Vi fikser noen problemer med gamle SSD-er. Problemer med SSD-er og deres løsninger Ssd-diskfeil

I dag, når de kjøper en datamaskin, har mange mennesker et spørsmål: en PC med hvilken stasjon er bedre å kjøpe, HDD eller SSD. For å svare på dette spørsmålet må du først forstå hva hovedforskjellen mellom en SSD og en HDD er. HDD-harddisker dukket opp på syttitallet og brukes fortsatt i dag i millioner av datamaskiner. Grunnleggende driftsprinsippet til HDD-harddisken er skrive og lese informasjon på spesielle magnetplater. Avlesningen registreres ved hjelp av en hodebevegelsesspak, mens selve magnetskivene roterer i svært høye hastigheter. På grunn av den mekaniske komponenten til HDD-harddisken og skrive- og lesehastigheten, er den dårligere enn SSD solid state-stasjoner.

Hvordan fungerer en SSD-stasjon? bygd på opptak og lesing av informasjon fra spesielle høyhastighets minnebrikker inkludert i sammensetningen. Selve hastigheten på å skrive og lese informasjon fra en SSD er flere ganger høyere enn for en HDD. I tillegg, takket være mikrokretsdesignet, er SSD-en mindre utsatt for skade fra støt og fall, og har også miniatyrformfaktorer som gjør at den kan installeres i nettbrett og ultrabooks. De viktigste ulempene solid state-stasjoner er pris og livssyklus. Men fremgangen står ikke stille, så vi kan allerede se hvordan prisen på SSD-er gradvis faller, og omskrivingssyklusen deres øker. I denne artikkelen vil vi se på alle aspekter ved å jobbe med en solid-state-stasjon og beskrive egenskapene deres, så hvis du bestemmer deg for å bytte fra en HDD til en SSD, vil denne artikkelen være veldig nyttig for deg. I tillegg vil vi se på problemer når BIOS ikke ser SSD-en og mange andre.

Hvilke typer SSD-stasjoner finnes og hvilken er best?

Når du velger en solid state-stasjon først og fremst bør du Vær oppmerksom på formfaktoren og forskjellige typer grensesnitt, som de kobler til PC-en gjennom. Den vanligste formfaktoren, som med HDD-harddisker, er 2,5-tommers kabinettformfaktor. Denne solid state-stasjonen finnes i mange bærbare datamaskiner og personlige datamaskiner. Nedenfor er en liste som viser alle typer formfaktorer som er tilgjengelige på SSD-er i dag:

• Formfaktor type 2,5 tommer;
• mSATA formfaktor type;
• Formfaktor type M.2.

Nedenfor er et bilde av 2,5-tommers solid-state-stasjoner, som er den vanligste og mest kjente for mange brukere.

Stasjonene som er oppført ovenfor er ganske populære modeller og er merket som følger: GOODRAM CX200 240 GB, Kingston HyperX FURY SHFS37A/120G og Samsung 850 EVO MZ-75E250B. Slike stasjoner kobles til ved hjelp av et standard SATA-grensesnitt, som brukes på de fleste datamaskiner.

Den andre typen mSATA-enhet, presentert nedenfor, har hovedsakelig blitt brukt i bærbare datamaskiner siden 2009.

Det er ekstremt sjeldent å se mSATA på stasjonære hovedkort, men det er ikke uvanlig i ultrabooks og nettbrett.

Den tredje formfaktoren M.2 representerer en ny utvikling som bør erstatte mSATA-enheter. Nedenfor er et bilde som viser en M.2-disk fra Samsung.

Vi har sortert ut formatene til solid-state-stasjoner, la oss nå prøve å finne ut hvilken type minne som brukes i dem. I dag kan du finne enheter med SLC-, MLC- og TLC-typer av NAND-minne på salg. Tabellen nedenfor viser minnekarakteristikkene i forhold til NAND-brikker.

NAND-brikkespesifikasjoner	SLC	MLC	TLC
Antall bits per celle	1	2	3
Antall omskrivingssykluser	90000 - 100000	10000	3000 - 5000
Brikkelesetid	25 oss	50 oss	~75 oss
Programmeringstid	200 – 300 oss	600 – 900 oss	~ 900 – 1350 oss
Slett tid	1,5 - 2 ms	3 ms	4,5 ms

Fra egenskapene til tabellen kan det ses at disker bygget på SLC-brikker har 90 000 - 100 000 omskrivingssykluser. Det følger av dette at slike plater vil vare lenger. Men å kjøpe en SLC-stasjon i dag er en veldig dyr fornøyelse, så de fleste brukere foretrekker MLC- og TLC-stasjoner. For å gi leserne våre en ide om levetiden til en SSD, har vi utarbeidet en tabell som beskriver den.

Ressursen til SSD-stasjonen på TLC-minnet
Antall omskrivingssykluser	3000	5000
Hukommelse	120 GB	120 GB
Gjennomsnittlig opptaksvolum per dag	12 GB	12 GB
	10x	10x
	En syklus = 10 * 12	En syklus = 10 * 12
SSD-ressursformel	SSD-ressurs = 3000/120	SSD-ressurs = 5000/120
Estimerer levetiden til en SSD-stasjon	8 år	13,5 år

Det merkes på tabellen at vi tok utgangspunkt i den billigste stasjonen med TLC-minnebrikker. Formelen viser at vår SSD går gjennom én omskrivingssyklus per dag, og dette er ikke så lite. For eksempel kan en PC-bruker skrive om mye mindre informasjon, 120 GB per dag. Men selv under slike utilgivelige forhold er denne disken i stand til å fungere i 8 eller 13,5 år.

