Điều gì làm cho bộ nhớ flash eMMC khả thi trong các thiết bị di động, nhưng không phải là PC?

Sử dụng bộ nhớ flash để chạy một hệ thống máy tính để bàn, như Windows, được khuyên dùng trong một thời gian khá lâu. Nhưng điều gì làm cho nó trở thành một lựa chọn mong muốn và khả thi cho các thiết bị di động? Bài hỏi và trả lời của SuperUser hôm nay có câu trả lời cho câu hỏi của người đọc tò mò.

Phiên hỏi và trả lời hôm nay đến với chúng tôi nhờ sự hỗ trợ của SuperUser - một phân ngành của Stack Exchange, một nhóm các trang web Hỏi & Đáp do cộng đồng điều khiển.

Câu hỏi

Trình đọc siêu người dùng RockPaperLizard muốn biết điều gì làm cho bộ nhớ flash eMMC khả thi trong các thiết bị di động, nhưng không phải cho PC:

Kể từ khi ổ đĩa flash USB được phát minh, mọi người đã tự hỏi liệu họ có thể chạy hệ điều hành của mình trên chúng hay không. Câu trả lời luôn luôn là Số không vì vì số lượng ghi được yêu cầu bởi một hệ điều hành sẽ nhanh chóng làm chúng bị hao mòn.

Khi SSD đã trở nên phổ biến hơn, công nghệ cân bằng hao mòn đã được cải thiện để cho phép các hệ điều hành chạy trên chúng. Nhiều máy tính bảng, netbook và máy tính mỏng khác sử dụng bộ nhớ flash thay vì ổ cứng hoặc SSD và hệ điều hành được lưu trữ trên đó.

Làm thế nào điều này đột nhiên trở nên thiết thực? Có phải họ thường thực hiện các công nghệ cân bằng hao mòn, ví dụ?

Điều gì làm cho bộ nhớ flash eMMC khả thi trong các thiết bị di động, nhưng không phải PC?

Câu trả lời

Những người đóng góp cho SuperUser Speeddymon và Journeyman Geek có câu trả lời cho chúng tôi. Đầu tiên, Speeddymon:

Tất cả các thiết bị bộ nhớ flash, từ máy tính bảng đến điện thoại di động, đồng hồ thông minh, SSD, thẻ SD trong máy ảnh và ổ USB đều sử dụng công nghệ NVRAM. Sự khác biệt nằm ở kiến ​​trúc NVRAM và cách hệ điều hành gắn kết hệ thống tệp trên bất kỳ phương tiện lưu trữ nào..

Đối với máy tính bảng Android và điện thoại di động, công nghệ NVRAM dựa trên eMMC. Dữ liệu tôi có thể tìm thấy trên công nghệ này gợi ý các chu kỳ ghi từ 3k đến 10k. Thật không may, cho đến nay, không có gì tôi tìm thấy là dứt khoát, vì Wikipedia trống trong chu kỳ viết của công nghệ này. Tất cả những nơi khác mà tôi đã xem là các diễn đàn khác nhau, vì vậy hầu như những gì tôi sẽ gọi là một nguồn đáng tin cậy.

Để so sánh, các chu kỳ ghi trên công nghệ NVRAM khác, chẳng hạn như SSD, sử dụng công nghệ NAND hoặc NOR, nằm trong khoảng từ 10k đến 30k.

Bây giờ, liên quan đến sự lựa chọn của hệ điều hành về cách gắn kết hệ thống tệp. Tôi không thể nói về cách Apple làm điều đó, nhưng đối với Android, chip được phân vùng như một ổ cứng. Bạn có phân vùng hệ điều hành, phân vùng dữ liệu và một số phân vùng độc quyền khác tùy thuộc vào nhà sản xuất thiết bị.

Phân vùng gốc thực sự nằm bên trong bộ nạp khởi động, được gói dưới dạng tệp nén (jffs2, cramfs, v.v.) cùng với kernel, để khi khởi động giai đoạn 1 của thiết bị hoàn tất (thường là màn hình logo của nhà sản xuất), thì kernel khởi động và phân vùng gốc được gắn đồng thời như một đĩa RAM.

