«Μνήμη Flash και δίσκοι SSD»

ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Λάζαρος Τσομπανίδης «Μνήμη Flash και δίσκοι SSD» Επιβλέπον καθηγητής: Σωτήριος Πούρος Θεσσαλονίκη 2017

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Οι μνήμες Flash έχουν αυξήσει σημαντικά την πυκνότητα αποθήκευσής τους τα τελευταία χρόνια, προωθώντας έτσι την ανάπτυξη συστημάτων αποθήκευσης υψηλών χωρητικοτήτων, με αυξημένες ταχύτητες και χαμηλή κατανάλωση. Συστήματα όπως οι σκληροί δίσκοι SSD, έχουν καταλάβει μεγάλο μέρος της αγοράς τα τελευταία χρόνια. Κεντρικός στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάλυση του τρόπου λειτουργίας μιας μνήμης Flash και η ενσωμάτωση της σε ένα σκληρό δίσκο SSD. Αρχικά, γίνεται μια κατηγοριοποίηση των διαφόρων ειδών μνήμης Flash και μελετάται η βασική της λειτουργία. Στη συνέχεια, εξετάζεται η μέθοδος λειτουργίας ενός δίσκου SSD, βασιζόμενη σε μνήμες Flash. Τέλος, γίνεται μια αναφορική σύγκριση χαρακτηριστικών μεταξύ των σκληρών δίσκων SSD και HDD, προκειμένου να γίνουν αντιληπτές οι διαφορές τους.

Abstract Flash Memories have significantly increased their storage density over the past few years, promoting in this way the development of high capacity storage systems, with increased speeds and low power consumption. Systems, such as SSD discs, have taken big part of the market in recent years. The main aim of this dissertation is to analyze the way a Flash Memory works and how it is integrated into a SSD (Solid State Drive). Firstly, a categorization of different kinds of flash memory is performed, as well as its basic function is being studied. Then, the operating method of a Flash memory Based SSD disk, is being examined. Finally, there is a comparison of features between SSDs and HDDs, in order to understand better their differences.

Περιεχόμενα Εισαγωγή... 1 Μνήμες... 3 Αποθηκευτικά μέσα... 3 Είδη μνήμης... 3 MOS... 3 RAM... 4 ROM... 4 Μνήμες Flash... 7 Είδη μνήμης Flash... 8 Διαδικασία εγγραφής... 12 Διαδικασία διαγραφής... 14 Διαδικασία ανάγνωσης... 14 NAND και NOR Flash... 15 NAND... 15 Ανάγνωση... 15 Διαγραφή... 16 Εγγραφή... 16 3D NAND Flash... 17 NOR... 19 Ανάγνωση... 20 Διαγραφή... 20 Εγγραφή... 20 Σκληρός δίσκος SSD... 23 Σκληροί δίσκοι HDD... 23 Σκληροί δίσκοι SSD... 24 Δομή... 24 Τύποι NAND Flash... 26 RAID... 27 TRIM... 29 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα... 30 Σύγκριση SSD και HDD... 31

1. Εισαγωγή Η τεχνολογία υπάρχει για να εξυπηρετεί τις ανθρώπινες ανάγκες και η εξέλιξη της καθορίζεται από αυτές. Αυτός είναι και ο λόγος δημιουργίας του πρώτου υπολογιστικού συστήματος (ENIAC) το 1946 (Εικόνα 1.1). Εικόνα 1.1: ENIAC, 1946 Ο ENIAC αποτελεί θεωρητικά τον πρώτο υπολογιστή που φτιάχτηκε ποτέ. Σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε υπό την εποπτεία των Τζον Μόχλι (John Mauchly), καθηγητή φυσικής και Τζον Έκερτ (John Presper Eckert), έναν από τους μεταπτυχιακούς φοιτητές του στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια για την έγκαιρη και με ακρίβεια σύνταξη των πινάκων εμβέλειας και τροχιάς για βολές των νέων όπλων από το Εργαστήριο Βαλλιστικής Έρευνας του στρατού των Η.Π.Α., κατά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο. Η διαδικασία ανάπτυξης των πινάκων βολών από την Υπηρεσία Βαλλιστικής μέχρι τότε γινόταν με το χέρι, κάτι που την έκανε χρονοβόρα και που συχνά οδηγούσε σε λάθη. Ουσιαστικά επρόκειτο για μια «συσκευή» 163 τ.μ. που είχε περισσότερες από 18.000 λυχνίες κενού και 1500 ηλεκτρονόμους. Η τεράστια κατασκευή του, τα υπολογιστικά λάθη καθώς και η μεγάλη κατανάλωση ισχύος του δεν ικανοποίησαν πλήρως τις ανάγκες της ανθρωπότητας. Έτσι ξεκίνησε ένας τεράστιος «γολγοθάς» δημιουργίας υπολογιστικών συστημάτων, που οδήγησε στους σημερινούς Η/Υ και την τεχνολογία του σήμερα. Για να φτάσουμε στο σήμερα όμως έπρεπε να βρούμε λύση σε ένα πολύ σοβαρό πρόβλημα της τότε εποχής. Το πρόβλημα της μνήμης. Οι ηλεκτρονικές συσκευές της εποχής καθώς και ο ENIAC δεν μπορούσαν να 1

αποθηκεύσουν δεδομένα έτσι ώστε να τα επεξεργαστούν κάποια άλλη στιγμή. Όλα τα δεδομένα χάνονταν με την διακοπή του ρεύματος, πράγμα που δυσκόλευε την επεξεργασία οποιονδήποτε δεδομένων και την ανάπτυξη της τεχνολογίας. Με κίνητρο την ανάγκη μίμησης της ανθρώπινης μνήμης σχεδιάστηκε (μετά από 5ετή έρευνα) ο πρώτος σκληρός δίσκος από την IBM το 1956. Το μέγεθος του ήταν μεγαλύτερο από αυτό ενός ψυγείου ενώ ζύγιζε περίπου ένα τόνο. Είχε μόλις 5MB μνήμη και η χρήση του προοριζόταν κυρίως για εταιρικούς σκοπούς (για να μπορούν τα εταιρικά μητρώα, όπως κονδύλια, πληρωμές, μισθοδοσίες, παραγγελίες κ.λπ., να ενημερώνονται σε πραγματικό χρόνο, σώζοντας τις επιχειρήσεις από το «χαρτομάνι»). Φυσικά δε θα μπορούσαμε να αρκεστούμε σε μια τόσο ογκώδη κατασκευή με τόση μικρή χωρητικότητα, για αυτό και κατασκευάσαμε διάφορα είδη μνήμης, προορίζοντας για διαφορετική χρήση τη κάθε μια. 2

2. Μνήμες 2.1. Είδη αποθηκευτικών μέσων Τα αποθηκευτικά μέσα μπορούν γενικά να χωριστούν σε διάφορες κατηγορίες, όπως: Μονάδες σταθερού μέσου (π.χ. μνήμη RAM, σκληρός δίσκος κτλ.) Μονάδες αποσπώμενου μέσου (π.χ. δισκέτα, cd, dvd, usb flash κτλ.) Με κινούμενα μέρη (π.χ. σκληρός δίσκος) Και χωρίς κινούμενα μέρη (usb flash). Αυτά αποτελούν και τα αποθηκευτικά μέσα στερεής κατάστασης. Να σημειωθεί εδώ πως πλέον αρκετά μέσα στερεής κατάστασης θεωρούνται και αποσπώμενα μέσα «καταργώντας» έτσι την χρήση μαγνητικών μέσων αποθήκευσης. Οι παραπάνω κατηγορίες αναφέρονται σε μια πιο εξιδεικευμένη κατηγοριοποίηση των αποθηκευτικών συσκευών. Μια «καλύτερη» και πιο γενική κατηγοριοποίηση είναι: Συσκευές αποθήκευσης µαγνητικής και οπτικής αποθήκευσης µε τη βοήθεια µηχανικών µερών Συσκευές αποθήκευσης με τεχνολογία ημιαγωγών όπου η πληροφορία λαμβάνει τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας. Είδη μνημών Τα αποθηκευτικά μέσα δεν είναι τίποτα άλλο από ένα σύνολο μνημών. Ανάλογα με το είδος και τη χρήση του αποθηκευτικού μέσου χρησιμοποιούνται και διαφορετικά είδη μνήμης, ενώ δεν είναι λίγες οι φορές που οι μνήμες χρησιμοποιούνται ξεχωριστά σαν μια εξολοκλήρου αυτόνομη μονάδα ενός συστήματος (όπως η μνήμη RAM στον Η/Υ). Τα βασικά είδη μνημών είναι τρία και χωρίζονται σε υποκατηγορίες: MOS: Η τεχνολογία των μνημών τύπου MOS στηρίζει το όνομα της στον τύπο του transistor το οποίο χρησιμοποιεί και δημιουργήθηκε με όραμα ότι θα αποτελείται από τα χαρακτηριστικά μιας ιδανικής μνήμης. Δηλαδή ότι θα έχει: 1. µεγάλη πυκνότητα αποθήκευσης δεδομένων, 2. υψηλή ταχύτητα ανάγνωσης/εγγραφής, 3