Nedenfor er en tabell for en stasjon med SLC, MLC minnebrikker.

Beregning	Ressursen til SSD-stasjonen på SLC-minnet		Ressursen til SSD-stasjonen på MLC-minne
Antall omskrivingssykluser	90000	100000	9000	10000
Hukommelse	120 GB	120 GB	120 GB	120 GB
Gjennomsnittlig opptaksvolum per dag	12 GB	12 GB	12 GB	12 GB
Øke volumet av registrert informasjon	10x	10x	10x	10x
Formel for omskrivingssykluser per dag	En syklus = 10 * 12	En syklus = 10 * 12	En syklus = 10 * 12	En syklus = 10 * 12
SSD-ressursformel	SSD-ressurs = 90000/120	SSD-ressurs = 100 000/120	SSD-ressurs = 9000/120	SSD-ressurs = 10000/120
Estimerer levetiden til en SSD-stasjon	750 år	833 år	75 år gammel	83 år gammel

Selvfølgelig kan brukeren bruke flere omskrivingssykluser per dag, men da vil tabellindikatorene være annerledes. Hvis du for eksempel skriver om en SSD på MLC-minnebrikker 10 ganger om dagen, vil livssyklusen til denne disken være 7,5 år. Døm selv, med en 10-dobbel omskriving på denne disken, må du skrive om 1200 GB informasjon per dag, noe som er en ganske betydelig mengde.

Basert på informasjonen beskrevet ovenfor, er en SSD med TLC-minnebrikker ganske nok for den gjennomsnittlige PC-brukeren.

Vi løser problemer ved å oppgradere gamle SSD-er

Alle nye stasjoner har en innebygd SSD en spesiell subrutine som fjerner søppel etter hvert som det blir fullt. Denne søppelfjerningsmekanismen er nødvendig for å opprettholde SDD-ytelsen. Solid state-stasjoner har vært på markedet ganske lenge. I eldre versjoner av SSD-er har noen modeller ikke en mekanisme for å beskytte mot søppelrensing, som et resultat skrivehastighet på slike disker synker merkbart. Du kan løse dette problemet ved å fullstendig slette informasjonen på disken og deretter installere Windows på nytt. For ikke å installere Windows på nytt eller dele nye partisjoner på disken, vil vi nedenfor beskrive en metode som bevarer den forrige tilstanden til systemet.

Først av alt må du laste ned bildet fra http://clonezilla.org Clonezilla, som vil hjelpe oss med å lagre alle partisjoner. Du kan også bruke andre metoder for systemkloning og -gjenoppretting. Prosessen med å lage et systembilde ved hjelp av Clonezilla Det er enkelt og kan håndteres av både en erfaren bruker og en nybegynner. Etter å ha opprettet en fullstendig sikkerhetskopi, kan du begynne å rense disken. Til dette trenger vi et bilde Linux delt magi og nytte UNetbootin. Du kan laste ned denne programvaren fra følgende nettsteder: https://partedmagic.com Og http://unetbootin.github.io. Bruke verktøyet UNetbootin Du kan skrive bildet vårt til en USB-flash-stasjon og lage en oppstartbar stasjon fra den. Etter å ha opprettet en oppstartbar USB-flash-stasjon, kan du starte opp fra den.

Nå på skrivebordet finner vi programmet " Slett disk" og la oss starte den.

I programvinduet som åpnes, finn elementet " Intern sikker sletting" og klikk på den. Etter dette skal det åpnes et vindu som ber deg velge din SSD. Etter å ha valgt den nødvendige disken, vil overskrivingsprosessen begynne. Etter rengjøring, gjenopprett systemet ved hjelp av Clonezilla. Det gjenopprettede Windows skal fungere som om du hadde en ny SSD.

Med hjelp Linux delt magi brukeren kan dele og lage nye partisjoner på SSD-en. Du kan partisjonere og lage en partisjon på en solid-state-stasjon på samme måte som på en HDD-harddisk.

Vi løser problemer med ytelse, BIOS og SSD-firmware

Det vanligste problemet funksjonsfeil, eller når datamaskinen ser ikke SDD, er gammel versjon av hovedkortets BIOS-mikrokode. Du kan oppdatere BIOS på alle utgitte hovedkort. Oftest oppstår problemet med SSD-er med eldre versjoner av hovedkort med en ny UEFI BIOS. I de fleste tilfeller gjøres oppdatering av BIOS ved hjelp av en nedlastet mikrokodefil og en USB-flash-stasjon. BIOS-filen plasseres på en flash-stasjon og brukes til å oppdatere. Hver hovedkortprodusent har detaljerte instruksjoner på nettsiden deres for oppdatering av BIOS.

Vær forsiktig når du oppdaterer BIOS, siden en feil oppdatering kan skade hovedkortet.

Du kan finne ut hvilken BIOS-versjon som er installert på en Windows-PC ved hjelp av CPU-Z-verktøyet.

Mange PC-brukere kjøper SSD-er for å øke hastigheten på Windows betydelig. Men med en slik oppgradering bør du ta med i betraktningen at de fleste eldre PC-er kun støtter SATA-2-kontakten. Når du kobler en solid-state-stasjon til SATA-2, vil brukeren motta en hastighetsgrense for dataoverføring på 300 MB/s. Det følger at før du kjøper, må du finne ut om hovedkortet ditt støtter SATA-3-kontakten, som gir en gjennomstrømning på 600 MB/s.

