Báo cáo : kích thước vật lý của USB

Báo cáo: kích thước vật lý của USB BẢN BÁO CÁO Chủ đề: “lý do dung lượng USB flash tăng trong khi kích thước vật lý lại không thay đổi” Nhóm số 30: FireGoats. Ngày 08 tháng 09 năm 2011. Thành viên: - Trần Văn Sáng. - Hoàng Minh Tân. - Phạm Hùng Cường Nhóm số 30: FireGoats. Page 1 Báo cáo: kích thước vật lý của USB Table of Contents MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 3 I. Giới thiệu chung ................................................................................................. 4 1. Giới thiệu về USB. ............................................................................................ 4 2. Cấu trúc USB flash ........................................................................................... 4 3. Cấu trúc chip nhớ: ............................................................................................ 5 II. Sự thu nhỏ về kích thước của USB flash: ............................................................... 5 1. Tăng mật độ pin nhớ: ....................................................................................... 5 2. Giảm kích thước linh kiện. ................................................................................ 5 3. Cải tiến cấu trúc pin. ........................................................................................ 6 III. Kết luận .......................................................................................................... 8 PHỤ LỤC: ................................................................................................................. 9 1. Nguồn tham khảo: ........................................................................................... 9 Nhóm số 30: FireGoats. Page 2 Báo cáo: kích thước vật lý của USB MỞ ĐẦU Ngày nay, với tốc độ phát triển chóng mặt của công nghệ thông tin, các thiết bị công nghệ đang không ngừng được sáng chế để phục vụ cho nhu cầu của con người bằng sự tiện nghi của chúng Một khía cạnh khá quan trọng của mô hình công nghệ hiện nay mà chúng tôi chuẩn bị đề cập đến có liên quan đến việc lưu giữ thông tin. Đó chính là thiết bị lưu trữ di động chúng ta sử dụng hàng ngày mà được gọi là USB flash (Universal serial bus) Sự phát triển công nghệ đôi khi lại mang theo những rắc rối cồng kềnh về kích thước dữ liệu, điều này khiến các nhà nghiên cứu phải tìm cách tăng kích thước của các thiết bị lưu trữ, mà cụ thể chúng ta đang nói đến USB flash. Và câu hỏi được đặt ra là “tại sao kích thước USB qua từng năm tăng theo cấp số nhân, trong khi kích thước của chúng vẫn giữ nguyên, thậm chí chúng còn trở nên nhỏ và nhẹ hơn!”. Bản báo cáo của chúng tôi sẽ bàn về chủ đề này. Nhóm số 30: FireGoats. Page 3 Báo cáo: kích thước vật lý của USB I. Giới thiệu chung 1. Giới thiệu về USB. - Ổ USB flash, ổ cứng di động USB, ổ cứng flash USB (gọi tắt là USB) là thiết bị lưu trữ dữ liệu sử dụng bộ nhớ flash tích hợp với giao tiếp USB (Universal Serial Bus). Chúng có kích thước nhỏ, nhẹ, có thể tháo lắp và ghi lại được. Dung lượng của các ổ USB flash trên thị trường hiện nay có thể lên đến 256 GB và còn có thể lên nữa trong tương lai. - Các phiên bản hiện nay:  1.0: 1996  2.0: 04 / 2000  3.0: 17/11/2008. 