1

Pamięci flash

Co łączy "cyfraka", dobrą kamerę cyfrową, odtwarzacz MP3 i przenośną pamięć, modnie ostatnio noszoną w

postaci breloczka? Oczywiście nośniki pamięci wykonane w technologii flash. Małe, poręczne, lekkie, łatwe w

użytkowaniu i taniejące z dnia na dzień.

Nie wszyscy chyba wiedzą, że pamięć flash ma już 14 lat. Wprowadzono wówczas na rynek chipy EEPROM -

Electrically Erasable Programmable Random Access Memory, czyli elektrycznie kasowa(l)ne, programowalne pamięci

ROM. Do dziś montowane są one pod maską każdego komputera - właśnie w nich zaszyty jest pecetowy BIOS. A

przenośne pamięci flash to nic innego jak takie właśnie EEPROM-y, tylko nieco nowocześniejsze - pamięci te można

kasować blokowo, dzięki czemu proces ten jest znacznie szybszy.

2

Niestety, na rynku nie ma jednego standardu. Dostępnych jest pięć różnych rozwiązań, wzajemnie niekompatybilnych.

Kartę musimy więc dopasować do urządzenia, które posiadamy, do rzadkości należą bowiem sytuacje, by aparat cyfrowy

czy kamera były wyposażone w gniazda dwóch różnych nośników pamięci. Nawet jednak jeśli już wiesz, na jaki standard

jesteś skazany - warto się przyjrzeć wynikom testu, karty bowiem różnią się między sobą. Testy przeprowadziliśmy po

podłączeniu do czytnika FireWire, który nie spowalniał kart (w przeciwieństwie do czytników USB 1.1). Pomiary

wykonaliśmy za pomocą oprogramowania HD Tach w wersji 2.61.

INFO

Informacje o kartach

http://www.compactflash.org/

http:///www.sdcard.org/

http://www.mmca.org/

http://www.memory-stick.com/

3

CompactFlash (CF)

Karty CF to najstarsze (ale i najbardziej chyba dopracowane) przenośne pamięci flash.

Pierwsze wprowadziła firma SanDisk w roku 1994. Mają mocną pozycję - zdobyły ponad 60

procent rynku wszystkich nieulotnych pamięci przenośnych. Są zgodne ze standardem

PCMCIA oraz ATA/IDE, dzięki czemu do podłączenia ich do notebooka bądź peceta

wystarczy tani adapter z minimalną ilością elektroniki. Za to udogodnienie płacimy relatywnie

dużymi rozmiarami i wagą, ale z drugiej strony karty te są zazwyczaj bezproblemowe, jeżeli

chodzi o kompatybilność. Każda może być zasilana jednym z dwóch napięć 3,3 V albo 5 V

(sama rozpozna, jakie napięcie udostępnia aparat czy inne urządzenie). Można co prawda

spotkać jeszcze starsze karty obsługujące tylko jedno napięcie, są one jednak rzadkością.

Maksymalna pojemność dostępnych kart CompactFlash wynosi obecnie 1 GB, zadowoli

więc ona nawet bardzo wymagających użytkowników. Nie zadowoli ich natomiast z pewnością cena, która w przypadku

dużych pamięci rośnie szybciej niż pojemność (patrz: wykres).

Oznaczenia na kartach typu 8x, 12x nawiązują do prędkości pracy napędów optycznych CD-ROM. Oznacza to

deklarowaną przez producenta prędkość pracy karty wyrażoną liczbą, przez którą należy pomnożyć wartość 150 KB/s,

czyli prędkość transferu z nośnika CD 1x.

Jak wskazują wyniki testu, pamięci CF to najszybsze, ale jednocześnie najbardziej "nierówne" karty typu flash. Starsze

modele sprawują się nieco słabiej (czytaj: porównywalnie z innymi nośnikami - transfery minimum 1,5 MB/s przy odczycie

i 0,5 MB/s przy zapisie), ale za to te najnowsze to prawdziwe wyścigówki, pozostawiające resztę nośników daleko w tyle.

Najszybsze "CF-ki" zapisują dane z prędkościami prawie dwuipółkrotnie większymi (około 2,2 MB/s) niż pozostałe

Rys. 1. Decydując się na

MicroDrive'a,

pamiętajmy, że pasuje

on tylko do urządzeń

obsługujących pamięci

CF typ II.