Khi hệ điều hành khởi động, nó sẽ gắn hệ thống tệp của phân vùng chính (/ system, là jffs2 trên các thiết bị trước Android 4.0, ext2 / 3/4 trên các thiết bị kể từ Android 4.0 và xfs trên các thiết bị mới nhất) dưới dạng chỉ đọc rằng không có dữ liệu có thể được ghi vào nó. Tất nhiên, điều này có thể được xử lý bằng cái gọi là rễ root của thiết bị của bạn, cho phép bạn truy cập như một siêu người dùng và cho phép bạn truy xuất phân vùng dưới dạng đọc / ghi. Dữ liệu người dùng trên dữ liệu của bạn được ghi vào một phân vùng khác trên chip (/ dữ liệu, tuân theo quy ước tương tự như trên dựa trên phiên bản Android).

Với ngày càng nhiều điện thoại di động bỏ các khe cắm thẻ SD, bạn có thể nghĩ rằng mình sẽ đạt đến giới hạn ghi sớm hơn vì tất cả dữ liệu của bạn hiện đang được lưu vào bộ lưu trữ eMMC thay vì thẻ SD. May mắn thay, hầu hết các hệ thống tập tin phát hiện ghi không thành công vào một vùng lưu trữ nhất định. Nếu ghi không thành công, thì dữ liệu sẽ được lưu một cách âm thầm vào một vùng lưu trữ mới và vùng xấu (được gọi là khối xấu) sẽ bị trình điều khiển hệ thống tệp chặn lại để dữ liệu không còn được ghi ở đó trong tương lai. Nếu đọc không thành công, thì dữ liệu được đánh dấu là bị hỏng và người dùng được yêu cầu chạy kiểm tra hệ thống tệp (hoặc kiểm tra đĩa) hoặc thiết bị sẽ tự động kiểm tra hệ thống tệp trong lần khởi động tiếp theo.

Thực tế, Google có bằng sáng chế để tự động phát hiện và xử lý các khối xấu: Quản lý các khối xấu trong bộ nhớ flash cho thẻ flash dữ liệu điện tử

Để hiểu rõ hơn, câu hỏi của bạn về việc điều này đột nhiên trở nên thiết thực không phải là câu hỏi phù hợp. Nó không bao giờ không thực tế ở nơi đầu tiên. Chúng tôi khuyên bạn không nên cài đặt hệ điều hành (Windows) trên ổ SSD (có lẽ là vì số lượng ghi nó ghi vào đĩa.

Ví dụ, sổ đăng ký nhận được hàng trăm lần đọc và ghi mỗi giây, có thể được nhìn thấy bằng Công cụ Regmon của Microsoft-SysIternals.

Việc cài đặt Windows được khuyến cáo chống lại SSD thế hệ đầu tiên vì thiếu cân bằng hao mòn, dữ liệu được ghi vào sổ đăng ký mỗi giây (có khả năng) cuối cùng đã bắt kịp những người dùng đầu tiên và dẫn đến các hệ thống không thể khởi động do hỏng đăng ký.

Với máy tính bảng, điện thoại di động và hầu như bất kỳ thiết bị nhúng nào khác, không có đăng ký (tất nhiên thiết bị nhúng Windows là ngoại lệ) và do đó, không có lo lắng về việc dữ liệu liên tục được ghi vào cùng một phần của phương tiện flash.

Đối với các thiết bị nhúng Windows, chẳng hạn như nhiều ki-ốt được tìm thấy ở những nơi công cộng (như Walmart, Kroger, v.v.), thỉnh thoảng bạn có thể thấy một BSOD ngẫu nhiên, không có nhiều cấu hình có thể được thực hiện vì chúng được thiết kế sẵn với các cấu hình được dự định sẽ không bao giờ thay đổi. Thay đổi thời gian duy nhất diễn ra là trước khi chip được viết trong hầu hết các trường hợp. Bất cứ điều gì cần được lưu, chẳng hạn như thanh toán của bạn cho cửa hàng tạp hóa, đều được thực hiện qua mạng tới cơ sở dữ liệu của cửa hàng trên máy chủ.

Tiếp theo là câu trả lời từ Journeyman Geek:

Câu trả lời luôn luôn là Số không vì vì số lượng ghi được yêu cầu bởi một hệ điều hành sẽ nhanh chóng làm chúng bị hao mòn.

