هناك نوعان رئيسيان من ذاكرة فلاش: NOR و NAND. لكل منها مزاياها وعيوبها ، والتي تحدد مجالات استخدام كل تقنية. يتم عرض خصائصها الرئيسية في الجدول.

ولا ذاكرة فلاش

ذاكرة NOR ، التي سميت على اسم ترميز البيانات الخاص (ليس OR - منطقي Not-OR) ، هي ذاكرة فلاش عالية السرعة. توفر ذاكرة NOR وصولاً عشوائيًا وعالي السرعة للمعلومات ، ولديها القدرة على كتابة البيانات وقراءتها في موقع معين دون الحاجة إلى الوصول إلى الذاكرة بشكل تسلسلي. بخلاف ذاكرة NAND ، تسمح لك ذاكرة NOR بالوصول إلى بيانات يصل حجمها إلى بايت واحد. تفوز تقنية NOR في المواقف التي تتم فيها كتابة البيانات أو قراءتها بشكل عشوائي. لذلك ، غالبًا ما يتم تضمين NOR في الهواتف المحمولة (لتخزين نظام التشغيل) والأجهزة اللوحية ، ويستخدم أيضًا في أجهزة الكمبيوتر لتخزين BIOS.

ذاكرة فلاش NAND

تم اختراع ذاكرة NAND بعد NOR ، وتمت تسميتها أيضًا باسم ترميز بيانات خاص (Not AND - منطقي Not-And). تقوم ذاكرة NAND بكتابة البيانات وقراءتها بسرعة عالية ، في وضع القراءة المتسلسل ، وتنظيم البيانات في كتل صغيرة (صفحات). يمكن لذاكرة NAND قراءة المعلومات وكتابتها صفحة تلو الأخرى ، ولكن لا يمكنها الوصول إلى بايت معين مثل NOR. لذلك ، يتم استخدام NAND بشكل شائع في محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة () ، ومشغلات الصوت والفيديو ، وصناديق فك التشفير ، والكاميرات الرقمية ، والهواتف المحمولة (لتخزين معلومات المستخدم) وغيرها من الأجهزة التي عادةً ما تُكتب البيانات بالتتابع.

على سبيل المثال ، تستخدم معظم الكاميرات الرقمية ذاكرة تستند إلى NAND لأن الصور يتم التقاطها وتسجيلها بالتتابع. تعد تقنية NAND أيضًا أكثر كفاءة عند القراءة ، حيث إنها قادرة على نقل صفحات كاملة من البيانات بسرعة كبيرة. مثل الذاكرة التسلسلية ، تعد NAND مثالية لتخزين البيانات. السعر لاجل

تتزايد الحاجة إلى ذاكرة فلاش غير متطايرة بما يتناسب مع درجة تقدم أنظمة الكمبيوتر في مجال تطبيقات الهاتف المحمول. الموثوقية والاستهلاك المنخفض للطاقة وصغر الحجم والوزن الخفيف هي المزايا الواضحة لوسائط الفلاش مقارنة بمحركات الأقراص. مع انخفاض تكلفة تخزين وحدة من المعلومات في ذاكرة فلاش باستمرار ، توفر الوسائط القائمة عليها المزيد والمزيد من المزايا والوظائف للمنصات المحمولة والأجهزة المحمولة التي تستخدم هذه الذاكرة. من بين أنواع الذاكرة المتنوعة ، تعد ذاكرة فلاش NAND هي الأساس الأنسب لبناء أجهزة تخزين غير متطايرة لكميات كبيرة من المعلومات.

يوجد حاليًا هيكلان رئيسيان لبناء ذاكرة فلاش: ذاكرة تعتمد على خلايا NOR و NAND. يتكون هيكل NOR (الشكل 1) من خلايا تخزين المعلومات الأولية المتصلة بالتوازي. يوفر هذا التنظيم للخلايا إمكانية الوصول العشوائي إلى البيانات وتسجيل المعلومات كل بايت. تعتمد بنية NAND (الشكل 2) على مبدأ الاتصال المتسلسل لمجموعات تشكيل الخلايا الأولية (16 خلية في مجموعة واحدة) ، والتي يتم دمجها في صفحات ، والصفحات في كتل. مع مثل هذا البناء لمصفوفة الذاكرة ، يكون الوصول إلى الخلايا الفردية أمرًا مستحيلًا. تتم البرمجة في وقت واحد فقط داخل صفحة واحدة ، وعند المسح ، يتم الوصول إلى كتل أو مجموعات من الكتل.

شكل 1 هيكل ولا	شكل 2 هيكل NAND

نتيجة لذلك ، تنعكس الاختلافات في تنظيم الهيكل بين ذاكرة NOR و NAND في خصائصها. عند العمل مع مصفوفات بيانات كبيرة نسبيًا ، يتم تنفيذ عمليات الكتابة / المسح في ذاكرة NAND بشكل أسرع بكثير من ذاكرة NOR. نظرًا لأن 16 خلية ذاكرة NAND متجاورة متصلة في سلسلة مع بعضها البعض دون أي فجوات تلامس ، يتم تحقيق مساحة خلية عالية على الشريحة ، مما يسمح بالحصول على سعة كبيرة بنفس معايير التكنولوجيا. في صميم برمجة فلاش NAND هي عملية نفق الإلكترون. ونظرًا لاستخدامه في كل من البرمجة والمسح ، يتم تحقيق استهلاك منخفض للطاقة لشريحة الذاكرة. تسمح بنية الخلية التسلسلية بدرجة عالية من قابلية التوسع ، مما يجعل فلاش NAND رائدًا في سباق توسيع الذاكرة. نظرًا لأن نفق الإلكترون يحدث عبر منطقة قناة الخلية بأكملها ، فإن معدل التقاط الشحنة لكل وحدة مساحة من فلاش NAND أقل من تقنيات الفلاش الأخرى ، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل دورة البرنامج / المسح. يتم تنفيذ البرمجة والقراءة قطاعًا حسب قطاع أو صفحة تلو كتلة ، في كتل من 512 بايت ، لمحاكاة حجم القطاع الشائع لمحركات الأقراص.

