Загрузочный флэш – накопитель.

Время от времени приходится пользоваться загрузочными дискетами или компактами, чтобы восстановить данные со сбойного винчестера, установить или реанимировать ОС, протестировать компьютерное «железо» и т.д.

Аналогичный функционал предлагают и некоторые производители флэш - накопителей, при этом, для использования таких дисков материнская плата ПК должна поддерживать загрузку с USB.

Для загрузки с флэш – накопителей используется технология U3. Накопители, поддерживающие эту технологию, устанавливаются как два съемных диска: один для хранения данных, а второй — для запуска специально адаптированных программ.

Преимуществом U3 flash-драйвов является приватность и универсальность. Можно работать за любым компьютером, используя свое программное обеспечение, и при этом никаких «следов» на компьютере не останется.

Считается, что flash-драйв необходимо останавливать и только потом извлекать, но в действительности это справедливо лишь для U3 - накопителей. Обычный съемный диск может пострадать только в том случае, если его достать во время записи (как правило) или считывания (иногда). Об этом сообщают источники в Microsoft.

 

Твердотельный накопитель (англ. SSD, Solid State Drive, Solid State Disk) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся механических частей. Многие аналитики считают, что уже в ближайшие годы NAND твердотельные накопители займут основную долю рынка накопителей, отвоевав её у накопителей на жёстких магнитных дисках. По состоянию на сегодняшний день, твердотельные накопители используются в основном в специализированных вычислительных системах и в некоторых моделях ноутбуков. Важная область применения – космические исследования, например, на международной космической станции.

Архитектура и функционирование.

Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD) появились относительно недавно, но в связи с гораздо более низкой стоимостью, чем у энергозависимых (3-10 долларов США за Гигабайт) начали уверенное завоевание рынка. До недавнего времени существенно уступали традиционным накопителям в скорости чтения и записи, но компенсировали это (особенно при чтении) высокой скоростью поиска информации (сопоставимой со скоростью оперативной памяти). Сейчас уже выпускаются твердотельные накопители Flash со скоростью чтения и записи, сопоставимой с механическими накопителями и разработаны модели существенно их превосходящие. Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.

Преимущества по сравнению с жесткими дисками:

· более высокая скорость запуска, переход Power On - Ready 1 с;

· отсутствие движущихся частей;

· латентность (временная задержка, величина обратная быстродействию) в режиме чтения 85 мкс;

· латентность в режиме записи 115 мкс;

· производительность, чтение до 250 МБ/с;

· производительность, запись до 170 МБ/с;

· низкая потребляемая мощность;

· полное отсутствие шума от движущихся частей;

· высокая механическая стойкость;

· широкий диапазон рабочих температур;

· практически устойчивое время считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;

· малый размер и вес.

Недостатки твердотельных накопителей:

· более высокая, чем у «механики» цена за 1 гигабайт;

· меньшая емкость (лишь экспериментальные твердотельные накопители имеют емкость 1 Тб и больше, в продаже доступны NAND SSD до 250 Гб);

· более высокая чувствительность к некоторым эффектам, например, внезапной потере питания, магнитным и электрическим полям.

 

Рассмотрим конкретные примеры устройств.

Южнокорейская компания Mtron Storage Technology, специализирующаяся на разработке и производстве твердотельных накопителей (SSD), выпускает контроллеры SSD, обеспечивающие скорость 260 МБ/с с 2009 года

Mtron в форм-факторе ExpressCard, SSD Mtron в форм-факторе Mini PCI-E Card. Эти карты обеспечивают максимальную скорость чтения 110 МБ/с, записи — 65 МБ/с.

Являясь развитием современных четырехканальных контроллеров, имеющих максимальную скорость чтения и записи 130 и 120 МБ/с - соответственно, разработка Mtron относится к следующему поколению контроллеров с увеличенным до восьми количеством каналов. Максимальная скорость чтения, составляет 260 МБ/с, записи — 240 МБ/с. Количество произвольных операций ввода-вывода, выполняемых контроллером каждую секунду, равно 8000. Это вдвое больше, чем у самого быстрого контроллера SSD, представленного на рынке до него.

