ما نوع الذاكرة المستخدمة في محركات الأقراص المحمولة. ما هي ذاكرة الفلاش؟ ما تحتاج لمعرفته حول ملصقات محركات الأقراص المحمولة
الجزء النظري
سأحاول أن أكون مختصرًا قدر الإمكان حتى يكون لدينا جميعًا الوقت لإعداد سلطة أوليفييه مع المزيد من الإضافات لمائدة الأعياد، لذا ستكون بعض المواد على شكل روابط: إذا أردت، يمكنك قراءتها على موقعك فراغ...أي نوع من الذاكرة هناك؟
في الوقت الحالي، هناك العديد من الخيارات لتخزين المعلومات، بعضها يتطلب مصدر طاقة ثابتًا بالكهرباء (RAM)، وبعضها "مُخيط" إلى الأبد في شرائح التحكم الخاصة بالمعدات من حولنا (ROM)، وبعضها يجمع بين صفات كلاهما وغيرهما (الهجين). فلاش، على وجه الخصوص، ينتمي إلى هذا الأخير. يبدو أنها ذاكرة غير متطايرة، ولكن من الصعب إلغاء قوانين الفيزياء، ومن وقت لآخر لا يزال يتعين عليك إعادة كتابة المعلومات على محركات الأقراص المحمولة.الشيء الوحيد الذي ربما يمكنه توحيد كل هذه الأنواع من الذاكرة هو مبدأ التشغيل نفسه تقريبًا. هناك مصفوفة ثنائية أو ثلاثية الأبعاد مملوءة بالصفر والواحد بهذه الطريقة تقريبًا والتي يمكننا من خلالها إما قراءة هذه القيم أو استبدالها، أي. كل هذا هو نظير مباشر لسابقه - الذاكرة على حلقات الفريت.
ما هي ذاكرة الفلاش وما هي أنواعها (NOR وNAND)؟
لنبدأ مع ذاكرة فلاش. ذات مرة، نشر ixbt الشهير الكثير عن ماهية Flash وما هو النوعان الرئيسيان لهذا النوع من الذاكرة. على وجه الخصوص، هناك ذاكرة فلاش NOR (ليست منطقية أو) وNAND (ليست منطقية و) (يتم وصف كل شيء أيضًا بتفصيل كبير)، والتي تختلف إلى حد ما في تنظيمها (على سبيل المثال، NOR ثنائي الأبعاد، NAND يمكن أن تكون ثلاثية الأبعاد)، ولكن لديهم عنصر مشترك واحد - ترانزستور البوابة العائمة.
تمثيل تخطيطي لترانزستور البوابة العائمة.
فكيف تعمل هذه الأعجوبة الهندسية؟ يتم وصف هذا مع بعض الصيغ الفيزيائية. باختصار، بين بوابة التحكم والقناة التي يتدفق من خلالها التيار من المصدر إلى المصرف، نضع نفس البوابة العائمة، محاطة بطبقة رقيقة من العازل الكهربائي. ونتيجة لذلك، عندما يتدفق التيار عبر ترانزستور تأثير المجال "المعدل"، فإن بعض الإلكترونات عالية الطاقة تنفق عبر العازل الكهربائي وينتهي بها الأمر داخل البوابة العائمة. ومن الواضح أنه بينما كانت الإلكترونات تنفق وتتجول داخل هذه البوابة، فقدت بعضًا من طاقتها ولا يمكنها العودة عمليًا.
ملحوظة:"عمليًا" هي الكلمة الأساسية، لأنه بدون إعادة الكتابة، وبدون تحديث الخلايا مرة واحدة على الأقل كل بضع سنوات، يتم "إعادة ضبط الفلاش إلى الصفر" تمامًا مثل ذاكرة الوصول العشوائي، بعد إيقاف تشغيل الكمبيوتر.
مرة أخرى لدينا مصفوفة ثنائية الأبعاد يجب ملؤها بالصفر والواحد، نظرًا لأن تراكم الشحنة على البوابة العائمة يستغرق وقتًا طويلاً، يتم استخدام حل مختلف في حالة ذاكرة الوصول العشوائي. تتكون خلية الذاكرة من مكثف وترانزستور ذو تأثير ميداني تقليدي. علاوة على ذلك، يحتوي المكثف نفسه، من ناحية، على جهاز مادي بدائي، ولكن من ناحية أخرى، يتم تنفيذه بشكل غير تافه في الأجهزة:
تصميم خلايا ذاكرة الوصول العشوائي.
مرة أخرى، لدى ixbt واحدة جيدة مخصصة لذاكرة DRAM وSDRAM. وهي بالطبع ليست حديثة جدًا، لكن النقاط الأساسية موصوفة بشكل جيد للغاية.
السؤال الوحيد الذي يعذبني هو: هل يمكن أن تحتوي ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) على خلية متعددة المستويات مثل الفلاش؟ يبدو الأمر وكأنه نعم، ولكن لا يزال ...
الجزء العملي
فلاش
أولئك الذين يستخدمون محركات أقراص فلاش لفترة طويلة، ربما شاهدوا بالفعل محرك أقراص "عاري"، بدون حالة. لكنني سأظل أذكر بإيجاز الأجزاء الرئيسية لمحرك أقراص فلاش USB:
العناصر الرئيسية لمحرك أقراص فلاش USB: 1. موصل USB، 2. جهاز التحكم، 3. لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات PCB، 4. وحدة ذاكرة NAND، 5. مذبذب التردد المرجعي الكوارتز، 6. مؤشر LED (الآن، قيد التشغيل) العديد من محركات الأقراص المحمولة لا تحتوي عليه)، 7. مفتاح الحماية ضد الكتابة (وبالمثل، فهو مفقود في العديد من محركات الأقراص المحمولة)، 8. مساحة لشريحة ذاكرة إضافية.
دعنا ننتقل من البسيط إلى المعقد. مذبذب كريستال (المزيد عن مبدأ التشغيل). لسوء الحظ، اختفت لوحة الكوارتز نفسها أثناء تلميعها، لذلك لا يمكننا إلا أن نعجب بالجسم.
السكن مذبذب الكريستال
عن طريق الصدفة، في هذه الأثناء، وجدت كيف تبدو ألياف التسليح داخل ثنائي الفينيل متعدد الكلور والكرات التي تشكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور في معظمها. بالمناسبة، الألياف ما زالت ملتوية، وهذا واضح في الصورة العلوية:
تقوية الألياف داخل PCB (الأسهم الحمراء تشير إلى ألياف متعامدة مع القطع)، والتي تشكل الجزء الأكبر من PCB
وهنا الجزء الأول المهم من محرك الأقراص المحمول - وحدة التحكم:
مراقب. تم الحصول على الصورة العليا من خلال الجمع بين العديد من الصور المجهرية SEM
لأكون صادقًا، لم أفهم تمامًا فكرة المهندسين الذين وضعوا بعض الموصلات الإضافية في الشريحة نفسها. ربما يكون هذا أسهل وأرخص من وجهة نظر تكنولوجية.
بعد معالجة هذه الصورة ، صرخت: "Yayyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy!" وركض في جميع أنحاء الغرفة. لذلك، نقدم انتباهكم إلى عملية 500 نانومتر التكنولوجية بكل مجدها مع الحفاظ على الحدود المرسومة بشكل مثالي للصرف والمصدر وبوابة التحكم وحتى جهات الاتصال في سلامة نسبية:
"إيد!" الإلكترونيات الدقيقة - تقنية التحكم 500 نانومتر مع مصارف فردية (صرف) مرسومة بشكل جميل ومصادر (مصدر) وبوابات تحكم (بوابة)
الآن دعنا ننتقل إلى الحلوى - رقائق الذاكرة. لنبدأ بجهات الاتصال التي تغذي هذه الذاكرة حرفيًا. بالإضافة إلى جهة الاتصال الرئيسية (جهة الاتصال "الأكثر سمكًا" في الصورة)، هناك أيضًا العديد من جهات الاتصال الصغيرة. بالمناسبة "الدهون"< 2 диаметров человеческого волоса, так что всё в мире относительно:
صور SEM لجهات الاتصال التي تعمل على تشغيل شريحة الذاكرة
إذا تحدثنا عن الذاكرة نفسها، فإن النجاح ينتظرنا هنا أيضا. تمكنا من تصوير كتل فردية، يشار إلى حدودها بالأسهم. عند النظر إلى الصورة بأقصى قدر من التكبير، حاول إجهاد بصرك، فمن الصعب حقًا تمييز هذا التباين، ولكنه موجود في الصورة (من أجل الوضوح، قمت بتمييز خلية منفصلة بخطوط):
خلايا الذاكرة 1. يتم تمييز حدود الكتلة بالأسهم. الخطوط تشير إلى الخلايا الفردية
في البداية بدا لي وكأنه قطعة أثرية للصور، ولكن بعد معالجة جميع صور المنزل، أدركت أن هذه إما بوابات تحكم ممدودة على طول المحور الرأسي في خلية SLC، أو أنها عبارة عن عدة خلايا تم تجميعها في MLC. على الرغم من أنني ذكرت MLC أعلاه، إلا أن هذا لا يزال سؤالاً. كمرجع، يبلغ "سمك" الخلية (أي المسافة بين نقطتي الضوء في الصورة السفلية) حوالي 60 نانومتر.
