| Память компьютера и типы хранилищ данных |
|---|
| Общий |
|
| Летучий |
| баран |
|
| Исторический |
|
| Энергонезависимая |
| ПЗУ |
|
| NVRAM |
|
| Ранняя стадия NVRAM |
|
| Аналоговая запись |
|
| Оптический |
|
| В развитии |
|
| Исторический |
|
Энергонезависимая память ( NVM ) или энергонезависимая память - это тип компьютерной памяти, который может сохранять сохраненную информацию даже после отключения питания. Напротив, энергозависимая память требует постоянного питания для хранения данных. Примеры энергонезависимой памяти включают флэш-память , постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), ферроэлектрическое ОЗУ , большинство типов магнитных компьютерных запоминающих устройств (например, жесткие диски , гибкие диски и магнитную ленту ), оптические диски и ранние компьютерные методы хранения. например, бумажная лента иперфокарты . [1]
Энергонезависимая память обычно относится к хранению в микросхемах полупроводниковой памяти , которые хранят данные в ячейках памяти с плавающим затвором, состоящих из полевых транзисторов с плавающим затвором ( полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник ), включая хранилище флэш-памяти, такое как флэш-память NAND и твердотельные -статические диски (SSD) и микросхемы ПЗУ, такие как EPROM (стираемое программируемое ПЗУ ) и EEPROM (электрически стираемое программируемое ПЗУ). Его также можно отнести к традиционным энергонезависимым дисковым хранилищам .
Обзор [ править ]
Энергонезависимая память обычно используется для вторичного хранения или долгосрочного постоянного хранения. [2] Наиболее широко используемая форма первичного хранилища сегодня - это энергозависимая форма оперативной памяти (RAM), что означает, что при выключении компьютера все, что содержится в RAM, теряется. Однако у большинства форм энергонезависимой памяти есть ограничения, которые делают их непригодными для использования в качестве основного хранилища. Как правило, энергонезависимая память стоит дороже, обеспечивает более низкую производительность или ограниченный срок службы по сравнению с энергозависимой памятью с произвольным доступом.
Энергонезависимое хранилище данных можно разделить на системы с электрической адресацией ( постоянная память ) и с механической адресацией ( жесткие диски , оптический диск , магнитная лента , голографическая память и т. Д.). [3] [4] Вообще говоря, системы с электрической адресацией дороги, имеют ограниченную емкость, но работают быстро, тогда как системы с механической адресацией стоят меньше за бит, но работают медленнее.
С электрическим адресом [ править ]
Полупроводниковые энергонезависимые запоминающие устройства с электрически адресацией можно разделить на категории в соответствии с их механизмом записи. ПЗУ масок программируются только на заводе и обычно используются для крупносерийных продуктов, которые не требуют обновления после производства. Программируемая постоянная память может быть изменена после изготовления, но требует специального программиста и обычно не может быть запрограммирована в целевой системе. Программирование является постоянным, и дальнейшие изменения требуют замены устройства. Данные хранятся путем физического изменения (записи) мест хранения на устройстве.
Устройства для чтения [ править ]
ППЗУ является стираемым ПЗУ , который может быть изменен более чем один раз. Однако для записи новых данных в СППЗУ требуется специальная схема программатора. У EPROM есть кварцевое окно, которое позволяет стирать их ультрафиолетовым светом, но все устройство очищается за один раз. Одноразовое программируемое (OTP) устройство может быть реализовано с использованием микросхемы EPROM без кварцевого окна; это менее затратно в производстве. Электрически стираемая программируемая постоянная память EEPROM использует напряжение для стирания памяти. Эти стираемые устройства памяти требуют значительного количества времени для стирания данных и записи новых данных; они обычно не настраиваются для программирования процессором целевой системы. Данные хранятся с использованием транзисторов с плавающим затвором. которые требуют специальных рабочих напряжений для захвата или высвобождения электрического заряда на изолированном управляющем затворе для хранения информации.
