Arial Georgia Tahoma Times New Roman Verdana

Твердотельные носители для портативной электроники

Несмотря на неукоснительное выполнение закона Мура для микропроцессоров, нельзя забывать о том, что, прежде чем процессор начнет обрабатывать данные, он должен их откуда-то взять. Таким образом, известная дилемма о курице и яйце получает свое продолжение в вопросе первичности хранения данных или их обработки. Однако предлагаю не отвлекаться на философские споры, а лишь заметить очевидный факт — одновременно с ростом быстродействия современных процессоров возрастает и сложность ставящихся компьютеру задач, а значит, увеличиваются и объемы обрабатываемых данных. Более того: для бытовых электронных устройств (в связи с расширением ассортимента обрабатываемых ими аудио и визуальных данных) проблема хранения информации становится еще более актуальной, нежели для настольных компьютеров. Более подробно ознакомиться с современными технологиями хранения данных в портативных электронных устройствах вам поможет данная статья.

ROM или RAM?

ROM или (по-нашему) ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — энергонезависимый тип памяти, позволяющий постоянно хранить данные, внесенные на этапе производства. Изменить записанные в микросхему ПЗУ данные можно только при помощи специальных методов прошивки, поэтому эта память и называется «только для чтения» (read-only memory). Чаще всего производители хранят в ПЗУ так называемое «firmware» — фирменное программное обеспечение, служащее для управления работой встроенного процессора устройства. Во многих портативных компьютерах в целях экономии основной памяти ПЗУ служит для хранения кода операционной системы. Это относится как к устройствам на базе Windows CE, так и к электронным органайзерам 3Com PalmPilot (до модели Personal включительно) и Handspring Visor, у которых там, кроме этого, хранятся основные приложения. Таким образом, для того, чтобы модернизировать операционную систему, пользователям приходится заменять целиком микросхему ПЗУ.

В отличие от ПЗУ «флэш-память» позволяет модернизировать программными средствами находящиеся в ней данные. Название «флэш» было принято с легкой руки фирмы Toshiba, поскольку содержимое памяти можно стереть мгновенно («in a flash»). Как и стандартное ПЗУ, флэш-ПЗУ является энергонезависимым, то есть данные в нем не пропадают после отключения питания.

Компания Palm Computing перешла к использованию флэш-памяти в своих электронных органайзерах, начиная с модели Palm III. Однако большинство производителей продолжают использовать обычное ПЗУ. Причина проста — стоимость ПЗУ много меньше стоимости флэш-памяти.

Пойдем дальше. RAM — это сокращение от Random Access Memory (Память с произвольным доступом), или по-русски ОЗУ (Оперативное Запоминающее Устройство). ОЗУ представляет собой набор микросхем памяти, которые в совокупности составляют оперативную память компьютера. Оперативная память служит для хранения программ, а так же обрабатываемых этими программами данных. Во многих операционных системах ее называют «основной памятью» («main memory»).

В отличие от ПЗУ, ОЗУ является энергозависимой памятью. Иначе говоря, для сохранения данных ей необходим источник питания. Достаточно просто вынуть батареи из вашего карманного компьютера, чтобы на практике проверить истинность этих слов. Однако преимуществом ОЗУ является то, что его содержимое легко может быть модифицировано.

Теперь давайте подробнее рассмотрим основные типы устройств хранения данных.

Карты памяти PCMCIA

Пожалуй, одним из старейших стандартов на устройства внешней памяти является стандарт PCMCIA, разработанный Международной Ассоциацией по картам памяти для персональных компьютеров (Personal Computer Memory Card International Association, или сокращенно PCMCIA).

Стандарт PCMCIA на данный момент определяет четыре основных типа карт памяти:

• DRAM (dynamic random access memory, динамическая память)
• SRAM (static random access memory, статическая память)
• Linear Flash
• PC Card ATA Flash (ATA-совместимый флэш)

Карты типа DRAM не являются энергонезависимыми, что резко ограничивает область их применения. То есть даже если представить, что вы используете, например, в вашей цифровой камере для хранения информации DRAM-карту памяти, то добром это не кончится: как только вы вынете карту из камеры, все изображения тут же будут потеряны.