3. χαμηλή κατανάλωση ρεύματος τόσο κατά τη διάρκεια της ανάγνωσης/εγγραφής όσο και κατά την διάρκεια της διατήρησης των δεδομένων, 4. χαμηλό κόστος παραγωγής, 5. υψηλή απόδοση (high yield) και δυνατότητα εργοστασιακής επανάληψης, 6. δυνατότητα τυχαίας πρόσβασης µνήµης (Random Access Memory RAM), 7. διατήρηση των δεδομένων και όταν η μνήμη δε βρίσκεται υπό τάση. Για αρκετά χρόνια οι μνήμες τεχνολογίας MOS κατείχαν σημαντική θέση στον τομέα των μνημών. Αν και δεν κατάφερε να δώσει μια διάταξη ικανή να καλύψει όλες τις παραπάνω προδιαγραφές, εμφάνισε μια μεγάλη γκάμα διατάξεων που κατάφεραν να καλύψουν ένα µεγάλο ποσοστό των παραπάνω χαρακτηριστικών. Οι δύο μεγαλύτερες διατάξεις είναι: RAM: Η μνήμη RAM (Random Access Memory) αποτελεί ένα είδος προσωρινής μνήμης με δυνατότητες εγγραφής που χάνει τα δεδομένα της όταν διακοπεί η παροχή ρεύματος σε αυτή. Διακρίνονται σε δύο κατηγορίες τις δυναμικές και τις στατικές. o Δυναμικές: στις οποίες τα δεδοµένα µπορούν να διατηρηθούν για ένα περιορισµένο χρονικό διάστηµα o Στατικές: στις οποίες τα δεδοµένα µπορούν να διατηρηθούν όσο η µνήµη τροφοδοτείται από πηγή. Έχουν υπερισχύσει έναντι των δυναμικών καθώς α) δεν απαιτούν ανανέωση των δεδομένων, β) λειτουργούν µε πολύ χαµηλότερη ισχύ, γ) εµφανίζουν µεγάλη ταχύτητα εγγραφής και ανάγνωσης και δ) χρησιµοποιούν σχετικά µεγάλη επιφάνεια ανά κύτταρο µνήµης (large cell size). ROM: Η μνήμη ROM (Read Only Memory) είναι μια μνήμη μόνο για ανάγνωση, (χωρίς δυνατότητες επανεγγραφής), η οποία διατηρεί τα δεδομένα της ακόμα και όταν διακοπεί η παροχή ρεύματος σε αυτή. Συνήθως χρησιμοποιείται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές για να αποθηκεύει πληροφορίες συστήματος. Η μνήμη ROM σημείωσε μεγάλη εξέλιξη από την πρώτη της εμφάνιση. Τα είδη μνήμης ROM που εμφανίστηκαν στο πέρασμα του χρόνου είναι: o Μόνιμα προγραμματιζόμενες: στις οποίες τα δεδομένα μπορούν να εγγραφούν μόνο μια φορά στη μνήμη. Δηλαδή ο προγραμματισμός της μνήμης μπορεί να γίνει μόνο μια φορά, αυξάνοντας το κόστος σε περιπτώσεις λανθασμένου προγραμματισμού. o Ηλεκτρικά προγραμματιζόμενες: στις οποίες υπάρχει η δυνατότητα επαναπρογραμματισμού. Η κατηγορία αυτή δημιουργήθηκε με στόχο να λύσει το πρόβλημα των μόνιμα προγραμματιζόμενων μνημών ROM. Υστερούσε όμως σημαντικά καθώς κάθε φορά που επιθυμούσε κάποιος να 4

διαγράψει τη μνήμη, έπρεπε να την εκθέσει σε υπεριώδη ακτινοβολία για διάστηµα µερικών δεκάδων λεπτών της ώρας o Ηλεκτρικά προγραμματιζόμενες και διαγραφόμενες (EEPROM): στις οποίες η διαγραφή των κελιών μνήμης γίνεται με ηλεκτρονικό τρόπο, χωρίς να χρειάζεται η έκθεση της μνήμης σε υπεριώδης ακτινοβολία. Αυτό επιτυγχάνετε με την προσθήκη µίας επιπλέον επαφής η οποία χρησιµοποιείται τόσο για τη διαδικασία του προγραµµατισµού όσο και για τη διαδικασία της διαγραφής. Εικόνα 1.2: EEPROM Παρόλο που ο ηλεκτρικός προγραμματισμός αποτέλεσε ιδιαίτερα μεγάλη και επιβοηθητική καινοτομία, χρειαζόταν και τον κατάλληλο εξοπλισμό για την εγγραφή και διαγραφή των δεδομένων (Εικόνα 1.3). Εικόνα 1.3: Συσκευή εγγραφής/διαγραφής EEPROM 5

o EPROM: Στις μνήμες EEPROM (Εικόνα 1.4) η διαγραφή επιτρέπεται µόνο σε µεγάλα τµήµατα της µνήµης (blocks) ή ακόμα και σε ολόκληρη τη µνήµη. Στις μνήμες EPROM,όμως, αυτό δε συμβαίνει καθώς υπάρχει το πλεονέκτημα διαγραφής της ελάχιστης ικανής επιφάνειας ανά κύτταρο µνήµης. Όλα αυτά προκύπτουν από το τρόπο µε τον οποίο δομείται το κύτταρο της µνήµης. Εικόνα 1.4: EPROM 6

2.2. Μνήμες Flash Οι μνήμες τύπου «αστραπή» (flash memories) εμφανίζουν µεγάλη εμπορική επιτυχία τα τελευταία χρόνια. Περιλαμβάνονται σχεδόν σε κάθε είδους ηλεκτρονικές συσκευές που απαιτούν μνήμη και καταλαμβάνουν µεγάλο κοµµάτι της αγοράς. Διαφορές ανάμεσα σε μνήμες RAM, ROM και Flash μνήμες Για να μπορέσουμε να κατανοήσουμε πλήρως τη λειτουργία της μνήμης flash, θα τη συγκρίνουμε με δύο μνήμες που μας είναι ιδιαίτερα οικείες και γνωρίζουμε όλοι τη λειτουργία τους. Τις μνήμες RAM και ROM. RAM Εικόνα 2.1: Διαφορές ανάμεσα σε RAM και ROM Η μνήμη RAM (Random Access Memory) αποτελεί ένα είδος προσωρινής μνήμης του ηλεκτρονικού υπολογιστή, η οποία μεταφέρει τα δεδομένα προς επεξεργασία από το μέσω αποθήκευσης στον επεξεργαστή και το ανάστροφο. Δηλαδή είναι μια προσωρινή μνήμη με δυνατότητες εγγραφής που χάνει τα δεδομένα της όταν διακοπεί η παροχή ρεύματος σε αυτή. ROM Η μνήμη ROM (Read Only Memory) είναι μια μνήμη μόνο για ανάγνωση, (χωρίς δυνατότητες επανεγγραφής), η οποία διατηρεί τα δεδομένα της ακόμα και όταν διακοπεί η παροχή ρεύματος σε αυτή. Συνήθως χρησιμοποιείται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές για να αποθηκεύει πληροφορίες συστήματος. 7

Flash Memory (Μνήμη Flash) Φανταστείτε λοιπόν μια μνήμη που θα συνδύαζε όλα τα πλεονεκτήματα των δύο παραπάνω (RAM και ROM). Δηλαδή μια μνήμη που θα μπορούσε να προγραμματίζει και να διαγράφει τα δεδομένα της χωρίς αυτά να «χάνονται» με τη διακοπή της τροφοδοσίας στη μνήμη. Αυτή λοιπόν είναι και η μνήμη Flash. Πιο συγκεκριμένα η μνήμη Flash μπορεί να: αποθηκεύει μόνιμα τα δεδομένα της εγγράφει, διαγράφει και αποθηκεύει δεδομένα με ηλεκτρικό τρόπο είναι συμβατή µε την απλή τεχνολογία CMOS ολοκληρώνεται µέσα στην ίδια ψηφίδα µαζί µε άλλα στοιχεία όπως π.χ. ο επεξεργαστής και οι μετατροπείς αναλογικών σε ψηφιακά δεδομένα (A/D converter). Παρατηρώντας τα παραπάνω χαρακτηριστικά θα μπορούσε κανείς να πει πως οι μνήμες flash είναι μνήμες EPROM, συμβατές με τεχνολογία CMOS. Πράγματι, η μνήμη αστραπή αποτελεί το πιο δημοφιλές είδος μνήμης EPROM. Το όνομα της το πήρε λόγω της υψηλής της ταχύτητας και προορίζεται για κάθε χρήση ψηφιακής αποθήκευσης δεδομένων, από την πιο απλή (π.χ. ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, κινητές συσκευές, ηλεκτρονικοί υπολογιστές κτλ.) έως και την πιο εξειδικευμένη (π.χ. ειδικό εξειδικευμένο εξοπλισμό για καταγραφή δεδομένων σε επιστημονικές και στρατιωτικές εφαρμογές). Ανάλογα με την κάθε χρήση απαιτείται και η επιλογή του κατάλληλου τύπου μνήμης flash. Μέχρι σήμερα είναι διαθέσιμοι στο εμπόριο μόνο τέσσερις διαφορετικοί τύποι μνήμης flash. Είδη μνήμης Flash DINOR: Οι μνήμες flash τύπου DINOR είναι οι πιο ιδανικές προς χρήση καθώς έχουν πολύ χαμηλή κατανάλωση ισχύος και υψηλές ταχύτητες σε ανάγνωση και διαγραφή δεδομένων. Πρωτοεμφανίστηκαν μέσω της γνωστής εταιρείας Mitsubishi τον Οκτώβριο του 2002 με χωρητικότητα αποθήκευσης μόλις 1-2 MB. Σήμερα έχουν φτάσει τα 16 MB αποθηκευτικού χώρου με την Mitsubishi να υπόσχεται τον διπλασιασμό του. Αυτό το μέγεθος αποθηκευτικού χώρου είναι πολύ μικρό για τα δεδομένα της εποχής, για αυτό και ο συγκεκριμένος τύπος μνήμης χρησιμοποιείται μόνο σε πολύ εξειδικευμένες περιπτώσεις. Ωστόσο αν η Mitsubishi καταφέρει να αυξήσει την χωρητικότητα της, θα υπερισχύσει έναντι των υπολοίπων. 8

