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 ( металл-оксид-полупроводниковые полевые транзисторы ), включая хранилище флэш-памяти, такое как флэш-память NAND и твердотельные -государственные накопители (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
Энергонезависимая память обычно используется для вторичного хранения или долгосрочного постоянного хранения. Наиболее широко используемая форма первичного хранилища сегодня - это энергозависимая форма оперативной памяти (ОЗУ), что означает, что при выключении компьютера все, что содержится в ОЗУ, теряется. Однако большинство форм энергонезависимой памяти имеют ограничения, которые делают их непригодными для использования в качестве основного хранилища. Обычно 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.). [2] [3] 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 электронным адресом
Электроадресованные полупроводниковые энергонезависимые запоминающие устройства можно разделить на категории в соответствии с их механизмом записи. ПЗУ масок программируются только на заводе и обычно используются для продуктов большого объема, 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, в основном читающие
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 дешевле 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 помощью транзисторов с плавающим затвором, которым требуются специальные рабочие напряжения для захвата или высвобождения электрического заряда на изолированном управляющем затворе для хранения информации.
Флэш-память
Флэш-память - это твердотельный чип, который поддерживает хранимые 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. [4]
Сегнетоэлектрическое RAM (F-RAM)
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 называемый PZT. Атомы Zr / Ti в PZT меняют полярность в электрическом поле, тем самым создавая бинарный переключатель. Благодаря кристаллу PZT, поддерживающему 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. [5]
Магниторезистивная RAM (MRAM)
Магниторезистивное ОЗУ хранит данные в магнитных запоминающих элементах, называемых магнитными туннельными переходами (MTJ). В первом поколении MRAM, таком как 4 Мбит Everspin Technologies , использовалась запись, индуцированная полем. Второе поколение разработано в основном с помощью двух подходов: переключение с тепловой поддержкой (TAS) [6], которое разрабатывается Crocus Technology , и спин-передача крутящего момента (STT), которую разрабатывают Crocus , Hynix , IBM и несколько других компаний. [ когда? ] [7]
FeFET память
В памяти FeFET используется транзистор с сегнетоэлектрическим материалом для постоянного сохранения состояния.
Системы с механической адресацией
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; Транспортировка ленты мимо записывающей головки необходима для доступа к любой части хранилища. Ленточный носитель может быть извлечен из накопителя и сохранен, что дает неограниченную емкость за счет времени, необходимого для извлечения размонтированной ленты. [8] [9]
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 пигментный слой на пластиковом диске, и также имеют произвольный доступ. Доступны версии только для чтения и чтения и 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. [10] [11] [12]
Органический
Thinfilm производит перезаписываемую энергонезависимую органическую сегнетоэлектрическую память на основе сегнетоэлектрических полимеров . В 2009 году компания Thinfilm успешно продемонстрировала память с рулонной печатью . [13] [14] [15] 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.
Энергонезависимая основная память
Энергонезависимая основная память (NVMM) - это основное хранилище с энергонезависимыми атрибутами. [16] Это применение энергонезависимой памяти создает проблемы безопасности. [17]
Рекомендации
- ^ Паттерсон, Дэвид; Хеннесси, Джон (1971). Компьютерная организация и дизайн: аппаратно-программный интерфейс . Эльзевир . п. 23. ISBN 9780080502571.
- ^ «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.
- ^ F-RAM Memory Technology , Ramtron.com, заархивировано из оригинала 27 января 2012 г. , извлечено 30 января 2012 г.
- ^ Появление практического MRAM "Crocus Technology | Магнитные датчики | TMR-датчики" (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 .
- ^ «Дисковые накопители IBM 2314» . 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 уже наступили, что же дальше?» (PDF) . snia.org . SINA . Проверено 24 апреля 2018 года .
- ^ Уязвимости безопасности возникающих энергонезависимых основных воспоминаний и контрмер
Внешние ссылки
- 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.