2. Cấu trúc USB flash Một ổ USB flash loại thông thường có các thành phần sau: - Bản mạch in nhỏ chứa các linh kiện điện tử cùng một (hoặc nhiều) chip nhớ flash hàn trực tiếp trên mạch in. - Đầu cắm kết nối với các cổng USB; các kết nối thường sử dụng chuẩn A cho phép chúng kết nối trực tiếp với các khe cắm USB trên máy tính. - Vỏ bảo vệ: Toàn bộ bản mạch in, chip nhớ flash nằm trong một vỏ bảo vệ kim loại hoặc nhựa giúp nó đủ chắc chắn (để có thể cho vào túi, làm móc chìa khóa v.v...) Chỉ có đầu kết nối USB nằm ngoài vỏ bảo vệ này và thường có một nắp đậy cho nó. Vỏ bảo vệ thường được thiết kế đa dạng nhằm hấp dẫn người sử dụng, có những loại USB có khả năng chống thấm ướt, chống sốc. - Nẫy gạt chống ghi: Một số ổ USB flash có thiết kế nẫy gạt để chống ghi, tuy nhiên chúng chỉ có ý nghĩa không cho phép hệ điều hành ghi hoặc sửa đổi dữ liệu vào ổ. - Đèn báo hoạt động: Đa phần các ổ USB flash có một đèn báo nhỏ để hiển thị chế độ làm việc của nó (đèn này là một diode LED nhỏ gắn trên bo mạch của ổ, có màu khác nhau tuỳ hãng). Cách báo hiệu sự hoạt động này cũng không được thống nhất giữa các hãng sản xuất: có loại ổ USB sáng đèn là trạng thái đang đọc hoặc ghi và ngược lại tắt đèn là nghỉ, có loại sáng đèn là nghỉ và tắt đèn là đọc/ghi (trong quá trình đọc/ghi chúng sáng tắt liên tục nên tạo sự nhấp nháy) hoặc các hình thức báo hiệu khác…, người sử dụng nên quan sát sau một vài lần để biết chính xác trạng thái để tránh tháo Nhóm số 30: FireGoats. Page 4 Báo cáo: kích thước vật lý của USB thiết bị khi chúng đang làm việc. - Dây đeo, móc khoá…là các phần phụ có thể được bán kèm theo ổ USB flash, chúng là thiết bị phụ, có thể không cần thiết đối với một số người sử dụng. Để truy cập dữ liệu trong ổ flash, ta cần kết nối ổ với máy điện toán hoặc cắm vào một USB host controller hoặc một USB hub. Các ổ USB flash chỉ hoạt động khi được cắm vào một đầu nối USB và được cấp điện bởi đầu nối này (chúng sử dụng nguồn điện 5Vdc từ máy tính). 3. Cấu trúc chip nhớ: Bộ nhớ flash là một loại bộ nhớ máy tính không khả biến, có thể xóa và ghi lại bằng điện. Đây là công nghệ đã được sử dụng trong các thẻ nhớ, ổ nhớ USB flash để lưu trữ và truyền dữ liệu giữa các máy tính và các thiết bị kĩ thuật số khác. Không như EEPROM, nó được xóa và ghi lại theo khối gồm nhiều vị trí (ban đầu bộ nhớ flash chỉ có thể xóa toàn bộ). Bộ nhớ flash rẻ hơn nhiều so với EEPROM. Bộ nhớ flash được sử dụng trong máy tính xách tay, máy nghe nhạc kĩ thuật số, máy ảnh kĩ thuật số và điện thoại di động. Nó cũng được sử dụng trên các máy trò chơi, thay thế cho EEPROM hoặc RAM tĩnh nuôi bằng pin để lưu dữ liệu.. II. Sự thu nhỏ về kích thước của USB flash: 1. Tăng mật độ pin nhớ: Công nghệ vi xử lý cho phép tăng mật độ lưu trữ và giảm chi phí trên mỗi Megabyte dữ liệu từ kể từ khi bộ nhớ flash lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1988. Thiết bị flash đầu tiên của Intel chỉ có dung lượng là 256Kb và được bán với giá 20$( tương đương với 640$ một Mbyte). Sau đó, những cải tiến về công nghệ đã dần dần khắc phục những nhược điểm trên. Ví dụ, năm 1996 1 thiết bị lưu trữ 8Mbit có giá 12$( 12&/Mbyte)- giảm chi phí trên mỗi Mbyte xuống 50 lần. Hiện nay, những công nghệ liên tục phát triển chắc chắn sẽ nâng cao mật độ và hạ giá thành xuống rất nhiều 2. Giảm kích thước linh kiện. - Nhu cầu tăng mật độ lưu trữ thông tin đã đẩy công nghệ silicon giới hạn của nó và dẫn đến một sự tập trung vào nghiên cứu về vật liệu mới và cấu trúc thiết bị, chẳng hạn như truy cập ngẫu nhiên bộ nhớ điện từ và ống nano carbon hiệu ứng trường transistors, ultra-large-scale integrated memory. - Trải qua các mốc công nghệ nano như: 90nm (2002–2003), 45nm(2007– Nhóm số 30: FireGoats. Page 5 Báo cáo: kích thước vật lý của USB 2008 ), 32nm(10/02/2009), 22 nm(2011). Bằng việc sử dụng công nghệ này, kích thước của pin nhớ cùng các thiết bị khác đã giảm đi đáng kể. - VD: Với 1cm^2 vào năm 2002 người ta chỉ có thể xếp được tối đa khoảng 1 tỷ transitor bằng công nghệ 90nm, tuy nhiên hiện nay, con số đó đã được nhân lên gấp 3 lần bởi công nghệ 22nm. 3. Cải tiến cấu trúc pin. Để xây dựng trên quá trình mở rộng quy mô, một khái niệm được gọi là công nghệ Pin đa cấp (Multi-level Cell) đã được hình thành, chúng đề cập đến việc lưu trữ nhiều thông tin của nhiều bít trên một bóng bán dẫn bộ nhớ duy nhất. Lưu trữ hai bit trên một ô nhớ được tăng gấp đôi mật độ trong cùng một không gian và làm giảm chi phí cho mỗi MegaByte. MLC, cùng với quá trình mở rộng quy mô, đã đạt được chi phí $ 1 cho mỗi MB vào năm 2001. - Các loại pin nhớ.  