لكي لا يتم تفكيكها، إليك صور مماثلة من النصف الآخر من محرك الأقراص المحمول. صورة مشابهة تماماً:
خلايا الذاكرة 2. يتم تمييز حدود الكتلة بالأسهم. الخطوط تشير إلى الخلايا الفردية
وبطبيعة الحال، فإن الشريحة نفسها ليست مجرد مجموعة من خلايا الذاكرة؛ فهناك بعض الهياكل الأخرى بداخلها، والتي لم أتمكن من تحديد هويتها:
هياكل أخرى داخل شرائح ذاكرة NAND
درهم
بالطبع، لم أقم بقطع لوحة SO-DIMM بالكامل من Samsung؛ لقد قمت فقط "بفصل" إحدى وحدات الذاكرة باستخدام مجفف الشعر. تجدر الإشارة إلى أن إحدى النصائح المقترحة بعد النشر الأول كانت مفيدة هنا - النشر بزاوية. لذلك، للحصول على انغماس مفصل في ما رأيته، من الضروري أن تأخذ هذه الحقيقة في الاعتبار، خاصة وأن القطع عند 45 درجة جعل من الممكن أيضًا الحصول على أقسام "تصوير مقطعي" للمكثف.ومع ذلك، وفقا للتقاليد، لنبدأ بالاتصالات. كان من الجميل أن نرى كيف تبدو "شريحة" BGA وكيف يبدو اللحام نفسه:
جنود BGA "متكسرون".
والآن حان الوقت للصراخ "Ide!" للمرة الثانية، حيث تمكنا من رؤية مكثفات الحالة الصلبة الفردية - دوائر متحدة المركز في الصورة، مميزة بالسهام. وهم الذين يقومون بتخزين بياناتنا أثناء تشغيل الكمبيوتر على شكل شحنة على لوحاتهم. إذا حكمنا من خلال الصور، فإن أبعاد هذا المكثف يبلغ عرضها حوالي 300 نانومتر وسمكها حوالي 100 نانومتر.
نظرًا لأن الشريحة مقطوعة بزاوية، يتم قطع بعض المكثفات بدقة في المنتصف، بينما يتم قطع "الجوانب" فقط في البعض الآخر:
ذاكرة DRAM بكل مجدها
إذا كان أي شخص يشك في أن هذه الهياكل عبارة عن مكثفات، فيمكنك إلقاء نظرة على صورة أكثر "احترافية" (على الرغم من عدم وجود علامة مقياس).
النقطة الوحيدة التي حيرتني هي أن المكثفات موجودة في صفين (الصورة السفلية اليسرى)، أي. اتضح أن هناك 2 بت من المعلومات لكل خلية. كما هو مذكور أعلاه، تتوفر معلومات حول التسجيل متعدد البتات، ولكن إلى أي مدى يمكن تطبيق هذه التكنولوجيا واستخدامها في الصناعة الحديثة يظل موضع تساؤل بالنسبة لي.
بالطبع، بالإضافة إلى خلايا الذاكرة نفسها، هناك أيضًا بعض الهياكل المساعدة داخل الوحدة، والغرض منها لا أستطيع إلا أن أخمنه:
هياكل أخرى داخل شريحة ذاكرة DRAM
خاتمة
بالإضافة إلى تلك الروابط المنتشرة في جميع أنحاء النص، في رأيي، هذه المراجعة (حتى من عام 1997)، والموقع نفسه (ومعرض للصور، وفن الرقائق، وبراءات الاختراع، وغير ذلك الكثير) وهذا المكتب ، والتي تعمل بالفعل في الهندسة العكسية.لسوء الحظ، لم يكن من الممكن العثور على عدد كبير من مقاطع الفيديو حول موضوع إنتاج الفلاش وذاكرة الوصول العشوائي، لذلك سيتعين عليك الاكتفاء بتجميع محركات أقراص فلاش USB فقط:
ملاحظة.:مرة أخرى، سنة جديدة سعيدة على الجميع لتنين الماء الأسود!!!
اتضح غريبا: كنت أرغب في كتابة مقال عن فلاش واحدا من الأول، لكن القدر أمر بخلاف ذلك. دعونا نأمل أن يتم نشر المقالتين التاليتين على الأقل (حول الأشياء البيولوجية والمعروضات) في أوائل عام 2012. في هذه الأثناء، تكون البذرة عبارة عن شريط كربوني:
الشريط الكربوني الذي أرفقت عليه العينات قيد الدراسة. أعتقد أن الشريط العادي يبدو مشابهًا.
ما هي ذاكرة الفلاش؟ | ذاكرة متنقله(باللغة الإنجليزية. ذاكرة متنقله) أو ذاكرة بيانات- نوع من أشباه الموصلات ذات الحالة الصلبة غير المتطايرة والذاكرة القابلة لإعادة الكتابة.
يمكن قراءة هذا النوع من الذاكرة لعدد كبير من المرات خلال فترة تخزين المعلومات، والتي تتراوح عادة من 10 إلى 100 عام. لكن الكتابة إلى الذاكرة لا يمكن إجراؤها إلا لعدد محدود من المرات (عادةً في حدود مليون دورة). في الغالب، تنتشر ذاكرة الفلاش على نطاق واسع في العالم ويمكنها تحمل حوالي مائة ألف دورة إعادة كتابة، وهو أكثر بكثير مما يمكن أن يتحمله القرص المرن العادي أو قرص CD-RW.
على عكس محركات الأقراص الثابتة (HDD)، لا تحتوي ذاكرة الفلاش على أجزاء ميكانيكية متحركة، وبالتالي تعتبر نوعًا أكثر موثوقية وصغيرًا من وسائط التخزين.
وبالتالي، نظرًا لصغر حجمها ورخص ثمنها النسبي واستهلاكها المنخفض جدًا للطاقة، تُستخدم محركات الأقراص المحمولة على نطاق واسع في المعدات الرقمية المحمولة - كاميرات الفيديو والصور ومسجلات الصوت ومشغلات MP3 وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي والهواتف المحمولة والهواتف الذكية وأجهزة الاتصال. علاوة على ذلك، يتم استخدام هذا النوع من الذاكرة لتخزين البرامج المضمنة في أجهزة مختلفة (أجهزة المودم، وأجهزة PBX، والماسحات الضوئية، والطابعات، وأجهزة التوجيه).
في الآونة الأخيرة، أصبحت محركات الأقراص المحمولة ذات مدخل USB (تسمى عادةً "محرك الأقراص المحمول" أو قرص USB) منتشرة على نطاق واسع، لتحل محل الأقراص المرنة والأقراص المضغوطة.
في الوقت الحاضر، العيب الرئيسي للأجهزة التي تعتمد على محركات الأقراص المحمولة هو نسبة السعر إلى الحجم المرتفعة جدًا، أعلى بكثير من محركات الأقراص الثابتة بمقدار 2-5 مرات. ولذلك فإن حجم محركات الأقراص المحمولة ليس كبيرا جدا، ولكن يجري العمل في هذه الاتجاهات. لتقليل تكلفة العملية التكنولوجية وتحت تأثير المنافسة، أعلنت العديد من الشركات بالفعل عن إطلاق محركات أقراص SSD بسعة 512 جيجابايت أو أكثر. على سبيل المثال، في فبراير 2011، عرضت شركة OCZ Technology محرك أقراص PCI-Express SSD بسعة 1.2 تيرابايت وقادر على إنتاج 10 ملايين دورة كتابة.
تم تطوير محركات أقراص SSD الحديثة على أساس وحدات تحكم متعددة القنوات توفر قراءة أو كتابة متوازية من عدة معالجات دقيقة لذاكرة الفلاش في وقت واحد. ونتيجة لذلك، ارتفع مستوى الأداء كثيرًا بحيث أصبح إنتاجية واجهة SATA II هو العامل المحدد.
