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Cosa rende possibile la memoria flash eMMC nei dispositivi mobili, ma non nei PC?


L'uso della memoria flash per eseguire un sistema desktop, come Windows, è stato sconsigliato per parecchio tempo. Ma cosa l'ha reso un'opzione desiderabile e praticabile per i dispositivi mobili? Il post di Q & A di SuperUser di oggi ha la risposta alla domanda di un lettore curioso.

La sessione di domande e risposte di oggi ci viene fornita per gentile concessione di SuperUser, una suddivisione di Stack Exchange, un raggruppamento di siti Web di domande e risposte.

La domanda

Lettore SuperUser RockPaperLizard vuole sapere che cosa rende la memoria flash eMMC vitale nei dispositivi mobili, ma non nei PC:

Fin da quando sono state inventate le chiavette USB, la gente si è domandata se potevano far funzionare i loro sistemi operativi. La risposta è sempre stata "no" perché il numero di scritture richieste da un sistema operativo le avrebbe rapidamente sottratte.

Con l'aumento delle SSD, la tecnologia di livellamento dell'usura è migliorata per consentire il funzionamento dei sistemi operativi. Vari tablet, netbook e altri computer sottili utilizzano la memoria flash invece di un disco rigido o SSD e il sistema operativo è memorizzato su di esso.

Come è diventato improvvisamente pratico? Ad esempio, implementano tecnologie di livellamento dell'usura?

Che cosa rende la memoria flash eMMC valida nei dispositivi mobili, ma non nei PC?

La risposta

I contributori SuperUser Speeddymon e Journeyman Geek hanno la risposta per noi. Per prima cosa, Speeddymon:

Tutti i dispositivi di memoria flash, dai tablet ai telefoni cellulari, gli smartwatch, gli SSD, le schede SD nelle fotocamere e le chiavette USB utilizzano la tecnologia NVRAM. La differenza è nell'architettura NVRAM e in che modo il sistema operativo installa il file system su qualunque supporto di memorizzazione sia attivo.

Per tablet e telefoni cellulari Android, la tecnologia NVRAM è basata su eMMC. I dati che posso trovare su questa tecnologia suggeriscono cicli di scrittura da 3k a 10k. Sfortunatamente, nessuno di quello che ho trovato finora è definitivo, dato che Wikipedia è vuoto nei cicli di scrittura di questa tecnologia. Tutti gli altri posti che ho visto sembravano vari forum, quindi difficilmente quello che chiamerei una fonte affidabile.

Per fare un confronto, i cicli di scrittura su altre tecnologie NVRAM come gli SSD, che usano la tecnologia NAND o NOR, sono tra 10k e 30k.

Ora, per quanto riguarda la scelta del sistema operativo su come montare il file system. Non posso parlare di come Apple lo fa, ma per Android, il chip è partizionato come un disco rigido. Si dispone di una partizione del sistema operativo, una partizione dati e diverse altre partizioni proprietarie in base al produttore del dispositivo.

La vera partizione root risiede all'interno del bootloader, che viene fornito in bundle come file compresso (jffs2, cramfs, ecc.) Insieme con il kernel, in modo che quando l'avvio dello stage 1 del dispositivo è completo (di solito lo schermo del logo del produttore), il kernel si avvia e la partizione di root viene simultaneamente montata come un disco RAM.

Quando il sistema operativo si avvia, si monta il file system della partizione primaria (/ system, che è jffs2 sui dispositivi prima di Android 4.0, ext2 / 3/4 sui dispositivi da Android 4.0 e xfs sui dispositivi più recenti) come di sola lettura, in modo che nessun dato possa essere scritto su di esso. Questo può, naturalmente, essere aggirato dal cosiddetto "rooting" del tuo dispositivo, che ti dà accesso come superutente e ti permette di rimontare la partizione come lettura / scrittura. I tuoi dati "utente" vengono scritti in una partizione diversa sul chip (/ dati, che segue la stessa convenzione di cui sopra basata sulla versione Android).

Con sempre più telefoni cellulari che scaricano slot per schede SD, potresti pensare che il ciclo di scrittura verrà colpito prima perché tutti i dati vengono ora salvati nella memoria eMMC anziché in una scheda SD. Fortunatamente, la maggior parte dei file system rileva una scrittura non riuscita in una data area di archiviazione. Se una scrittura non riesce, i dati vengono salvati in modo silenzioso in una nuova area di archiviazione e l'area non valida (nota come blocco errato) viene separata dal driver del file system in modo tale che i dati non vengano più scritti lì in futuro. Se una lettura non riesce, i dati sono contrassegnati come corrotti e all'utente viene richiesto di eseguire un controllo del file system (o controllare il disco), oppure il dispositivo controlla automaticamente il file system durante l'avvio successivo.