For å gjøre SSD-en mer stabil kan du bli kvitt de fleste feilene ved å bruke fastvare. Fastvaren for en SSD er en mikrokode som ligner BIOS, takket være hvilken stasjonen fungerer. Fastvaren, så vel som BIOS, finner du på den offisielle nettsiden til SSD-produsenten. Instruksjoner for oppdatering finnes også på produsentens hjemmeside. Slik fastvare kan løse problemet på enkelte hovedkort når SSD-en ikke ser dem.

Datamaskinen ser ikke SSD-en på grunn av kabel eller drivere

I tillegg til problemene beskrevet ovenfor, svært ofte hovedkortet ser ikke SSD-en på grunn av en problemkabel eller kontakt. I dette tilfellet vil det hjelpe bytte av kabel SATA fungerer. I mange tilfeller ser hovedkortet ikke på grunn av en defekt SATA-port, så du kan løse dette problemet koble til en annen port.

Hvis du kobler en SSD til en datamaskin som kjører på en HDD, kan du støte på en situasjon der den ikke ser den. Systemet ser ikke den installerte SSD-en på grunn av gamle drivere. Dette problemet kan løses ved oppdateringer slik sjåfører, som Intel Rapid Storage Technology Driver og AMD AHCI Driver.

SATA AHCI

AHCI er en nødvendig modus for at kontrolleren skal fungere ordentlig med SSD-en din. Denne modusen lar SATA-kontrolleren aktivere nye funksjoner, inkludert å øke hastigheten på SSD-en. I motsetning til den gamle IDE-modusen, gir AHCI-modus følgende fordeler:

• AHCI-modusstøtte for hot swapping av tilkoblede stasjoner i Windows;
• AHCI forbedrer produktiviteten ved bruk av NCQ-teknologi;
• AHCI-modus lar deg bruke en overføringshastighet på 600 MB/s (relevant for SSD-stasjoner).
• AHCI-modus inkluderer støtte for tilleggskommandoer som TRIM.

Når du installerer Windows på et moderne hovedkort, er det ikke nødvendig å aktivere AHCI-modus i innstillingene, siden det er standard, men hvis du tidligere brukte en eldre Windows, for eksempel Windows XP, bør du bytte driftsmodus fra IDE til AHCI. Figuren nedenfor viser BIOS-innstillingene til et MSI-hovedkort med AHCI-modus aktivert.

Det er også verdt å merke seg at hvis du installerte Windows 7 etter XP, så etter å ha byttet til AHCI-modus, ser BIOS-fastvaren de installerte syv i IDE-modus, og deretter får du en blå skjerm. I dette tilfellet vil det hjelpe å installere Windows 7 på nytt i AHCI-modus.

Hvordan partisjonere en SSD-disk på riktig måte

Mange PC-brukere på forum har ofte dette spørsmålet: hvordan partisjonere en SSD-disk riktig. Svaret på dette spørsmålet er ganske enkelt - det er ingen grunnleggende forskjell når du partisjonerer disker mellom SSD og HDD. Derfor, hvis du har erfaring med å partisjonere HDDer, kan du også partisjonere SDDer. Det eneste punktet som må tas i betraktning er kapasiteten til SSD og HDD, som er mye høyere for sistnevnte. For eksempel må volumet på systemdisken samsvare med størrelsen på programvaren som er installert på den og ledig plass for at den skal fungere korrekt.

La oss oppsummere det

Etter å ha lest dette materialet, vil hver av våre lesere kunne se hva fordelen med moderne solid-state SSD-er er fremfor harde HDD-er. Også i dette materialet vil våre lesere finne måter å løse problemer knyttet til SSD-er. Det er også verdt å merke seg at solid-state-stasjoner må konfigureres riktig i operativsystemet. For disse formålene har vi en artikkel "Hvordan sette opp en SSD for Windows 7, 8 og 10", som vil hjelpe deg med å konfigurere SSD-en riktig.

Video om emnet

SSD-markedet blir gradvis mer mangfoldig. Kapasiteten til SSD-stasjoner vokser, og samtidig faller prisen per gigabyte minne. Det er imidlertid fortsatt for tidlig å si at SSD-stasjoner har blitt populære. Hovedårsaken til dette er deres lave (sammenlignet med tradisjonelle HDD-stasjoner) kapasitet og svært høye (igjen, sammenlignet med tradisjonelle HDD-stasjoner) kostnad per gigabyte minne. Derfor er tilstedeværelsen av en SSD-stasjon i en stasjonær hjemme-PC snarere et unntak fra regelen. Dessuten, selv i netbooks og bærbare datamaskiner, er SSD-stasjoner fortsatt ekstremt sjeldne. Samtidig er det allerede åpenbart at fremtiden for datalagringssystemer ligger hos SSD-stasjoner, som i fremtiden vil fortrenge HDD-stasjoner fra markedet. Når vil dette skje? Ja, faktisk, så snart de blir sammenlignbare i kapasitet og kostnader med HDD-stasjoner. Da vil sistnevnte rett og slett forsvinne som en klasse, siden SSD-stasjoner har en rekke ubestridelige fordeler fremfor HDD-stasjoner.
I denne artikkelen vil vi se på noen funksjoner ved funksjonen til moderne SSD-stasjoner, som noen ganger forårsaker mange spørsmål og forvirring, vi vil snakke om funksjonene til arkitekturen deres, samt mulige alternativer for å bruke disse stasjonene på bærbare datamaskiner, PC-er og servere.