كيف تعمل ذاكرة الفلاش
يقوم محرك الأقراص المحمول بتخزين البيانات في مجموعة من ترانزستورات البوابة العائمة تسمى الخلايا. في الأجهزة التقليدية ذات الخلايا أحادية المستوى، يستطيع أي واحد منها "تذكر" بت واحد فقط من البيانات. لكن بعض الرقائق الأحدث ذات الخلايا متعددة المستويات (باللغة الإنجليزية خلية متعددة المستويات أو خلية ثلاثية المستوى) يمكنها "تذكر" أكثر من بت واحد. وفي الحالة الأخيرة، يمكن استخدام شحنة كهربائية مختلفة على البوابة العائمة للترانزستور.
ولا ذاكرة فلاش
يعتمد هذا النوع من ذاكرة الفلاش على خوارزمية NOR، حيث أنه في ترانزستور البوابة العائمة، فإن الجهد المنخفض للبوابة يعني واحدًا.
يتكون هذا النوع من الترانزستور من بوابتين: عائمة وتحكم. البوابة الأولى معزولة تمامًا ولها القدرة على الاحتفاظ بالإلكترونات لمدة تصل إلى عشر سنوات. تتكون الخلية أيضًا من مصرف ومصدر. عندما يتم تطبيق الجهد على بوابة التحكم، يتم إنشاء مجال كهربائي ويحدث ما يسمى بتأثير النفق. يتم نقل معظم الإلكترونات (نفقيًا) عبر الطبقة العازلة وتدخل البوابة العائمة. تعمل الشحنة الموجودة على البوابة العائمة للترانزستور على تغيير "عرض" مصدر التصريف وموصلية القناة المستخدمة للقراءة.
تختلف خلايا الكتابة والقراءة اختلافًا كبيرًا في استهلاك الطاقة: على سبيل المثال، تستهلك محركات الأقراص المحمولة تيارًا أكبر عند الكتابة مقارنةً بالقراءة (تستهلك طاقة قليلة جدًا).
لحذف (محو) البيانات، يتم تطبيق جهد سلبي عالي بما فيه الكفاية على بوابة التحكم، مما يؤدي إلى تأثير معاكس (يتم نقل الإلكترونات من البوابة العائمة إلى المصدر باستخدام تأثير النفق).
في بنية NOR، هناك حاجة لتوصيل جهة اتصال بكل ترانزستور، مما يزيد بشكل كبير من حجم المعالج. تم حل هذه المشكلة باستخدام بنية NAND الجديدة.
ذاكرة فلاش ناند
تعتمد بنية NAND على خوارزمية AND-NOT (باللغة الإنجليزية NAND). مبدأ التشغيل مشابه لنوع NOR، ويختلف فقط في موقع الخلايا واتصالاتها. ولم تعد هناك حاجة لتوصيل جهة اتصال بكل خلية ذاكرة، وبالتالي فإن تكلفة وحجم معالج NAND أقل بكثير. وبفضل هذه البنية، أصبح التسجيل والمسح أسرع بشكل ملحوظ. ومع ذلك، فإن هذه التكنولوجيا لا تسمح بالوصول إلى منطقة أو خلية عشوائية، كما هو الحال في NOR.
لتحقيق أقصى قدر من الكثافة والسعة، يستخدم محرك الأقراص المحمول المصنوع باستخدام تقنية NAND عناصر ذات أبعاد قليلة. لذلك، على عكس محرك الأقراص NOR، يسمح بوجود الخلايا السيئة (المحظورة ولا ينبغي استخدامها في المستقبل)، مما يعقد بشكل كبير العمل مع ذاكرة الفلاش هذه. علاوة على ذلك، تم تجهيز قطاعات الذاكرة في NAND بوظيفة CRC للتحقق من سلامتها.
حاليًا، توجد معماريات NOR وNAND بالتوازي ولا تتنافس مع بعضها البعض بأي شكل من الأشكال، نظرًا لأن لها مجالات تطبيق مختلفة. يتم استخدام NOR للتخزين البسيط للبيانات الصغيرة، ويتم استخدام NAND لتخزين البيانات الكبيرة.
تاريخ محركات أقراص فلاش
تم اختراع ذاكرة الفلاش لأول مرة في عام 1984 على يد المهندس فوجيو ماسوكا، الذي كان يعمل آنذاك لدى شركة توشيبا. اسم "الفلاش" صاغه زميل فوجيو، شوجي أريزومي، لأن عملية محو البيانات من الذاكرة ذكّرته بفلاش التصوير الفوتوغرافي. قدم فوجيو تطوره في الاجتماع الدولي للأجهزة الإلكترونية في سان فرانسيسكو، كاليفورنيا. كانت إنتل مهتمة بهذا الاختراع وبعد أربع سنوات، في عام 1988، أصدرت أول معالج فلاش تجاري من نوع NOR.
تم الإعلان عن بنية ذاكرة فلاش NAND بعد عام من قبل شركة توشيبا في عام 1989 في المؤتمر الدولي لدوائر الحالة الصلبة. تتمتع شريحة NAND بسرعة كتابة أكبر ومساحة دائرة أصغر.
في نهاية عام 2010، الرائدة في إنتاج محركات الأقراص المحمولة هي سامسونج (32٪ من السوق) وتوشيبا (17٪ من السوق).
يتم تنفيذ توحيد معالجات ذاكرة فلاش NAND بواسطة مجموعة ONFI (مجموعة عمل واجهة NAND Flash). يعتبر هذا المعيار بمثابة مواصفات ONFI 1.0، التي تم إصدارها في 28 ديسمبر 2006. يتم دعم توحيد ONFI في إنتاج معالجات NAND من قبل شركات مثل Samsung وToshiba وIntel وHynix وغيرها.
خصائص تخزين الفلاش
حاليًا، تتراوح سعة محركات الأقراص المحمولة من الكيلوبايت إلى مئات الجيجابايت.
في عام 2005، قدمت شركتان، توشيبا وسانديسك، معالجات NAND سعة 1 جيجابايت باستخدام تقنية الخلايا متعددة المستويات (يمكن للترانزستور تخزين أجزاء متعددة من البيانات باستخدام شحنات كهربائية مختلفة على بوابة عائمة).
وفي سبتمبر 2006، قدمت سامسونج شريحة بسعة 4 جيجابايت تم تصنيعها باستخدام تقنية معالجة 40 نانومتر.
وفي نهاية عام 2007، أعلنت سامسونج عن إنشاء أول شريحة NAND في العالم باستخدام تقنية الخلايا متعددة المستويات، والتي تم تصنيعها بالفعل باستخدام تقنية معالجة 30 نانومتر مع سعة تخزين تبلغ 8 جيجابايت.
في ديسمبر 2009، أعلنت توشيبا أن شريحة NAND بسعة 64 جيجابايت تم شحنها بالفعل إلى العملاء وبدأ الإنتاج الضخم في الربع الأول من عام 2010.
في 16 يونيو 2010، طرحت توشيبا أول معالج على الإطلاق بسعة 128 جيجابايت، ويتكون من ستة عشر وحدة بسعة 8 جيجابايت.
لزيادة حجم ذاكرة الفلاش، غالبًا ما تستخدم الأجهزة مجموعة معقدة تتكون من عدة معالجات.
في أبريل 2011، قدمت إنتل وميكرون شريحة فلاش MLC NAND سعة 8 جيجابايت تم إنتاجها باستخدام تقنية معالجة 20 نانومتر. تبلغ مساحة معالج NAND الأول مقاس 20 نانومتر 118 ملم، وهو أصغر بنسبة 35-40% من شرائح 25 نانومتر المتوفرة حاليًا بسعة 8 جيجابايت. سيبدأ الإنتاج التسلسلي لهذه الشريحة في نهاية عام 2011.
أنواع وأنواع بطاقات الذاكرة ومحركات الأقراص المحمولة
قوات التحالف(باللغة الإنجليزية. فلاش مدمج): أحد أقدم معايير نوع الذاكرة. تم إنتاج أول بطاقة فلاش CF بواسطة شركة SanDisk في عام 1994. تنسيق الذاكرة هذا شائع جدًا في عصرنا. غالبًا ما يتم استخدامه في معدات الفيديو والصور الاحترافية، نظرًا لحجمها الكبير (43x36x3.3 ملم)، يصعب تثبيت فتحة Compact Flash فعليًا في الهواتف المحمولة أو مشغلات MP3. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن لأي بطاقة أن تتباهى بمثل هذه السرعات والأحجام والموثوقية. وصلت السعة القصوى لـ Compact Flash بالفعل إلى 128 جيجابايت، وتمت زيادة سرعة نسخ البيانات إلى 120 ميجابايت/ثانية.