Картам типа SRAM также необходим источник питания для сохранения находящихся в них данных. С этой целью в конструктиве платы присутствует небольшая батарея. В результате, карты этого типа имеют фиксированный срок работоспособности, определяемый ресурсом батареи. После некоторого промежутка времени, батарея должна быть заменена (примерно так, как мы меняем батарею в наших часах). Таким образом, если не успеть скопировать данные с карты на настольный компьютер до замены батареи, то они буду потеряны. Еще одним минусом SRAM-карт является их стоимость — более высокая, чем у карт флэш-памяти.

Linear Flash требует для работы специального программного обеспечения. Быстродействие и совместимость карт Linear Flash (или, по-другому non-ATA) определяется драйверами, называемыми Flash File System (FFS) или программным обеспечением уровня преобразования файла (File Translation Layer, FTL). Различные версии этих драйверов не всегда совместимы в различных системах, поэтому данные не могут быть переданы с одного устройства на другое. Даже если на вашем портативном устройстве установлено правильная версия соответствующего программного обеспечения, это еще не значит, что карта будет прочитана на настольном компьютере. По этой причине в данный момент в портативных устройствах этот тип карт памяти используется достаточно редко.

ATA-совместимый флэш с другой стороны, полностью совместим с открытым промышленным стандартом PCMCIA-ATA. ATA был разработан как стандартный интерфейс для устройств хранения информации таких, как жесткие диски или карты флэш-памяти для рынка мобильных компьютеров. Он обеспечивает взаимодействие с основными компьютерными платформами и операционными системами. Кроме того, обеспечивается простая переносимость данных от одного устройства к другому без необходимости применения FFS или FTL. Если вы приобретаете ATA-совместимую карту памяти, она гарантированно будет работать в любой системе, поддерживающей стандарт ATA, вне зависимости компьютер это или, например, цифровая камера. Все основные операционные системы, включая DOS, Windows 3.1, Windows CE, Windows '95, OS/2, Apple System 7, большая часть клонов Unix и множество других ОС, поддерживают стандарт ATA.

Кстати, этот же принцип используется и в накопителях на жестких дисках: любой современный винчестер всегда имеет стандартный интерфейс обмена данными (IDE, EIDE, SCSI). Соответственно, этот диск можно будет использовать в любой системе, поддерживающей данный стандарт. Поэтому карты типа PC Card ATA Flash получили наибольшее распространение в бытовой электронике (особенно цифровых камерах).

Для работы с картами стандарта PC Card на настольном компьютере требуется приобрести специальный адаптер — PC Card Adapter, стоимостью около 70 долл. США. А во всех современных ноутбуках этот адаптер уже присутствует в стандартной конфигурации.

Карты PC Card различаются по размеру. На данный момент стандартом описываются три типа карт (четвертый пока еще находится в стадии разработки, поэтому информации о нем достаточно мало).

Благодаря совместимости сверху вниз карты Type I и Type II можно использовать в устройствах, оснащенных разъемами Type III (но не наоборот).

Если говорить о современных цифровых фотоаппаратах, то в качестве устройства хранения данных в них чаще всего используются карты типа I и типа II.

Карты памяти CompactFlash

Первые карты CompactFlash (CF) были выпущены в 1994 году компанией Sandisk. Они представляют собой быстрые, легкие, съемные устройства памяти большой емкости, которые используют технологию флэш-памяти долговременного хранения данных даже в отсутствие источника питания. По размеру карточка CompactFlash сопоставима с коробком от иностранных спичек: ее размеры составляют 43×36×3,3 мм.

Карты CompactFlash могут использоваться в самых разнообразных устройствах, включая цифровые камеры и карманные компьютеры. Фактически, CompactFlash поддерживается большинством платформ и операционных систем, имеющих поддержку стандарта PCMCIA ATA.