Relevansen av å bytte til SSD-stasjoner

Ytelsen til moderne sentralbehandlingsenheter, som bestemmer databehandlingsevnen til en PC, overgår betydelig ytelsen til tradisjonelle harddisker (HDDer). Som et resultat er det datalagringsundersystemene som i mange tilfeller blir en flaskehals som hindrer veksten av datamaskinytelsen som helhet. Bruken av dyre løsninger basert på RAID-matriser løser bare delvis problemet med ubalanse i ytelsen til prosessorer og HDD-baserte lagringsundersystemer. Og i fremtiden vil ubalansen mellom ytelsen til prosessorer og harddisker bare øke, og vi vil uunngåelig komme til det punktet hvor datamaskinens ytelse i mange applikasjoner ikke lenger vil bli bestemt av prosessorytelsen, men vil hvile på det svakeste leddet - datalagringsdelsystem. Siden 1996 har den gjennomsnittlige ytelsen til prosessorer økt 175 ganger, mens ytelsen til HDD-disker (som betyr selektiv lesing av 20 KB-blokker) bare har økt 1,3 ganger.

I dag er den eneste måten å løse dette problemet på å bytte fra HDD til SSD (Solid State Drive) basert på flash-minne. Slike stasjoner er i stand til å gi et ytelsesnivå som fullt ut matcher ytelsen til moderne flerkjerneprosessorer.

Høy ytelse er imidlertid ikke den eneste fordelen med SSD-stasjoner. De er også helt stille siden de ikke inneholder noen bevegelige deler, og, spesielt viktig for bærbare datamaskiner, bruker de mye mindre strøm sammenlignet med HDD-stasjoner. Dermed er strømforbruket til en vanlig 2,5-tommers HDD i aktiv modus ca 2,5-3 W og ca 0,85-1 W i inaktiv modus (Idle). Hvis HDD-en ikke er aktiv, går den etter en stund (avhengig av innstillingene) inn i en lavstrømsmodus (Standby eller Sleep), og når du går ut av denne modusen, tar det ca. 1-2 sekunder å spinne opp. Typisk strømforbruk for en SSD (ikke server) i aktivitetsmodus er omtrent 0,15 W, og i hvilemodus - 0,06 W. Videre, hvis konfigurert riktig, skjer overgangen fra aktivitetsmodus til lavstrømsmodus automatisk hvis disken er inaktiv i 25 ms. Og disse stasjonene slår seg på nesten umiddelbart, siden de rett og slett ikke har noe å spinne opp. Merk at for at en SSD-disk automatisk skal gå inn i lavstrømsmodus, er det nødvendig å aktivere Device Initiated Power Management (DIPM)-funksjonen i registeret, siden Host Initiated Power Management-funksjonen (HIPM) er satt som standard, når overgang til lavstrømsmodus styres ikke av selve disken og operativsystemet.

SSD-stasjoner er ikke dårligere enn tradisjonelle HDD-stasjoner i en slik karakteristikk som gjennomsnittlig tid mellom feil (MTFB). Så hvis for en HDD gjennomsnittstiden mellom feil er omtrent 300 tusen timer, så er det for SSD-stasjoner over en million timer.

Det ser ut til at hvis fordelene med SSD-stasjoner er så åpenbare, hvorfor har de ikke blitt utbredt ennå? Dessverre har SSD-stasjoner også alvorlige ulemper. For det første er ikke moderne SSD-stasjoner sammenlignbare med HDD-stasjoner når det gjelder kapasitet. Så hvis kapasiteten til HDD-stasjoner (3,5 tommer i størrelse) når 3 TB, er den maksimale kapasiteten til SSD-stasjoner (2,5 tommer i størrelse) bare 512 GB. Riktignok, hvis vi sammenligner 2,5-tommers SSD- og HDD-stasjoner, er kapasiteten deres ganske sammenlignbar.

Den andre ulempen med SSD-stasjoner er kostnadene deres, som er flere ganger høyere enn for en HDD.

Men når det kommer til kapasiteten til SSD-stasjoner, er ikke alt så ille som det kan virke. SSD-kapasiteten vokser mye raskere enn HDD-kapasiteten, og dagen er ikke langt da SSD-er vil overgå HDD-kapasiteten. Som bevis er her noen interessante statistikker. I 2006 produserte Intel, en av de ledende aktørene på SSD-markedet, NAND-flashminnebrikker for SSD-stasjoner ved bruk av 90 nm prosessteknologi, med kapasiteter på 1 eller 2 Gbit. I 2009 produserte Intel flash-minnebrikker ved bruk av 34 nm prosessteknologi, og kapasiteten til brikkene begynte å være 32 Gbit. I 2010 mestret selskapet 25nm-prosessen for å produsere flash-minnebrikker med en kapasitet på 64 Gbit. Som du kan se, er veksthastigheten for kapasiteten til flash-minnebrikker for SSD-stasjoner imponerende: faktisk dobles den hvert år. Så snart vil SSD-stasjoner overgå HDD-er i volum.

Det skal også bemerkes at selv om den utbredte bruken av SSD-stasjoner fortsatt er langt unna, er det feil å si at SSD-stasjoner ikke kjøpes i det hele tatt. Statistikken er som følger: i 2008 ble det bare solgt 700 tusen SSD-stasjoner i verden, i 2009 var salgsvolumet allerede 2 millioner enheter, og i år vil det ifølge prognoser nå 5,9 millioner enheter. Det er forventet at innen 2013 vil markedet for SSD-stasjoner nå 61,8 millioner enheter.