يوضح الجدول 1 الاختلافات الرئيسية في معلمات ذاكرة الفلاش المصنعة باستخدام تقنيات مختلفة.

الجدول 1. الخصائص المقارنة لوحدات الذاكرة على أساس خلايا NAND و NOR

معامل	ناند	ولا
سعة	~ 1 جيجابت في الثانية (يموت 2 لكل حزمة)	~ 128 ميجابت في الثانية
مصدر التيار	2.7 - 3.6 فولت	2.3 - 3.6 فولت
إخراج الإدخال	x8 / x16	x8 / x16
وقت الوصول	50 نانوثانية (دورة وصول متسلسلة) 25 ثانية (وصول عشوائي)	70 نانومتر (30 بيكو فاراد ، 2.3 فولت) 65 نانومتر (30 بيكو فاراد ، 2.7 فولت)
سرعة البرمجة (نموذجية)	- 200 ميكرو ثانية / 512 بايت	8 µs / بايت 4.1 مللي ثانية / 512 بايت
سرعة المحو (بشكل نموذجي)	2 مللي ثانية / كتلة (16 كيلو بايت)	700ms / كتلة
السرعة الإجمالية البرمجة والمسح (نموذجي)	33.6 مللي ثانية / 64 كيلو بايت	1.23 ثانية / كتلة (رئيسي: 64 كيلو بايت)

Hynix هي الشركة الرائدة في إنتاج رقائق NAND-flash. ينتج عدة أنواع من رقائق الذاكرة ، تختلف في المعلمات الرئيسية التالية:

• السعة (256 ميجابت في الثانية ، 512 ميجابت في الثانية و 1 جيجابت في الثانية) ؛
• عرض الحافلة ، 8 أو 16 بت (x8 ، x16) ؛
• جهد الإمداد: 2.7 إلى 3.6 فولت (أجهزة 3.3 فولت) أو 1.7 إلى 1.95 فولت (أجهزة 1.8 فولت) ؛
• حجم الصفحة: في x8 الأجهزة (512 + 16 الغيار) بايت ، في كلمات 16x - (256 + 8 الغيار) ؛
• حجم الكتلة: في أجهزة x8 (16 كيلو + 512 بايت احتياطي) بايت ، في كلمات 16x - (8K + 256 احتياطية) ؛
• وقت الوصول: وصول عشوائي 12 ثانية ، متسلسل 50 نانوثانية ؛
• وقت برمجة الصفحة 200 µs ؛

تتميز جميع رقائق فلاش Hynix NAND بوقت محو كتلة نموذجي يبلغ 2 مللي ثانية ، ولها حماية عابرة لطاقة الأجهزة ، وقادرة على 100000 دورة كتابة / مسح. مدة الاحتفاظ بالبيانات المضمونة هي 10 سنوات. من الميزات المهمة لرقائق ذاكرة Hynix توافقها من طرف إلى طرف بغض النظر عن السعة. هذا يجعل من السهل جدًا تحسين خصائص المستهلك للمنتج النهائي. يوضح الجدول 2 المعلمات الأساسية لجميع شرائح فلاش Hynix NAND.

الجدول 2. قائمة مقارنة لرقائق فلاش Hynix NAND

مقدار	يكتب	منظمة	الجهد االكهربى طعام	يتراوح عمال درجات الحرارة *	سرعة (نانوثانية)	إطار
256 ميجابت		32 م × 8	1.8 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		32 م × 8	3.3 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		16 م × 16	1.8 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		16 م × 16	3.3 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
512 ميجابت		64 م × 8	1.8 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		64 م × 8	3.3 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		32 م × 16	1.8 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		32 م × 16	3.3 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
1 جيجا بايت		128 م × 8	1.8 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		128 م × 8	1.8 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		128 م × 8	3.3 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		128 م × 8	3.3 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		64 م × 16	1.8 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		64 م × 16	1.8 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		64 م × 16	3.3 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA
		64 م × 16	3.3 فولت	ج ، ه ، أنا	50	TSOP / WSOP / FBGA

* - نطاقات درجات الحرارة
ج- نطاق درجة حرارة التشغيل التجاري 0 ... + 70 درجة مئوية
ه- نطاق درجة حرارة التشغيل الممتدة -25 ... + 85 درجة مئوية
أنا- نطاق درجة حرارة التشغيل الصناعي -40 ... + 85 درجة مئوية

بمزيد من التفصيل ، يمكن النظر في ميزات رقائق ذاكرة Hynix باستخدام مثال بلورات سلسلة HY27xx (08/16) 1G1M. يوضح الشكل 3 الهيكل الداخلي وتخصيص الدبوس لهذه الأجهزة. يتم مضاعفة خطوط العنوان بخطوط إدخال / إخراج البيانات على ناقل إدخال / إخراج 8 أو 16 بت. تعمل هذه الواجهة على تقليل عدد المسامير المستخدمة وتجعل من الممكن الانتقال إلى رقائق ذات سعة أعلى دون تغيير لوحة الدائرة. يمكن برمجة كل كتلة ومسحها 100000 مرة. يوصى بشدة باستخدام رمز تصحيح الخطأ (ECC) لإطالة دورة حياة أجهزة فلاش NAND. تحتوي الدوائر المتكاملة على إخراج مفتوح للقراءة / مشغول يمكن استخدامه لتحديد نشاط وحدة التحكم PER (برنامج / محو / قراءة). نظرًا لأن الإخراج عبارة عن استنزاف مفتوح ، فمن الممكن توصيل العديد من هذه المخرجات من رقائق ذاكرة مختلفة معًا من خلال مقاوم واحد "سحب" إلى الطرف الموجب لمصدر الطاقة.