На начало 2001 года в мире насчитывалось около 40 компаний, производящих карты памяти CompactFlash. Емкость современных карт памяти составляет от 4 до 256 Мбайт, а цена колеблется в диапазоне 1,5-2 доллара за мегабайт.

Накопители CompactFlash дороже обычных накопителей на жестких дисках, однако они обладают достаточно весомыми преимуществами перед последними. Во-первых, карты памяти не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечивает намного более высокую сохранность данных и, кроме того, уменьшает шансы выхода накопителя из строя в связи с механическими проблемами. Во-вторых, для питания необходимо напряжение всего в 3,3 или 5 вольт, что гораздо ниже требующегося для работы обычному жесткому диску. Срок хранения данных на карте памяти составляет около 100 лет. Ну и, в конце концов, вы можете уронить CompactFlash-карту на пол с высоты примерно 3 метра и с ней ничего не случится. Благодаря таким «положительным» характеристикам плюс небольшому размеру карты CompactFlash получили большое (пожалуй, даже наибольшее) распространение в цифровой фотографии

С другой стороны, если говорить о микрокомпьютерах, то программы, записанные на них, не могут запускаться напрямую с карты CompactFlash: для выполнения программ необходимо сначала загрузить их в ОЗУ компьютера. Но это все же требует намного меньше времени, чем загрузка данных с жесткого диска. Коннектор, используемый в CF-картах аналогичен используемому PCMCIA-картами, но имеет 50 контактов вместо 68. Однако он все рано соответствует спецификации ATA, поэтому CF-карту можно легко установить в 68-контактный пассивный адаптер Типа II, после чего она становится полностью идентичной карте PCMCIA по всем механическим и электрическим параметрам.

Кстати, некоторые производители пишут об использовании PCMCIA CompactFlash в их устройствах, что может ввести покупателя в заблуждение. Необходимо помнить, что просто так вставить карту в слот PCMCIA нельзя, для этого необходим специальный адаптер!

Для работы с CF-картой на настольным компьютере нужен адаптер, подключаемый к параллельному порту (имеются также версии для USB) стоимостью около 60 долл., а если у вас уже есть ноутбук — адаптер c CompactFlash на PC Card (8 долл.).

Кстати, кроме использования в компьютерах на базе Windows CE, карты памяти могут использоваться микрокомпьютером TRGPro, созданным компанией TRG и работающим под управлением операционной системы PalmOS, а также КПК Psion 5mx от одноименной компании. TRGPro представляет собой обычный карманный компьютер Palm IIIx со встроенным слотом CompactFlash. Однако, не все существующие приложения PalmOS могут использовать слот CF TRGPro. Они должны быть специальным образом откомпилированы.

Карты памяти SmartMedia

Очередной стандарт флэш-памяти, изобретенный около четырех лет назад корпорацией Toshiba. Его создатели считают этот стандарт «наиболее удобным и доступным для цифровых камер из существующих». Впрочем, это неудивительно — благодаря своей компактности такие карты уже получили достаточно широкое распространение среди производителей цифровой электроники. Размеры карт SmartMedia 45×37×0,76 мм, емкость — от 2 до 64 Мбайт. В ближайшее время планируется выпуск карт объемом 128 Mбайт.

Наиболее важное отличие карт SmartMedia от CompactFlash и PC Card ATA заключается в следующем. На карточках SmartMedia нет интегрированных элементов управления — только носитель и контактная позолоченная панель. Стандарты CompactFlash и PC Card ATA являются АТА-совместимыми, то есть в каждой карточке, как в это принято у обычных винчестеров, присутствует собственный контроллер. Таким образом, именно отсутствие контроллера существенно удешевляет карты стандарта SmartMedia. Устройствами чтения SmartMedia карт оснащаются в настоящий момент цифровые фотоаппараты Olympus, MP3-плейеры и многие другие портативные устройства.