إم إم سي(باللغة الإنجليزية. بطاقة الوسائط المتعددة): البطاقة بتنسيق MMC صغيرة الحجم - 24x32x1.4 ملم. تم تطويره بالاشتراك بين SanDisk وSiemens. تحتوي MMC على وحدة تحكم في الذاكرة وهي متوافقة بشكل كبير مع مجموعة واسعة من الأجهزة. في معظم الحالات، يتم دعم بطاقات MMC بواسطة الأجهزة المزودة بفتحة SD.
آر إس-MMC(باللغة الإنجليزية. بطاقة الوسائط المتعددة ذات الحجم المنخفض): بطاقة ذاكرة يبلغ طولها نصف طول بطاقة MMC القياسية. أبعادها 24x18x1.4 ملم، ووزنها حوالي 6 جرام؛ جميع الخصائص والمعلمات الأخرى لا تختلف عن MMC. لضمان التوافق مع معيار MMC عند استخدام بطاقات RS-MMC، يلزم وجود محول.
DV-RS-MMC(باللغة الإنجليزية. بطاقة الوسائط المتعددة ذات الجهد المنخفض ذات الحجم المنخفض): تتمتع بطاقات الذاكرة DV-RS-MMC ذات الطاقة المزدوجة (1.8 و3.3 فولت) باستهلاك أقل للطاقة، مما يسمح لهاتفك المحمول بالعمل لفترة أطول قليلاً. أبعاد البطاقة هي نفس أبعاد RS-MMC، 24x18x1.4 ملم.
MMCmicro: بطاقة ذاكرة مصغرة للأجهزة المحمولة بأبعاد 14x12x1.1 ملم. لضمان التوافق مع فتحة MMC القياسية، يجب استخدام محول خاص.
بطاقة الذاكرة(باللغة الإنجليزية. البطاقة الرقمية الآمنة): بدعم من سانديسك وباناسونيك وتوشيبا. يعد معيار SD بمثابة تطوير إضافي لمعيار MMC. من حيث الحجم والخصائص، فإن بطاقات SD تشبه إلى حد كبير MMC، فقط أكثر سمكًا قليلاً (32 × 24 × 2.1 ملم). يتمثل الاختلاف الرئيسي عن MMC في تقنية حماية حقوق الطبع والنشر: تتمتع البطاقة بحماية تشفير ضد النسخ غير المصرح به، وزيادة حماية المعلومات من المحو العرضي أو التدمير، ومفتاح حماية ميكانيكي ضد الكتابة. على الرغم من تشابه المعايير، لا يمكن استخدام بطاقات SD في الأجهزة التي تحتوي على فتحة MMC.
SDHC(باللغة الإنجليزية. بطاقة SD عالية السعة, بطاقة SD عالية السعة): تختلف بطاقات SD القديمة (SD 1.0، SD 1.1) وSDHC الجديدة (SD 2.0) وقارئاتها في الحد الأقصى لسعة التخزين، 4 جيجابايت لـ SD و32 جيجابايت لـ SDHC. تتوافق قارئات SDHC مع الإصدارات السابقة مع SD، مما يعني أنه سيتم قراءة بطاقة SD دون مشاكل في قارئ SDHC، ولكن لن تتم قراءة بطاقة SDHC على الإطلاق في جهاز SD. يمكن تقديم كلا الخيارين في أي من تنسيقات الحجم المادي الثلاثة (قياسي وميني وميكرو).
com.miniSD(باللغة الإنجليزية. بطاقة رقمية آمنة صغيرة): تختلف عن البطاقات الرقمية الآمنة القياسية بأبعادها الأصغر: 21.5x20x1.4 ملم. لضمان عمل البطاقة في الأجهزة المجهزة بفتحة SD عادية، يتم استخدام محول.
مايكرو(باللغة الإنجليزية. البطاقة الرقمية الآمنة الصغيرة): في عام 2011 هم أكثر أجهزة ذاكرة الفلاش القابلة للإزالة إحكاما (11 × 15 × 1 مم). يتم استخدامها بشكل أساسي في الهواتف المحمولة وأجهزة الاتصال وما إلى ذلك، نظرًا لصغر حجمها، يمكنها توسيع ذاكرة الجهاز بشكل كبير دون زيادة حجمها. يوجد مفتاح الحماية ضد الكتابة على محول microSD-SD. تبلغ السعة القصوى لبطاقة microSDHC التي أصدرتها SanDisk في عام 2010 32 جيجابايت.
شريحة الذاكرة الثنائي: تم تطوير معيار الذاكرة هذا ودعمه بواسطة شركة Sony. هذه القضية متينة للغاية. في الوقت الحالي، هذه هي الذاكرة الأكثر تكلفة على الإطلاق. تم تطوير Memory Stick Duo على أساس معيار Memory Stick المستخدم على نطاق واسع من نفس شركة Sony، ويتميز بأبعاده الصغيرة (20x31x1.6 ملم).
شريحة الذاكرة مايكرو (M2): يعتبر هذا التنسيق منافسًا لتنسيق microSD (من حيث الحجم)، مع الحفاظ على مميزات بطاقات الذاكرة من سوني.
بطاقة xD-صورة: يتم استخدام البطاقة في الكاميرات الرقمية من Olympus وFujifilm وغيرها.
ما هي ذاكرة الفلاش؟
ذاكرة فلاش / محرك أقراص USB أو ذاكرة فلاشهو جهاز تخزين مصغر يستخدم كوسيلة تخزين إضافية للمعلومات. يتصل الجهاز بجهاز كمبيوتر أو جهاز قراءة آخر عبر واجهة USB.
تم تصميم محرك أقراص USB المحمول ليتم قراءته بشكل متكرر على مدى عمر محدد، والذي يتراوح عادةً من 10 إلى 100 عام. يمكنك الكتابة على ذاكرة الفلاش لعدد محدود من المرات (حوالي مليون دورة).
تعتبر ذاكرة الفلاش أكثر موثوقية وصغيرة الحجم مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة (HDD) لأنها لا تحتوي على أجزاء ميكانيكية متحركة. يستخدم هذا الجهاز على نطاق واسع في إنتاج الأجهزة الرقمية المحمولة: كاميرات الصور والفيديو ومسجلات الصوت ومشغلات MP3 وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي والهواتف المحمولة. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم ذاكرة الفلاش لتخزين البرامج الثابتة في أجهزة مختلفة، مثل أجهزة المودم وأجهزة PBX والماسحات الضوئية والطابعات وأجهزة التوجيه. ربما يكون العيب الوحيد لمحركات أقراص USB الحديثة هو حجمها الصغير نسبيًا.
تاريخ ذاكرة الفلاش
ظهرت أول ذاكرة فلاش في عام 1984، اخترعها مهندس توشيبا فوجيو ماسوكا، الذي قارن زميله شوجي أريزومي مبدأ تشغيل هذا الجهاز بفلاش الصور وأطلق عليه في البداية اسم “الفلاش”. تم العرض العام لذاكرة الفلاش في عام 1984 في الندوة الدولية للأجهزة الإلكترونية التي عقدت في سان فرانسيسكو، كاليفورنيا، حيث أصبحت شركة إنتل مهتمة بهذا الاختراع. وبعد أربع سنوات، أصدر المتخصصون أول معالج فلاش تجاري. أكبر الشركات المصنعة لمحركات الأقراص المحمولة في نهاية عام 2010 كانت شركة Samsung، حيث احتلت 32٪ من هذا السوق، وتوشيبا - 17٪.
كيف يعمل محرك أقراص USB؟
يتم كتابة جميع المعلومات على محرك أقراص فلاش وتخزينها في مصفوفته، والتي تتكون من ترانزستورات بوابة عائمة تسمى الخلايا. في الأجهزة الخلوية التقليدية أحادية المستوى، "تتذكر" كل خلية بتًا واحدًا فقط من البيانات. ومع ذلك، فإن بعض الرقائق الجديدة ذات الخلايا متعددة المستويات (خلية متعددة المستويات أو خلية ثلاثية المستويات) قادرة على تخزين كمية أكبر من المعلومات. وفي هذه الحالة يجب استخدام شحنة كهربائية مختلفة على البوابة العائمة للترانزستور.