الشكل 3 التنظيم الداخلي لرقائق فلاش Hynix NAND

للحصول على أفضل عمل مع الكتل المعيبة ، يتوفر أمر "نسخ للخلف". إذا فشلت برمجة إحدى الصفحات ، يمكن كتابة بيانات هذا الأمر على صفحة أخرى دون إعادة إرسالها.

تتوفر رقائق ذاكرة Hynix في الحزم التالية:

• 48-TSOP1 (12x20x1.2 مم) - الشكل 4 ؛
• 48-WSOP1 (12x12x0.7 مم)
• 63-FBGA (8.5x15x1.2mm ، 6x8 كرات صفيف ، 0.8 ملم الملعب)

الشكل 4 Hynix NAND Flash

يتم تنظيم صفيف ذاكرة NAND في كتل ، كل منها يحتوي على 32 صفحة. المصفوفة مقسمة إلى قسمين: رئيسي و احتياطي (الشكل 5). تُستخدم المنطقة الرئيسية للمصفوفة لتخزين البيانات ، بينما تُستخدم المنطقة الاحتياطية عادةً لتخزين أكواد تصحيح الأخطاء (ECC) ، وأعلام البرامج ، ومعرفات الكتلة التالفة (Bad Block) للمنطقة الرئيسية. في أجهزة x8 ، يتم تقسيم الصفحات الموجودة في المنطقة الرئيسية إلى نصفين من كل صفحة 256 بايت ، بالإضافة إلى 16 بايت من المساحة الاحتياطية. في أجهزة x16 ، يتم تقسيم الصفحات إلى منطقة رئيسية مكونة من 256 كلمة ومنطقة احتياطية مكونة من 8 كلمات.

الشكل 5 تنظيم صفيف ذاكرة NAND

قد تحتوي أجهزة فلاش NAND التي تحتوي على صفحات 528 بايت / 264 كلمة على كتل سيئة ، والتي قد تحتوي على خلية واحدة أو أكثر من الخلايا غير الصالحة التي لا يمكن ضمان موثوقيتها. بالإضافة إلى ذلك ، قد تظهر كتل إضافية غير صالحة للاستعمال أثناء تشغيل المنتج. تتم كتابة المعلومات الخاصة بالكتل السيئة على البلورة قبل إرسالها. يتم تنفيذ العمل مع هذه الكتل وفقًا للإجراء الموضح بالتفصيل في الدليل المرجعي لرقائق ذاكرة Hynix.

عند العمل باستخدام شرائح الذاكرة ، يتم تنفيذ ثلاثة إجراءات رئيسية: القراءة (الشكل 6) والكتابة (الشكل 7) والمسح (الشكل 8).

إجراء قراءة البيانات

الشكل 6 رسم تخطيطي لإجراءات القراءة

يمكن أن تكون إجراءات قراءة البيانات من ذاكرة NAND من ثلاثة أنواع: القراءة العشوائية وقراءة الصفحة وقراءة السطر المتسلسل. مع القراءة العشوائية ، هناك حاجة إلى أمر منفصل للحصول على جزء واحد من البيانات.

تتم قراءة الصفحة بعد الوصول العشوائي للقراءة ، حيث يتم نقل محتويات الصفحة إلى المخزن المؤقت للصفحة. عند الانتهاء من نقل يبلغ مستوى عال على الإخراج "قراءة / مشغول". يمكن قراءة البيانات بالتسلسل (من عنوان العمود المحدد إلى العمود الأخير) بالنبض على إشارة تمكين القراءة (RE).

يكون وضع القراءة المتسلسلة نشطًا عندما يظل إدخال تمكين الشريحة (CE) منخفضًا ويومض دخل تمكين القراءة بعد قراءة العمود الأخير من الصفحة. في هذه الحالة ، يتم تحميل الصفحة التالية تلقائيًا في المخزن المؤقت للصفحة وتستمر عملية القراءة. يمكن استخدام عملية قراءة السطر المتسلسل داخل الكتلة فقط. إذا تغيرت الكتلة ، يجب إصدار أمر قراءة جديد.

إجراء تسجيل البيانات

الشكل 7 اكتب مخطط الإجراء

الإجراء القياسي لكتابة البيانات هو الترحيل. تمت برمجة المنطقة الرئيسية لمصفوفة الذاكرة في صفحات ، ولكن من الممكن برمجة جزء من الصفحة بالعدد المطلوب من البايت (من 1 إلى 528) أو الكلمات (من 1 إلى 264). الحد الأقصى لعدد الإدخالات المتتالية لأجزاء من نفس الصفحة لا يزيد عن إدخال واحد في المنطقة الرئيسية ولا يزيد عن إدخالين في المنطقة الاحتياطية. بمجرد تجاوز هذه القيم ، يجب إصدار أمر clear block قبل أي عملية برمجة لاحقة في هذه الصفحة. تتكون كل عملية برمجة من خمس خطوات:

1. مطلوب دورة ناقل واحدة لإعداد أمر كتابة الصفحة.
2. مطلوب أربع دورات حافلات لنقل العنوان.
3. إصدار البيانات إلى الناقل (حتى 528 بايت / 264 كلمة) وتحميلها في مخزن الصفحة المؤقت.
4. مطلوب دورة ناقل واحدة لإصدار أمر استلام لبدء وحدة تحكم PER.
5. تنفيذ وحدة تحكم PER لكتابة البيانات إلى المصفوفة.

