) на стороне хоста или файловой системы с физическим адресом флэш-памяти (логически-физическим отображение). LBA относятся к номерам секторов и к единице отображения размером 512 байт. Все LBA, представляющие логический размер, видимый файловой системой и управляемый ею, сопоставляются с физическим расположением (идентификатор блока, идентификатор страницы и идентификатор сектора) флэш-памяти. В рамках выравнивания износаи другие алгоритмы управления флэш-памятью (управление плохими блоками, управление нарушениями чтения, безопасная обработка флэш-памяти и т. д.), физическое расположение LBA может часто динамически меняться. Единицы отображения FTL могут различаться, поэтому LBA отображаются на основе блоков, страниц или даже подстраниц. В зависимости от модели использования более тонкая детализация отображения может значительно снизить износ флэш-памяти и максимально увеличить срок службы носителей на основе флэш-памяти. [3] [4] [5]

Поскольку метаданные FTL занимают собственное флеш-пространство, они также нуждаются в защите в случае потери питания. Кроме того, таблица сопоставления может изнашиваться раньше других частей флэш-памяти, преждевременно заканчивая срок службы устройства хранения. На корпоративных устройствах этого обычно избегают, выделяя слишком большое пространство для запасных частей, хотя для FTL также были предложены более надежные формы хранения, такие как MRAM .

Сборка мусора [ править ]

После того, как каждый блок твердотельного запоминающего устройства был записан один раз, флэш-контроллеру необходимо будет вернуться к некоторым из начальных блоков, в которых больше нет текущих данных (также называемых устаревшими блоками). Данные в этих блоках были заменены вновь записанными блоками, и теперь они ожидают стирания, чтобы в них можно было записать новые данные. Это процесс, называемый сборкой мусора (GC). Все твердотельные накопители, карты CF и другие устройства флэш-памяти будут включать определенный уровень сборки мусора. Скорость, с которой это будет делать флэш-контроллер, может варьироваться. [6]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «Руководство по флэш-памяти» (PDF) . kingston.com . Проверено 7 марта 2013 года .
  2. ^ Чанг, Ли-Пин (2007-03-11). «Об эффективном выравнивании износа для крупномасштабных систем хранения с флэш-памятью». Национальный университет Чиаотун, Синьчжу, Тайвань. CiteSeerX 10.1.1.103.4903 .  Cite journal requires |journal= (help)
  3. ^ Гудсон, Гарт; Айер, Рахул. «Компромиссы дизайна на уровне Flash-перевода» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 23 июня 2015 года.
  4. ^ «Понимание Flash: Уровень перевода Flash» . 17 сентября 2014 г.
  5. ^ Гейдрих, Susan (февраль 2015). «Новая архитектура управления флэш-памятью позволяет использовать MLC для промышленных хранилищ» (PDF) .
  6. ^ «SSD - усиление записи, TRIM и GC» (PDF) . OCZ Technology. Архивировано из оригинального (PDF) 26 мая 2012 года . Проверено 31 мая 2010 .