Флэш-память [ править ]
Флэш-память - это твердотельный чип, который поддерживает сохраненные данные без внешнего источника питания. Это близкий родственник EEPROM; он отличается тем, что операции стирания должны выполняться на блочной основе, а емкость существенно больше, чем у EEPROM. Устройства флэш-памяти используют две разные технологии - NOR и NAND - для отображения данных. NOR flash обеспечивает высокоскоростной произвольный доступ, чтение и запись данных в определенные области памяти; он может получить всего один байт. Флэш-память NAND читает и записывает последовательно с высокой скоростью, обрабатывая данные в блоках, однако она медленнее при чтении по сравнению с NOR. Флэш-память NAND читает быстрее, чем записывает, быстро передавая целые страницы данных. Технология NAND дешевле, чем флэш-память NOR при высокой плотности, но обеспечивает большую емкость для кремния того же размера. [5]
Сегнетоэлектрическое ОЗУ (F-RAM) [ править ]
Сегнетоэлектрическое ОЗУ ( FeRAM , F-RAM или FRAM ) - это форма памяти с произвольным доступом, аналогичная по конструкции DRAM , в обеих используются конденсатор и транзистор, но вместо простого диэлектрического слоя конденсатора, ячейка F-RAM содержит тонкий сегнетоэлектрическая пленка цирконата-титаната свинца [Pb (Zr, Ti) O 3 ], обычно называемая PZT. Атомы Zr / Ti в PZT меняют полярность в электрическом поле, тем самым создавая бинарный переключатель. Из-за того, что кристалл PZT сохраняет полярность, F-RAM сохраняет свою память данных при отключении или прерывании питания.
Благодаря такой кристаллической структуре и влиянию на нее F-RAM предлагает отличные от других вариантов энергонезависимой памяти свойства, в том числе чрезвычайно высокую, хотя и не бесконечную, долговечность (более 10 16 циклов чтения / записи для устройств 3,3 В), сверхнизкое энергопотребление. (поскольку F-RAM не требует подкачки заряда, как другие энергонезависимые запоминающие устройства), скорости записи за один цикл и устойчивости к гамма-излучению. [6]
Магниторезистивная RAM (MRAM) [ править ]
Магниторезистивное ОЗУ хранит данные в магнитных запоминающих элементах, называемых магнитными туннельными переходами (MTJ). Первое поколение MRAM, такое как 4 Мбит Everspin Technologies , использовало запись, индуцированную полем. Второе поколение разработано в основном с помощью двух подходов: переключение с тепловой поддержкой (TAS) [7], которое разрабатывается Crocus Technology , и спин-передача крутящего момента (STT), которую разрабатывают Crocus , Hynix , IBM и несколько других компаний. [ когда? ] [8]
Память FeFET [ править ]
В памяти FeFET используется транзистор с сегнетоэлектрическим материалом для постоянного сохранения состояния.
Системы с механической адресацией [ править ]
Системы с механической адресацией используют записывающую головку для чтения и записи на указанный носитель данных. Поскольку время доступа зависит от физического расположения данных на устройстве, системы с механической адресацией могут иметь последовательный доступ . Например, магнитная лента хранит данные в виде последовательности битов на длинной ленте; для доступа к любой части хранилища требуется транспортировка ленты мимо записывающей головки. Ленточный носитель можно вынуть из накопителя и сохранить, что дает неограниченную емкость за счет времени, необходимого для извлечения размонтированной ленты. [9] [10]
Жесткие диски используют вращающийся магнитный диск для хранения данных; время доступа больше, чем у полупроводниковой памяти, но стоимость хранимого бита данных очень низкая, и они обеспечивают произвольный доступ к любому месту на диске. Раньше комплекты сменных дисков были обычным явлением, что позволяло увеличивать емкость хранилища. Оптические диски хранят данные, изменяя слой пигмента на пластиковом диске, и также имеют произвольный доступ. Доступны версии только для чтения и чтения-записи; съемные носители снова допускают неограниченное расширение, и некоторые автоматизированные системы (например, оптический музыкальный автомат ) использовались для извлечения и монтирования дисков под прямым программным управлением. [11] [12] [13]
Органический [ править ]
Thinfilm производит перезаписываемую энергонезависимую органическую сегнетоэлектрическую память на основе сегнетоэлектрических полимеров . Thinfilm успешно продемонстрировал запоминающие устройства с рулонной печатью в 2009 году. [14] [15] [16] В органической памяти Thinfilm сегнетоэлектрический полимер зажат между двумя наборами электродов в пассивной матрице. Каждое пересечение металлических линий представляет собой сегнетоэлектрический конденсатор и определяет ячейку памяти. Это дает энергонезависимую память, сопоставимую с ферроэлектрическими технологиями RAM, и предлагает те же функции, что и флэш-память .