4

"flesze". Odczyt (na poziomie 3-4 MB/s) również prawie dwukrotnie przekracza możliwości pozostałych urządzeń.

Ze spokojnym sumieniem polecamy dwie testowane "kości": Kingstona CF 128 MB, którego można nazwać King

Kongiem odczytu (transfer 4 MB/s), oraz nieco tylko słabszą kartę firmy Pretec - CF 512 MB. Te dwa modele

charakteryzowały się bardzo dobrymi transferami w obie strony (do i z karty). Reszta peletonu była już trochę bardziej

nierówna. Przykładowo: należące do czołówki pod względem zapisu karty SanDisk CF serii Ultra czytały dane z

prędkością "jedynie" 2 MB, czyli dwukrotnie wolniej niż wspomniany model Kingstona. Najsłabsze modele są

porównywalne z innymi nośnikami. Pod względem transferów CF mają tylko jednego prawdziwego konkurenta -

miniaturowy dysk IBM-a MicroDrive, o którym jeszcze będzie dalej mowa.

Kupując kartę CompactFlash, zwróć uwagę, czy ma certyfikat CFA (Compact Flash Association). Jest to organizacja

ustanawiająca standardy dla producentów urządzeń pracujących na kartach CF. Jeżeli na karcie widnieje napis "Digital

Film Compilant", możemy mieć pewność, że cyfrowy aparat będzie z nią pracował. Zazwyczaj na pudełku powinien być

również tekst typu: "Redefining Film & Data Storage" i lista urządzeń, z którymi współpracuje pamięć. Decydując się na

konkretny model, trzeba też sprawdzić, czy jest to typ I czy II. Różnica polega przede wszystkim na grubości kart. Typ I

ma 3,3 mm grubości, a II - 5 mm.

Niektóre karty CF wyposażone są dodatkowo w kontroler USB (nawet to się udało zmieścić!). Co to oznacza? Sam

czytnik USB można w takim przypadku sprowadzić do postaci jedynie kabelka i gniazda na kartę. Taniej! Pamiętaj

jednak, że gdy w Twoje ręce trafi karta bez wspomnianego kontrolera, wtedy taki czytnik na nic Ci się nie przyda. Warto

więc wydać trochę więcej pieniędzy, by mieć spokój z kompatybilnością.

5

SmartMedia (SM)

SM to jedne z najlżejszych i najcieńszych kart typu flash. Ich grubość nie przekracza 0,76 mm,

a waga - 2 g! Jednocześnie mają one również największą powierzchnię, co przy niewielkiej

grubości czyni te karty dość delikatnym medium. Maksymalna pojemność dostępnych obecnie

modeli to zaledwie 128 MB, w niektórych zastosowaniach może nie być wystarczająca.

Produkowane są w dwóch wersjach różniących się zasilaniem: 3,3 V albo 5 V (to starsze

konstrukcje). Karty w zależności od napięcia mają ścięty inny róg obudowy - 3,3-woltowe lewy,

a 5-woltowe - prawy. Musisz koniecznie sprawdzić, jakiego napięcia używa Twoje urządzenie,

i kupić odpowiednią kartę .

Powinieneś również zwrócić uwagę na pobór energii przez kartę. Pamięci różnych

producentów pobierają prąd w ilościach różniących się nawet o 50%. Nie jest to bez

znaczenia, szczególnie jeśli pracujemy na bateriach. Dla kart SM pobór mocy waha się

średnio w granicach 10-40 mA.

Bardzo ciekawie prezentują się wyniki testu: prędkość odczytu danych ze wszystkich ośmiu

testowanych kart była niemal identyczna i oscylowała wokół 2,55 MB/s, z odchyleniami rzędu 75 KB/s. Większe różnice

występują podczas zapisu. Co gorsza, jest on znacznie wolniejszy niż odczyt. Najszybsza karta Pretec SM 128 MB

zapisywała dane z prędkością 950 KB/s, gdy najwolniejszy SanDisk SM 128 MB osiągał już tylko 570,4 KB/s, czyli

pracował prawie dwukrotnie wolniej.