 

 

В качестве второго примера рассмотрим конкретные разработки мирового лидера схемотехники фирмы INTEL (Рис. 2).

Среди производимых компанией Intel твердотельных накопителей с интерфейсом Serial ATA фигурирует 1,8 дюймовый серии X18-M и 2,5 дюймовый серии X25-M. Они предназначены для массового использования в настольных и мобильных ПК. Обе эти серии основаны на технологии многоуровневых (Multi - Level Cell, MLC) чипов флэш-памяти NAND-типа, это версии накопителей X18-M и X25-M емкостью 80 Гб, 160 Гб.

MLC микросхемы NAND, 10 каналов параллельная арх. Чтение 250Мб.с Запись 70 Мб.с

Латентность: запись 115, чтение 85. Включение 1с. Ошибки 1 из 2^15.

Энергопотр: 150 мВ – активно, 0,6 - пассивно. Напряжение 3,3 (X25 – 5)

Вес: 35- 85 г. Шум – 0 дб, горячее подключение, температура: 0-70

 

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(МИФИ)

Кафедра 12

Билет № 9

 

1. Шина PCIExpress, основные характеристики, структура системы ввода-вывода на

основе PCIExpress.

 

2. Области практического применения флэш-памяти. Вопросы надежности.

Основные форм-факторы. Обзор основных форм-факторов. Сравнительные

характеристики. Перспективы развития применения флэш-памяти. Интеграция и

мобильность.

 

№1

Эта глава посвящена обзору успешного и широко-распространенного стандарта шины PCI и описывает следующее поколение шины ввода вывода, называемой PCI Express, которая будет служить стандартом локальной шины ввода-вывода для будущих компьютерных систем. Ключевые атрибуты PCI, такие как ее модель использования и программный интерфейс сохраняются, в то время как ее реализация с ограниченной пропускной способностью и параллельная архитектура, заменяется последовательной. Архитектура PCI Express поддерживает широкий набор форм-факторов для обеспечения совместимости с существующими PCI устройствами и для развития новых форм-факторов систем. Архитектура PCI Express обеспечит лучшую в индустрии производительность и соотношение цена/производительность.

Следующий список суммирует основные требования к третьему поколению системы ввода-вывода.

Универсальность:

Унификация архитектуры ввода-вывода для настольных, мобильных, серверных, встроенных и коммуникационных систем.

Низкая стоимость:

Цена не должна быть выше, чем у существующей сейчас PCI шины.

Программная модель, совместимая с существующим PCI:

Загрузка существующих ОС без изменений.

Совместимая с PCI конфигурация и интерфейсы системных драйверов.

Производительность:

Масштабируемая производительность посредством увеличения частоты и кол-ва каналов передачи данных.

Архитектура PCI Express определяется слоями (layers), как показано на рис. 7.

Для обеспечения совместимости с существующими приложениями и драйверами сохранена модель адресации PCI. Конфигурация PCI Express использует стандартный механизм PCI Plug-and-Play. Программный уровень генерирует запросы на чтение и запись, которые передаются уровнем транзакций устройствам ввода-вывода с использованием пакетно-ориентированного, с разделяемыми транзакциями (split-transaction) протокола. Физический уровень состоит из двух каналов, которые реализованы, как передающая пара и принимающая пара. Начальная скорость в 2.5 Giga transfers/second/direction обеспечивает канал связи с пропускной способностью в 200MB/s, что почти в 2 раза больше, чем у PCI.

Основной канал PCI Express сотсоит из двух низковольтных, дифференциальных пар сигналов: передающая пара и принимающая пара (см. рис. 8). Начальная частота в 2.5 Giga transfers/second/direction может быть увеличена до 10 Giga transfers/second/direction (это теоретический предел частоты для медного проводника).Пропускная способность PCI Express канала может быть линейно увеличена за счет добавления сигнальных пар. «Физический» слой поддерживает x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32 сигнальных пар в одном канале и распределяет байты данных внутри канала, как показано на рис. 9.

В процессе инициализации, каждый из PCI Express каналов автоматически устанавливает частоту и ширину канала в соответствии с возможностями агентов, находящихся на концах канала, при этом не требуется никакого программного обеспечения.

