|
|
Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информацииТвердотельные устройства хранения используются в миниатюрных компьютерах, а также компьютеризированных цифровых устройствах бытовой электроники — фотокамерах, плейерах, приемниках глобальной системы позиционирования (GPS), музыкальных инструментах и прочих. В большинстве своем эти устройства основаны на микросхемах флэш-памяти, в наиболее современных используется память со структурой NAND (см. п. 7.3.2). Этому типу флэш-памяти присуще быстрое чтение, запись и стирание небольших блоков (256 или 512 байт), что удобно для записи файлов. Правда, для этой памяти характерны довольно медленное чтение произвольного байта и отсутствие возможности побайтной записи, но приложениям этих карт такая возможность и не требуется, поскольку они ориентированы на блочный обмен. Устройства на флэш-памяти являются энергонезависимыми (в режиме хранения не требуют питания), экономичными в плане потребления, 9.3. Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информации
Есть и другие твердотельные хранители — например, ферроэлектрическая память (FRAM), но пока что массового применения они не имеют. Менее чем за десятилетие устройства хранения на флэш-памяти прошли большой путь от электронных «дисков» («винчестеров») размером в 3" до современных, размером с почтовую марку. Интерфейсы твердотельных устройств хранения — карт внешней памяти — тесно связаны с их конструктивами; основные характеристики наиболее распространенных карт приведены в табл. 9.12. Таблица 9.12.Основные характеристики карт внешней памяти
Вышеперечисленные карты можно подключать и к обычным компьютерам. Для этого существуют различные адаптеры: для слотов PC Card (к блокнотным ПК), для шины USB (для самых разных ПК) и для других внешних интерфейсов. С помощью этих адаптеров компьютер «видит» подключенную карту как обычный сменный носитель информации (диск). Конечно, компьютеры общего назначения в такой внешней памяти не нуждаются — своя и больше, и дешевле. Главная цель подключения карты к ПК — быстрая передача прикладных данных бытового устройства (фотографий, музыки и т. п.) или перенос (хранения) информации (вместо дискет). В качестве интерфейса твердотельных устройств хранения может использоваться и самый обычный вариант AT А. Существуют устройства DOM (Disk On Module) — небольшие модули, которые вставляются в обычный 40-контактный разъем АТА, имеющийся на любой современной системной плате. Правда, этот «винчестер» не блещет выдающимися параметрами: объем — 4-256 Мбайт, средняя скорость передачи данных — 1,6 Мбайт/с, удельная стоимость хранения — около $1,5 за мегабайт. Внутри модуля находится флэш-память структуры NAND с контроллером, эмулирующим систему команд АТА. Основное применение этих модулей — хранение ПО встраиваемых компьютеров, но можно ими пользоваться и как сменными устройствами хранения. Глава 9. Интерфейсы устройств хранения CompactFlash Карты CompactFlash (рис. 9.7), поддерживаемые ассоциацией CFA (Compact Flash association), широко используются в различных электронных приборах: цифровых фотокамерах, фотопринтерах, МРЗ-плейерах, цифровых диктофонах, персональных коммуникаторах и, конечно же, компьютерах — настольных, карманных, автомобильных. Карты имеют размер 42,8 х 36,4 х 3,3 мм (4 мм с учетом выступа) и 50-контактный разъем (розетка на карте, двухрядный штырьковый разъем с шагом 1,27 мм на слоте). Назначение контактов приведено в табл. 9.13. Через переходник с 50 на 68-контактный разъем карты могут устанавливаться в слот PC Card Type II или III, имеющийся практически во всех блокнотных ПК. Объем памяти выпускаемых в настоящее время карт — от 4 Мбайт до 1 Гбайт, напряжение питания — 5 или 3,3 В. Карты могут работать в одном из трех режимов: карт памяти (Mem), карт ввода-вывода PC Card (I/O), «чистого» режима IDE (ATA). В первых двух режимах карты работают с теми же интерфейсными сигналами, что и PC Card. В режиме IDE электрический интерфейс и система команд полностью совместимы со спецификацией АТА (см. п. 9.2.1), правда, обмен данными возможен только в режиме РЮ. Режим IDE выбирается заземлением на стороне хоста сигнала ATA_SEL#. При этом из шины адреса используются только А[2:0] (остальные заземлены хостом); шина данных при обращениях к регистрам АТА имеет разрядность 8 бит, а при передаче данных — 16. Сигналы CSO# и CS1# используются для выбора блока командных и управляющих регистров соответственно. Сигналы PDIAG#, DASP#, CSEL#, RESET* и IORDY соответствуют спецификации АТА. Сигналом CSEL# выбирается роль карты: при заземленном контакте — устройство 0 (master), при разомкнутом — устройство 1 (slave); можно воспользоваться и «кабельной выборкой». Сигналы REG# и WE# должны подключаться к шине питания (Vcc). Сигналы CD1# и CD2# являются индикаторами установки карты (их контакты замыкаются последними, на карте они заземлены). В табл. 9.14 описан чисто пассивный переходник, позволяющий подключить карту Compact Flash к обычному порту АТА (IDE), имеющемуся на любой современной системной плате.