Самая главная проблема, возникающая при использовании карт SmartMedia сегодня — отсутствие устоявшегося формата. В результате многие производители используют свой формат хранения данных, что иногда влечет за собой проблемы совместимости (отформатированная в одном устройстве карта может не восприниматься другими).

Для работы с картами SmartMedia на настольном компьютере можно приобрести флоппи-диск-адаптер (около 70 долл. в США), после чего считывать с них информацию на обычном НГМД. Если вы являетесь счастливым обладателем ноутбука с PC Card-слотом, вам будет удобнее купить переходник со SmartMedia на PC Card (стоимостью около 60 долл.). Имеются также адаптеры, рассчитанные на параллельный порт или шину USB.

Карты памяти MultiMedia Card

Если вы нуждаетесь в ультракомпактном носителе информации, SanDisk MultiMediaCard — это то, что придется вам по душе. MultiMediaCard — самое маленькое на сегодняшний день устройство хранения информации. При весе менее двух (!) грамм и размерt с почтовую марку, MultiMediaCard не уступает своим «братьям большим» по таким параметрам, как надежность, производительность и низкое энергопотребление.

Одним из ведущих производителей MultiMediaCard является американская фирма SanDisk. Являясь одним из изобретателей этой технологии, компания так же является членом MultiMediaCard Association, призванной способствовать распространению стандарта MultiMediaCard как открытого промышленного стандарта. В настоящее время выпускаются карты памяти MultiMediaCard объемом от 8 до 64 Мбайт.

При своих малых размерах MultiMediaCard обладает следующими достоинствами:

• высокая совместимость
• недорогой последовательный интерфейс (используется всего 7 контактов)
• надежная механическая конструкция
• низкое энергопотребление
• невысокая стоимость

Благодаря этим преимуществам, MultiMediaCard постепенно становится стандартом de facto для новейших цифровых устройствах, таких, как MP3 — проигрыватели, цифровые камеры, цифровые диктофоны и смарт-телефоны.

В настоящее время в московских фирмах доступны те же типы устройств для чтения и записи информации на карты памяти MultiMediaCard на настольных компьютерах, что и для других стандартов: адаптеры для обычного дисковода, внешние «картоводы» для LPT или USB, а также специальные адаптеры ММС-PCMCIA.

Модули памяти SpringBoard

Компания Handspring в своей линейке карманных компьютеров представила новый модуль расширения SpringBoard. Модуль SpringBoard внешне похож на картридж для игровых приставок Nintendo Gameboy.

Одним из первых модулей, выпущеннных по технологии SpringBoard стал 8-Мбайтный модуль флэш-памяти (стоимость в США — $79). В нем используется энергонезависимое флэш-ПЗУ, таки образом модуль может быть деинсталирован из системы без потери данных. Однако, как и в случае с TRGPro, не все программы для PalmOS смогут работать с модулем флэш-памяти SpringBoard.

IBM Microdrive

Фирма IBM (изобретатель технологии магнитных дисков типа винчестер), вывела миниатюризацию жестких дисков на новый уровень, выпустив свои новую модель Microdrive (емкостью 170 Мбайт и 340 Мбайт соответственно). Эти «малыши» размером чуть больше обычной карты CompactFlash (42,8×36,4×5 мм) и весом в 16 граммов действительно содержат внутри всю механику жесткого диска, а не микросхемы флэш-памяти. Думаю, вас это впечатлило, но это еще не все: в продаже уже имеются микровинчестеры от IBM емкостью 600 Мбайт и 1 Гбайт.

Дисковод IBM Microdrive совместим с CompactFlash Type II PCMCIA, таким образом, вы можете установить его в любое устройство, имеющее этот слот. Единственное, для этого ваш CF-слот должен быть оборудован механизмом «возврата», поскольку устройство полностью «утапливается» в слот. Скорость вращения шпинделя составляет 4500 об./мин, а скорость передачи данных — от 30 до 45 Мбайт/с при среднем времени доступа 15 мсек. Кроме того, для увеличения быстродействия, винчестер оснащен встроенным буфером в 128 кбайт.