إجراء محو الحظر

الشكل 8 محو مخطط الإجراء

يتم إجراء عملية المسح في وقت واحد على كتلة واحدة. نتيجة لتشغيله ، يتم تعيين جميع وحدات البت في الكتلة المحددة على "1". فقدت جميع البيانات السابقة. تتكون عملية المسح من ثلاث خطوات (الشكل 8):

1. مطلوب دورة ناقل واحدة لتعيين أمر محو الكتلة.
2. هناك حاجة إلى ثلاث دورات ناقل فقط لتعيين عنوان الكتلة. الدورة الأولى (A0-A7) غير مطلوبة نظرًا لأن العناوين من A14 إلى A26 (العناوين الأعلى) هي فقط الصالحة ، ويتم تجاهل A9-A13.
3. مطلوب دورة ناقل واحدة لإصدار أمر استلام لبدء وحدة تحكم PER.

بالإضافة إلى Hynix ، يتم إنتاج رقائق ذاكرة NAND بواسطة العديد من الشركات المصنعة الأخرى ، من بينها Samsung لديها نطاق كبير جدًا وحجم مبيعات من المنتجات. تنتج سطرين أساسيين من رقائق ذاكرة NAND Flash و One NAND ™. عائلة وحدات الذاكرة One NAND ™ هي ذاكرة أحادية الشريحة بواجهة NOR-flash قياسية تعتمد على مجموعة من خلايا NAND-flash.

مجموعة المنتجات التي تصنعها Samsung أوسع من منتجات Hynix. يتم تقديم وحدات بسعات تتراوح من 4 ميجابت في الثانية إلى 8 جيجابت في الثانية ، وتعمل في نطاقات درجات الحرارة التجارية والصناعية. تتوفر تعديلات 8 بت و 16 بت لنطاقات جهد إمداد مختلفة: 1.65 ... 1.95 فولت أو 2.7 ... 3.6 فولت. تتمتع المنتجات المصنعة من قبل Samsung بقدرات متقدمة لحماية بيانات الأجهزة: حماية ضد الكتابة لـ BootRAM ، وحماية صفيف فلاش الوضع ، والحماية من عمليات الكتابة غير المقصودة عند تشغيلها وإيقاف تشغيلها.

بخلاف ذلك ، فإن تصميم رقائق ذاكرة Hynix ومنتجات NAND Flash من سامسونج متطابق تقريبًا. في هذه الحالة ، يكون الخيار المفضل للمستهلك هو منتج الشركة المصنعة التي تكون قيمتها السوقية للمنتجات هي الأكثر قبولًا.

الأداء العالي عند قراءة تدفقات البيانات التسلسلية يحدد مسبقًا نطاقًا واسعًا من قابلية تطبيق فلاش NAND. يعد سوق محركات أقراص الحالة الصلبة USB من الأسواق المشهورة جدًا والواعدة لهذا النوع من الذاكرة. يعكس الجدول 3 قدرات رقائق NAND-flash المنتجة حاليًا فيما يتعلق بهذه المنطقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأكثر فائدة هو استخدام هذه الذاكرة في مشغلات MP3 والكاميرات الرقمية وأجهزة الكمبيوتر - المحمولة وغيرها من المعدات المماثلة.

الجدول 3. مزايا وعيوب استخدام فلاش NAND في محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة

فئة		محتوى
الاحتمالات	مزايا	تخزين البيانات التي يمكن نقلها عبر USB
		حجم صغير ، سهل إنشاء أجهزة محمولة
		لا يوجد حد للذاكرة
		تخزين بيانات آمن ، أكثر موثوقية من الناحية المادية من الأقراص الصلبة
		دعم التوصيل والتشغيل وظيفة التوصيل الساخن
		سرعة الإرسال السريع: USB 1.1: بحد أقصى 12 ميجا بايت ، USB 2.0: بحد أقصى 480 ميجا بايت
		توافق ممتاز مع واجهة USB الموحدة
		إمكانية إمداد الطاقة من منفذ USB (500 مللي أمبير ، 4.5 ... 5.5 فولت)
	عيوب	الحاجة إلى برنامج في نظام تشغيل جهاز التحكم المضيف
		الحاجة إلى شرائح مضيف USB
		تكلفة عالية مقارنة بمحركات الأقراص الثابتة ذات السعة المماثلة
قدرة المنتج		16 ميجابت في الثانية إلى 8 جيجابت في الثانية
سرعة انتقال	تسجيل	حتى 13 ميجابت في الثانية تحت USB 2.0 مع بطاقة SanDisk CF
	قراءة	حتى 15 ميجا بايت / ثانية تحت USB 2.0 من SanDisk
طلب		كمبيوتر شخصي (سطح مكتب ، كمبيوتر محمول) ، DVC ، المساعد الشخصي الرقمي ، الهواتف المحمولة ، إلخ.
الشركات المصنعة الرائدة باستخدام ذاكرة فلاش		M-Systems و Lexar Media و SanDisk وما إلى ذلك.
ذات الصلة		USB-IF (منتدى مصممي USB) ، UTMA (الجمعية العالمية للذاكرة القابلة للنقل)

ذاكرة فلاش هي نوع من الذاكرة الدائمة لأجهزة الكمبيوتر التي يمكن إعادة برمجتها أو محوها كهربائيًا. مقارنة بذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح كهربائياً والقابلة للبرمجة ، يمكن تنفيذ الإجراءات عليها في كتل موجودة في أماكن مختلفة. تكلف ذاكرة الفلاش أقل بكثير من ذاكرة EEPROM ، ولهذا أصبحت التكنولوجيا المهيمنة. خاصة في المواقف التي تتطلب تخزين بيانات مستقر وطويل الأجل. يُسمح باستخدامه في مجموعة متنوعة من الحالات: في مشغلات الصوت الرقمية وكاميرات الصور والفيديو والهواتف المحمولة والهواتف الذكية ، حيث توجد تطبيقات android خاصة على بطاقة الذاكرة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه أيضًا في محركات أقراص USB المحمولة ، والتي تُستخدم تقليديًا لحفظ المعلومات ونقلها بين أجهزة الكمبيوتر. لقد اكتسبت بعض الشهرة في عالم الألعاب ، حيث يتم استخدامها غالبًا في خطأ فادح لتخزين بيانات تقدم اللعبة.