Di fatto, Google ha un brevetto per il rilevamento e la gestione automatica dei blocchi danneggiati: Gestione dei blocchi danneggiati nella memoria flash per scheda flash dati elettronici

Per ottenere di più, la domanda su come è diventato improvvisamente pratico non è il giusta domanda da porre. Non è mai stato poco pratico in primo luogo. Si sconsiglia vivamente di installare un sistema operativo (Windows) su un SSD (presumibilmente) a causa del numero di scritture effettuate su un disco.

Ad esempio, il registro riceve letteralmente centinaia di letture e scritture al secondo, che possono

L'installazione di Windows è stata sconsigliata sugli SSD di prima generazione perché con la mancanza di logoramento dell'usura, i dati scritti nel registro ogni secondo (probabile) alla fine hanno raggiunto i primi utenti e hanno portato a sistemi non avviabili a causa della corruzione del registro.

Con tablet, telefoni cellulari e praticamente qualsiasi altro dispositivo incorporato, non esiste alcun registro (i dispositivi Windows Embedded sono eccezioni, ovviamente) e quindi non c'è alcuna preoccupazione che i dati vengano scritti costantemente alle stesse parti del supporto flash.

Per i dispositivi Windows Embedded, come molti dei chioschi che si trovano in luoghi pubblici (come Walmart, Kroger, ecc.) in cui è possibile vedere un BSOD casuale di volta in volta, c'è non un whol E molte configurazioni che possono essere fatte poiché sono pre-progettate con configurazioni che non intendono mai cambiare. Le uniche modifiche del tempo avvengono prima che il chip sia scritto nella maggior parte dei casi. Tutto ciò che deve essere salvato, come il pagamento al negozio di alimentari, viene effettuato in rete ai database del negozio su un server.

Seguito dalla risposta di Journeyman Geek:

La risposta è sempre stata "no" perché il numero di scritture richieste da un sistema operativo le avrebbe rapidamente logorate.

Finalmente sono diventati redditizi per l'uso tradizionale. Quella "usura" è l'unica preoccupazione è un po 'una supposizione. Ci sono stati sistemi in esecuzione fuori dalla memoria a stato solido per un considerevole periodo di tempo. Molte persone che costruivano i car-boot iniziarono con le schede CF (che erano elettricamente compatibili con PATA e banali da installare rispetto alle unità disco PATA) ei computer industriali avevano un piccolo e robusto storage basato su flash.

Detto questo, c'erano non molte opzioni per la persona media. È possibile acquistare una scheda CF e un adattatore per laptop, oppure trovare un piccolo disco industriale molto costoso su un'unità modulo per un desktop. Non erano molto grandi rispetto ai dischi rigidi contemporanei (i moderni IDE DOM risalgono a 8 GB o 16 GB credo). Sono abbastanza sicuro che avresti potuto ottenere unità di sistema a stato solido impostate molto prima che gli SSD standard diventassero comuni.

Non ci sono stati davvero miglioramenti universali / magici nel livellamento dell'usura, per quanto ne so. Ci sono stati miglioramenti incrementali mentre ci siamo spostati da SLC a MLC, TLC e anche QLC, insieme a dimensioni di processo più piccole (tutte a basso costo con un rischio maggiore di esaurimento). Flash è diventato molto più economico.

C'erano anche alcune alternative che non avevano problemi di usura. Ad esempio, eseguendo l'intero sistema da una ROM (che è probabilmente la memoria a stato solido) e RAM con batteria tampone, che utilizzavano molti primi SSD e dispositivi portatili come il Palm Pilot. Nessuno di questi è comune oggi. I dischi rigidi hanno oscillato rispetto a dire, RAM con batteria tampone (troppo costosa), primi dispositivi a stato solido (piuttosto costosi), o contadini con bandiere (mai catturati a causa della terribile densità di dati). Anche la memoria flash moderna è una discendente di eeprom a cancellazione rapida e le eeprom sono state utilizzate in dispositivi elettronici per l'archiviazione di cose come il firmware per anni.

Gli hard disk erano semplicemente in una bella intersezione di volume elevato (che è importante), basso costo e archiviazione relativamente sufficiente.

Il motivo per cui si trovano eMMC nei moderni computer di fascia bassa è che i componenti sono relativamente economici, sufficientemente grandi (per i sistemi operativi desktop) a quel costo e condividono la comunanza con i componenti del telefono cellulare, quindi sono prodotti alla rinfusa con un'interfaccia standard. Offrono anche una grande densità di archiviazione per il loro volume. Considerando che molte di queste macchine hanno un disco da 32 GB o 64 GB, al pari dei dischi rigidi della migliore parte di un decennio fa, rappresentano un'opzione sensata in questo ruolo.

Stiamo finalmente raggiungendo il punto in cui è possibile archiviare una quantità ragionevole di memoria in modo economico e ragionevole a velocità eMMC e flash, motivo per cui le persone scelgono di farlo.


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Image Credit: Martin Voltri (Flickr)


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