Основное назначение слоя «Link‖ заключается в обеспечение правильной передачи пакета данных через канал PCI Express. Этот слой отвечает за целостность данных и добавляет к пакету данных порядковый номер и CRC код (код контроля ошибок), см. рисунок 10.

Большинство пакетов инициируются слоем транзакций ("Transaction Layer"), описанным в следующем разделе. Протокол передачи передает пакеты только в том случае, когда приемный буфер свободен, это позволяет избежать повторных передач данных и разгружает шину. Повторная передача поврежденных пакетов, так же обеспечивается Link слоем.

Слой транзакций принимает запросы на чтение/запись от программного слоя и создает пакеты для передачи слою связи. Все запросы реализуются в виде раздельных транзакций. Некоторые из этих пакетов, требуют ответных пакетов, которые принимаются от слоя связи и проверяются на соответствие начальному запросу программного слоя. Каждый пакет имеет уникальный идентификатор, который позволяет отправить ответный пакет правильному адресату. Формат пакетов поддерживает 32bit и 64bit адресацию. Пакеты так же имеют такие атрибуты, как «no-snoop‖, ―relaxed-ordering‖ и ―priority‖, которые могут использоваться для оптимизации передачи через подсистему ввода/вывода.

Слой транзакций поддерживает четыре адресных пространства: три PCI (память, I/O и конфигурация) и пространство сообщений («Message Space

Кроме того, в PCI Express обеспечена поддержка старой (PCI) модели времени выполнения, таким образом, в прикладном ПО изменения так же не требуются. Новое ПО может использовать новые возможности PCI Express.

Архитектура PCI Express отвечает всем требованиям, предъявляемым к третьему поколению систем ввода/вывода. Ее расширенные функции и масштабируемая производительность позволяет ей стать унифицированным решением для множества платформ – настольных, мобильных, серверных, устройств связи и встраиваемых устройств. Канал PCI Express образуется из нескольких точка-точка соединений, называемых ―lanes‖, а несколько ―lanes‖ могут быть объединены в одном канале, пропускная способность которого имеет линейную масштабируемость. PCI Express программно совместим с существующим ПО и обеспечивает расширенные возможности для нового ПО.

 

 

№2

Изначально на карты флэш-памяти был рассчитан форм-фактор Type I, имевший один ряд контактов и толщину 3,3 мм. Карты Type I можно было вставлять как в соответствующий слот Type I, так и в слоты остальных форм-факторов, но слот Type I не позволял использовать карты Type II и Type III (Рис. 6), поэтому ноутбуки почти не оснащались слотами Type I.

Вне ноутбуков форм-фактор Type I не имел никаких преимуществ перед более толстым (5,0 мм) Type II. Карты обоих форм-факторов помещались в карман, но Type II имел два ряда контактов и мог поддерживать 32-битные интерфейсы, помимо 16-битных, как у Type I. В результате форм-фактор Type I получил очень небольшое распространение только там, где разница 1,7 мм в толщине имела принципиальное значение. Например, в бортовых устройствах, где всегда идет жесткая борьба за каждый грамм или миллиметр оборудования.

Type II предназначался для периферийных устройств ввода/вывода, таких, как модемы и сетевые карты, однако в стандарте не было никаких препятствий для использования этого форм-фактора для флэш-карт. Больший размер карты делал возможным больший объём флэш-памяти, что было весьма актуально, ведь у первых PC - Card Type I самым распространённым объёмом был всего один мегабайт. Несколько лет определяющими факторами при выборе стандарта были размер карты и распространённость соответствующих слотов.

 

Type III с толщиной 10,5 мм, стал форм-фактором для съёмных жёстких дисков. Очень оригинальную конструкцию имел слот для PC - Card Type III. Он одновременно представлял собой пару слотов Type II, расположенных вплотную друг к другу даже без перегородки (Рис. 7). Карты Type III могли использовать все четыре ряда контактов. Такая конструкция оказалась настолько удобна, что на долгое время стала стандартным решением почти для всех ноутбуков.