وصف عام

ذاكرة الفلاش هي نوع يمكنه تخزين المعلومات على لوحه لفترة طويلة دون استخدام الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكننا ملاحظة أعلى سرعة للوصول إلى البيانات ، بالإضافة إلى أفضل مقاومة للصدمات الحركية مقارنة بمحركات الأقراص الثابتة. بفضل هذه الخصائص ، أصبحت شائعة جدًا للأجهزة التي تعمل بالبطاريات والمراكم. ميزة أخرى لا جدال فيها هي أنه عند ضغط ذاكرة الفلاش في بطاقة صلبة ، يكاد يكون من المستحيل تدميرها بأي وسيلة فيزيائية قياسية ، لذلك يمكنها تحمل الماء المغلي والضغط العالي.

الوصول إلى البيانات منخفض المستوى

تختلف طريقة الوصول إلى البيانات في ذاكرة الفلاش تمامًا عن تلك المستخدمة في العروض التقليدية. يتم توفير وصول منخفض المستوى من خلال السائق. تستجيب ذاكرة الوصول العشوائي التقليدية على الفور لمكالمات قراءة المعلومات وكتابتها ، وإرجاع نتائج هذه العمليات ، لكن تصميم ذاكرة الفلاش يستغرق وقتًا في التفكير.

الجهاز ومبدأ العملية

في الوقت الحالي ، تنتشر ذاكرة الفلاش على نطاق واسع ، والتي يتم إنشاؤها على عناصر أحادية الترانزستور مع بوابة "عائمة". يسمح هذا بكثافة تخزين أكبر من DRAM ، والتي تتطلب زوجًا من الترانزستورات وعنصر مكثف. في الوقت الحالي ، السوق مليء بالتقنيات المختلفة لبناء العناصر الأساسية لهذا النوع من الوسائط ، والتي طورتها الشركات المصنعة الرائدة. ما يميزهم هو عدد الطبقات ، وطرق تسجيل ومحو المعلومات ، وكذلك تنظيم الهيكل ، وهو ما يشار إليه عادة في العنوان.

في الوقت الحالي ، هناك نوعان من الدوائر المصغرة الأكثر شيوعًا: NOR و NAND. في كليهما ، يتم توصيل ترانزستورات التخزين بحافلات البت - بالتوازي والتسلسل ، على التوالي. النوع الأول له أحجام خلايا كبيرة إلى حد ما ، وهناك إمكانية للوصول العشوائي السريع ، مما يسمح بتنفيذ البرامج مباشرة من الذاكرة. يتميز الثاني بأحجام أصغر للخلايا ، فضلاً عن الوصول المتسلسل السريع ، وهو أكثر ملاءمة عندما يكون من الضروري إنشاء أجهزة من النوع الكتلي حيث سيتم تخزين المعلومات الكبيرة.

في معظم الأجهزة المحمولة ، يستخدم SSD نوع الذاكرة NOR. ومع ذلك ، أصبحت أجهزة USB الآن أكثر شيوعًا. يستخدمون ذاكرة NAND. تدريجيا ، يزيح الأول.

المشكلة الرئيسية هي الهشاشة

لم ترضي العينات الأولى من محركات الأقراص المحمولة ذات الإنتاج الضخم المستخدمين بسرعات عالية. ومع ذلك ، أصبحت سرعة كتابة المعلومات وقراءتها الآن على مستوى يمكنك من مشاهدة فيلم كامل أو تشغيل نظام تشغيل على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. أظهر عدد من الشركات المصنعة بالفعل آلات يتم فيها استبدال القرص الصلب بذاكرة فلاش. لكن هذه التقنية لها عيب كبير للغاية ، والذي يصبح عقبة أمام استبدال الأقراص المغناطيسية الحالية بهذا الناقل. نظرًا لخصائص جهاز ذاكرة الفلاش ، فإنه يسمح بمسح البيانات وكتابتها على عدد محدود من الدورات ، وهو أمر يمكن تحقيقه حتى بالنسبة للأجهزة الصغيرة والمحمولة ، ناهيك عن عدد مرات إجراء ذلك على أجهزة الكمبيوتر. إذا كنت تستخدم هذا النوع من الوسائط كمحرك أقراص ذي حالة صلبة على جهاز كمبيوتر ، فسيحدث موقف حرج بسرعة كبيرة.

ويرجع ذلك إلى حقيقة أن محرك الأقراص هذا مبني على خاصية ترانزستورات التأثير الميداني لتخزينها في بوابة "عائمة" ، والتي يعتبر غيابها أو وجودها في الترانزستور واحدًا منطقيًا أو صفرًا في الثنائي. يتم تسجيل ومحو البيانات في ذاكرة NAND باستخدام الإلكترونات النفقية باستخدام طريقة فاولر-نوردهايم بمساعدة عازل. هذا ليس مطلوبًا ، مما يسمح لك بتكوين خلايا ذات حجم صغير. لكن هذه هي العملية التي تؤدي إلى الخلايا ، حيث يتسبب التيار الكهربائي في هذه الحالة في اختراق الإلكترونات للبوابة ، والتغلب على الحاجز العازل. ومع ذلك ، فإن مدة الصلاحية المضمونة لهذه الذاكرة هي عشر سنوات. لا يحدث تآكل الدائرة المصغرة بسبب قراءة المعلومات ، ولكن بسبب عمليات محوها وكتابتها ، لأن القراءة لا تتطلب تغيير بنية الخلايا ، ولكنها تمر فقط تيارًا كهربائيًا.