NAND: Πρόκειται για μνήμες οι οποίες σημειώνουν μεγάλη ανθεκτικότητα στην κατασκευή τους ενώ ταυτόχρονα δεν έχουν μεγάλες απαιτήσεις. Η χωρητικότητα της μνήμης τους, αριθμείτε μεταξύ των 500 KB και 8MB. Οι επιδώσεις αυτού του τύπου μνήμης υστερούν σημαντικά λόγω του σειριακού τρόπου πρόσβασης στα δεδομένα. Με λίγα λόγια δεν είναι δυνατή η τυχαία προσπέλαση των δεδομένων. Παρόλα αυτά οι περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές (usb flash, ψηφιακές κάμερες, smartphones κτλ.) χρησιμοποιούν μνήμες flash τύπου NAND και αυτό γιατί τους επιτρέπουν την άμεση προσάρτηση αποθηκευτικού χώρου για την αποθήκευση δεδομένων. NOR: Η πρώτη μνήμη flash τύπου NOR κατασκευάστηκε το 1989 από την Intel. Όπως καταλαβαίνουμε είναι μια από τις προγενέστερες του είδους χωρίς αυτό να σημαίνει πως η χρήση της έχει ξεπεραστεί, μιας και παρουσιάζει ιδιαίτερα γρήγορες ταχύτητες ανάγνωσης και διαγραφής δεδομένων αποθήκευσης (ωστόσο είναι πιο αργή σε σχέση με τις υπόλοιπες). Η χωρητικότητα της κυμαίνεται από 64KB - 8 ΜB, ενώ η χρήση της έχει περιοριστεί από τις μνήμες NAND, καθώς το κόστος της είναι υψηλότερο από τις υπόλοιπες μνήμες και απαιτεί περισσότερη ισχύ. AND: Για τη μνήμη αυτού του τύπου θα μπορούσε κανείς να πει ότι αποτελεί έναν συνδυασμό των δύο παραπάνω τύπων μνήμης (NAND και NOR), ο οποίος, όμως, μας δίνει μόνο τα θετικά τους στοιχεία. Τα στοιχεία αυτά είναι: Υψηλή ταχύτητα διαγραφής δεδομένων Υψηλή ταχύτητα τυχαίας προσπέλασης δεδομένων Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας Μικρό μέγεθος Μεγάλη χωρητικότητα Η μνήμη τύπου AND πρωτοεμφανίστηκε από την εταιρεία Hitachi και η χρήση της δικαίως προορίζεται για συσκευές μεγάλης χωρητικότητας, καθώς η χωρητικότητα της κυμαίνεται από 32 MB έως και μερικά GB. Εμείς σε αυτή την εργασία θα ασχοληθούμε κυρίως με τις μνήμες NAND και NOR που χρησιμοποιούνται περισσότερο στην αγορά. 2.3. Βασική λειτουργία Όλες οι μνήμες flash ανήκουν στην οικογένεια των μη πτητικών μνημών. Αυτό σημαίνει πως δε χάνουν τα δεδομένα τους με τη διακοπή του ρεύματος. Όλες οι σημερινές συμβατικές διατάξεις μη πτητικών μνημών αποτελούνται από ένα στρώμα πολυκρυσταλλικού πυριτίου ανάμεσα στο διοξείδιο πυριτίου της πύλης ενός n-mosfet. Η ιδέα εμφανίστηκε για πρώτη φορά το 1967 από τους Kahng και Sze φέρνοντας επανάσταση στην τεχνολογία αποθήκευσης πληροφοριών και κατ επέκταση στην τεχνολογία γενικότερα. 9

Όντας φοιτητές του τμήματος ηλεκτρονικής γνωρίζουμε ήδη τη δομή και χρήση ενός απλού n-channel MOSFET. Τα n-channel MOSFET αποτελούν ιδανικούς αναλογικούς διακόπτες με μεγάλη αντίσταση εισόδου και πολύ απλή μέθοδο λειτουργίας. Όταν η τάση πύλης είναι θετική (και μεγαλύτερη από την τάση κατωφλίου) ο διακόπτης είναι σε κατάσταση ON ενώ όταν είναι μηδενική είναι σε κατάσταση OFF. έχει: Όπως τα n-channel MOSFET έτσι και το transistor μιας μνήμης flash μια υποδοχή (Drain), μια πηγή, µια πύλη ελέγχου (control gate) για τον έλεγχο τόσο της διαδικασίας εγγραφής/διαγραφής όσο και της διαδικασίας ανάγνωσης, και μια επιπλέον αγώγιμη στρώση που ονομάζεται αιωρούμενη πύλη (floating gate),όπου αποθηκεύονται οι φορείς (stored carriers) ανάλογα µε την πληροφορία που θέλουμε να διατηρήσουμε. Προσθέτοντας μία επιπλέον αγώγιμη στρώση στη δομή ενός τρανζίστορ MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor ), μπορούμε να ρυθμίσουμε (να μεταβάλλουμε) την χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος-τάσης (I-V), απλά και μόνο αλλάζοντας τις τάσεις τροφοδοσίας στην πύλη (Gate), στην υποδοχή (Drain) και στην πηγή (Source) (Εικόνα 2.2). Εικόνα 2.2: Διάταξη τρανζίστορ αιωρούμενης πύλης Πιο συγκεκριμένα η προσθήκη μιας επιπλέον πύλης έχει ως αποτέλεσμα το διπλασιασμό του πάχους του οξειδίου της πύλης που συνεπάγεται μείωση της διαγωγιμότητας της διάταξης και αύξηση της τάσης κατωφλίου. Αυτές οι ιδιότητες είναι ιδιαίτερα επιθυμητές καθώς είναι υπεύθυνες για την διαγραφή, την εγγραφή και ανάγνωση της μνήμης. 10

Η επιπλέον στρώση δεν συνδέεται ηλεκτρικά με κανένα άλλο «εξάρτημα» και για αυτό ονομάζεται Αιωρούμενη Πύλη (Floating Gate). Το νέο τρανζίστορ που δημιουργείται ονομάζεται Τρανζίστορ Αιωρούμενης Πύλης (Floating Gate Transistor) ή όπως συχνά το αποκαλούμε «κελί μνήμης». Αποτελείται από ένα στρώμα πολυπυριτίου που σχηματίζεται μέσα στο μονωτή (οξείδιο του πυριτίου SiO2) της πύλης ενός transistor επίδρασης πεδίου (FET), μεταξύ του κανονικού ηλεκτροδίου της πύλης και του καναλιού. To transistor αιωρούμενης πύλης ουσιαστικά είναι το στοιχειώδες τμήμα αποθήκευσης ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος μνήμης Flash. Η μεταβολή της χαρακτηριστικής του καμπύλης I-V μας επιτρέπει να αποθηκεύουμε πληροφορία στο transistor, να τη διαβάζουμε και να τη διαγράφουμε. Αυτές είναι και οι τρεις βασικές λειτουργίες ενός ελεγκτή ολοκληρωμένου κυκλώματος μιας μνήμης. Κατά τη διάρκεια της εγγραφής/διαγραφής μιας περιοχής της μνήμης όλα τα αποθηκευµένα δεδοµένα παίρνουν την τιμή «0» ή «1» (Εικόνα 2.3). Στη συνέχεια εγγράφεται/διαγράφεται το περιεχόµενο συγκεκριµένων κυττάρων της µνήµης, ούτως ώστε τελικά η επιθυµητή πληροφορία να παραµένει αποθηκευµένη σε αυτή την περιοχή της µνήµης. Εικόνα 2.3: Κατώφλια εγγραφής και διαγραφής τρανζίστορ αιωρούμενης πύλης 11

Διαδικασία εγγραφής - Προγραμματισμός Όταν κάνουμε λόγο για εγγραφή της µνήµης τύπου αστραπής, αναφερόμαστε στην εισαγωγή αρνητικού φορτίου µέσα στην αιωρούµενη πύλη. Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι για τον προγραμματισμό (εγγραφή) σε ένα κελί μνήμης flash. Έγχυση θερμών ηλεκτρονίων Έγχυση θερμών ηλεκτρονίων στο κανάλι (Channel Hot Electron injection - CHE). Αυτός ο τρόπος απευθύνεται κυρίως στις μνήμες flash τύπου NOR και πραγματοποιείται εφαρμόζοντας μία σχετικά ψηλή τάση (της τάξης των 4-6V) στην υποδοχή του τρανζίστορ, μία ψηλή τάση περίπου 10V στην πύλη ελέγχου κρατώντας ταυτόχρονα την πηγή και το υπόστρωμα στα 0V. Με αυτό τον τρόπο περνάει ένα αρκετά μεγάλο ρεύμα (μέχρι 1mA) το οποίο δημιουργεί θερμά ηλεκτρόνια στο κανάλι. Η ενέργεια που αποκτούν τα «τυχερά» αυτά ηλεκτρόνια (lucky electrons) είναι αρκετή ώστε να αποκτήσουν υψηλή κινητική ενέργεια και να διαπεράσουν το φράγμα δυναμικού του μονωτή, με αποτέλεσμα να παγιδευτούν στην αιωρούμενη πύλη. Η διαδικασία έγχυσης ηλεκτρονίων σταματά όταν το αρνητικό φορτίο που συγκεντρώνεται στο στρώμα της αιωρούμενης πύλης μειώνει το ηλεκτρικό πεδίο στο οξείδιο και τελικά καθίσταται αδύνατο πλέον το πεδίο να επιταχύνει ηλεκτρόνια. Αυτή η μέθοδος εγγραφής διαρκεί μερικά μs και μεταβάλει την τάση κατωφλίου του κελιού από τη διαγραμμένη κατάσταση (2V) στην προγραμματισμένη (7-9V). Πλεονεκτήματα έγχυση θερμών ηλεκτρονίων Μεγάλη ταχύτητα (της τάξεως των 5-100µs). Η επιλεκτικότητα την οποία εμφανίζει (εγγραφή δεδομένων σε μεμονωμένα κύτταρα). Μειονεκτήματα έγχυση θερμών ηλεκτρονίων Μεγάλη κατανάλωση ρεύματος αφού το τρανζίστορ άγει σε όλη την διάρκεια της εγγραφής του κυττάρου. Ο μηχανισμός δεν μπορεί να σταματήσει από µόνος του. Ο µη καλός έλεγχος του χρόνου εγγραφής μπορεί να οδηγήσει σε υπερ-εγγραφή (overwrite), δηλαδή πολύ υψηλή αποθήκευση φορτίου μέσα στην αιωρούμενη πύλη. 12

