Одной из первых появилась CompactFlash, созданная SanDisk Corporation в 1994 году. На сегодня это самая большая карта памяти. Она несколько устарела из-за своих габаритов. Однако и сегодня используется профессинальными операторами и фотографами: они ценят CompactFlash за скорость до 500 МБ/с и объем до 2 TБ.
Как работает карта памяти и кто ее придумал
Новейшие смартфоны богаты встроенной памятью до 1 ТБ, но иногда мы все-таки прибегаем к картам памяти. Без них не получится снимать на профессиональную камеру и играть на приставке. Если захотите послушать музыку офлайн в автомобиле, просто вставьте карточку со скачанной музыкой в слот магнитолы, и будет вам аудиальное счастье без рекламы. Кто-то использует карты памяти для хранения фотографий. Но кто придумал это устройство? И как выглядит первая в мире карта памяти?
Unsplash
Какие карты памяти бывают
Так выглядит самая большая CompactFlash карта памяти
Формат SD (Secure Digital — от англ. «Безопасная цифровая карта») появился в 1999 году. На рубеже тысячелетий SD Association создала уменьшенную (по сравнению с предшественницей) карту памяти объемом 8 МБ. Сегодня мы видим суперскоростные SD-карты объемом до 128 ТБ с возможностью перехода на microSD.
Справа — обычная SD-карта. А слева — с дополнительным рядом контактов, скоростная карта
MicroSD создала лидер на рынке карт памяти SanDisk в 2004 году. Интересный факт: ее хотели назвать T-Flash, но оператор мобильной связи T-Mobile оказался против. Это самая миниатюрная на сегодняшний день карта памяти. Сантиметр на полтора и 1 миллиметр в толщину: такая флэш-карта была призвана помещаться в первые смартфоны и сочетаться с их встроенной памятью.
Часто microSD сочетаются с адаптером на SD. Получается такая «матрешка»
Как работает карта памяти
В компьютере есть два основных типа памяти: оперативная и постоянная. Оперативная память позволяет компьютеру во включенном состоянии выполнять команды. Так, ваше устройство помнит, что вы открыли важную вкладку в браузере, и не будет ее закрывать, пока вы не разберетесь с документом Word. Чем больше оперативной памяти, тем больше задач компьютер сможет решать одновременно. Но после выключения устройства ОЗУ тоже отправляется «на боковую».
С постоянной памятью дела обстоят иначе. Она нужна для длительного хранения данных, вне зависимости от работы компьютера. Такая память отвечает за сохранение настроек, ПО и конфигурации устройства.
А есть еще флэш-память. Она так же независима от электрического тока и призвана хранить файлы долго, как и постоянная память, и так же быстра, как оперативная память. Словом, вобрала в себя лучшие черты каждой памяти.
Причем здесь флэш-память? Дело в том, что все карты памяти работают именно по такому принципу. Для того, чтобы его понять, разберемся, из чего состоит карта памяти. Признайтесь, вам всегда было интересно, что внутри у этой маленькой карточки!
А вот и внутренности карты памяти micro SD! Красиво, но как здесь помещаются гигабайты информации?
- Контакты. Самая простая часть карты и единственная видимая для пользователя. Контакты (в micro SD их 8, а в обычной SD-карте — 9) соединяют карту памяти с устройством и пропускают ток внутрь. Тут ничего сложного.
- Микросхема. Это и есть все бороздки и ячейки, которые вы видите на фотографии выше. Ток, поступая внутрь флэш-карты, попадает в середины микроскопических кружочков и заряжают их, если пользователь записывает на карту какую-то информацию. Проще говоря, микросхема отвечает за хранение данных.
- Контроллер. Это самая сложная часть флэш-карты. Можно сказать, что это управляющий начальник, который контролирует все: и чтение, и запись. Равномерно ли распределена нагрузка на ячейки, есть ли среди них «умершие», происходят ли ошибки при переносе данных — за все это отвечает чип контроллер.
Флэш-память называется так, потому что «flash» переводится с английского языка, как «вспышка». Такую метафору придумал сотрудник немалоизвестной японской компании Toshiba Седзи Ариидзуми, когда увидел, как быстро с такой памяти стираются данные. Но об истории флэш-памяти расскажем далее.
Как появилась карта памяти
Флэш-память как изобретение была запатентована в 1980 году в Японии. В то время ближе всего к такому типу памяти была EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory — от англ. «Электрически стираемая программируемая постоянная память»). Да и по названию понятно, что она обладает всеми качествами, за которые мы так любим флэш-память. Правда, чтобы стереть данные из EEPROM, требуется много времени: она удаляет со скоростью 1 байт в 1,8 мс. Для наглядности: чтобы удалить фильм весом 1 ГБ, потребовалось бы около 23 дней.
Знакомьтесь: Фудзи Масуока. Он создал флэш-память, на которой работают все современные карты памяти
Инженер Toshiba Фудзи Масуока спас драгоценные часы жизни компьютерных разрабочиков. Он придумал такое устройство, которое позволило удалять файлы мгновенно, как вспышкой.
Как и Масахиро Хара, создавший QR-код и не получивший ни гроша за свое гениальное изобретение, Масуоку получил лишь несколько сотен долларов за свою разработку. После чего Toshiba буквально отдала все лавры Intel и даже старалась убрать Фудзи с руководящей должности.
В то время конкурент, заработав миллиарды долларов на нераскрученной разработке Toshiba, все-таки проявил благородство. В 1997 году в Институте инженеров электротехники и электроники в Нью-Йорке Масуоку наградили премией за появление на свет флэш-памяти, которой мы пользуемся по сей день.
Как работает флэш-память в карточке
Флэш-память работает благодаря так называемому плавающему затвору. Этот элемент Фудзи Масуока внедрил в каждую ячейку, каждая из которых вмещает в себя 1 бит. Сам принцип действия флэш-памяти заключается в трех действиях: запись, чтение и удаление.
Именно плавающий затвор в карте памяти позволяет быстро удалить ненужные файлы
Если в ячейке есть информация, она заряжена — для компьютерной двоичной системы это 1. Если ячейка пуста, на ней нет информации, — это 0. Контроллер руководит процессом заполнения и опустошения ячеек информации. В таком состоянии они могут находиться без подключения к устройству до окончания срока службы: обычно производитель указывает от 10 лет.
Как в microSD помещается так много информации
«Если каждая ячейка — это байт, а существуют microSDUC объемом до 128 ТБ, каким образом все это умещается в вещице размером с изюмину?» — вопрос понятный.
Так выглядит Flash-память под микроскопом
Все ячейки в скоростных флэш-картах упорядочены по принципу NAND («Not AND» — «логическое НЕ-И»). Эта структура позволяет оперировать информацией не по одному байту, а целыми «пачками» — ячейки подключены последовательно друг к другу, что позволяет сократить габариты карты памяти.
Кроме того, если раньше NAND-карты были обычным «пирогом», в котором ячейки составляли собой один слой, то в 2013 году компания Samsung представила 3D-NAND: ячейки, укомплектованные в слои. И сегодня количество таких слоев может достигать 128! Поэтому современные microSD — те еще «Наполеоны».
Пару слов о том, что нас ждет в будущем: в 2025 году SanDisk обещала выпустить первую в истории SD-карту на 4 ТБ. Уже готовим слоты для такого хранилища!