الميزات الرئيسية لمحرك أقراص USB
تتراوح سعة محركات الأقراص المحمولة المتوفرة حاليًا من عدة كيلو بايت إلى مئات الجيجابايت.
في عام 2005، قدم المتخصصون من توشيبا وسانديسك معالج NAND، وكان الحجم الإجمالي الذي كان 1 جيجابايت. عند إنشاء هذا الجهاز، استخدموا تقنية الخلايا متعددة المستويات، حيث يكون الترانزستور قادرًا على تخزين عدة أجزاء من البيانات باستخدام شحنة كهربائية مختلفة على بوابة عائمة.
وفي سبتمبر من العام التالي، قدمت سامسونج للجمهور شريحة بسعة 4 جيجابايت تم تطويرها على أساس عملية تكنولوجية 40 نانومتر، وفي نهاية عام 2009، أعلن تقنيو شركة توشيبا عن إنشاء محرك أقراص فلاش بسعة 64 جيجابايت، والذي كان سيتم إطلاقها في الإنتاج الضخم في بداية العام المقبل.
في صيف عام 2010، تم تقديم أول محرك أقراص USB بسعة 128 جيجابايت في تاريخ البشرية، والذي يتكون من ستة عشر وحدة بسعة 8 جيجابايت.
في أبريل 2011، أعلنت إنتل وميكرون عن إنشاء شريحة فلاش MLC NAND سعة 8 جيجابايت بمساحة 118 ملم، أي ما يقرب من نصف حجم الأجهزة المماثلة، والتي بدأ إنتاجها بكميات كبيرة في نهاية عام 2011.
أنواع بطاقات الذاكرة ومحركات الأقراص المحمولة
يتم استخدامه بشكل أساسي في معدات الفيديو والصور الاحترافية، نظرًا لأن أبعادها كبيرة إلى حد ما (43x36x3.3 مم)، ونتيجة لذلك يكون تثبيت فتحة Compact Flash في الهواتف المحمولة أو مشغلات MP3 مشكلة كبيرة. في الوقت نفسه، تعتبر البطاقة غير موثوقة للغاية، كما أنها لا تحتوي على سرعة معالجة بيانات عالية. تصل السعة القصوى المسموح بها لـ Compact Flash حاليًا إلى 128 جيجابايت، كما زادت سرعة نسخ البيانات إلى 120 ميجابايت/ثانية.
RS-MMC/بطاقة الوسائط المتعددة ذات الحجم المنخفض- بطاقة ذاكرة يبلغ طولها نصف طول بطاقة MMC القياسية - 24x18x1.4 ملم وتزن حوالي 6 جرام. في الوقت نفسه، يتم الحفاظ على جميع الخصائص والمعلمات الأخرى لبطاقة MMC العادية. لاستخدام بطاقات RS-MMC، يجب عليك استخدام محول.
MMCmicro- بطاقة ذاكرة مصغرة بأبعاد 14×12×1.1 ملم فقط ومصممة للأجهزة المحمولة. لاستخدامها، يجب عليك استخدام فتحة MMC قياسية ومحول خاص.
على الرغم من أن المعلمات والأبعاد 32x24x2.1 ملم تشبه إلى حد كبير بطاقة MMC، إلا أنه لا يمكن استخدام هذه البطاقة مع فتحة MMC القياسية.
SDHC/SD قدرة عاليةهي بطاقة ذاكرة SD عالية السعة، معروفة للمستخدمين المعاصرين باسم SD 1.0 وSD 1.1 وSD 2.0 (SDHC). وتختلف هذه الأجهزة في الحد الأقصى لكمية البيانات التي يمكن تخزينها عليها. وبالتالي، هناك قيود على السعة في شكل 4 جيجابايت لـ SD و32 جيجابايت لـ SDHC. ومع ذلك، فإن بطاقة SDHC متوافقة مع الإصدارات السابقة مع SD. يأتي كلا الخيارين بثلاثة تنسيقات للحجم الفعلي: قياسي وميني وميكرو.
بطاقة microSD/Micro الرقمية الآمنة- هذا هو جهاز ذاكرة الفلاش القابل للإزالة الأكثر إحكاما اعتبارًا من عام 2011، وأبعاده 11 × 15 × 1 مم، مما يسمح باستخدامه على الهواتف المحمولة وأجهزة الاتصال وما إلى ذلك. يوجد مفتاح الحماية ضد الكتابة على محول microSD-SD، والحد الأقصى سعة البطاقة الممكنة هي 32 جيجابايت.
شريحة الذاكرة مايكرو/M2- بطاقة ذاكرة ينافس تنسيقها من حيث الحجم بطاقة microSD، لكن الميزة تبقى مع أجهزة سوني.
ليس سراً أن المعلومات هي واحدة من أكثر السلع ذات الصلة في العالم الحديث. وهو، مثل أي منتج آخر، يجب تخزينه ونقله. تم إنشاء أجهزة تخزين محمولة لهذا الغرض. وفي الماضي القريب، لعبت هذا الدور الأقراص المرنة والأقراص المدمجة، القادرة على تخزين كمية صغيرة جدًا من المعلومات على الرغم من كبر حجمها. مع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر، انخفض حجم وسائط التخزين تدريجيًا، لكن حجم البيانات المخزنة فيها زاد عدة مرات. أدى ذلك إلى ظهور جهاز تخزين محمول جديد - محرك أقراص فلاش USB.
ذاكرة متنقله- نوع خاص من ذاكرة أشباه الموصلات غير المتطايرة والقابلة لإعادة الكتابة.
دعونا نلقي نظرة فاحصة: غير متطايرة - والتي لا تتطلب طاقة إضافية لتخزين البيانات (الطاقة مطلوبة فقط للتسجيل)، وقابلة لإعادة الكتابة - مما يسمح بتغيير (إعادة كتابة) البيانات المخزنة فيها، وأشباه الموصلات (الحالة الصلبة)، أي أن لا تحتوي على أجزاء متحركة ميكانيكياً (مثل محركات الأقراص الصلبة العادية أو الأقراص المضغوطة)، مبنية على أساس الدوائر المتكاملة (IC-Chip).
لقد تحولت ذاكرة الفلاش أمام أعيننا حرفيًا من وسيلة غريبة ومكلفة لتخزين البيانات إلى واحدة من أكثر وسائط التخزين شيوعًا. تُستخدم ذاكرة الحالة الصلبة من هذا النوع على نطاق واسع في المشغلات المحمولة وأجهزة كمبيوتر الجيب وفي الكاميرات ومحركات الأقراص المحمولة المصغرة. عملت عينات الإنتاج الأولى بسرعة منخفضة، ولكن اليوم تتيح لك سرعة قراءة البيانات وكتابتها على ذاكرة فلاش مشاهدة فيلم كامل الطول مخزن في شريحة مصغرة أو تشغيل نظام تشغيل "ثقيل" من فئة Windows XP.
نظرًا لاستهلاكها المنخفض للطاقة وحجمها الصغير ومتانتها وأدائها العالي نسبيًا، تعد ذاكرة الفلاش مثالية للاستخدام كتخزين في الأجهزة المحمولة مثل كاميرات الصور والفيديو الرقمية والهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ومشغلات MP3 ومسجلات الصوت الرقمية وما إلى ذلك. .
قصة
في البداية، تم تطوير محركات الأقراص الصلبة ذات الحالة الصلبة للخوادم عالية السرعة واستخدمت للأغراض العسكرية، ولكن كما هو الحال عادة، مع مرور الوقت بدأ استخدامها لأجهزة الكمبيوتر والخوادم المدنية.
ظهرت فئتان من الأجهزة: في الحالة الأولى، ضحوا بدوائر المسح للحصول على ذاكرة عالية الكثافة، وفي الحالة الأخرى، صنعوا جهازًا يعمل بكامل طاقته بسعة أصغر بكثير.
وعليه فإن جهود المهندسين كانت تهدف إلى حل مشكلة كثافة دوائر المسح. وقد توجوا بالنجاح باختراع مهندس توشيبا فوجيو ماسوكا في عام 1984. قدم فوجيو تطوره في الاجتماع الدولي للأجهزة الإلكترونية في سان فرانسيسكو، كاليفورنيا. كانت إنتل مهتمة بهذا الاختراع وبعد أربع سنوات، في عام 1988، أصدرت أول معالج فلاش تجاري من نوع NOR. تم الإعلان عن بنية ذاكرة فلاش NAND بعد عام من قبل شركة توشيبا في عام 1989 في المؤتمر الدولي لدوائر الحالة الصلبة. تتمتع شريحة NAND بسرعة كتابة أكبر ومساحة دائرة أصغر.