Φαινόμενο σήραγγας (tunnel effect) Fowler-Nordheim (FN) tunneling ή προγραμματισμός FN και βασίζεται στο φαινόμενο σήραγγας (tunnel effect). Το φαινόμενο σήραγγας εμφανίζεται όταν ένα υψηλό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμοστεί στα άκρα του λεπτού οξειδίου ανάμεσα στην περιοχή επικάλυψης της υποδοχής και την αιωρούμενη πύλη, με αποτέλεσμα να μη μπορεί να απομακρυνθεί εύκολα κατά τη διαδικασία της διαγραφής Αυτός ο τρόπος εγγραφής χρησιμοποιείται κυρίως στις μνήμες flash τύπου NAND, ωστόσο δεν αφορά μόνο αυτές καθώς αποτελεί τον μηχανισμό αγωγιμότητας μονωτών. Η εκπομπή σήραγγας (tunneling) είναι το αποτέλεσμα της κβαντομηχανικής με το οποίο η κυματοσυνάρτηση του ηλεκτρονίου μπορεί να διαπεράσει ένα πιθανό εμπόδιο. Ο προγραμματισμός FN επιτυγχάνεται με την εφαρμογή υψηλών τάσεων της τάξης των 20V στην πύλη ελέγχου του transistor αιωρούμενης πύλης. Η υποδοχή, η πηγή και το υπόστρωμα παραμένουν γειωμένα. Ως αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια του ηλεκτροδίου της πύλης ελέγχου διαπερνούν το μονωτή και εισχωρούν στην αιωρούμενη πύλη. Αυτή η μέθοδος διαρκεί μερικά ms (είναι πιο αργή σε σχέση με την προηγούμενη), όμως απαιτεί λιγότερο ρεύμα (μικρότερο του 1nA) και επιτρέπει τον παράλληλο προγραμματισμό πολλών κελιών ταυτόχρονα. Πλεονεκτήματα φαινομένου σήραγγας Όταν αυξηθεί το αποθηκευμένο φορτίο πέρα ενός ορίου η διαδικασία σταματά από μόνη της. Δεν καταναλώνει ισχύ κατά τη διάρκεια εγγραφής αφού η διάταξη δεν άγει. Μειονεκτήματα φαινομένου σήραγγας Είναι αργή ως διαδικασία (διαρκεί 100µs-10ms). Δεν εμφανίζει επιλεκτικότητα οπότε χρησιμοποιείται στην περίπτωση περιοχών της µνήµης (block-by-block) που µοιράζονται το ίδιο ηλεκτρόδιο της πύλης ελέγχου και όχι σε µεµονωµένα κύτταρα ξεχωριστά κάθε φορά. 13

Διαδικασία διαγραφής Ως διαδικασία διαγραφής ορίζουμε την αντίστροφη διαδικασία σε σχέση µε τη διαδικασία εγγραφής, δηλαδή την µεταφορά του αρνητικού φορτίου από την αιωρούµενη πύλη προς το υπόστρωµα, Η διαδικασία διαγραφής είναι ίδια και για τους δύο τύπους μνήμης. Για να «διαγραφεί» ένα κελί αρκεί να αποθηκεύσει την τιμή «1» μέσω FN tunneling. Η διαδικασία δε διαφέρει πολύ από τη διαδικασία προγραμματισμού. Το μόνο που αλλάζει είναι η εφαρμογή της τάσης στα διάφορα μέρη του τρανζίστορ-κελιού. Δηλαδή, για να πετύχουμε την «διαγραφή» ενός κελιού αρκεί να εφαρμόσουμε μια αρνητική τάση της τάξεως των -10V σε σχέση με το δυναμικό του υποστρώματος και γύρω στα 5V στην υποδοχή, ενώ η πηγή αφήνεται χωρίς καθόλου δυναμικό. Με τον τρόπο αυτό αναπτύσσεται ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο στο οξείδιο της πύλης (μονωτή) το οποίο απομακρύνει τα φορτία από την αιωρούμενη πύλη και έτσι μειώνει την τάση κατωφλίου της συσκευής. Ανάγνωση Κατά τη διαδικασία της ανάγνωσης τα πράγματα είναι πολύ πιο απλά. Προκειμένου να διαβάσουμε την αποθηκευμένη τιμή ενός κελιού, αρκεί να εφαρμόσουμε μια θετική τάση στην πύλη του transistor αιωρούμενης πύλης, ενώ η πηγή και το υπόστρωμα είναι γειωμένα. Τελευταία προϋπόθεση για να ολοκληρωθεί η διαδικασία της ανάγνωσης είναι η εφαρμογή μιας μικρής τάσης στον υποδοχέα. Για να αποφύγουμε όμως, την διατάραξη του αποθηκευμένου φορτίου (read-disturb) και να μην επιβραδύνουμε τη διαδικασία της ανάγνωσης, εφαρμόζουμε μια μικρή τάση, 1-1,5V, στον υποδοχέα. Όταν δεν υπάρχει αποθηκευµένο φορτίο στην αιωρούµενη πύλη, (κατάσταση «0») το τρανζίστορ το οποίο ελέγχεται από την πύλη ελέγχου, άγει καθώς αυξάνουμε την τάση της πύλης. Σε περίπτωση όµως, που η διάταξη έχει αποθηκευμένο φορτίο (κατάσταση «1»), το εν λόγω φορτίο αντιτίθεται στην αύξηση του δυναμικού, αναγκάζοντας την τιµή της τάσεως κατωφλίου (threshold voltage) να αυξηθεί. Με αυτό τον τρόπο, επιλέγοντας ένα συγκεκριµένο σηµείο πόλωσης (για την τάση της πύλης ελέγχου) της διάταξης του κυττάρου της µνήµης και εφαρμόζοντας στην υποδοχή ένα χαµηλό δυναµικό, µπορούµε να εκτιµήσουµε την ύπαρξη ή όχι αποθηκευµένου φορτίου στην αιωρούµενη πύλη. 14

2.4. Συνδεσμολογία transistor Ο διαχωρισμός των μνημών flash σε NAND και NOR γίνεται με βάση τη συνδεσμολογία των κελιών μνήμης (transistor) στο εσωτερικό του ολοκληρωμένου κυκλώματος. Η συνδεσμολογία αυτή καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο ενεργοποιούνται τα κελιά μνήμης από τα περιφερειακά συστήματα ελέγχου του ολοκληρωμένου κυκλώματος. NAND Flash Η οργάνωση των δεδομένων στις μνήμες Flash τύπου NAND γίνεται σε blocks. Τα blocks οργανώνονται σε σελίδες (pages) και αποτελούν τις στοιχειώδεις μονάδες, οι οποίες μπορούν να διαγραφούν. Οι σελίδες με τη σειρά τους, αποτελούν τις στοιχειώδεις μονάδες, οι οποίες μπορούν να προγραμματιστούν ή να αναγνωστούν από τη μνήμη. Στα blocks των μνημών Flash τύπου NAND τα κελιά μνήμης είναι στοιχισμένα σε οριζόντια σειρά, με το ένα άκρο τους στο bit line (από το οποίο τροφοδοτούνται τα κελιά) και το άλλο στην γείωση. Η σειρά αυτή των κελιών ονομάζεται string (Εικόνα 3.1). Ανάγνωση NAND Flash Εικόνα 3.1: Διάταξη κελιών μνήμης NAND Flash σε block Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω για να διαβάσουμε την τιμή ενός συγκεκριμένου κελιού (π.χ. το Line 2) πρέπει να εφαρμόσουμε σε αυτό μια μικρή τάση, (Vint) στον υποδοχέα, της τάξης του 1-1,5V. Ταυτόχρονα όμως θα πρέπει να εφαρμόσουμε και μια τάση (Vhigh) σε όλα τα υπόλοιπα κελιά προκειμένου να μην επηρεάσουμε την ανάγνωση του συγκεκριμένου κελιού (Εικόνα 3.2). 15

Εικόνα 3.2: Διαδικασία ανάγνωσης κελιών μνήμης NAND Flash σε block Διαγραφή NAND Flash Η διαδικασία της διαγραφής είναι αρκετά απλή. Προκειμένου να διαγράψουμε τα δεδομένα από τα κελιά ενός συγκεκριμένου block αρκεί να εφαρμόσουμε μια τάση (Vhigh) στο bit line ούτως ώστε όλα τα κελιά στο συγκεκριμένο block να πάρουνε την τιμή 1 (Εικόνα 3.3). Εικόνα 3.3: Διαδικασία διαγραφής κελιών μνήμης NAND Flash σε block Εγγραφή NAND Flash Στη διαδικασία εγγραφής υπάρχουν δύο στάδια. 1. Εφαρμόζουμε μια τάση (Vhigh) στο bit line, ούτως ώστε όλα τα κελιά στη συγκεκριμένη σελίδα να πάρουνε την τιμή 1 (Εικόνα 1.10). 16