Så prognoser for salgsvolum av SSD-stasjoner er veldig optimistiske, men de svarer ikke på hovedspørsmålet: hva skal brukerne gjøre i dag, når kapasiteten til SSD-stasjoner ennå ikke er høy nok og kostnadene deres fortsatt er veldig høye? Hvis vi snakker om hjemmebrukere, så gir det selvfølgelig ingen mening å kaste HDD-er for å installere en SSD. Det er imidlertid fortsatt mulig å øke datamaskinens ytelse ved å bruke SSD-stasjoner. Den optimale løsningen er når en stasjonær PC bruker en kombinasjon av én SSD-stasjon og én eller flere HDD-stasjoner. Du kan installere operativsystemet og alle programmer på en SSD-disk (en 80 GB-disk vil være nok til dette), og bruke HDD-disken til datalagring.

Flash-minnecelle design

Som vi sa, er hovedfordelen med SSD-stasjoner deres høyere ytelse sammenlignet med HDD-stasjoner, men ingen spesifikke egenskaper som sekvensielle og selektive lese- og skrivehastigheter ble gitt. Før du går videre til å vurdere hastighetsegenskapene til SSD-stasjoner, så vel som typer SSD-stasjoner, må du imidlertid gjøre deg kjent med funksjonene til deres arkitektur og prosessen med å lese og skrive informasjon til disse stasjonene. La oss starte med en kort beskrivelse av strukturen til en flashminnecelle.

På sitt enkleste nivå er en flash-minnecelle n-kanals MOSFET-transistor med en såkalt flytende gate. La oss huske at det vanlige n-kanals MOSFET-transistor (struktur n-s-n) kan være i to tilstander: åpen og låst (lukket). Ved å kontrollere spenningen mellom drain og gate, er det mulig å lage en elektronledningskanal ( n-kanal) mellom kilde og avløp (fig. 1). Spenningen som en ledningskanal vises ved kalles terskel. Tilstedeværelsen av en ledningskanal tilsvarer den åpne tilstanden til transistoren, og fraværet (når transistoren ikke er i stand til å lede strøm fra kilde til avløp) tilsvarer en lukket tilstand.

Ris. 1. MOSFET-transistorstruktur (åpen og lukket tilstand)

I åpen tilstand er spenningen mellom avløpet og kilden nær null, og i lukket tilstand kan den nå en høy verdi. Selvfølgelig er ikke transistoren i seg selv i stand til å lagre informasjon. Faktisk er en flytende lukker designet spesielt for lagring av informasjon (fig. 2). Den er laget av polykrystallinsk silisium og er fullstendig omgitt av et lag med dielektrikum, som gir den fullstendig fravær av elektrisk kontakt med elementene i transistoren. Den flytende porten er plassert mellom kontrollporten og underlaget s-n-overganger. En slik port er i stand til å opprettholde en ladning (negativ) plassert på den i ubegrenset tid (opptil 10 år). Tilstedeværelsen eller fraværet av overflødig negativ ladning (elektroner) på den flytende porten kan tolkes som en logisk en og null.

Ris. 2. Floating gate transistor design og lesing av innholdet i en minnecelle

Tenk først på situasjonen der det ikke er noen elektroner på den flytende porten. I dette tilfellet oppfører transistoren seg på samme måte som den tradisjonelle transistoren som allerede er diskutert. Når en positiv spenning (initialisering av minnecellen) lik terskelverdien påføres kontrollporten, opprettes en ledningskanal i portområdet - og transistoren går inn i åpen tilstand. Hvis en overflødig negativ ladning (elektroner) er plassert på den flytende porten, så selv når en terskelspenning påføres kontrollporten, kompenserer den for det elektriske feltet som skapes av kontrollporten og forhindrer dannelsen av en ledningskanal, dvs. , vil transistoren være i lukket tilstand.

Tilstedeværelsen eller fraværet av ladning på den flytende porten bestemmer således entydig tilstanden til transistoren (åpen eller lukket) når den samme terskelspenningen påføres kontrollporten. Hvis tilførselen av spenning til kontrollporten tolkes som initialisering av minnecellen, kan spenningen mellom kilden og avløpet brukes til å bedømme tilstedeværelsen eller fraværet av ladning på den flytende porten.

Det vil si at i fravær av en styrespenning ved porten, uavhengig av tilstedeværelse eller fravær av ladning på den flytende porten, vil transistoren alltid være lukket, og når en terskelspenning påføres porten, vil transistorens tilstand. vil bli bestemt av tilstedeværelsen av ladning på den flytende porten: hvis det er en ladning, vil transistoren være lukket og utgangsspenningen vil være høy; hvis det ikke er noen ladning, vil transistoren være åpen og utgangsspenningen vil være lav.

Den lukkede tilstanden til transistoren (fravær av en ledningskanal) tolkes vanligvis som en logisk null, og den åpne tilstanden (tilstedeværelse av en ledningskanal) som en logisk. Ved initialisering av en minnecelle (påføring av en terskelspenning på porten), blir tilstedeværelsen av ladning på den flytende porten tolket som en logisk null, og dens fravær som en logisk (se tabell).

Resultatet er en slags elementær minnecelle som er i stand til å lagre én informasjonsbit. I dette tilfellet er det viktig at ladningen på den flytende porten (hvis det er en) kan opprettholdes på ubestemt tid, både under initialisering av minnecellen og i fravær av spenning på kontrollporten. I dette tilfellet vil minnecellen være ikke-flyktig. Alt som gjenstår er å finne ut hvordan du plasserer en ladning på den flytende porten (skrive innholdet i en minnecelle) og fjerne den derfra (slette innholdet i en minnecelle).