يُقال أحيانًا أن اسم Flash فيما يتعلق بنوع الذاكرة يُترجم إلى "فلاش". في الواقع، هذا ليس صحيحا. تقول إحدى نسخ مظهرها أنه لأول مرة في 1989-1990، استخدمت توشيبا كلمة Flash في سياق "سريع، فوري" عند وصف شرائحها الجديدة. بشكل عام تعتبر شركة إنتل هي المخترعة، إذ قدمت ذاكرة فلاش بمعمارية NOR في عام 1988.
مزايا بطاقات فلاش USB على محركات الأقراص الأخرى واضحة:
أبعاد صغيرة،
وزن خفيف جداً،
عملية هادئة،
إمكانية إعادة الكتابة،
مقاومة جيدة للضغط الميكانيكي، على عكس الأقراص المضغوطة والأقراص المرنة (5-10 مرات أعلى من الحد الأقصى المسموح به لمحركات الأقراص الصلبة التقليدية)،
يقاوم التغيرات الشديدة في درجات الحرارة ،
عدم وجود أجزاء متحركة، مما يقلل من استهلاك الطاقة إلى الحد الأدنى،
لا توجد مشاكل في الاتصال - تتوفر مخرجات USB على أي جهاز كمبيوتر تقريبًا،
كمية كبيرة من الذاكرة،
تسجيل المعلومات في خلايا الذاكرة،
مدة تخزين المعلومات تصل إلى 100 عام.
تستهلك ذاكرة الفلاش طاقة أقل بشكل ملحوظ (حوالي 10-20 مرة أو أكثر) أثناء التشغيل.
تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه للعمل مع محرك أقراص فلاش USB، لا تحتاج إلى أي برامج أو محولات تابعة لجهات خارجية، وما إلى ذلك. يتم التعرف على الجهاز تلقائيا.
إذا قمت بالكتابة على محرك أقراص فلاش 10 مرات في اليوم، فسوف يستمر ذلك لمدة 30 عامًا تقريبًا.
مبدأ التشغيل
يعتمد مبدأ تشغيل تقنية ذاكرة فلاش أشباه الموصلات على تغيير وتسجيل الشحنة الكهربائية في منطقة معزولة (جيب) من هيكل أشباه الموصلات.
يتم تحقيق التغيير في الشحنة ("الكتابة" و"المسح") من خلال تطبيق إمكانات عالية بين البوابة والمصدر بحيث تكون شدة المجال الكهربائي في العازل الرقيق بين قناة الترانزستور والجيب كافية لإحداث تأثير النفق. لتعزيز تأثير نفق الإلكترون في الجيب أثناء الكتابة، يتم تطبيق تسارع طفيف للإلكترونات عن طريق تمرير تيار عبر قناة ترانزستور التأثير الميداني.
تمثيل تخطيطي لترانزستور البوابة العائمة.
بين بوابة التحكم والقناة التي يتدفق من خلالها التيار من المصدر إلى المصرف، نضع نفس البوابة العائمة، محاطة بطبقة رقيقة من العازل الكهربائي. ونتيجة لذلك، عندما يتدفق التيار عبر ترانزستور تأثير المجال "المعدل"، فإن بعض الإلكترونات عالية الطاقة تنفق عبر العازل الكهربائي وينتهي بها الأمر داخل البوابة العائمة. ومن الواضح أنه بينما كانت الإلكترونات تنفق وتتجول داخل هذه البوابة، فقدت بعضًا من طاقتها ولا يمكنها العودة عمليًا. أجهزة SLC وMLC 
هناك أجهزة تقوم فيها الخلية الأولية بتخزين جزء واحد من المعلومات والعديد منها. في الخلايا ذات البت الواحد، يوجد مستويان فقط من الشحن على البوابة العائمة. تسمى هذه الخلايا بالخلايا أحادية المستوى. خلية ذات مستوى واحد SLC). في الخلايا متعددة البت، تتميز المزيد من مستويات الشحن بأنها تسمى متعددة المستويات. خلية متعددة المستويات حركة تحرير الكونغو). تعد أجهزة MLC أرخص وأكثر سعة من أجهزة SLC، ولكن وقت الوصول وعدد عمليات إعادة الكتابة أسوأ.
الذاكرة الصوتية
التطور الطبيعي لفكرة خلايا MLC كان فكرة تسجيل إشارة تناظرية داخل الخلية. تُستخدم شرائح الفلاش التناظرية هذه على نطاق واسع في إعادة إنتاج الصوت. تُستخدم هذه الدوائر الدقيقة على نطاق واسع في جميع أنواع الألعاب وبطاقات الصوت وما إلى ذلك.
ولا ذاكرة فلاش
تصميم ولايستخدم مصفوفة الموصلات الكلاسيكية ثنائية الأبعاد ("الصفوف" و "الأعمدة") حيث يتم تثبيت خلية واحدة عند التقاطع. في هذه الحالة، تم توصيل موصل الصفوف بمصرف الترانزستور، وموصل الأعمدة بالبوابة الثانية. تم توصيل المصدر بركيزة مشتركة للجميع. مع هذا التصميم، كان من السهل قراءة حالة ترانزستور معين عن طريق تطبيق جهد موجب على عمود واحد وصف واحد.
يعتمد هذا النوع من ذاكرة الفلاش على خوارزمية NOR، حيث أنه في ترانزستور البوابة العائمة، فإن الجهد المنخفض للبوابة يعني واحدًا. يتكون هذا النوع من الترانزستور من بوابتين: عائمة وتحكم. البوابة الأولى معزولة تمامًا ولها القدرة على الاحتفاظ بالإلكترونات لمدة تصل إلى عشر سنوات. تتكون الخلية أيضًا من مصرف ومصدر. عندما يتم تطبيق الجهد على بوابة التحكم، يتم إنشاء مجال كهربائي ويحدث ما يسمى بتأثير النفق. يتم نقل معظم الإلكترونات (نفقيًا) عبر الطبقة العازلة وتدخل البوابة العائمة. تعمل الشحنة الموجودة على البوابة العائمة للترانزستور على تغيير "عرض" مصدر التصريف وموصلية القناة المستخدمة للقراءة. تختلف خلايا الكتابة والقراءة اختلافًا كبيرًا في استهلاك الطاقة: على سبيل المثال، تستهلك محركات الأقراص المحمولة تيارًا أكبر عند الكتابة مقارنةً بالقراءة (تستهلك طاقة قليلة جدًا). لحذف (محو) البيانات، يتم تطبيق جهد سلبي عالي بما فيه الكفاية على بوابة التحكم، مما يؤدي إلى تأثير معاكس (يتم نقل الإلكترونات من البوابة العائمة إلى المصدر باستخدام تأثير النفق). في بنية NOR، هناك حاجة لتوصيل جهة اتصال بكل ترانزستور، مما يزيد بشكل كبير من حجم المعالج. تم حل هذه المشكلة باستخدام بنية NAND الجديدة.
في هذه المقالة سنتحدث عن أساس إنشائه وعلى أي مبدأ يعمل جهاز ذاكرة الفلاش (لا تخلط بينه وبين محركات أقراص USB المحمولة وبطاقات الذاكرة). بالإضافة إلى ذلك، ستتعرف على مزاياها وعيوبها مقارنة بالأنواع الأخرى من ROM (أجهزة ذاكرة القراءة فقط) وستتعرف على مجموعة محركات الأقراص الأكثر شيوعًا التي تحتوي على ذاكرة فلاش.
الميزة الرئيسية لهذا الجهاز هو أنه غير متطاير ولا يحتاج إلى كهرباء لتخزين البيانات. يمكن قراءة كافة المعلومات المخزنة في ذاكرة الفلاش لعدد لا نهائي من المرات، ولكن عدد دورات الكتابة الكاملة محدود للأسف.
تشير ذاكرة الفلاش إلى أشباه الموصلات ذات الذاكرة القابلة لإعادة البرمجة كهربائيًا (EEPROM). بفضل الحلول التقنية والتكلفة المنخفضة والحجم الكبير والاستهلاك المنخفض للطاقة والسرعة العالية والاكتناز والقوة الميكانيكية، تم دمج ذاكرة الفلاش في الأجهزة المحمولة الرقمية ووسائط التخزين.