2. Εφαρμόζουμε μια αρνητική τάση (-Vhigh), της τάξης των -10V, στο συγκεκριμένο κελί ή block που θέλουμε να εγγράψουμε (Εικόνα 3.4). Εικόνα 3.4: Διαδικασία εγγραφής κελιών μνήμης NAND Flash σε block Μειονεκτήματα Ο συγκεκριμένος τρόπος στοίχισης των κελιών έχει περιορισμούς και δεν επιτρέπει την αύξηση της χωρητικότητας της μνήμης. Ένας από αυτούς είναι η απόσταση των κελιών η οποία μπορεί να μειωθεί ως ένα σημείο. Όταν τα κελιά έρθουν πολύ κοντά μεταξύ τους (σε απόσταση nm) τα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταπηδήσουν από το ένα κελί στο άλλο επηρεάζοντας έτσι τα δεδομένα. Αυτό δεν μας επιτρέπει να φτιάχνουμε μνήμες Flash τύπου NAND μεγαλύτερης χωρητικότητας σε μικρότερο μέγεθος. 3D Flash NAND Η λύση στο παραπάνω πρόβλημα είναι πολύ απλή και έχει να κάνει καθαρά με την αρχιτεκτονική της μνήμης Flash τύπου NAND. Αντί να στοιχίσουμε τα strings σε οριζόντια κατάταξη, μπορούμε να τα τοποθετήσουμε σε σειρά κάθετης κατάταξης δημιουργώντας έτσι ένα πίνακα κελιών (Εικόνες 3.5 και 3.6). 17

Εικόνα 3.5: Διάταξη blocks κελιών μνήμης 3D NAND Flash Εικόνα 3.6: Συνδεσμολογία των blocks σε διάταξη 3D NAND Flash Με αυτόν τον απλό τρόπο καταφέρνουμε να πολλαπλασιάσουμε την χωρητικότητα των μνημών Flash τύπου NAND, να μειώσουμε το μέγεθος τους και να μειώσουμε το κόστος τους, καθώς η κατασκευή τους είναι πιο εύκολη και το κόστος ανά bit μικρότερο. 18

NOR Flash Η αρχιτεκτονική των μνημών Flash τύπου NOR δεν διαφέρει σε μεγάλο βαθμό από αυτή της αρχιτεκτονικής των μνημών Flash τύπου NAND. Η οργάνωση των δεδομένων στις μνήμες Flash τύπου NOR γίνεται επίσης σε blocks. Τα blocks οργανώνονται σε σελίδες (pages) και αποτελούν τις στοιχειώδεις μονάδες οι οποίες μπορούν να διαγραφούν. Οι σελίδες με τη σειρά τους αποτελούν τις στοιχειώδεις μονάδες, οι οποίες μπορούν να προγραμματιστούν ή να αναγνωστούν από τη μνήμη. Στο εσωτερικό των blocks είναι στοιχισμένα τα κελιά μνήμης σε σειρά το ένα δίπλα στο άλλο, με το ένα άκρο τους συνδεμένο στο bit line και το άλλο στη γείωση. Αυτό που διαφέρει όμως είναι η συνδεσμολογία της γείωσης. Στις μνήμες Flash τύπου NAND όλα τα κελιά έχουν κοινή γείωση. Στις μνήμες Flash τύπου NOR όμως το κάθε κελί μνήμης έχει τη δική του γείωση. Αυτό δημιουργεί μια παράλληλη σύνδεση των κελιών (Εικόνα 3.7). Εικόνα 3.7: Εικόνα 3.1: Διάταξη κελιών μνήμης NOR Flash σε block Οι διαφορά στην αρχιτεκτονική των μνημών Flash τύπου NOR και NAND φαίνονται στην εικόνα 3.8. Εικόνα 3.8: Διαφορές στη διάταξη μεταξύ NAND και NOR Flash 19

Ανάγνωση NOR Flash Η διαδικασία της ανάγνωσης στις μνήμες Flash τύπου NOR έχει την ανάστροφη λογική από αυτή των μνημών Flash τύπου NAND. Όπως στις μνήμες Flash τύπου NAND, έτσι και στις NOR για να διαβάσουμε την τιμή ενός συγκεκριμένου κελιού (π.χ. το Line 2) πρέπει να εφαρμόσουμε σε αυτό μια μικρή τάση (Vint) στον υποδοχέα, της τάξης του 1-1,5V. Αντί όμως να εφαρμόσουμε μια τάση (Vhigh) σε όλα τα υπόλοιπα κελιά προκειμένου να μην επηρεάσουμε την ανάγνωση του συγκεκριμένου κελιού, εφαρμόζουμε μια ελάχιστη τάση low voltage (Voff) (Εικόνα 3.9). Εικόνα 3.9: Διαδικασία ανάγνωσης κελιών μνήμης NAND Flash σε block Διαγραφή NOR Flash Η διαδικασία της διαγραφής είναι αρκετά απλή. Προκειμένου να διαγράψουμε τα δεδομένα από τα κελιά ενός συγκεκριμένου block αρκεί να εφαρμόσουμε μια τάση (Vhigh) στο bit line ούτως ώστε όλα τα κελιά στο συγκεκριμένο block να πάρουν την τιμή 1 (Εικόνα 3.10). Εικόνα 3.10: Διαδικασία διαγραφής κελιών μνήμης NAND Flash σε block Εγγραφή NOR Flash Η διαδικασία εγγραφής είναι επίσης παρόμοια με αυτή της μνήμης Flash τύπου NAND και χωρίζεται σε δύο στάδια. 1. Εφαρμόζουμε μια τάση (Vhigh) στο bit line ούτως ώστε όλα τα κελιά στο συγκεκριμένο block να πάρουνε την τιμή 1 (Εικόνα 3.10). 20

2. Εφαρμόζουμε μια θετική τάση (Vhigh) bit line και μια θετική τάση (Von) στο συγκεκριμένο κελί που θέλουμε να εγγράψουμε και μια μικρή τάση (Voff) στα υπόλοιπα κελία προκειμένου να μην επηρεάσουν την διαδικασία εγγραφής (Εικόνα 3.11). Εικόνα 3.11: Διαδικασία εγγραφής κελιών μνήμης NAND Flash σε block Πλεονέκτημα Η αρχιτεκτονική των μνημών Flash τύπου NOR πλεονεκτούσε για αρκετό καιρό έναντι των μνημών Flash τύπου NOR, καθώς τα κελιά είναι στοιχισμένα παράλληλα, πράγμα που τις επιτρέπει να έχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα σε μικρότερο μέγεθος. Αυτό το πλεονέκτημα έπαψε να υπάρχει με την δημιουργία των μνημών 3D NAND Flash. Δομικές διαφορές Η αρχιτεκτονική του κάθε τύπου Flash οδηγεί σε ορισμένες δομικές διαφορές οι οποίες μπορούν να παίξουν καθοριστικό ρόλο στην επιλογή και στον τρόπο χρήσης του κάθε τύπου μνήμης. Τέτοιες διαφορές μπορεί να είναι: 1. Αριθμός επαφών: Οι μνήμες Flash τύπου NOR απαιτούν σχεδόν 44 επαφές εισόδου/εξόδου για μια 16-bit συσκευή, ενώ οι μνήμες Flash τύπου NAND μόλις 23 επαφές εισόδου/εξόδου. 2. Η πολυπλεξία των εντολών, των διευθύνσεων και των γραμμών δεδομένων στις μνήμες Flash τύπου NAND μπορούν να οδηγήσουν σε μείωση των επαφών κατά 45%. 3. Ένα ακόμα πλεονέκτημα της πολυπλεξίας στις μνήμες Flash τύπου NAND είναι πως μπορούμε να αυξήσουμε τη χωρητικότητα της μνήμης χωρίς να πραγματοποιήσουμε αλλαγές στο κύκλωμα. Π.χ. μπορούμε να αντικαταστήσουμε μια μνήμη των 2GB με μία των 8GB χωρίς να σχεδιάσουμε και να τυπώσουμε εξολοκλήρου την πλακέτα της μνήμης. 21

Λαμβάνοντας υπόψιν όλες τις παραπάνω δομικές διαφορές των μνημών Flash τύπου NAND και NOR, καθώς και τους μικρότερους χρόνους εγγραφής, διαγραφής και ανάγνωσης των δεδομένων στις μνήμες Flash τύπου NAND, γίνεται εύκολα κατανοητός ο λόγος για τον οποίο υπερισχύουν στην αγορά οι μνήμες Flash τύπου NAND. 22