بطبيعة الحال ، تعمل الشركات المصنعة للذاكرة بنشاط من أجل زيادة عمر خدمة هذا النوع من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة: فهي تسعى جاهدة لضمان عمليات كتابة / محو موحدة عبر خلايا الصفيف بحيث لا يتآكل بعضها أكثر من غيرها. تُستخدم مسارات البرامج في الغالب لتوزيع الحمل بالتساوي. على سبيل المثال ، للقضاء على هذه الظاهرة ، يتم استخدام تقنية "تسوية التآكل". في هذه الحالة ، يتم نقل البيانات التي غالبًا ما تخضع للتغييرات إلى مساحة العنوان في ذاكرة الفلاش ، لذلك يتم التسجيل على عناوين فعلية مختلفة. تم تجهيز كل وحدة تحكم بخوارزمية المحاذاة الخاصة بها ، لذلك من الصعب جدًا مقارنة فعالية نماذج معينة ، نظرًا لعدم الكشف عن تفاصيل التنفيذ. نظرًا لأن حجم محركات الأقراص المحمولة يتزايد كل عام ، فمن الضروري تطبيق المزيد من الخوارزميات الفعالة لضمان استقرار الأجهزة.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها

كانت إحدى الطرق الفعالة للغاية لمكافحة هذه الظاهرة هي حجز قدر معين من الذاكرة ، مما يضمن توحيد الحمل وتصحيح الخطأ من خلال خوارزميات إعادة توجيه منطقية خاصة لاستبدال الكتل المادية التي تحدث أثناء العمل المكثف باستخدام محرك أقراص فلاش. ولمنع فقدان المعلومات ، يتم حظر الخلايا المعطلة أو استبدالها بخلايا احتياطية. يتيح توزيع البرامج هذا للكتل ضمان اتساق الحمل عن طريق زيادة عدد الدورات بمقدار 3-5 مرات ، لكن هذا لا يكفي.

وتتميز الأنواع الأخرى من محركات الأقراص هذه بحقيقة أنه تم إدخال جدول مع نظام الملفات في منطقة الخدمة الخاصة بهم. يمنع الفشل في قراءة المعلومات على المستوى المنطقي ، على سبيل المثال ، في حالة الإغلاق غير الصحيح أو الانقطاع المفاجئ في إمداد الطاقة الكهربائية. ونظرًا لأن النظام لا يوفر التخزين المؤقت عند استخدام الأجهزة القابلة للإزالة ، فإن الكتابة المتكررة لها التأثير الأكثر ضررًا على جدول تخصيص الملفات ومحتويات الدليل. وحتى البرامج الخاصة ببطاقات الذاكرة لا تستطيع المساعدة في هذا الموقف. على سبيل المثال ، مع وصول واحد ، أعاد المستخدم كتابة ألف ملف. ويبدو أنه يستخدم مرة واحدة فقط لتسجيل الكتل حيث توجد. ولكن تمت الكتابة فوق مناطق الخدمة مع كل تحديث لأي ملف ، أي أن جداول التخصيص مرت بهذا الإجراء ألف مرة. لهذا السبب ، ستفشل الكتل التي تشغلها هذه البيانات المعينة أولاً وقبل كل شيء. تعمل تقنية تسوية التآكل مع هذه الكتل ، لكن فعاليتها محدودة للغاية. وبغض النظر عن جهاز الكمبيوتر الذي تستخدمه ، فسيفشل محرك الأقراص المحمول تمامًا عندما يتم توفيره من قبل المنشئ.

وتجدر الإشارة إلى أن الزيادة في سعة الدوائر الدقيقة لهذه الأجهزة أدت فقط إلى حقيقة أن العدد الإجمالي لدورات الكتابة قد انخفض ، حيث أصبحت الخلايا أصغر ، لذلك يلزم جهد أقل وأقل لتبديد أقسام الأكسيد التي عزل "البوابة العائمة". وهنا الوضع هو أنه مع زيادة سعة الأجهزة المستخدمة ، أصبحت مشكلة موثوقيتها تتفاقم أكثر فأكثر ، وتعتمد فئة بطاقة الذاكرة الآن على العديد من العوامل. يتم تحديد موثوقية مثل هذا الحل من خلال ميزاته التقنية ، وكذلك الوضع الحالي في السوق. بسبب المنافسة الشرسة ، يضطر المصنعون إلى تقليل تكلفة الإنتاج بأي شكل من الأشكال. بما في ذلك بسبب تبسيط التصميم ، واستخدام مكونات من مجموعة أرخص ، وإضعاف السيطرة على التصنيع ، وبطرق أخرى. على سبيل المثال ، ستكلف بطاقة ذاكرة Samsung أكثر من نظائرها الأقل شهرة ، لكن موثوقيتها تثير أسئلة أقل بكثير. ولكن حتى هنا من الصعب التحدث عن الغياب التام للمشكلات ، ومن الصعب توقع أي شيء أكثر من أجهزة من جهات تصنيع غير معروفة تمامًا.