Plassering av en ladning på en flytende port realiseres enten ved injeksjon av varme elektroner (CHE-Channel Hot Electrons) eller ved Fowler-Nordheim tunnelmetoden (fig. 3). Vel, ladningsfjerning utføres bare ved Fowler-tunnelmetoden.

Ris. 3. Prosessen med å skrive og slette en informasjonsbit inn i en flytende porttransistor

Når du bruker metoden for injeksjon av varme elektroner, tilføres en høy spenning til drenerings- og kontrollporten (en spenning over terskelen tilføres kontrollporten) for å gi elektronene i kanalen nok energi til å overvinne potensialbarrieren som skapes av en tynn dielektrisk lag og tunnel inn i det flytende portområdet (Ved lesing påføres mindre spenning til kontrollporten, og ingen tunneleffekt observeres).

For å fjerne ladning fra den flytende porten (prosessen med å slette en minnecelle), påføres en høy negativ spenning på kontrollporten, og en positiv spenning påføres kildeområdet. Dette får elektroner til å tunnelere fra det flytende portområdet til kilderegionen (Fowler-Nordheim (FN) kvantetunnelering).

Den flytende porttransistoren vi vurderte kan fungere som en grunnleggende flashminnecelle. Imidlertid har enkelttransistorceller en rekke betydelige ulemper, den viktigste er dårlig skalerbarhet. Faktum er at når du organiserer et minnearray, er hver minnecelle (transistor) koblet til to vinkelrette busser: kontrollportene er koblet til en buss kalt ordlinjen, og avløpene er koblet til en buss kalt bitlinjen (i i fremtiden vil denne organisasjonen bli vurdert ved å bruke eksemplet med NOR-arkitektur). På grunn av den høye spenningen i kretsen når du skriver ved hjelp av metoden for injeksjon av varme elektroner, må alle linjer - ord, biter og kilder - plasseres i tilstrekkelig stor avstand fra hverandre for å gi det nødvendige isolasjonsnivået, som selvfølgelig, påvirker begrensningen av flashminnekapasiteten.

En annen ulempe med en enkelt-transistor-minnecelle er effekten av overdreven ladningsfjerning fra den flytende porten, som ikke kan kompenseres av skriveprosessen. Som et resultat dannes en positiv ladning på den flytende porten og transistoren forblir alltid i åpen tilstand.

Andre typer minneceller har også blitt utbredt, slik som SST-cellen (fig. 4), utviklet av Silicon Storage Technology, Inc. I SST-celletransistoren er formene til flyte- og kontrollportene endret. Kontrollporten er på linje med kanten av sluket, og dens buede form gjør det mulig å plassere en flytende port delvis under og samtidig over kildeområdet. Dette arrangementet av den flytende porten gjør det mulig å forenkle på den ene siden prosessen med å plassere en ladning på den ved injeksjon av varme elektroner, og på den annen side prosessen med å fjerne ladningen på grunn av Fowler-Nordheim-tunnelen. effekt.

Ris. 4. Struktur av en SST-minnecelle

Når ladningen fjernes, skjer elektrontunnelering ikke i kildeområdet, som i den betraktede enkelttransistorcellen, men i kontrollportområdet. For å gjøre dette påføres en høy positiv spenning på kontrollporten. Under påvirkning av det elektriske feltet skapt av kontrollporten, blir elektroner tunnelert fra den flytende porten, noe som lettes av dens buede form mot kantene.

Ved å plassere en ladning på den flytende porten, jordes avløpet og en positiv spenning tilføres kilden og kontrollporten. I dette tilfellet danner kontrollporten en ledningskanal, og spenningen mellom avløpet og kilden "akselererer" elektronene, og gir dem tilstrekkelig energi til å overvinne den potensielle barrieren, det vil si å tunnelere til den flytende porten.

I motsetning til en enkelt-transistor-minnecelle, har en SST-celle et litt annerledes organiseringsskjema for minnearray.

Flash-minneceller på flere nivåer og ett nivåer

Alle typer minneceller diskutert så langt er i stand til å lagre bare én bit informasjon per celle. Slike minneceller kalles enkeltnivåceller (SLC). Imidlertid er det også slike celler, som hver lagrer flere biter - disse er multi-level celler, eller MLC (Multi Level Cell).

Som allerede nevnt når man beskriver en enkelt-transistor minnecelle, bestemmes tilstedeværelsen av en logisk en eller null av spenningsverdien på bitlinjen og avhenger av tilstedeværelsen eller fraværet av ladning på den flytende porten. Hvis en terskelspenningsverdi påføres kontrollporten, er transistoren åpen i fravær av ladning på den flytende porten, noe som tilsvarer en logisk. Hvis det er en negativ ladning på den flytende porten, som skjermer feltet skapt av kontrollporten med feltet, så er transistoren i lukket tilstand, som tilsvarer logisk null. Det er klart at selv om det er en negativ ladning på den flytende porten, kan transistoren byttes til åpen tilstand, men for dette må du påføre en spenning som overstiger terskelverdien til kontrollporten. Derfor kan fraværet eller tilstedeværelsen av ladning på den flytende porten bedømmes ved terskelspenningsverdien ved kontrollporten. Siden terskelspenningen avhenger av ladningsmengden på den flytende porten, er det mulig ikke bare å bestemme to grensetilfeller - fravær eller tilstedeværelse av ladning - men også å bedømme ladningsmengden etter verdien av terskelspenningen. Således, hvis det er mulig å plassere et annet antall ladenivåer på en flytende port, som hver har sin egen terskelspenningsverdi, kan flere informasjonsbiter lagres i én minnecelle. For eksempel, for å lagre 2 bits i en celle ved bruk av en slik transistor, er det nødvendig å skille mellom fire terskelspenninger, det vil si å kunne plassere fire forskjellige ladenivåer på den flytende porten. Deretter kan hver av de fire terskelspenningene tilordnes en kombinasjon av to biter: 00, 01, 10, 11.

