Память цифрового фотоаппарата

"Цифровой фотоальбом" с автономным аккумуляторным питанием полностью снимает проблему нехватки места на карте памяти в поездке любой продолжительности - был бы доступ к электрической сети для подзарядки аккумулятора. Единственный недостаток "цифровых фотоальбомов" высокая стоимость при ограниченной функциональности. За 340-500 долларов мы получаем лишь мобильный накопитель и ничего более. Впрочем, моделей появляется все больше, конкуренция усиливается, следовательно, эта техника будет дешеветь - если, конечно, выдержит конкуренцию со стороны карт флэш-памяти, которые дешевеют еще стремительней, чем компактные винчестеры...

Теперь собственно о картах флэш-памяти, об их устройстве и принципе действия.

Электронная память, применяемая в компьютерах, фотоаппаратах и любых других цифровых устройствах (например, в портативных проигрывателях файлов MP3), подразделяется на два типа - динамическую и статическую. Действие динамической памяти основано на способности пары проводников, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, накапливать и сохранять электрический заряд. Ячейка микросхемы памяти представляет собой миниатюрный конденсатор с изоляционной прокладкой между электродами. При подаче тока на ячейку памяти на одном из электродов накапливается потенциал положительной, на другом - отрицательной направленности. Наличие электрического заряда на выводах ячейки распознается компьютером, как один бит - минимально возможная единица информации.

Каждой ячейке микросхемы памяти присвоен постоянный адрес. Контроллер памяти сканирует ячейки и считывает биты информации. При этом наличие заряда на выводах ячейки интерпретируется, как логическая единица, отсутствие заряда - как логический нуль. Последовательность логических нулей и единиц составляет цифровой код, используемый компьютером для считывания и дальнейшей обработки информации.

Время, в течение которого микроскопические конденсаторы ячеек способны сохранять заряд, очень невелико - всего несколько миллисекунд. Поэтому контроллер памяти постоянно (то есть динамически, отсюда и название) подзаряжает конденсаторы ячеек, обновляя таким образом содержимое памяти. Этот тип памяти является энергозависимым, поскольку при обесточивании компьютера обновление содержимого ячеек памяти прекращается, конденсаторы разряжаются, и информация уничтожается.

От прочих типов электронной памяти динамическая память отличается высоким быстродействием. Поэтому в компьютерах она применяется в качестве оперативного запоминающего устройства - ОЗУ, или RAM ( Random Access Memory, или память с произвольным доступом). В профессиональных цифровых фотоаппаратах динамическая память выполняет функции быстродействующего буфера, в который записываются снимки, считанные с сенсора и оцифрованные встроенным компьютером камеры. Благодаря наличию буферной памяти, фотоаппарат готов к съемке следующего кадра сразу после перезаписи предыдущего снимка на сменную карту флэш-памяти (и даже во время записи, эти процессы проходят паралельно). В любительской аппаратуре функции буферной памяти выполняет микросхема флэш-памяти, которая не обладает высоким быстродействием, но зато способна работать в качестве основной памяти фотоаппарата (в дополнение к карте памяти). Впрочем, множество моделей компактных цифровых фотоаппаратов буферной памяти лишены вовсе.

От размера буферной памяти зависит быстродействие цифрового фотоаппарата, а также способность работать в качестве видеокамеры для съемки видеороликов (если речь не идет о зеркальных камерах, которые видео не снимают из-за ограничений зеркального видоискателя - зеркало перекрывает световой поток и не позволяет экспонировать сенсор и строить кадр одновременно).

Что такое видеоряд? Последовательность кадров, отснятых с частотой, при которой смена кадров не будет заметна человеческому глазу - от 15 до 30 кадров в секунду. Если объем буферной памяти позволяет, то фотоаппарат снимает последовательность кадров с пониженным разрешением, формируя таким образом видеоряд. Правда, буферной памяти обычно хватает всего лишь на несколько десятков кадров, и видеоролик получается непродолжительным - около 20-30 секунд (у дорогих фотоаппаратов может быть и больше). При этом частота смены кадров может быть ограничена 15 кадрами в секунду. То есть видеоролик получится явно не кинематографического качества, но вполне достаточного, чтобы фотограф попробовал свои силы в цифровом видеомонтаже.