Рис. 9.7. Карты CompactFlash 9.3. Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информации
I/O IDE № Mem I/O IDE
CFC, конт. № CFC, конт. № Цепь ATA, конт. №
GND1 GND' GND1 GND1 GND1 +5V2 GND1
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
Глава 9. Интерфейсы устройств хранения Таблица 9.14 (продолжение)
ATA, конт. №
1 С шиной GND должны быть соединены контакты 2,19,22,24,26,30 и 40 разъема АТА, а также контакт разъема питания. 2 Питание +5V на переходник подается от дополнительного разъема. 3 Возможно подключение не к разъему АТА, а к шине GND через джампер: замкнут — ведущее устройство, разомкнут — ведомое. SmartMedia Card Карты SmartMedia Card, поддерживаемые ассоциацией PCMCIA, предназначены примерно для того же круга приложений, что и CompactFlash. Они совсем тонкие, имеют менее «нежный» печатный разъем с малым числом контактов (всего 22) и не боятся не только повышенной влажности, но и воды. Карты основаны на микросхемах флэш-памяти с организацией запоминающих ячеек NAND. Средняя скорость передачи данных — 2 Мбайт/с, пиковая — до 10. Вид карт приведен на рис. 9.8, назначение контактов —в табл. 9.15. Карты на 5 В выпускаются объемом 16и32 Мбит (2 и 4 Мбайт). Карты на 3,3 В выпускаются объемом 16, 32 или 64 Мбит (2, 4, 8 Мбайт); у них контакт 17 соединен с Vcc. Для карт SmartMedia выпускают простые переходные адаптеры на слот PC Card Type II. Появились даже устройства FlashPath™ для считывания этих карт в обычном дисководе(!) 1,44 Мбайт.
а б Рис. 9.8. Карты SmartMedia: а — питание 5 В, б — питание 3,3 В 9.3. Интерфейсы иконструктивы твердотельных носителей информации________________ 399 Таблица 9.15.Назначение контактов SmartMedia Card
Карты MultiMediaCard (MMC) и Secure Digital (SD) еще компактнее — их размер в плане всего 32x24 мм при толщине 1,4 мм у ММС и 2,1 мм у SD. Эти карты имеют краевой печатный разъем, 7-контактый у ММС и 9-контактный у SD. У карт ММС на разъем выводятся питание, управляющий сигнал, сигнал синхронизации и двухразрядная шина данных. У карт SD за счет пары дополнительных контактов шина данных расширена до 4 бит, что позволяет повысить скорость обмена. Конструктивно карты SD сделаны так, что устройства, работающие с ними, физически могут работать и с картами ММС, но не наоборот (в тонкий слот ММС более толстую карту SD и не вставить). Логическая совместимость должна обеспечиваться программным обеспечением хоста (устройства, в которое вставляют карту). Карты ММС и SD предназначены примерно для того же спектра устройств, что и CompactFlash; к ним стоит добавить и электронные книги (eBook). Однако назначение этих карт различно: ММС предназначены для широкого распространения данных — музыки, игр, электронных книг, — и они являются довольно дешевыми носителями информации. Карты SD предназначены для безопасного (в смысле конфиденциальности) распространения информации, и они гораздо дороже. Карты SD разработаны альянсом трех компаний — Toshiba, Matsushita (более известная по торговой марке Panasonic) и SanDisk, которые организовали ассоциацию SDA (Secure Digital Association), выпускающую спецификации, принятые уже сотнями фирм во всем мире. Членство в ассоциации платное и дорогостоящее; по вполне понятным причинам технические детали SD широко не освещаются (иначе грош цена провозглашаемой безопасности). Карты SD (рис. 9.9) имеют размер 32x24x2,1 мм; справа на рисунке виден переключатель защиты записи (WP), предохраняющий от случайного стирания. На печатной плате карты SD смонтирована флэш-память структуры NAND, SD-контроллер и вспомогательные компоненты. 