Теперь мне хотелось бы обратить внимание на стоимость единицы хранения информации в новом микровинчестере. Типичная карта CompactFlash типа I стоит примерно 100 долларов за 64 Мбайт и около 250 долларов за 128 Мбайт вариант. Таким образом, цена хранения одного мегабайта информации составляет около 1,8 доллара за мегабайт. Если брать цены на 340 Мб и 1 Гбайт IBM Microdrive , то это примерно 250 и 430 долларов. Таким образом, стоимость одного мегабайта информации для микродрайва составляет примерно 0,6 доллара за мегабайт, что в три раза меньше стоимости мегабайта информации для карты CompactFlash.

Единственным минусом здесь является то, что Microdrive буквально «пожирает» батарейки карманного компьютера или любого другого портативного устройства, поскольку для работы механики действительно требуется намного больше энергии. Кроме того, при работе винчестера выделяется пускай небольшое, но все же вполне ощутимой количество тепла, что может неблагоприятно повлиять не только на ваш палец, если вы случайно прикоснулись к нему, но и на всю электронику устройства, в которое он установлен.

Iomega Click!

Iomega, производитель популярных накопителей Zip, создала Click! — самый миниатюрный из своих дисководов. Click! Использует 40-Мбайтные дискеты собственного формата, стоимостью около 10 долларов. Поскольку эти диски не могут напрямую использоваться в различной современной электронике, вы можете использовать их для сохранения содержимого, например, CompactFlash карт. Вы просто вставляете карточку памяти в специальный слот в приводе Iomega, а затем нажатием кнопки информация перекачивается на 40-мегабайтный диск Click!.

На практике, перенос данных с 4 Мб карточки CompactFlash занимает около 28 секунд. Таким образом, вы можете увеличить емкость вашего устройства без покупки новых CF-карт или IBM Microdrive.

Теперь коротко о технических характеристиках диска: диаметр примерно 50 мм, внешний радиус — 34 мм, внутренний радиус шпиндельного кольца — около 7 мм. По конструктиву Click! очень напоминает обычную дискету. Как и IBM Microdrive, Iomega Click! не является прямым конкурентом картам флэш-памяти, поскольку достаточно сильно им уступает по показателям энергопотребления и механической надежности.

А теперь посмотрим вперед и немного вбок

На данный момент устройства, поддерживающие стандарт CompactFlash, находятся в очень хорошем положении. С другой стороны, другие устройства, в частности Palm Computing имеют достаточно большой выбор нестандартных решений проблемы хранения данных.

Одним их таких решений ячвляется Memory Stick от Sony. Компания Sony в начале прошлого года подписала соглашение с компанией Palm Computing о разработке устройств, которые будут использовать технологию Memory Stick. Эти модули, размером с хорошую пластинку «Орбит без сахара» сейчас применяются некоторых потребительских товарах, например в цифровых камерах и аудиоплейерах.

Однако известно, что в прошлом Sony уже потерпела поражение на пути внедрения своего видеостандарта BetaMax. Но успех недавно созданного ею устройства CLIE на базе операционной системы PalmOS позволяет предположить достаточно радужные перспективы для собственного стандарта памяти компании Sony. С другой стороны, мало кто из производителей начнет выпускать технику, носитель в которой будет создан его прямым конкурентом.

В похожей ситуации находится и компания UniLinear Corporation со своим носителем The Parachute (199 долл.). The Parachute — это тонкий пристегивающийся (clip-on) слот PC-карты (PCMCIA), позволяющий использовать стандартную перефирию стандарта PCMCIA, включая модемы и карты памяти. Если вы только найдете драйверы к этим устройствам.

И, наконец, axxPac от AMS Software & Elektronik GmbH. axxPac — это модуль, который вставляется во внутренний слот расширения Palm IIIx и позволяет использовать карты SmartMedia объемом от 8 до 64 Мбайт.