Cuối cùng họ đã trở thành hiệu quả chi phí cho việc sử dụng chính. Rằng ăn mặc đó là mối quan tâm duy nhất là một chút giả định. Đã có những hệ thống chạy bộ nhớ trạng thái rắn trong một khoảng thời gian đáng kể. Nhiều người chế tạo thiết bị đặt xe hơi đã khởi động thẻ CF (tương thích điện với PATA và tầm thường để cài đặt so với ổ cứng PATA) và máy tính công nghiệp có bộ lưu trữ dựa trên flash nhỏ, chắc chắn.

Điều đó nói rằng, không có nhiều lựa chọn cho người bình thường. Bạn có thể mua thẻ CF pricy và bộ chuyển đổi cho máy tính xách tay hoặc tìm một đĩa công nghiệp nhỏ, rất cay trên một đơn vị mô-đun cho máy tính để bàn. Chúng không lớn lắm so với các ổ cứng hiện đại (tôi nghĩ IDE DOM hiện đại đứng đầu ở mức 8GB hoặc 16GB). Tôi khá chắc chắn rằng bạn có thể đã nhận được các ổ đĩa hệ thống trạng thái rắn được thiết lập trước khi SSD tiêu chuẩn trở nên phổ biến.

Tôi thực sự không có bất kỳ cải tiến phổ quát / ma thuật nào trong việc cân bằng độ mòn theo như tôi biết. Đã có những cải tiến gia tăng trong khi chúng tôi đang chuyển từ SLC sang MLC, TLC và thậm chí QLC cùng với các kích thước quy trình nhỏ hơn (tất cả đều có chi phí thấp hơn với rủi ro hao mòn cao hơn). Flash đã rẻ hơn rất nhiều.

Cũng có một vài lựa chọn thay thế không có vấn đề về mặc. Ví dụ: chạy toàn bộ hệ thống khỏi ROM (được cho là lưu trữ trạng thái rắn) và RAM được hỗ trợ bằng pin, điều mà nhiều ổ SSD và thiết bị di động đời đầu như Palm Pilot đã sử dụng. Không ai trong số này là phổ biến ngày nay. Ổ đĩa cứng rung chuyển so với nói, RAM được hỗ trợ bằng pin (quá đắt), các thiết bị trạng thái rắn ban đầu (hơi cay) hoặc nông dân có cờ (không bao giờ bị bắt do mật độ dữ liệu khủng khiếp). Ngay cả bộ nhớ flash hiện đại cũng là hậu duệ của các eeprom và eeprom xóa nhanh đã được sử dụng trong các thiết bị điện tử để lưu trữ những thứ như phần sụn lâu đời.

Ổ cứng chỉ đơn giản là ở một giao điểm tốt với dung lượng lớn (điều quan trọng), chi phí thấp và dung lượng lưu trữ tương đối đủ.

Lý do bạn tìm thấy eMMC trong các máy tính hiện đại, cấp thấp là các linh kiện tương đối rẻ, đủ lớn (cho hệ điều hành máy tính để bàn) với chi phí đó và chia sẻ điểm chung với các linh kiện điện thoại di động, do đó chúng được sản xuất hàng loạt với giao diện chuẩn. Họ cũng cho mật độ lưu trữ lớn cho khối lượng của họ. Xem xét nhiều máy trong số này có ổ 32 GB hoặc 64 GB nhỏ gọn, ngang bằng với ổ cứng từ phần tốt hơn của một thập kỷ trước, chúng là một lựa chọn hợp lý trong vai trò này.

Cuối cùng chúng tôi cũng đạt đến điểm mà bạn có thể lưu trữ một lượng bộ nhớ hợp lý và với tốc độ hợp lý trên eMMC và flash, đó là lý do mọi người tìm đến chúng.

Có một cái gì đó để thêm vào lời giải thích? Tắt âm thanh trong các ý kiến. Bạn muốn đọc thêm câu trả lời từ những người dùng Stack Exchange am hiểu công nghệ khác? Kiểm tra chủ đề thảo luận đầy đủ ở đây.

Tín dụng hình ảnh: Martin Voltri (Flickr)