Takie wyniki nasuwają dwa wnioski. Po pierwsze, SM dobrze sprawdzą się wszędzie tam, gdzie liczy się przede

wszystkim odczyt danych, czyli np. w odtwarzaczach MP3. Jeśli mamy takie urządzenie i potrzebujemy dodatkowej

Rys. 1. Tylko czytnik

zgodny z FireWire (np.

Sagatek DRW-CF)

bądź USB 2.0 pozwoli

w pełni wykorzystać

przepustowość

najszybszych kart.

6

pamięci, wówczas kartę możemy w zasadzie wybrać w ciemno. Po drugie, kupując SM do aparatu cyfrowego czy,

palmtopa musisz uważać na prędkość zapisu. Szczególnie w przypadku kilkumegapikselowych "cyfraków" czas zapisu

zdjęcia może się wydłużyć nawet o 100%. Ogólnie najlepiej sprawowały się modele firm Kingston i Pretec, natomiast

pamięci Toshiby, SanDiska oraz przetestowana dla porównania czteromegabajtowa karta znajdująca się w naszym

redakcyjnym aparacie firmy Agfa były, niestety, wolniejsze.

MultiMedia Card (MMC) i Secure Digital (SD)

Karty MMC są najmniejsze spośród wszystkich przenośnych pamięci nieulotnych, zarówno pod względem gabarytów, jak

i wagi. Stanowią wynik współpracy dwóch firm Siemens i SanDisk. Powstały w roku 1997. Ich niewielkie rozmiary

predestynują je do zastosowań w odtwarzaczach MP3, kamerach wideo, odbiornikach GPS i telefonach komórkowych.

Secure Digital (SD) stanowią rozwinięcie kart MMC. Są nieco grubsze, jednak pozostałe wymiary "pasują", dzięki

czemu dość dużo urządzeń obsługuje oba typy kart. Niemniej trzeba uważać i zawsze przed zakupem sprawdzić, czy w

posiadanym przez nas urządzeniu karta będzie działała. SD zostały pomyślane do zastosowań audio-wideo (są

powszechnie stosowane w kamerach cyfrowych do zapisu zdjęć i filmów MPEG-4). Zaimplementowano w nich

mechanizmy zapobiegające nielegalnemu kopiowaniu utworów chronionych prawami autorskimi. W efekcie karty SD

mają siedem wyprowadzeń (MMC tylko pięć). Dwa dodatkowe służą właśnie do przesyłania sygnałów umożliwiających

sprzętowe kodowanie oraz dekodowanie zabezpieczonych utworów. SD wyposażone są dodatkowo w zatrzask

pozwalający mechanicznie zabezpieczyć je przed zapisem i przypadkowym skasowaniem ważnych danych.

Mimo małych gabarytów owych kart producentom udało się "upchnąć" na niewielkiej powierzchni nawet 256 MB

pamięci, a SanDisk zapowiada wprowadzenie pod koniec roku kart 512-megabajtowych.

7

Testy pokazują, że SD są nawet dwukrotnie szybsze od MultiMedia Card (przy odczycie), ale, niestety, nie dorównują

ani pamięciom SmartMedia, ani CompactFlash (tym najszybszym). Mimo to transfery z karty na poziomie 2 MB/s można

uznać za całkiem przyzwoite. MMC pracowały już tylko z prędkością 1 MB/s, co pozostawia je w stosunku do innych

technologii daleko w tyle. Z zapisem jest, niestety, znacznie gorzej. Najszybsza karta SD zapisywała dane z prędkością

885,8 KB/s, a najwolniejsza (SanDisk MMC 32 MB) - zaledwie 88,6 KB/s. To ponad 36 razy słabiej od najszybszego w

zapisie MicroDrive'a!

Jeśli zamierzasz zakupić kartę SD/MMC, powinieneś wiedzieć, że nie zawsze dobrze współpracują one z czytnikami

obsługującymi je poprzez przejściówkę (np. SD->CF). Zdarza się, że przejściówka obsługuje jedynie karty do określonej

pojemności bądź nie obsługuje kart MMC. Przed zakupem radzimy sprawdzić kompatybilność rzeczonych urządzeń.