تتمتع ذاكرة الفلاش بمزايا وعيوب مقارنة بمحركات الأقراص الأخرى من نوع ROM (محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص الضوئية)، والتي يمكنك رؤيتها في الجدول أدناه.
| نوع الروم | مزايا | عيوب |
| الأقراص الصلبة | كمية كبيرة من المعلومات المخزنة. السرعه العاليه. تخزين بيانات رخيص (لكل 1 ميجابايت). | أبعاد كبيرة. حساسية للاهتزاز. التشتت الحراري. |
| الأقراص الضوئية | سهولة النقل. تخزين المعلومات الرخيصة. إمكانية النسخ المتماثل. | حجم صغير. أنت بحاجة إلى قارئ. القيود على العمليات (القراءة والكتابة). سرعة تشغيل منخفضة. حساسية للاهتزاز. |
| ذاكرة متنقله | الوصول إلى البيانات بسرعة عالية. استهلاك اقتصادي للطاقة. مقاومة الاهتزاز. سهولة الاتصال بجهاز الكمبيوتر. أحجام مدمجة. | عدد محدود من دورات الكتابة. |
اليوم، لا أحد يشك في أن ذاكرة الفلاش ستستمر في تعزيز مكانتها في تكنولوجيا المعلومات، وخاصة في خط الأجهزة المحمولة (أجهزة المساعد الرقمي الشخصي، والأجهزة اللوحية، والهواتف الذكية، والمشغلات). تعتمد بطاقات الذاكرة الأكثر شهرة وشعبية والقابلة للاستبدال للأجهزة الإلكترونية (SD، MMC، miniSD...) على ذاكرة الفلاش.
بطاقات الذاكرة، مثل محركات أقراص USB، لا تقف جانبا، ولكنها تجذب انتباه المشترين المحتملين بتنوعها. من هذه الوفرة من أجهزة التخزين، تستفيد الشركة المصنعة فقط، بينما يواجه المستهلك عددًا من المضايقات. بعد كل شيء، نحن جميعًا على دراية بمثل هذه المواقف عندما يحتاج الهاتف إلى بطاقة واحدة، وجهاز المساعد الرقمي الشخصي (PDA) إلى بطاقة أخرى، والكاميرا إلى بطاقة ثالثة. هذه المجموعة المتنوعة من محركات الأقراص تفيد الشركات المصنعة لأنها تستفيد بشكل كبير من المبيعات الحصرية الواسعة. فيما يلي قائمة صغيرة بمحركات ذاكرة الفلاش الشائعة:
- فلاش صغير الحجم من النوع I (CF I)/النوع II (CF II)؛
- شريحة الذاكرة (MS Pro، MS Duo)؛
- الرقمية الآمنة (SD)؛
- مينيسد؛
- بطاقة xD-Picture (xD) ؛
- بطاقة الوسائط المتعددة (MMC).
- محرك فلاش USB.
كتبت في أحد المنشورات عن كيفية اختيار بطاقة بتنسيق SD (microSD، miniSD).
مبدأ تشغيل ذاكرة الفلاش.
خلية تخزين البيانات الأساسية لذاكرة الفلاش هي ترانزستور البوابة العائمة. خصوصية مثل هذا الترانزستور هو أنه يمكنه حمل الإلكترونات (الشحنة). وعلى هذا الأساس تم تطوير الأنواع الرئيسية لذاكرة الفلاش. ناندو ولا. ولا يوجد منافسة بينهما، فكل نوع له مميزاته وعيوبه. بالمناسبة، يتم بناء الإصدارات الهجينة على أساسها، مثل دينورو superAND.
في ذاكرة الفلاش، يستخدم المصنعون نوعين من خلايا الذاكرة: MLC وSLC.
- تعد ذاكرة الفلاش المزودة بخلايا MLC (خلية متعددة المستويات - خلايا ذاكرة متعددة المستويات) أكثر اتساعًا وأرخص ثمنًا، ولكنها تتمتع بأوقات وصول أطول ودورات كتابة/مسح أقل (حوالي 10000).
- تحتوي ذاكرة الفلاش، التي تحتوي على خلايا SLC (خلية أحادية المستوى)، على الحد الأقصى لعدد دورات الكتابة/المسح (100000) ولها أوقات وصول أقصر.
يتم عكس الشحنة (الكتابة/المسح) من خلال تطبيق إمكانات عالية بين البوابة والمصدر بحيث تكون قوة المجال الكهربائي في العازل الرقيق بين قناة الترانزستور والجيب كافية لإنتاج تأثير النفق. لتعزيز تأثير نفق الإلكترون في الجيب أثناء الكتابة، يتم تطبيق تسارع طفيف للإلكترونات عن طريق تمرير تيار عبر قناة ترانزستور التأثير الميداني.
يعتمد مبدأ تشغيل ذاكرة الفلاش على تغيير وتسجيل الشحنة الكهربائية في منطقة معزولة ("الجيب") من هيكل أشباه الموصلات.
تتم القراءة بواسطة ترانزستور ذو تأثير ميداني، حيث يعمل الجيب كبوابة. يغير جهد البوابة العائمة خصائص عتبة الترانزستور، والتي يتم تسجيلها بواسطة دوائر القراءة. تم تجهيز هذا التصميم بعناصر تسمح له بالعمل في مجموعة كبيرة من نفس الخلايا.
الآن دعونا نلقي نظرة فاحصة على خلايا الذاكرة التي تحتوي على ترانزستور واحد وترانزستورين...
خلية ذاكرة بترانزستور واحد.
إذا تم تطبيق جهد موجب على بوابة التحكم (تهيئة خلية الذاكرة)، فستكون في الحالة المفتوحة، والتي ستتوافق مع الصفر المنطقي.
وإذا على مصراع عائمضع شحنة سالبة زائدة (الإلكترون) وطبق جهدًا موجبًا عليها بوابة التحكم، ثم يعوض المجال الكهربائي الناتج عن بوابة التحكم ولن يسمح بتكوين قناة توصيل، مما يعني أن الترانزستور سيكون في الحالة المغلقة.
لذلك، فإن وجود أو عدم وجود شحنة على البوابة العائمة يحدد بدقة حالة الترانزستور المفتوحة أو المغلقة عند تطبيق نفس الجهد الموجب على بوابة التحكم. إذا اعتبرنا تطبيق الجهد على بوابة التحكم بمثابة تهيئة لخلية ذاكرة، فمن خلال الجهد بين المصدر والمصرف يمكننا الحكم على وجود أو عدم وجود شحنة على البوابة العائمة.
وبهذه الطريقة يتم الحصول على نوع من خلايا الذاكرة الأولية القادرة على تخزين بتة معلومات واحدة. بالإضافة إلى كل هذا، من المهم جدًا أن تبقى الشحنة الموجودة على البوابة العائمة (إن وجدت) هناك لفترة طويلة، سواء أثناء تهيئة خلية الذاكرة أو في حالة عدم وجود جهد على بوابة التحكم. فقط في هذه الحالة ستكون خلية الذاكرة غير متطايرة.
فكيف، إذا لزم الأمر، وضع شحنة على بوابة عائمة (اكتب محتويات خلية الذاكرة) وإزالتها من هناك (مسح محتويات خلية الذاكرة) عند الضرورة.
يمكن وضع شحنة على البوابة العائمة (عملية التسجيل) باستخدام طريقة حقن الإلكترون الساخن (CHE-Channel Hot Electrons) أو طريقة نفق فاولر-نوردهايم.
إذا تم استخدام طريقة حقن الإلكترون الساخن، يتم تطبيق جهد عالي على بوابة الصرف والتحكم، مما سيعطي الإلكترونات الموجودة في القناة طاقة كافية للتغلب على حاجز الجهد الناتج عن طبقة رقيقة من العازل الكهربائي ويتم توجيهها (نفق) في منطقة البوابة العائمة (أثناء القراءة على بوابة التحكم يتم تزويدها بجهد أقل ولا يحدث تأثير النفق).
لإزالة الشحنة من البوابة العائمة (إجراء مسح لخلية الذاكرة)، يتم تطبيق جهد سلبي عالي (حوالي 9 فولت) على بوابة التحكم، ويتم تطبيق جهد إيجابي على منطقة المصدر. يؤدي هذا إلى نفق الإلكترونات من منطقة البوابة العائمة إلى منطقة المصدر. هذه هي الطريقة التي يحدث بها نفق فاولر-نوردهايم الكمومي.