3. Σκληροί δίσκοι SSD 3.1. Σκληροί Δίσκοι HDD (Hard Disk Driver) Οι σκληροί δίσκοι αποτελούν τη σημαντικότερη διάταξη κάθε ηλεκτρονικής συσκευής που απαιτεί την αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων. Τέτοιες συσκευές μπορεί να είναι: ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής, ένα καταγραφικό από κλειστό σύστημα καμερών, μία ψηφιακή βιντεοκάμερα, μία κονσόλα παιχνιδιών, ένα φορητό mp3 κτλ. Η χωρητικότητα των σκληρών δίσκων HDD έχει σημειώσει σημαντική άνοδο από τη δεκαετία του 90. Εκείνη την εποχή η χωρητικότητα των σκληρών δίσκων έφτανε τα 40MB, ενώ τα πιο ακριβά μοντέλα ξεπερνούσαν μόλις τα 100MB. Σήμερα οι σκληροί δίσκοι HDD μπορούν να φτάσουν τα 6TB, ενώ μπορούν να φτάσουν ακόμη και τα 12TB χρησιμοποιώντας κυκλώματα πολλαπλών σκληρών δίσκων. Ο τρόπος λειτουργίας ενός σκληρού δίσκου είναι πολύ απλός και μοιάζει με τη λειτουργία ενός cd. Ένας HDD δίσκος είναι ένα σύνολο από μεταλλικούς ομοαξονικούς μαγνητικούς δίσκους με ειδική επίστρωση από ένα σιδηρομαγνητικό υλικό, οι οποίοι περιστρέφονται γύρω από ένα άξονα. Στην επιφάνεια αυτών των μαγνητικών δίσκων γράφονται δεδομένα από ένα μικροσκοπικό μηχανικό βραχίονα με μια λεπτή μύτη στην άκρη. Κατά την εγγραφή των δεδομένων, αλλάζει η πολικότητα των μαγνητικών κομματιών των δίσκων. Όταν λοιπόν θέλουμε να γράψουμε ή να διαβάσουμε δεδομένα από ένα σκληρό δίσκο HDD, οι εσωτερικοί δίσκοι γυρνάνε με μεγάλη ταχύτητα, έτσι ώστε η κεφαλή (λεπτή μύτη) να μπορεί να βρει ή να εγγράψει τα απαραίτητα δεδομένα σε συγκεκριμένες θέσεις του δίσκου. Φυσικά η παραπάνω διαδικασία είναι αρκετά πολύπλοκη, καθώς απαιτεί αρκετή μηχανική εργασία στο παρασκήνιο. Οι σκληροί δίσκοι HDD είναι αρκετά οικονομικοί και έχουν μεγάλη χωρητικότητα. Παρόλα αυτά αποτελούν μηχανικές διατάξεις αποθήκευσης και για αυτό το λόγο εμφανίζουν ορισμένους περιορισμούς. Η ταχύτητα ανάγνωσης και εγγραφής των δεδομένων εξαρτάται από την ταχύτητα στροφής των εσωτερικών δίσκων, η οποία κυμαίνεται μεταξύ των 5400 RPM και 10000 RPM. Επίσης κάνουν αρκετό θόρυβο και ζεσταίνονται αρκετά με αποτέλεσμα να πέφτει η απόδοση τους. Όλα τα παραπάνω μειονεκτήματα των σκληρών δίσκων HDD ήταν και η αφορμή για την δημιουργία ενός νέου είδους σκληρού δίσκου που δεν θα έχει μηχανικά μέρη και θα χρησιμοποιεί μνήμες flash για την εγγραφή, διαγραφή και ανάγνωση των δεδομένων. Οι νέοι δίσκοι που δημιουργήθηκαν αποτελούν τους δίσκους στερεάς κατάστασης και ονομάστηκαν Solid State Drives (SSD). 23

3.2. Σκληροί Δίσκοι SSD (Solid State Drivers) Αν και βγήκαν για πρώτη φορά στην αγορά το 2010, οι σκληροί δίσκοι SSD δεν αποτελούν κάποιου είδους καινούργιας τεχνολογίας. Όσο παράξενο και αν φαίνεται, οι SSDs εμφανίστηκαν για πρώτη φορά την δεκαετία του 90. Η τιμή τους όμως ήταν απαγορευτική για το κοινό και έτσι η χρήση τους περιορίστηκε στους υπερυπολογιστές. Από το 2000 και μετά η τιμή των μνημών Flash άρχισε να μειώνεται σημαντικά με αποτέλεσμα μέχρι το τέλος της δεκαετίας να πλησιάσει την τιμή των HDDs και οι δίσκοι SSD να βρίσκονται σε πολλούς προσωπικούς υπολογιστές ως κύριοι σκληροί δίσκοι. Δομή Ένας δίσκος SSD αποτελείται από δύο μέρη. Εικόνα 4.1: Εσωτερική διάταξη σκληρού δίσκου SSD 1. Τον εκλεκτή (controller). Ο controller είναι ένα από τα βασικότερα στοιχεία του SSD, καθώς γεφυρώνει τα στατικά στοιχεία μνήμης με τον υπολογιστή ή κάποια άλλη συσκευή. Ο controller έχει ένα ενσωματωμένο επεξεργαστή που εκτελεί firmware-level κώδικα, έναν από τους πιο σημαντικούς παράγοντες στην απόδοση του SSD. Μερικές από τις λειτουργίες που εκτελούνται στον controller είναι: Χαρτογράφηση. Ανάγνωση και εγγραφή στην προσωρινή μνήμη. Κρυπτογράφηση. Ανίχνευση σφαλμάτων και διόρθωση μέσω κώδικα διόρθωσης σφαλμάτων(ecc). Συλλογή απορριμμάτων. 24

2. Τις μονάδες μνήμης. Μέχρι και το 2009 οι μονάδες μνήμης αποτελούνταν από δυναμική μνήμη τυχαίας προσπέλασης (Dynamic random-access memory DRAM). Έκτοτε τη θέση τους πήραν οι μνήμες NAND Flash, οι οποίες διατηρούν τα δεδομένα ακόμα και με τη διακοπή τροφοδοσίας και έχουν χαμηλότερο κόστος (Εικόνα 4.2). Η κάθε μονάδα μνήμης NAND Flash χωρίζεται σε πολλαπλούς «κύβους» (ζάρια dice ή die) NAND Flash μνήμης. Ανάλογα με τον αριθμό μνημών NAND Flash σε κάθε μονάδα και τον αριθμό μονάδων μνήμης NAND Flash καθορίζεται και ο τελικός αριθμός χωρητικότητας ενός σκληρού δίσκου SSD (Εικόνα 4.3). Εικόνα 4.2: Εσωτερική διάταξη σκληρού δίσκου SSD, διατάξεις μνημών NAND Flash 25

Εικόνα 4.3: Διαχωρισμός μνημών NAND Flash σε υπομονάδες 3.3. Τύποι NAND Flash Εικόνα 4.4: τύποι κελιών NAND Flash Τα είδη των μνημών NAND Flash στους σκληρούς δίσκους SSD είναι 3 και χωρίζονται βάση του αριθμού των bits που μπορεί να «φιλοξενήσει» το κάθε κελί μνήμης τους: Single-level cell (SLC): Αυτού του είδους η NAND Flash φιλοξενεί μόνο ένα bit ανά κελί μνήμης, με αποτέλεσμα να απαιτούνται μόνο δύο έλεγχοι τάσης από τον controller για να διαπιστωθεί η τιμή του κάθε κελιού. Μια μνήμης 26

NAND Flash τύπου SLC προσφέρει μεγάλη απόδοση σε ταχύτητα, (καθώς πραγματοποιεί λιγότερους ελέγχους ανά bits), όμως έχει υψηλότερο κόστος σε σχέση με τις υπόλοιπες. Multi-level cell (MLC): Αυτού του είδους η NAND Flash φιλοξενεί 2 bits ανά κελί μνήμης. Αυτό αυξάνει των αριθμό ελέγχων τάσης από τον controller στους 4, αρά μειώνει την ταχύτητα της μνήμης. Το πλεονέκτημα όμως αυτού τους είδους NAND Flash μνήμης είναι ότι φιλοξενεί 2 bit ανά κελί μνήμης, αρά μπορεί να προσφέρει διπλάσια χωρητικότητα με τον ίδιο αριθμό μονάδων NAND Flash, κάτι που μειώνει το κόστος μνήμης ανά GB. Triple-level cell (TLC): Αυτού του είδους η NAND Flash φιλοξενεί 3 bits ανά κελί μνήμης. Ο αριθμός των ελέγχων τάσης από τον controller αυξάνετε στους 8 μειώνοντας έτσι περισσότερο την ταχύτητα της μνήμης. Ο όγκος όμως της μνήμης μειώνεται ακόμη περισσότερο σε σχέση με τις MLC, ρίχνοντας έτσι το κόστος ανά GB κατακόρυφα. Αυτός είναι και ο λόγος που αυτού τους είδους η μνήμη NAND Flash είναι η πιο διαδεδομένη και ευρέως προτεινόμενη στην αγορά. 3.4. RAID Με τον όρο RAID (Redundant Array of Independent Disks ή αλλιώς Πλεονάζουσα Συστοιχία Ανεξάρτητων Δίσκων) περιγράφουμε την επικοινωνία μεταξύ πολλαπλών σκληρών δίσκων, προκειμένου να αυξήσουμε την χωρητικότητα τους, την ταχύτητα τους και να κρατήσουμε τα δεδομένα μας πιο ασφαλή. Η μέθοδος αυτή μπορεί να εφαρμοστεί είτε σε σκληρούς δίσκους HDD είτε σε σκληρούς δίσκους SSD. Τα κυριότερα πρότυπα είναι: 1. RAID 1 To RAID αποτελεί την πιο απλή μέθοδο σύνδεσης σκληρών δίσκων. Αποτελείται από την ένωση δύο σκληρών δίσκων. Όταν εγγράφουμε δεδομένα στο RAID τότε αυτομάτως εγγράφουμε δεδομένα και στους δύο σκληρούς δίσκους. Έτσι όταν ένας από τους δύο σκληρούς δίσκους φτάσει στο τέλος της ζωής του, τα δεδομένα μας είναι ασφαλή στον άλλον. Πλεονεκτήματα Υψηλή ταχύτητα ανάγνωσης ακόμη και σε τυχαία ανάγνωση δεδομένων. Η ταχύτητα υπολογίζεται αθροιστικά. Αν υποθέσουμε πως όλοι οι δίσκοι έχουν την ίδια ταχύτητα, έστω 50MB/s, τότε μια συστοιχία πέντε δίσκων θα έχει ταχύτητα περίπου 50 * 5= 250ΜΒ/s. Η ταχύτητα αυτή περιορίζεται από το SATA των σκληρών δίσκων HDD, όχι όμως από τους σκληρούς δίσκους SSD. Μειονεκτήματα 27