Công nghệ Flash thường: Công nghệ flash điển hình sử dụng mỗi bit đơn một pin nhớ. Mỗi pin được đặc trưng bởi một ngưỡng điện thế. Điện tích được lưu giữ trên cổng nhớ (floating gate) mỗi pin. Trong mỗi pin, hoặc transitor, 2 mức điện áp có thể tồn tại. Hai mức này được điều khiển bởi một lượng các nhiệm vụ được lập trình trước hoặc được đặt ở cổng nhớ. Nếu điện tích ở cổng nhớ trên 1 mức nào đó, pin sẽ được tham chiếu thành một mức khác.  Công nghệ Pin đa cấp độ. Công nghệ Multi-Level Cell (MLC) cho phép lưu trữ nhiều bit trên một pin nhớ bằng cách lấy điện tích cổng floating polysilicon của bóng bán dẫn ở những cấp độ khác nhau. Công nghệ này có lợi thế về bản chất tương tự của một pin nhớ flash truyền thống bằng cách gán một mẫu bit đến một phạm vi điện áp cụ thể. MLC có hiệu quả làm giảm diện tích tế bào chết cũng như kích thước cho một mật độ nhất định. Điều này cuối cùng dẫn đến một đơn vị làm giảm đáng kể chi phí cho mỗi megabyte - một trong những lợi ích lớn nhất của công nghệ này. Sản phẩm của bộ nhớ MLC có khả năng lưu trữ hai bit trên một tế bào bộ nhớ. Công nghệ MLC minh họa rằng công nghệ dựa trên NOR MLC có thể dễ dàng mở rộng thành ô nhớ 3 bit, cho phép gia tăng đáng kể mật độ cho mỗi diện tích. - Ví dụ: Giả sử ở một thiết bị lưu trữ sử dụng 8 pin nhớ.  Với loại pin thường: 2 bit nhớ 0 và 1 trong mỗi ô nhớ. Ta có tổng cộng Nhóm số 30: FireGoats. Page 6 Báo cáo: kích thước vật lý của USB 2^8 = 256 bit nhớ - là dung lượng tối đa thiết bị có thể lữu giữ với công nghệ này.  Với loại pin 4 cấp: 4 bít nhớ được hiển thị bởi mỗi ô. Khi đó ta sẽ có 4^8 = 256 * 256 bit nhớ - gấp 256 lần so với khả năng mà thiết bị có được khi sử dụng công nghệ pin thường. Một VD khác được chúng tôi minh họa bằng hình ảnh: Nhóm số 30: FireGoats. Page 7 Báo cáo: kích thước vật lý của USB Hình ảnh mô tả về số lượng ô nhớ (cell) tối thiểu dùng để lưu trữ số 27 trong bộ nhớ bằng 2 công nghệ (hình vẽ do nhóm tự thiết thiết kế và vẽ) - So sánh. Single-Level Cell Multi-Level Cell Ưu - Tốc độ cao do sử dụng nguyên lý - Lưu trữ với mật điểm đơn giản độ cao hơn, - Dễ thiết kế, chế tạo làm giảm kích - Độ bền cao thước thiết bị - Tiêu thụ ít điện năng - Giá thành rẻ Nhược - Lưu trữ ít dữ liệu trên cùng một diện - Tốc độ truy cập điểm tích thấp - Độ bền thấp (tuổi thọ kém 10 lần so với SLC) Với những yếu tố trên, SLC Flash thích hợp ứng dụng hơn trong các hệ thống nhúng (embedded system), trong khi MLC Flash lại được sử dụng nhiều hơn trong các thiết bị di động, vốn có giá thành dễ chịu hơn và dung lượng lưu trữ cao hơn. III. Kết luận - Với sự phong phú của nền công nghệ hiện nay, các nhà nghiên cứu đã đưa ra và sử dụng rất nhiều các giải pháp khác để làm giảm kích thước ở các thiết bị công nghệ nói chung và ở thiết bị lưu trữ nói riêng. - Trên đây chỉ là một số phân tích mà nhóm chúng tôi đã nghiên cứu và tổng hợp lại một cách súc tích và ngắn gọn nhất. Rất mong nhận được sự góp ý từ bạn đọc. Nhóm số 30: FireGoats. Page 8 Báo cáo: kích thước vật lý của USB PHỤ LỤC: 1. Nguồn tham khảo: a) UAAAAEBAJ&oi=fnd&dq=decrease+memory+cell+density&printsec=abst ract#v=onepage&q&f=false b) c) d) e) f) UAAAAEBAJ&oi=fnd&dq=decrease+memory+cell+density&printsec=abst ract#v=onepage&q&f=false g) h) i) j) k) l) m) n) o) p) Nhóm số 30: FireGoats. Page 9