9-контактный разъем карт SD (табл. 9.16) по выводам 1-7 совпадает с картами ММС. Карты SD допускают «горячее» подключение/ отключение. Конструкция коннектора рассчитана на 10 000 циклов вставки-изъятия. Карты выдерживают до 200 000-300 000 циклов записи в каждый блок флэш-памя- 400________________________________ Глава 9. Интерфейсы устройств хранения ти и падение на пол с высоты 3 м. Они устойчивы и к жаре, и к морозу. Скорость передачи данных у первых карт SD — 2 Мбайт/с, объем — 8-512 Мбайт; в 2002 г. планируется подъем скорость до 10 Мбайт/с и объем до 1 Гбайт, а в 2004 — до 20 Мбайт/с и 4 Гбайт. Начальная удельная цена хранения высока — $3 за 1 Мбайт, но постепенно она должна снизиться до уровня $1 за 1 Мбайт (что тоже немало!) и ниже.
Рис. 9.9. Карта памяти SD (вид сзади) Для карт SD разработаны (и разрабатываются) спецификации форматов данных на трех уровнях: ♦ физический уровень описывает перезаписываемые карты (SD-Rewritable) и ♦ уровень файловой системы использует стандарт ISO 9293; ♦ прикладной уровень учитывает специфику атрибутов различных типов содер Таблица 9.16.Назначение контактов карт ММС и SD
9.3. Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информации 401 Карта SD имеет три области хранения с разными возможностями доступа: область хранения ключей шифрования и аутентификации, область секретных данных и область данных общего назначения. Секретные данные хранятся и передаются в зашифрованном виде, их кодирование-декодирование выполняется хостом (устройством, в которое устанавливается карта). Для того чтобы установить канал обмена секретными данными, требуется взаимная аутентификация хоста и карты: хост должен «признать» карту, а карта — хост. Таким образом, обмен данными с защищенной областью карты возможен только на «фирменных» устройствах (до тех пор пока алгоритмы и ключи шифрования не попадут в руки хакеров). Карты SD продаются в форматированном виде; при необходимости они могут быть переформатированы на специальном устройстве или хосте SD, имеющем функции форматирования. Нештатное форматирование (например, на компьютере) может привести карту в состояние, негодное для дальнейшего применения, — защита может сработать как дверь, захлопнувшаяся на замок, единственный ключ от которого остался внутри. Совместимость SD и ММС весьма ограничена. Хосты SD-карт совместимы с картами ММС на физическом уровне; в картах ММС и SD используется одна и та же структура таблицы размещения файлов (FAT), чем обеспечивается совместимость и на уровне записи/чтения файлов. Однако на прикладном уровне программные спецификации «начинки» этих карт могут и различаться. Так, например, в SD МРЗ-плейеры нельзя вставлять карты ММС — они используют различные форматы данных. Данные общего назначения (не секретные) могут быть перенесены с ММС на SD, но перенос секретных данных хосты не допустят (если хост — не компьютер со взломанным ПО). Хосты ММС-карт с SD-картами несовместимы даже чисто физически (эти карты в слот для ММС не влезут по толщине). Кроме карт SD-памяти, планируется выпуск и карт ввода-вывода (SD I/O card). В первую очередь рассматривается интерфейс Bluetooth, позволяющий быстро и без проводов синхронизировать данные устройств, имеющих слот SD, друг с другом и с устройствами, уже имеющими этот интерфейс. Miniature Card Карты Miniature Card предназначены для использования в недорогих устройствах бытовой электроники