آفاق التنمية

على الرغم من المزايا الواضحة ، إلا أن هناك عددًا من العيوب التي تميز بطاقة ذاكرة SD ، مما يمنع المزيد من التوسع في نطاقها. لهذا السبب هناك بحث مستمر عن حلول بديلة في هذا المجال. بالطبع ، أولاً وقبل كل شيء ، يحاولون تحسين الأنواع الحالية من ذاكرة الفلاش ، والتي لن تؤدي إلى أي تغييرات جوهرية في عملية الإنتاج الحالية. لذلك ، ليس هناك شك في شيء واحد فقط: ستحاول الشركات المشاركة في تصنيع هذه الأنواع من محركات الأقراص استخدام إمكاناتها الكاملة قبل التحول إلى نوع آخر ، والاستمرار في تحسين التكنولوجيا التقليدية. على سبيل المثال ، تتوفر بطاقة ذاكرة Sony حاليًا بمجموعة كبيرة من الأحجام ، لذلك من المتوقع أن يستمر بيعها بنشاط.

ومع ذلك ، توجد اليوم مجموعة كاملة من تقنيات تخزين البيانات البديلة على وشك التنفيذ الصناعي ، ويمكن تنفيذ بعضها فور ظهور حالة السوق المواتية.

ذاكرة الوصول العشوائي الكهروحرارية (فرام)

تم اقتراح تقنية ذاكرة الوصول العشوائي الكهربية (FRAM) لزيادة إمكانات الذاكرة غير المتطايرة. من المقبول عمومًا أن آلية تشغيل التقنيات الحالية ، والتي تتمثل في إعادة كتابة البيانات في عملية القراءة مع جميع التعديلات للمكونات الأساسية ، تؤدي إلى تقييد معين في السرعة المحتملة للأجهزة. و FRAM هي ذاكرة تتميز بالبساطة والموثوقية العالية وسرعة التشغيل. هذه الخصائص هي الآن سمة من سمات DRAM - ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة الموجودة في الوقت الحالي. ولكن هذا سيضيف أيضًا إمكانية تخزين البيانات على المدى الطويل ، والتي تتميز بها. ومن بين مزايا هذه التقنية ، يمكن تمييز مقاومة أنواع مختلفة من اختراق الإشعاع ، والتي قد تكون مطلوبة في الأجهزة الخاصة التي تستخدم للعمل فيها ظروف زيادة النشاط الإشعاعي أو في استكشاف الفضاء. يتم تنفيذ آلية تخزين المعلومات هنا من خلال استخدام التأثير الفيروكهربائي. إنه يعني أن المادة قادرة على الحفاظ على الاستقطاب في حالة عدم وجود مجال كهربائي خارجي. يتم تشكيل كل خلية ذاكرة FRAM عن طريق وضع غشاء رقيق للغاية من المواد الحديدية الكهربية على شكل بلورات بين زوج من الأقطاب الكهربائية المعدنية المسطحة التي تشكل مكثفًا. يتم تخزين البيانات في هذه الحالة داخل الهيكل البلوري. وهذا يمنع تأثير تسرب الشحنة مما يتسبب في ضياع المعلومات. يتم الاحتفاظ بالبيانات الموجودة في ذاكرة FRAM حتى عند إيقاف تشغيل مصدر الطاقة.

ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية (MRAM)

نوع آخر من الذاكرة يعتبر واعدًا جدًا اليوم هو ذاكرة MRAM. يتميز بأداء عالي السرعة واستقلال الطاقة. في هذه الحالة ، يتم استخدام فيلم مغناطيسي رقيق يوضع على ركيزة من السيليكون. MRAM ذاكرة ثابتة. لا يلزم الكتابة فوقه بشكل دوري ، ولن تضيع المعلومات عند انقطاع التيار الكهربائي. في الوقت الحالي ، يتفق معظم الخبراء على أنه يمكن تسمية هذا النوع من الذاكرة بتقنية الجيل التالي ، نظرًا لأن النموذج الأولي الحالي يوضح أداء عالي السرعة إلى حد ما. ميزة أخرى لهذا الحل هي التكلفة المنخفضة للرقائق. يتم تصنيع ذاكرة الفلاش وفقًا لعملية CMOS المتخصصة. ويمكن إنتاج رقائق MRAM باستخدام عملية تصنيع قياسية. ويمكن أن تكون المواد هي تلك المستخدمة في الوسائط المغناطيسية التقليدية. من الأرخص بكثير إنتاج دفعات كبيرة من هذه الدوائر الدقيقة من غيرها. إحدى الخصائص المهمة لذاكرة MRAM هي القدرة على التشغيل الفوري. وهذا مهم بشكل خاص للأجهزة المحمولة. في الواقع ، في هذا النوع ، يتم تحديد قيمة الخلية بواسطة الشحنة المغناطيسية ، وليس بالشحنة الكهربائية ، كما هو الحال في ذاكرة الفلاش التقليدية.

الذاكرة الموحدة Ovonic (OUM)

نوع آخر من الذاكرة تعمل عليه العديد من الشركات بنشاط هو محرك الحالة الصلبة المستند إلى أشباه الموصلات غير المتبلورة. يعتمد على تقنية المرحلة الانتقالية ، والتي تشبه مبدأ التسجيل على الأقراص التقليدية. هنا تتغير حالة طور المادة في مجال كهربائي من بلوري إلى غير متبلور. وهذا التغيير مستمر حتى في غياب التوتر. تختلف هذه الأجهزة عن الأقراص الضوئية التقليدية في أن التسخين يحدث بسبب عمل التيار الكهربائي ، وليس الليزر. تتم القراءة في هذه الحالة بسبب الاختلاف في انعكاس المادة في حالات مختلفة ، والذي يدركه مستشعر القيادة. من الناحية النظرية ، يتمتع هذا الحل بكثافة تخزين عالية وموثوقية قصوى ، فضلاً عن زيادة السرعة. يكون مؤشر الحد الأقصى لعدد دورات إعادة الكتابة مرتفعًا هنا ، حيث يتم استخدام الكمبيوتر ، ويتأخر محرك الأقراص المحمول في هذه الحالة بعدة أوامر من حيث الحجم.