Memory Stick (MS)

Czy pamiętacie jeszcze radzieckie tory niepasujące do rozstawu osi pociągów z reszty świata? A nietypowe śrubki o

innym niż normalny gwincie? A lewostronny ruch w Anglii? Brak kompatybilności to albo dziedzictwo przeszłości, albo

nakaz jedynie słusznej ideologii, albo... jeden z ciekawszych pomysłów na wyciągnięcie większych pieniędzy od klienta.

Sony jest wielką korporacją, którą stać na promowanie i utrzymywanie akcesoriów i komponentów niezgodnych z

"resztą świata". Do znanych wszystkim MiniDisków dołączyły kasety MicroMV oraz pamięci Memory Stick, niemal

niestosowane w urządzeniach innych producentów. Czy to się opłaca? Firmie Sony - z pewnością. Klientom, niestety,

niekoniecznie, szczególnie ze względu na ceny, które są niemal dwukrotnie wyższe w porównaniu z wartością innych

nośników.

Zalety kart typu Memory Stick to przede wszystkim niewielka waga i rozmiary. Do wad należy zaliczyć, niestety, słabą

wydajność. Urządzenia te charakteryzują się najsłabszym odczytem spośród testowanych pamięci, a zapis niewiele

8

przekracza możliwości kart MultiMedia Card. Jeśli już zdecydujemy się na sprzęt firmy Sony, jesteśmy skazani na

oferowane rozwiązanie. Pamiętajmy o osiągach wszędzie tam, gdzie ma to znaczenie - np. przy zakupie aparatu

cyfrowego z wielomegapikselową matrycą, szczególnie gdy zamierzamy robić dużo zdjęć seryjnych, wymagających

szybkiego składowania danych.

MicroDrive (MD)

Miniaturowy dysk firmy IBM nie jest pamięcią typu flash. Został jednak przez nas przetestowany, ponieważ montuje się

go w obudowie zgodnej ze standardem CompactFlash II i przez wiele osób uznawany jest za niezłą alternatywę dla kart

typu CF. Podstawowa zaleta MicroDrive'a to duża pojemność. Pierwsze, najmniejsze dyski oferowały 170 MB, w chwili

gdy na rynku królowały karty flashowe o wielkości 8-32 MB. Później pojawiły się modele 340-megabajtowe. Dziś

dostępne są już dyski drugiej generacji o pojemności 512 MB i 1 GB.

Podstawowy atut MD to cena. Obecnie za największy gigabajtowy napęd zapłacimy prawie czterokrotnie mniej niż za

nośnik CF o identycznej pojemności! Kolejną zaletą MD są bardzo dobre (w porównaniu z innymi pamięciami flash, nie

dyskami oczywiście) parametry: najwyższa prędkość zapisu i bardzo dobry odczyt (trzecie miejsce) - oba przekraczające

3 MB/s. Wadami są duży czas dostępu oraz nieco większe zużycie prądu w trakcie pracy, które jednak w praktyce nie

przekłada się jednoznacznie na czas pracy akumulatorów - wbrew pozorom skraca się on jedynie o kilkanaście procent w

przypadku napędów drugiej generacji (512 MB i 1 GB).

Dysk jako urządzenie mechaniczne, wymaga tego, by obchodzić się z nim delikatnie. Pod tym względem pamięci typu

flash są o wiele bardziej odporne na gwałtowne przeciążenia. Decydując się na MD powinniśmy sprawdzić dwie rzeczy -

po pierwsze, czy nasze urządzenie obsługuje pamięci CF typu II oraz czy jest w stanie dostarczyć prąd rzędu 300 mA

9

(szczytowo nawet 500 mA). Nawet jednak jeśli oba warunki są spełnione, lepiej wykonać praktyczny test i sprawdzić, czy

np. aparat będzie pracował bez problemu.

Szybsza jest szybsza!

Wybór kart dostępnych na rynku jest dość duży. Jak widać, można trafić na modele, które parametrami pracy nie spełnią

naszych oczekiwań.

Na koniec drobna uwaga dotycząca czytników kart. Wszystkie karty w czytnikach USB zwalniają. Transfery nie

przekraczają 1 MB/s, bo wąskie gardło stanowi tu sam interfejs USB. Jeśli więc chcemy w pełni wykorzystać tkwiące w

kartach możliwości, powinniśmy nabyć nieco droższy, lecz znacznie szybszy czytnik FireWire bądź USB 2.0.