For å kunne skrive 4 biter inn i en celle, er det nødvendig å skille mellom 16 terskelspenninger.

MLC-celler utvikles aktivt av Intel, og derfor kalles minneteknologi basert på MLC-celler Intel StrataFlash.

Merk at SLC-minneceller gir høyere lese- og skrivehastigheter. I tillegg er de mer holdbare, men SSD-stasjoner basert på dem er dyrere, siden med lik kapasitet på SSD-stasjoner basert på MLC- og SLC-minneceller, vil selve antallet minneceller i en MLC-stasjon være halvparten så mye ( i tilfelle av fire-nivå celle minne). Dette er grunnen til at SSD-stasjoner basert på SLC-minneceller hovedsakelig brukes på servere.

Flash-minnearray-arkitektur

Den enkleste flashminnecellen vi har vurdert, basert på en flytende porttransistor, som er i stand til å lagre én bit informasjon, kan brukes til å lage ikke-flyktige minnearrayer. For å gjøre dette trenger du bare å kombinere mange celler på riktig måte i en enkelt matrise, det vil si lage en minnearkitektur.

Det finnes flere typer flash-minnearkitekturer, det vil si måter å kombinere minneceller til en enkelt matrise, men NOR- og NAND-arkitekturene er de mest utbredte. Merk at SSD-stasjoner bruker NAND-type minneorganisering, men for bedre å forstå funksjonene til denne arkitekturen er det logisk først å vurdere den enklere NOR-arkitekturen. I tillegg var NOR-arkitekturen den første arkitekturen som ble brukt i flash-minne.

NOR-arkitekturen (fig. 5) innebærer en parallell måte å kombinere minneceller til en matrise. Som allerede nevnt, for å initialisere en minnecelle, det vil si for å få tilgang til innholdet i cellen, er det nødvendig å påføre en terskelspenningsverdi til kontrollporten. Derfor må alle kontrollporter kobles til en kontrolllinje kalt Word Line. Innholdet i en minnecelle analyseres basert på signalnivået ved utløpet til transistoren. Derfor er avløpene til transistorene koblet til en linje som kalles en bitlinje.

Ris. 5. NOR-arkitektur

NOR-arkitekturen skylder navnet sitt til den logiske operasjonen "OR-NOT" (den engelske forkortelsen er NOR). Den logiske NOR-operasjonen på flere operander produserer en verdi på én når alle operander er null, og en verdi på null ellers. I dette tilfellet mener vi prinsippet om å koble transistorer generelt, og ikke spesifikt flytende port-transistorer.

Som et eksempel kan du vurdere flere transistorer (uten en flytende port) koblet til en enkelt bitlinje (fig. 6). I dette tilfellet, hvis minst en transistor er åpen, vil utgangsspenningen på bitlinjen være lav. Og bare i tilfelle når alle transistorer er lukket, vil spenningen på bitlinjen være høy. Vi får sannhetstabellen over inngangsspenningene ved portene til transistorene og utgangsspenningen på bitlinjen, tilsvarende sannhetstabellen til den logiske funksjonen "NOR" (NOR). Det er derfor denne kretsen for å kombinere transistorer kalles NOR.

Ris. 6. Tilkobling av transistorer i henhold til NOR-kretsen

NOR-arkitekturen gir tilfeldig, rask tilgang til en hvilken som helst minnecelle, men prosessene med å skrive (ved hjelp av metoden med hete elektroninjeksjon) og slette informasjon er ganske langsomme. I tillegg, på grunn av de teknologiske egenskapene ved å produsere flash-minnebrikker med NOR-arkitektur, er cellestørrelsen stor, så slikt minne skalerer ikke godt.

En annen vanlig flashminnearkitektur er NAND-arkitekturen (figur 7), som er en logisk NAND-operasjon. NAND-operasjonen produserer en verdi på null bare når alle operandene er null, og en verdi på én i alle andre tilfeller. NAND-arkitekturen involverer en seriekobling av transistorer, der avløpet til hver transistor er koblet til kilden til nabotransistoren, og i en serie med flere transistorer koblet i serie, er bare en av dem koblet til bitlinjen. Dessuten, når vi vurderer tilkoblingsarkitekturen, snakker vi ikke spesifikt om transistorer med flytende port.

Ris. 7. NAND-arkitektur

La oss vurdere en gruppe slike transistorer koblet i serie (uten en flytende port) (fig. 8). Hvis styrespenningen ved portene til alle transistorer er lik terskelverdien, er alle transistorer i åpen tilstand og utgangsspenningen (spenningen på bitlinjen) vil være lav, som tilsvarer logisk null. Hvis inngangsspenningen på minst en transistor er lav (under terskelverdien), det vil si hvis minst en transistor er i av-tilstand, vil spenningen på bitlinjen være høy, noe som tilsvarer en logisk. Vi får sannhetstabellen over inngangsspenningene ved portene til transistorene (spenninger på ordlinjen) og utgangsspenningen på bitlinjen, tilsvarende sannhetstabellen til den logiske funksjonen "NAND" (NAND). Det er derfor denne kretsen for å kombinere transistorer kalles NAND.