Χαμηλή ταχύτητα εγγραφής (επειδή η εγγραφή γίνεται ταυτόχρονα και στους δύο δίσκους) Μεγάλο ποσοστό απώλειας της χωρητικότητας (50%). Δηλαδή με δύο σκληρούς δίσκους του 1TB, έχουμε χωρητικότητα στο RAID μόλις 1TB. 2. RAID 5 Το RAID 5 υλοποιείται με τουλάχιστον 3 σκληρούς δίσκους, ενώ μπορεί να χάσει μόνο έναν από αυτούς. Είτε έχουμε συνολικά 3 σκληρούς δίσκους είτε παραπάνω το RAID 5 μας επιτρέπει να χάσουμε μόνο έναν από αυτούς. Σε περίπτωση που καούν/χαλάσουν 2 σκληροί δίσκοι ταυτόχρονα, τότε χάνουμε όλα μας τα δεδομένα. Η εγγραφή των δεδομένων γίνεται σε κομμάτια (blocks), συνήθως των 64KB, τα οποία μοιράζονται ανάμεσα σε όλους τους διαφορετικούς δίσκους της συστοιχίας. Πλεονεκτήματα Χάνετε μόνο το 33.33% της χωρητικότητας. Αν π.χ. έχουμε 3 σκληρούς δίσκους του 1TB, τότε το RAID θα έχει χωρητικότητα 2TB. Υψηλή ταχύτητα ανάγνωσης ακόμη και σε τυχαία ανάγνωση δεδομένων. Η ταχύτητα υπολογίζεται αθροιστικά όπως και στο RAID 1. Μειονεκτήματα Τα δεδομένα χάνονται όταν καούν/χαλάσουν 2 σκληροί δίσκοι ταυτόχρονα. 3. RAID 6 Το RAID 6 καταφέρνει να κρατήσει τα δεδομένα μας ασφαλή ακόμα και με απώλεια 2 σκληρών δίσκων. Σε περίπτωση που καούν/χαλάσουν 3 σκληροί δίσκοι χάνονται τα δεδομένα μας, αλλά αυτό είναι πολύ δύσκολο να συμβεί καθώς οι πιθανότητες είναι πολύ λίγες. Πλεονεκτήματα Υψηλή ταχύτητα ανάγνωσης ακόμη και σε τυχαία ανάγνωση δεδομένων. Η ταχύτητα υπολογίζεται αθροιστικά όπως και στα RAID 1 και 5. Μειονεκτήματα Στη χωρητικότητα χάνουμε συνολικά δύο σκληρούς δίσκους. Δηλαδή αν έχουμε 6 σκληρούς δίσκους του 1ΤΒ, τότε το RAID μας θα έχει χωρητικότητα 4TB. Επομένως, αυτή η διάταξη είναι κατάλληλη για τη σύνδεση μεγάλου αριθμού σκληρών δίσκων. Η ταχύτητα εγγραφής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον ελεγκτή και το Software. 28

Είδη RAID Υπάρχουν δύο είδη RAID, το Software RAID και το Hardware RAID. Το Software RAID αποτελεί τον φθηνότερο τρόπο RAID μιας και δεν χρειάζεται καθόλου ειδικό hardware, πάρα μόνο τους ελεγκτές της μητρικής μας πλακέτας. Αυτό μας δίνει την ελευθερία να επιλέξουμε όποια μέθοδο RAID θέλουμε με μηδενικό κόστος. Το κύριο μειονέκτημα, όμως, είναι πως όλη η διαδικασία δεσμεύει τον επεξεργαστή μας και τη RAM μας κάνοντας το υπολογιστή μας πιο αργό. Από την άλλη μεριά το Hardware RAID αποτελεί μια πιο ακριβή μέθοδο RAID καθώς απαιτεί έναν ειδικό ελεγκτή (ο πιο φθηνός ελεγκτής κοστίζει περίπου 220 ) που τοποθετείται σε θύρα PCI ή PCI Express και αναλαμβάνει όλες τις λειτουργίες του RAID. Ο ελεγκτής έχει τη δική του RAM και το δικό του επεξεργαστή με αποτέλεσμα να μη δεσμεύεται καθόλου ο επεξεργαστής μας ή η RAM μας. Ουσιαστικά παρουσιάζει το RAID ως ένα ενιαίο δίσκο στο σύστημα. Δεν χρειάζεται υποστήριξη από πλευράς του λειτουργικού συστήματος ή ειδικοί drivers, και εγκαθίσταται κανονικά όπως σε οποιοδήποτε δίσκο. 3.5. TRIM Το TRIM είναι μια τεχνολογία που έχουν σχεδόν όλοι οι σκληροί δίσκοι SSD. Πρόκειται για μια μέθοδο αυτόματης ανασυγκρότησης, ώστε τα δεδομένα να είναι εύκολα προσπελάσιμα ακόμα και μετά από πολλές εγγραφές-σβησίματα- επανεγγραφές. Το TRIM έχει σχεδιαστεί για να επιτρέψει στο λειτουργικό σύστημα να ενημερώνει τον SSD, ποιες σελίδες δεν περιέχουν πλέον έγκυρα δεδομένα λόγω διαγραφής είτε από το χρήστη είτε από το ίδιο το λειτουργικό σύστημα. Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας διαγραφής, το λειτουργικό σύστημα θα σηματοδοτήσει τόσο τους τομείς όσο και τα νέα δεδομένα με TRIM εντολή στον SSD, έτσι χαρακτηρίζονται ότι δεν ισχύουν πλέον. Η διαδικασία αυτή εφαρμόζεται αυτόματα ανά τακτά χρονικά διαστήματα προκειμένου ο σκληρός δίσκος να είναι ενημερωμένος και να οργανώνει τα δεδομένα καλύτερα. Αυτό κρατάει την ταχύτητα του σκληρού δίσκου υψηλή και δεν χάνει δεδομένα. Δυστυχώς (προς το παρόν) η εφαρμογή του TRIM δεν είναι δυνατή στη μέθοδο RAID. 29

3.6. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Οι σκληροί δίσκοι SSD φαίνεται να κερδίζουν έδαφος έναντι των σκληρών δίσκων HDD και αυτό διότι έχουν πληθώρα πλεονεκτημάτων. Πλεονεκτήματα Ταχύτητα: Η ταχύτητα ενός σκληρού δίσκου SSD είναι μεγαλύτερη από οποιοδήποτε άλλο μέσο αποθήκευσης. Αυτό οφείλεται φυσικά στο είδος μνήμης που χρησιμοποιεί (NAND Flash) και στην έλλειψη μηχανικών μερών. Η ταχύτητα ενός SSD επιτρέπει σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή να εκκινεί και να ανοίγει όλες του τις εφαρμογές σε μικρότερο χρονικό διάστημα. Αντοχή: Χωρίς μηχανικά μέρη η προστασία των δεδομένων κορυφώνεται. Όλα τα εξαρτήματα είναι καλά στερεωμένα στο εσωτερικό του δίσκου με αποτέλεσμα να έχει μεγάλες αντοχές, ακόμη και από μεγάλες πτώσεις. Θόρυβος και θερμοκρασία: Τα μοτέρ, οι κεφαλές, οι βραχίονες και οι ταχύτητες περιστροφής υπερθερμαίνουν αρκετά τους σκληρούς δίσκους HDD, ενώ ταυτόχρονα τους καθιστούν ιδιαίτερα θορυβώδεις. Κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει στους σκληρούς δίσκους SSD καθώς δεν έχουν μηχανικά μέρη. Έτσι ένας σκληρός δίσκος SSD δεν υπερθερμαίνεται και δε κάνει θόρυβο. Εξοικονόμηση ρεύματος: Η έλλειψη μηχανικών μερών και οι χαμηλές τάσεις που απαιτούνται για την ανάγνωση, εγγραφή και διαγραφή των δεδομένων στις μνήμες NAND Flash συνεπάγονται χαμηλότερη κατανάλωση ρεύματος. Αυτό δε προσφέρει μόνο χαμηλότερο κόστος ρεύματος στους χρήστες αλλά προσφέρει και τη δυνατότητα ενσωμάτωσης των σκληρών δίσκων SSD σε φορητές συσκευές (π.χ.tablet), που επιδέχονται περιορισμούς λόγω μπαταρίας. Σταθερή απόδοση: Η απόδοση και η ταχύτητα του ενός σκληρού δίσκου HDD εξαρτάται από τα σημεία στα οποία έχει αποθηκεύσει ή θέλει να εγγράψει τα δεδομένα μας και από τη θερμοκρασία που αναπτύσσεται στο εσωτερικό του. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την συνεχή αυξομείωση της επίδοσης του. Στους σκληρούς δίσκους SSD, λόγω των χαμηλών χρόνων προσπέλασης η απόδοση όχι μόνο είναι πολύ πιο υψηλή αλλά πρακτικά είναι και σταθερή. Μικρό μέγεθος: Εκτός από την χαμηλή κατανάλωση ρεύματος οι σκληροί δίσκοι SSD έχουν ακόμα ένα πλεονέκτημα που τους κάνει ιδανικούς για χρήση σε μικρές συσκευές (π.χ.tablet, minibook, κινητά τηλέφωνα), το μικρό τους μέγεθος. Οι μονάδες των μνημών NAND Flash έχουν πολύ μικρό μέγεθος με αποτέλεσμα το μέγεθος του τελικού προϊόντος (σκληρός δίσκος SSD) να είναι μικρότερο σε σχέση με τους σκληρούς δίσκους HDD. 30