Изменить объем установленной в камеру буферной памяти невозможно, поскольку микросхемы впаяны в системную плату фотоаппарата.

Другой тип электронной памяти - статический. Принцип действия статической памяти напоминает работу обычного переключателя. Если контакты переключателя замкнуть, ток беспрепятственно пройдет через выводы ячейки памяти и компьютер расценит это как логическую единицу. Если контакты разомкнуть, прохождение тока прекратится, компьютер расценит это как логический нуль.

В первых компьютерах в качестве ячеек статической памяти использовались электромеханические переключатели - реле. В современных микросхемах ячейки статической памяти это обычные проводники, часть из которых разрушается при программировании специальными приборами-программаторами. Подобные микросхемы статической памяти широко используются в качестве постоянного запоминающего устройства ПЗУ, или ROM ( Read-Only Memory, или память только для чтения). Пример - картриджи игровых приставок, в микросхемы которых при производстве картриджей записывается игровая программа. Перепрограммировать такую микросхему памяти повторно невозможно.

Кроме одноразовых микросхем ПЗУ, программируемых при их производстве, выпускаются микросхемы статической памяти многоразового использования EPROM ( Erasable Programmable Read-Only Memory, или стираемые программируемые только для чтения). Записанную в ячейки микросхемы EPROM информацию можно стереть облучением светом ультрафиолетовой части спектра и затем переписать заново.

Статическая память относится к энергонезависимому типу. Микросхеме статической памяти для сохранения записанной в нее информации не требуется питание, а сама записанная информация может храниться неограниченное время. Именно к статическому типу относится и перезаписываемая флэш-память.

Название "флэш-память" (от flash - вспышка) микросхемы этого типа получили от их первоначального разработчика, компании Toshiba. Вероятно, название отражает особенности работы электронной флэш-памяти - информация записывается только при подаче электрического сигнала на выводы ячеек и сохраняется при обесточивании.

В микросхеме флэш-памяти использована способность полупроводниковых приборов - транзисторов сохранять свое состояние при обесточивании. При подаче на базу транзистора потенциала определенной полярности, транзистор либо открывается, пропуская ток через эмиттер и коллектор, либо закрывается, препятствуя прохождению тока. Это состояние сохраняется до тех пор, пока на базу транзистора явным образом не будет подан потенциал обратной полярности.

Это весьма схематическое описание принципа действия флэш-памяти не раскрывает сути всех процессов, происходящих в микросхемах памяти этого типа, но дает общее представление о работе "цифровой пленки". Технология производства флэш-памяти совершенствуется день ото дня. Повышается надежность хранения информации, растет емкость микросхем, уменьшается их стоимость. Являясь твердотельными электронными накопителями информации, в будущем микросхемы флэш-памяти вытеснят привычные сегодня жесткие диски, поскольку по показателям надежности эти устройства просто несопоставимы. Электронная память не содержит никаких механических узлов, а потому здесь напрочь отсутствует возможность механического износа. Этим и объясняется небывалая популярность флэш-драйвов, миниатюрных накопителей на основе флэш-памяти для порта USB.

Пока еще флэш-драйвы, равно как и сменные карты памяти, проигрывают традиционным жестким дискам и в скорости обмена информацией, и в удельной стоимости устройств на 1 мегабайт (по этому показателю флэш-драйвы дороже винчестеров более чем в 100 раз). Но ситуация стремительно меняется. Следует ожидать, что в обозримом будущем микросхемы флэш-памяти заменят в персональных компьютерах электромеханические дисковые накопители. Сегодня флэш-память служит в качестве основного носителя информации в карманных компьютерах, сотовых телефонах, портативных проигрывателях и в цифровых фотоаппаратах. Несколько лет назад она вытеснила из обихода устаревшие флоппи-дискеты.