в качестве сменной флэш-памяти, а также расширения динамической памяти (рис. 9.10). В интерфейсе карт используется линейный доступ к произвольной ячейке памяти с адресуемым объемом до 64 Мбайт. Карты имеют немультиплексированную 16-разрядную шину данных и могут работать в пакетном режиме передачи данных. Также имеется возможность работы с 8-разрядным хостом (старший и младший байты шины запараллеливаются, линия BS8# заземляется). Интерфейс хоста для этих карт конфигурируется на работу в режиме DRAM или флэш-памяти; карты снабжаются микросхемой энергонезависимой памяти идентификации с интерфейсом PC. Карты имеют прорези для правильного позиционирования и коннектор, обеспечивающий «горячее» (даже для DRAM!) подключение. При установке передний край карты вводят в слот, при этом подключаются контакты «первой очереди»: GND, VCC и CINS* (контакт, за- Глава 9. Интерфейсы устройств хранения
GND CINS# Vcc
а б Рис. 9.10. Карта Miniature Card: а — общий вид, б — вид снизу При работе по интерфейсу DRAM используются линии адреса А[12:0] и управляющие сигналы RAS#, CASH* и CASL# (стробы для старшего и младшего байтов), а также WE#. Карты имеют отдельную линию питания Veer для регенерации при отключенном основном питании. При работе по интерфейсу флэш-памяти используются линии адреса А[24:0] и управляющие сигналы ОЕ# (чтение), WE# (запись), СЕН# и СЕ1_# (выборка для старшего и младшего байтов). 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
особенно при чтении, достаточно производительными, но, увы, недешевыми. Запись на эти носители специфична: быстрее всего она выполняется в чистый (стертый) блок (сектор диска), а перезапись требует относительно длительного стирания. Кроме того, флэш-память имеет хоть и большое (порядка 105), но ограниченное число циклов стирания-записи — как ни странно, у носителей с подвижным носителем с этим ограничением не сталкиваются. Устройства хранения обычно представляют комбинацию собственно микросхем памяти и микроконтроллера, обеспечивающего внешние интерфейсные функции. Этим они отличаются от карт памяти с линейным доступом, например Miniature Card, на которых располагаются только микросхемы памяти (встроенный контроллер не требуется).
Таблица 9.13.Назначение контактов карт CompactFlash
Таблица 9.14.Переходник CompactFlash Card — ATA
2
АТА, конт. № Цепь CFC, конт. № CFC, конт. № Цепь
9.3.3. MultiMediaCard и Sequre Digital
На всех уровнях действуют средства безопасности (Security), являющиеся основным «коньком» SD. В SD используются технологии обеспечения безопасности CPRM (Content Protection for Recordable Media — защита содержимого записываемых носителей) — стандарта шифрования и сертификации/аутентификации, разработанного и лицензируемого фирмами IBM, Intel, Matsushita (Panasonic) и Toshiba. Карты SD-Audio отвечают требованиям SDMI1 (Secure Digital Music Initiative) к портативным устройствам.
SDMI — коалиция производителей аудиоаппаратуры RIAA (Recording Industry Association of America) и компаний музыкальной индустрии (включающей ведущие звукозаписывающие фирмы UMG, ВМС, EMI, WMG, SME), направленная на защиту авторских прав на музыкальные произведения.
мыкающийся на «землю»). Затем карта опускается вниз, прижимаются контакты основного эластомерного разъема и замыкается контакт обнаружения CD#. Карты могут работать с питанием 5 и 3,3 В; для идентификации питания служат сигналы VS1 #, VS2#. Карта Miniature Card через переходный адаптер может устанавливаться в слот PC Card типа 2.