Μειονεκτήματα Οι σκληροί δίσκοι SSD προσφέρουν πληθώρα πλεονεκτημάτων με το κυριότερο να είναι η ταχύτητα τους. Ωστόσο, παρουσιάζουν ορισμένα μικρά μειονεκτήματα όπως: Χαμηλή χωρητικότητα: Ο αριθμός των μονάδων NAND Flash δεν μπορεί να είναι μεγάλος σε έναν σκληρό δίσκο SSD. Αυτό περιορίζει το τελικό μέγεθος του. Παρόλα αυτά μπορούμε να φτάσουμε σε πολύ μεγάλες χωρητικότητες χρησιμοποιώντας πολλαπλά κυκλώματα σκληρών δίσκων SSD, όπως ακριβώς γίνεται και στους σκληρούς δίσκους HDD. Κόστος: Παρά την μείωση των τιμών των σκληρών δίσκων SSD, παραμένουν αρκετά υψηλότερες από αυτές των σκληρών δίσκων HDD. Αυτό, όμως, δε φαίνεται να αποτελεί σημαντικό πρόβλημα στους χρήστες καθώς το ποσό παραμένει αρκετά χαμηλό για το έργο που παράγουν. Θα μπορούσαμε λαϊκώς να πούμε ότι «αξίζουν τα λεφτά τους». Δεν εφαρμόζεται το TRIM στη μέθοδο RAID. 3.7. Σύγκριση σκληρών δίσκων SSD και HDD Εικόνα 4.5: Σύγκριση σκληρού δίσκου HDD με SSD 31

Οι σκληροί δίσκοι SSD δεν έχουν χρόνο περιστροφής, αφού δεν έχουν μηχανικά κινούμενα μέρη. Αυτό τους κάνει γρηγορότερους σε σχέση με τους σκληρούς δίσκους HDD, οι οποίοι έχουν διαφορετικούς και πιο αργούς χρόνους ανάγνωσης, εγγραφής και διαγραφής δεδομένων. Οι σκληροί δίσκοι SSD είναι πολύ πιο γρήγοροι και η αναζήτηση των δεδομένων τους είναι από 80 έως 100 φορές γρηγορότερη από ένα σκληρό δίσκο HDD. Η πρόσβαση στα δεδομένα ενός σκληρού δίσκου SSD γίνεται σχεδόν ακαριαία, ανεξάρτητα από το σημείο που βρίσκονται μέσα στο δίσκο. Οι σκληροί δίσκοι SSD είναι αθόρυβοι. Αντιθέτως, οι σκληροί δίσκοι HDD κάνουν αρκετό θόρυβο ο οποίος οφείλεται στα κινούμενα και μηχανικά μέρη τους. Αν εξαιρέσουμε τα θέματα κατασκευής (π.χ. firmware), οι σκληροί δίσκοι SSD παίρνουν την πρωτιά στην αξιοπιστία. Η συντριπτική πλειοψηφία σφαλμάτων που εμφανίζονται σε σκληρούς δίσκους HDD αποδίδεται σε μηχανική βλάβη. Σε θέματα αριθμού ανάγνωσης/εγγραφής οι σκληροί δίσκοι HDD υπερτερούν μιας και δεν υπάρχει όριο εγγραφής σε ένα μαγνητικό δίσκο (η πολικότητα μπορεί να αλλάξει άπειρες φορές). Οι σκληροί δίσκοι SSD όμως, έχουν πεπερασμένο αριθμό εγγραφών στις μνήμες NAND Flash. Βέβαια, ένας μέσος υπολογιστής δύσκολα μπορεί να φτάσει αυτό το όριο εγγραφών. Για παράδειγμα, ένας δίσκος Intel X25-M μπορεί να γράφει δεδομένα 20GB επί 5 χρόνια συνεχόμενα. Οι σκληροί δίσκοι SSD παρέχουν πολύ καλύτερη ασφάλεια δεδομένων. Όταν ένας SSD φτάνει στο όριο εγγραφών του (άρα και στο τέλος της ζωής του) τότε οι μνήμες NAND Flash γίνονται μόνο ανάγνωσης. Ο δίσκος διαβάζει τα δεδομένα από τον ανενεργό τομέα και τα γράφει σε ένα νέο κομμάτι του δίσκου. Όλα αυτά μας προειδοποιούν και μας δίνουν αρκετό χρόνο ώστε να κρατήσουμε τα απαραίτητα αντίγραφα των αρχείων μας και να προμηθευτούμε ένα νέο σκληρό δίσκο. Αντιθέτως, όταν οι σκληροί δίσκοι HDD χαλάσουν είναι σχεδόν σίγουρο ότι έχουμε χάσει και τα αρχεία μας. Οι σκληροί δίσκοι SSD καταναλώνουν 30-60% λιγότερη ενέργεια από τους παραδοσιακούς σκληρούς δίσκους HDD. Οι σκληροί δίσκοι SSD έχουν πολύ υψηλό κόστος, ενώ το κόστος των σκληρών δίσκων HDD έχει μειωθεί κατακόρυφα τα τελευταία χρόνια (μια ενδεικτική τιμή είναι περίπου 0,09 /GB). Η διαφορά αυτή ενδέχεται να μηδενιστεί τα επόμενα χρόνια καθώς η τιμή των σκληρών δίσκων SSD μειώνεται όσο διπλασιάζεται η χωρητικότητα τους. Το 2011 το κόστος τους ενεχόταν περίπου στα 0,50-0,60 /GB ενώ σήμερα έχει μειωθεί στα 0,21-0,32 /GB (βάση του Amazon.com). 32

4. Συμπεράσματα Οι σκληροί δίσκοι SSD δεν αποτελούν κάποιου είδους νέας τεχνολογικής εξέλιξης, αλλά είναι αποτέλεσμα της σωστής διασύνδεσης μνημών Flash. Παρόλα αυτά αποτελούν το μέλλον της τεχνολογικής εξέλιξης καθώς συμβάλουν στην ολοένα αυξανόμενη πυκνότητα αποθήκευσης των ημιαγωγικών μνημών και στην ενσωμάτωσή τους σε πλήθος καταναλωτικών και εταιρικών προϊόντων. Τα πλεονεκτήματα τους υπερτερούν έναντι των μειονεκτημάτων τους, αφού προσφέρουν ασύλληπτες ταχύτητες, μεγάλη αξιοπιστία και πλήθος απαραίτητων λειτουργιών (όπως το TRIM). Ωστόσο, το υψηλό κόστος και οι διάφοροι μέθοδοι διόρθωσης σφαλμάτων χρίζονται θέματα άμεσης επίλυσης. 33

Βιλιογραφία [1] Δαμακίδης Γεώργιος και Παπατζαλάκης Γεώργιος, «Μνήμες και αποθηκευτικοί χώροι σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή», Εκπαιδευτικό ίδρυμα Καβάλας, Τμήμα Ηλεκτρολογίας, Νοέμβριος 2009 [2] Τσεκούρας Βασίλειος, «Τεχνοοικονομική Διοίκηση και Ασφάλεια Ψηφιακών Συστημάτων», Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα ψηφιακών συστημάτων, Απρίλιος 2014 [3] Δρ. Μηνάς Δασυγένης, «Αρχιτεκτονική Υπολογιστών», Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών [4] Στέλιος A. Κορκοτσίδης, «Αρχιτεκτονική αποκωδικοποιητών μεταβλητού ρυθμού για LDPC κώδικες και εφαρμογή σε ημιαγωγικές μνήμες τύπου NAND Flash», Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής, Πάτρα, Μάιος 2016 [5].Λιούπης, Ηµιαγωγικές µνήµες, Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής [6] Αθηνά Σαλωνίδου, «Νανοκρυσταλλικό πυρίτιο για εφαρμογές σε νανοηλεκτρονικές διατάξεις μνήμης», Εθνικό και Καποδιστριακό πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα Φυσικής, 2006 [7] Γεώργιος Σ. Καµουλάκου, «Σχεδίαση, χαρακτηρισµός και µελέτη αξιοπιστίας πρωτότυπων διατάξεων µνήµης τύπου αστραπής (flash memory) και των περιφερειακών κυκλωµάτων λειτουργίας αυτής», Εθνικό και Καποδιστριακό πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα πληροφορικής και τηλεπικοινωνιών, Δεκέμβριος 2003 [8] Αντωνία Τερζίδου, Σκληροί Δίσκοι, Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών [9] Δρ. Μηνάς Δασυγένης, «Αρχιτεκτονική Υπολογιστών», Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών [10] Στέλιος A. Κορκοτσίδης, «Αρχιτεκτονική αποκωδικοποιητών μεταβλητού ρυθμού για LDPC κώδικες και εφαρμογή σε ημιαγωγικές μνήμες τύπου NAND Flash», Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής, Πάτρα, Μάιος 2016 Αναφορές [1] Στέλιος A. Κορκοτσίδης, «Αρχιτεκτονική αποκωδικοποιητών μεταβλητού ρυθμού για LDPC κώδικες και εφαρμογή σε ημιαγωγικές μνήμες τύπου NAND Flash», Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής, Πάτρα, Μάιος 2016 [2] Τσεκούρας Βασίλειος, «Τεχνοοικονομική Διοίκηση και Ασφάλεια Ψηφιακών Συστημάτων», Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα ψηφιακών συστημάτων, Απρίλιος 2014 Internet http://dide.zak.sch.gr/plinetza/tech/mesa_stereas_katastasis.pdf http://www.newtech-pub.com/wp-content/uploads/2013/10/kef_4_tpe.pdf 34