Ris. 8. Koble til transistorer ved hjelp av NAND-kretsen

I en flytende-gate NAND-transistorkrets er en gruppe transistorer koblet i serie i begge ender med vanlige transistorer (uten en flytende port), som isolerer gruppen av transistorer fra både jord og bitlinjen og kobler hele gruppen av transistorer til bitlinjen når de initialiseres.

Sammenlignet med NOR-arkitekturen, tillater denne arkitekturen, på grunn av særegenhetene ved produksjonsprosessen (som kombinerer avløp og kilder til tilstøtende transistorer og et mye mindre antall ledere), et mer kompakt arrangement av transistorer, og er derfor svært skalerbar. I motsetning til NOR-arkitekturen, hvor informasjon skrives ved hjelp av metoden for injeksjon av varme elektroner, utføres registreringen i NAND-arkitekturen ved hjelp av FN-tunnelmetoden, som gir mulighet for raskere skriving enn for NOR-arkitekturen.

Naturligvis oppstår spørsmålet: hvordan i NAND-arkitekturen kan du få tilgang til en enkelt minnecelle (les innholdet i cellen)? Tross alt, hvis minst en av transistorene i en slik seriekoblet gruppe er i lukket tilstand (som kan tolkes som tilstedeværelsen av en ladning på den flytende porten til den tilsvarende transistoren), så er spenningen på bitlinjen vil være høy uavhengig av tilstanden til de gjenværende cellene. For å få tilgang til en enkelt celle er det ikke nok å bare påføre en terskelspenning til porten til transistoren som tilsvarer den cellen og måle spenningen på bitlinjen. Det er også nødvendig at alle andre transistorer er i åpen tilstand. For å gjøre dette påføres en terskelspenningsverdi på porten til transistoren som tilsvarer minnecellen, hvis innhold må leses, og en spenning som overskrider terskelverdien påføres portene til alle andre transistorer og er tilstrekkelig til å danne en ledningskanal selv i nærvær av en ladning på den flytende porten, men utilstrekkelig for effekten kvantetunnelering av ladninger. I dette tilfellet går alle disse transistorene inn i åpen tilstand og spenningen på bitlinjen bestemmes av tilstedeværelsen eller fraværet av ladning på den flytende porten til transistoren som tilsvarer minnecellen som aksesseres.

Logisk struktur av NAND-flashminne

Som vi allerede har nevnt, bruker SSD-stasjoner flashminne organisert som NAND, så i fremtiden vil vi fokusere på å se utelukkende på NAND-flashminne.

Til tross for at flash-minne gir tilgang til å lese, skrive og slette en enkelt celle, for mer effektivt å bruke elementære minneceller, har de blitt kombinert til arrays med en fire-nivå struktur. På det laveste nivået er den elementære minnecellen, og de elementære cellene kombinert til en matrise som inneholder 4 KB med data kalles en minneside. 128 slike sider danner en minneblokk på 512 KB i størrelse (noen ganger inkluderer en minneblokk 64 sider), og 1024 blokker danner en 512 MB-array. Dermed er den logiske strukturen for å kombinere celler til matriser ganske enkel. En side er som en klynge (sektor) på en harddisk og representerer minimumsstørrelsen på data som flashminnet kan håndtere. Det er imidlertid grunnleggende forskjeller mellom en harddiskklynge og en flashminneside når du utfører lese-, skrive- og sletteoperasjoner. Så hvis en klynge på en harddisk kan leses, skrives og slettes, er lese- og skriveoperasjoner i flashminnet mulig på 4 KB-sider, og sletting av data er bare mulig i 512 KB-blokker. Dessuten, når informasjon er skrevet til en side, kan den ikke overskrives før den er slettet (slettet).

Funksjoner for dataopptaksoperasjoner i SSD-stasjoner

Så, som vi allerede har bemerket, er skriving og lesing av data i NAND-flashminne mulig på 4 KB-sider, og sletting av data er bare mulig i 512 KB-blokker. Generelt er prosessen med å skrive informasjon til SSD-stasjoner veldig forskjellig fra den lignende prosessen med HDD-stasjoner. Dette skyldes for eksempel det faktum at ytelsen til SSD-stasjoner endres over tid, og hastighetene på sekvensiell og selektiv tilgang til flashminne er forskjellig fra hverandre. For å forklare disse fenomenene, la oss se nærmere på opptaksprosessene på HDD- og SSD-stasjoner.

Når det gjelder HDD-harddisker, kalles den minste informasjonsenheten som harddiskadministrasjonssystemet opererer på en sektor eller blokk. I HDD er sektorstørrelsen 4 KB (i nye modeller) eller 512 byte. For å adressere sektorer (blokker) på disken, brukes LBA (Logical Block Addressing)-metoden, der hver blokk adressert på harddisken har sitt eget sekvensnummer - et heltall som starter fra null (det vil si den første blokken LBA = 0, den andre LBA = 1 osv.). Antallet LBA-blokker på en disk bestemmes av antall sylindre, spor, sektorer og lese-/skrivehoder. Så LBA-blokknummeret beregnes ved å bruke formelen:

LBA = [(Sylinder x No_of_heads + Heads) x Sektorer/spor] + )