Энергонезависимая основная память [ править ]
Энергонезависимая основная память (NVMM) - это основное хранилище с энергонезависимыми атрибутами. [17] Это применение энергонезависимой памяти создает проблемы безопасности. [18]
Ссылки [ править ]
- ^ Паттерсон, Дэвид; Хеннесси, Джон (1971). Компьютерная организация и дизайн: аппаратно-программный интерфейс . Эльзевир . п. 23. ISBN 9780080502571.
- ^ Миттал, Спарш; Веттер, Джеффри С. (2015), «Обзор программных методов для использования энергонезависимой памяти для систем хранения и основной памяти», Транзакции IEEE в параллельных и распределенных системах , 27 (5): 1537–1550, DOI : 10.1109 / TPDS.2015.2442980 , S2CID 206771165
- ^ «i-NVMM: защита энергонезависимой памяти на лету» . Techrepublic . Архивировано 22 марта 2017 года . Проверено 21 марта 2017 года .
- ^ «Энергонезависимая память (NVM)» . Техопедия. Архивировано 22 марта 2017 года . Проверено 21 марта 2017 года .
- ↑ Рассел Кей (7 июня 2010 г.). «Флэш-память» . ComputerWorld . Архивировано из оригинального 10 июня 2010 года.
- ^ Технология памяти F-RAM , Ramtron.com, архивируются с оригинала на 27 января 2012 года , получен 30 января 2 012
- ^ Появление практического MRAM "Crocus Technology | Магнитные датчики | TMR Sensors" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 27 апреля 2011 года . Проверено 20 июля 2009 года .
- ^ «Последние новости» . EE | Times . Архивировано из оригинального 19 января 2012 года .
- ^ «Определение: ленточный накопитель» . TechTarget . Архивировано 7 июля 2015 года . Проверено 7 июля 2015 года .
- ^ «Ленточные накопители» . snia.org . Архивировано 7 июля 2015 года . Проверено 7 июля 2015 года .
- ^ "Что такое жесткий диск?" . computerhope.com . Архивировано 8 июля 2015 года . Проверено 7 июля 2015 года .
- ^ "IBM 2314 Disk Drives" . ncl.ac.uk . Архивировано из оригинала 2 октября 2015 года . Проверено 7 июля 2015 года .
- ^ "Оптические проигрыватели Blu-ray и системы библиотек для архивного хранения - Kintronics" . kintronics.com . Архивировано 20 июля 2015 года . Проверено 7 июля 2015 года .
- ^ Thinfilm и InkTec удостоены награды IDTechEx за технические разработки в области производства IDTechEx, 15 апреля 2009 г.
- ^ PolyIC, ThinFilm объявляют о пилотном выпуске объемной печатной пластиковой памяти. Архивировано 29 сентября 2012 г. на Wayback Machine EETimes, 22 сентября 2009 г.
- ↑ Все готово для массового производства печатных воспоминаний. Архивировано 13 апреля 2010 г. в Wayback Machine Printed Electronics World, 12 апреля 2010 г.
- ^ "NVDIMM - изменения здесь, что дальше?" (PDF) . snia.org . SINA . Проверено 24 апреля 2018 года .
- ^ Уязвимости безопасности возникающих энергонезависимых основных воспоминаний и контрмер
Внешние ссылки [ править ]
- Поддержка файловых систем в постоянной памяти , LWN.net , 2 сентября 2014 г., Джонатан Корбет
- Исследовательская статья о перспективном использовании магнитных фотопроводников в магнитооптических хранилищах информации.