O ile czytnik zmienić jest nieco łatwiej, o tyle sam aparat bądź kamerę wybieramy najczęściej raz na długi czas. A jak

się okazuje, tutaj także są różne mechanizmy obsługi kart i różne prędkości zapisu. Profesjonalne aparaty zapisują dane

na kartach, wykorzystując niemal w pełni oferowaną przepustowość. Słabsze i starsze modele robią to znacznie wolniej.

O dziwo, zmierzona w teście różnica prędkości przekłada się niemal proporcjonalnie na wolniejsze urządzenia.

Przykładowo: w aparacie Nikon Coolpix 995 10-megabajtowy plik TIFF zapisywany jest na oryginalnej karcie w czasie

około 37 sekund, gdy tymczasem na Kingston CF 128 trwa to zaledwie 17,5 sekundy. Zdrowy rozsądek podpowiada, że

czas ten powinien być identyczny, w obu przypadkach transmisja jest hamowana przez powolny interfejs aparatu.

Okazuje się jednak, że tak nie jest. Szybsza karta jest rzeczywiście szybsza, niezależnie od rodzaju i prędkości interfejsu.

Paradoks?

10

Cena a pojemność

Koszt megabajta rośnie: teoretycznie im więcej pamięci, tym powinna mniej kosztować, jak się

jednak okazuje, najtańsze są kości 128-256 MB. Większe pojemności wymagają stosowania

zaawansowanych technologii produkcji, stąd rosnący lub stały koszt jednego megabajta.

Przeraża cena pamięci MS i SD - jest dwukrotnie wyższa niż w wypadku innych kart!

Rys. 1.

11

Błyskawiczny kurs budowy i działania pamięci

nieulotnej

Flash na błysk

Konstrukcja pamięci flash jest prosta jak budowa...

tranzystora polowego. Komórka flash to w zasadzie taki

właśnie kawałek struktury półprzewodnikowej, tyle że

odrobinę nietypowy. Normalny tranzystor polowy składa

się (upraszczając) z trzech warstw półprzewodnika:

źródła, bramki i drenu. Zmiana potencjału na bramce

steruje przepływem prądu z drenu do źródła. W pamięci

flash bramkę podzielono na dwie części, rozdzielając ją

cieniutką warstwą izolatora (tlenku krzemu). Jedna część -

odseparowana od reszty tranzystora - nazywana jest

bramką kontrolną, druga, połączona ze źródłem i drenem -

bramką pływającą.

Po przyłożeniu odpowiednio dużego napięcia do drenu tak zwany efekt tunelowy (zjawisko kwantowe) powoduje

przedostanie się elektronów ze źródła do bramki pływającej i uwięzienie ich na izolatorze. W ten sposób programujemy

(zapisujemy) dane w pamięci. Elektrony nie ulecą z komórki nawet po zaniku zasilania, uwięzione barierą potencjałów

wytworzoną na styku półprzewodnika (bramka pływająca) i izolatora. W zależności od tego, ile z nich znajduje się w

pułapce - taki mamy "stan" pojedynczej celi. Jeśli ładunków mamy dużo - hamują one przepływ prądu ze źródła, jeśli nie

Rys. 2.

12

ma ich wcale - na wyjściu dostajemy maksymalne napięcie.

Odczyt realizowany jest na zasadzie porównania napięcia otrzymywanego na drenie tranzystora z napięciem

wzorcowym. Jeśli poziom przekracza wartość wzorcową, oznacza to jedynkę, jeśli nie - zero. W nowoczesnych

pamięciach typu MLC (MultiLevel Cell Technology) dzięki precyzyjnym mechanizmom dozowania elektronów i

porównywania potencjału możliwe jest zapamiętywanie i sprawdzanie nie jednego, lecz kilku poziomów napięć w

pojedynczej celi. Dzięki temu w jednym tranzystorze można zapisać więcej niż jeden bit informacji. Pozwala to zwiększyć

ilość zapamiętywanych danych bez konieczności przebudowy struktury krzemowej samej pamięci.

Kasowanie to ostatnia operacja, jaką można wykonać na komórce pamięci flash. Realizujemy to bardzo prosto,

usuwając elektrony z powierzchni dielektryka (izolatora), czyli, inaczej mówiąc, zapisując w tranzystorze same jedynki.