ربما تكون قد أدركت بالفعل أن ترانزستور البوابة العائمة هو عبارة عن خلية ذاكرة فلاش أساسية. لكن الخلايا أحادية الترانزستور لها بعض العيوب، أهمها ضعف قابلية التوسع.
لأنه عند إنشاء مصفوفة ذاكرة، يتم توصيل كل خلية ذاكرة (أي الترانزستور) بحافلتين متعامدتين. ترتبط بوابات التحكم بحافلة تسمى Word Line، كما ترتبط المصارف بحافلة تسمى Bit Line. ونتيجة لذلك، يوجد جهد عالي في الدائرة وعند التسجيل باستخدام طريقة حقن الإلكترون الساخن، يجب وضع جميع الخطوط - الكلمات والبتات والمصادر على مسافة كبيرة من بعضها البعض. سيعطي هذا المستوى المطلوب من العزلة، ولكنه سيؤثر على محدودية سعة ذاكرة الفلاش.
عيب آخر لمثل هذه الخلية الذاكرة هو وجود تأثير إزالة الشحنات الزائدة من البوابة العائمة، وهذا لا يمكن تعويضه بعملية التسجيل. ونتيجة لذلك، تتشكل شحنة موجبة على البوابة العائمة، مما يجعل حالة الترانزستور دون تغيير ويظل مفتوحًا دائمًا.
خلية ذاكرة تحتوي على ترانزستورين.
خلية الذاكرة ثنائية الترانزستور هي خلية ذاكرة أحادية الترانزستور معدلة تحتوي على ترانزستور CMOS تقليدي وترانزستور بوابة عائمة. في هذا الهيكل، يعمل الترانزستور التقليدي كبوابة عازلة للترانزستور من خط البت.
هل تتمتع خلية الذاكرة ثنائية الترانزستور بأي مزايا؟ نعم، لأنه بمساعدتها يمكنك إنشاء رقائق ذاكرة أكثر إحكاما وقابلة للتطوير بدرجة كبيرة، لأنه هنا يتم عزل ترانزستور البوابة العائمة عن خط البت. بالإضافة إلى ذلك، على عكس خلية الذاكرة ذات الترانزستور الواحد، حيث تتم كتابة المعلومات باستخدام طريقة حقن الإلكترونات الساخنة، تستخدم خلية الذاكرة ذات الترانزستورين طريقة النفق الكمومي فاولر-نوردهايم لتسجيل المعلومات ومحوها. يتيح هذا الأسلوب تقليل الجهد المطلوب لعملية الكتابة. بالنظر إلى المستقبل، سأقول أنه يتم استخدام خلايا ثنائية الترانزستور في الذاكرة ذات بنية NAND.
جهاز ذاكرة فلاش مع بنية NOR.
نوع هذه الذاكرة هو المصدر ونوع من الزخم في تطوير EEPROM بأكمله. تم تطوير هندسته المعمارية بواسطة شركة Intel في عام 1988. كما كتب سابقًا، من أجل الوصول إلى محتويات خلية الذاكرة (تهيئة الخلية)، تحتاج إلى تطبيق الجهد على بوابة التحكم.
ولذلك قام مطورو الشركة بربط جميع بوابات التحكم بخط تحكم يسمى خط الكلمات. يتم إجراء تحليل معلومات خلية الذاكرة بناءً على مستوى الإشارة عند استنزاف الترانزستور. ولذلك، قام المطورون بتوصيل جميع مصارف الترانزستورات بخط يسمى خط البت.
حصلت بنية NOR على اسمها بفضل العملية المنطقية OR - NOT (مترجمة من الإنجليزية NOR). مبدأ العملية المنطقية NOR هو أنه عبر عدة معاملات (بيانات، وسيطة العملية...) فإنها تعطي قيمة وحدة عندما تكون جميع المعاملات تساوي الصفر، وقيمة صفر في جميع العمليات الأخرى.
في حالتنا، تعني المعاملات قيمة خلايا الذاكرة، مما يعني أنه في هذه البنية، سيتم ملاحظة قيمة واحدة على خط البت فقط إذا كانت قيمة جميع الخلايا المتصلة بخط البت تساوي الصفر (جميع الترانزستورات مغلقة ).
تتمتع هذه البنية بوصول عشوائي جيد إلى الذاكرة، لكن عملية كتابة البيانات ومحوها بطيئة نسبيًا. يتم استخدام طريقة الحقن الإلكتروني الساخن في عملية الكتابة والمسح. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي شريحة ذاكرة الفلاش على بنية NOR وحجم خليتها كبير، لذا لا تتسع هذه الذاكرة بشكل جيد.
هيكل فلاش بستة خلايا تُستخدم ذاكرة الفلاش ذات بنية NOR عادةً في الأجهزة المخصصة لتخزين كود البرنامج. يمكن أن تكون هذه الهواتف وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي واللوحة الأم BIOS ...
جهاز ذاكرة فلاش مع بنية NAND.
تم تطوير هذا النوع من الذاكرة بواسطة شركة توشيبا. نظرًا لبنيتها المعمارية، تُستخدم هذه الرقائق في محركات أقراص صغيرة تسمى NAND (عملية NAND المنطقية). عند تنفيذها، تنتج عملية NAND قيمة صفر فقط عندما تكون جميع المعاملات صفرًا، وقيمة واحدة في جميع الحالات الأخرى.
كما كتبنا سابقًا، القيمة صفر هي الحالة المفتوحة للترانزستور. ونتيجة لذلك، تفترض بنية NAND أن خط البت له قيمة صفر عندما تكون جميع الترانزستورات المتصلة به مفتوحة، وقيمة واحدة عندما يكون أحد الترانزستورات على الأقل مغلقًا. يمكن بناء مثل هذه البنية عن طريق توصيل الترانزستورات بخط بت ليس واحدًا تلو الآخر (كما هو مضمن في بنية NOR)، ولكن في سلسلة تسلسلية (عمود من الخلايا المتصلة تسلسليًا).
هذه البنية قابلة للتطوير بشكل كبير مقارنة بـ NOR لأنها تسمح بوضع الترانزستورات بشكل مضغوط على الدائرة. بالإضافة إلى ذلك، تكتب بنية NAND باستخدام نفق Fowler-Nordheim، وهذا يسمح بالتسجيل بشكل أسرع من بنية NOR. لزيادة سرعة القراءة، تحتوي شرائح NAND على ذاكرة تخزين مؤقت داخلية مدمجة فيها.
مثل مجموعات القرص الصلب، يتم تجميع خلايا NAND في كتل صغيرة. لهذا السبب، عند القراءة أو الكتابة بشكل متسلسل، ستتمتع NAND بميزة السرعة. لكن من ناحية أخرى، تخسر NAND بشكل كبير في عمليات الوصول العشوائي ولا تملك القدرة على العمل مباشرة مع بايتات من المعلومات. في حالة حيث يلزم تغيير عدد قليل فقط من البتات، يضطر النظام إلى إعادة كتابة الكتلة بأكملها، وهذا، مع الأخذ في الاعتبار العدد المحدود من دورات الكتابة، يؤدي إلى تآكل كبير في خلايا الذاكرة.
هيكل عمود واحد لفلاش NAND في الآونة الأخيرة، كانت هناك شائعات بأن شركة Unity Semiconductor تعمل على تطوير جيل جديد من ذاكرة الفلاش، والتي سيتم بناؤها على تقنية CMOx. ومن المفترض أن تحل الذاكرة الجديدة محل ذاكرة فلاش NAND وتتغلب على قيودها، والتي يتم تحديدها في ذاكرة NAND من خلال بنية هياكل الترانزستور. تشمل مزايا CMOx كثافة وسرعة تسجيل أعلى، بالإضافة إلى تكلفة أكثر جاذبية. تشمل مجالات تطبيق الذاكرة الجديدة محركات أقراص SSD والأجهزة المحمولة. حسنًا، الوقت سيحدد ما إذا كان هذا صحيحًا أم لا.
ولكي أنقل لكم جميع المعلومات الضرورية بمزيد من التفصيل، قمت بنشر مقطع فيديو حول هذا الموضوع.
ملاحظة. إن شرح المادة التقنية بلغة بسيطة للأشخاص الذين ليس لديهم أي فكرة عن كيفية بناء هندسة الكمبيوتر... أمر صعب للغاية، ولكن أتمنى أن أكون قد نجحت. للحصول على معلومات كاملة وموثوقة في هذه المقالة، استخدمت الأدبيات التعليمية جزئيًا. آمل أن تكون هذه المقالة مفيدة وغنية بالمعلومات بالنسبة لك. الوداع!