ذاكرة الوصول العشوائي Chalcogenide (CRAM) وذاكرة تغيير الطور (PRAM)

تعتمد هذه التقنية أيضًا على انتقالات الطور ، عندما تعمل المادة المستخدمة في الناقل في إحدى الطور كمواد غير متبلورة غير موصلة ، وفي الثانية تعمل كموصل بلوري. يتم نقل خلية التخزين من حالة إلى أخرى بسبب المجالات الكهربائية والتدفئة. تتميز هذه الرقائق بمقاومة الإشعاع المؤين.

بطاقة المعلومات متعددة الطبقات المطبوعة (Info-MICA)

يتم تشغيل الأجهزة المبنية على أساس هذه التقنية وفقًا لمبدأ التصوير المجسم ذي الأغشية الرقيقة. يتم تسجيل المعلومات على النحو التالي: أولاً ، يتم تكوين صورة ثنائية الأبعاد ، والتي يتم نقلها إلى صورة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية CGH. تتم قراءة البيانات عن طريق تثبيت شعاع الليزر على حافة إحدى الطبقات التي يتم تسجيلها ، والتي تعمل كدليل موجي بصري. ينتشر الضوء على طول محور موازٍ لمستوى الطبقة ، مكونًا صورة مخرجات تتوافق مع المعلومات المسجلة سابقًا. يمكن الحصول على البيانات الأولية في أي وقت بفضل خوارزمية التشفير العكسي.

يُقارن هذا النوع من الذاكرة بشكل إيجابي بذاكرة أشباه الموصلات نظرًا لأنها توفر كثافة تسجيل عالية واستهلاكًا منخفضًا للطاقة ، فضلاً عن تكلفة وسائط منخفضة وسلامة بيئية وحماية من الاستخدام غير المصرح به. لكن بطاقة الذاكرة هذه لا تسمح بإعادة كتابة المعلومات ، وبالتالي فهي تعمل فقط كمخزن طويل المدى ، أو كبديل للوسائط الورقية ، أو كبديل للأقراص الضوئية لتوزيع محتوى الوسائط المتعددة.

على مر السنين ، توصل خبراء إل إس آي (LSI) إلى فهم أهمية تحليلات تفاعل فلاش NAND لتحسين الأداء وزيادة العمر الافتراضي له. في هذا الصدد ، أنشأت الشركة مجموعة تدرس سلوك NAND flash وتصف ميزات التفاعل مع وحدات تحكم LSI. أوجه انتباهكم إلى مقابلة مع خبير في هذا المجال بيل هانت ، كبير المهندسين في قسم التحليل ، مما يتيح لك فهمًا أفضل لما تفعله المجموعة.

هل كل فلاش NAND متماثل؟

بالطبع لا. لا تختلف مواصفات وأداء فلاش NAND وخصائصه الأخرى بين الشركات المصنعة فحسب ، بل تختلف أيضًا بين طرازات من نفس العائلة. في كثير من الأحيان ، حتى الرقائق من نفس النموذج ، التي يتم إنتاجها في أوقات مختلفة ، تختلف ، خاصة في المراحل الأولى وبعد ذلك. في بعض الأحيان ، يقوم المصنعون عن عمد بإنشاء نماذج مختلفة من نفس الشريحة ، موجهة إلى أسواق مختلفة ، على سبيل المثال ، للشركات والحلول المخصصة. يعد فهم الفرق بين أنواع NAND أمرًا حيويًا لبناء حل فعال.

كيف تختلف رقائق NAND من مصنع لآخر؟

هناك "مستويان" من الاختلاف بين مصنعي الرقائق: الاختلافات بسبب البنى المختلفة ، والاختلافات بين الشركات المصنعة التي تستخدم نفس البنية. بالنسبة لمصنعي NAND ذوي التصميمات وعمليات التصنيع المختلفة ، فإن الاختلافات كبيرة. وهي تتكون من دبابيس مختلفة ومتطلبات الطاقة وتخطيطات الكتلة والصفحة ومخططات العنونة والأوامر وقراءة إجراءات استرداد الفشل وغير ذلك الكثير.

تستخدم بعض الشركات المصنعة تصميمات وعمليات تصنيع متشابهة. ولكن مع ذلك ، يمكن أن يكون لمنتجاتهم اختلافات تشغيلية كبيرة. يمكن أن يكون لكل جهاز خصائص فريدة بناءً على الإعدادات أثناء الإنتاج والأوامر والتشخيصات. حتى عند استخدام واجهات قياسية مثل ONFI و Toggle ، لا يوجد ضمان للعملية نفسها. كل مصنع لديه تفسيره الخاص لهذه المعايير.

ما هي الاختلافات بين شرائح NAND للأجيال المختلفة؟

يتطلب التخفيض الهندسي في تصنيع الرقائق بنية جديدة. تؤدي البنية الجديدة إلى تغييرات في تشغيل ومواصفات جهاز NAND. يأتي التغيير الأكبر من الكثافة المتزايدة لرقائق الذاكرة. على سبيل المثال ، يجب أن يتغير حجم وتخطيط الكتل والصفحات لمواكبة البنية الجديدة وزيادة السعة. عندما تصبح خلايا الذاكرة أصغر وأكثر كثافة ، يجب أيضًا تحسين وظائف معالجة الأخطاء. تتزايد الطلبات على أكواد تصحيح الأخطاء (ECC) وأقسام الغيار. أيضًا ، يجب أن تتكيف NAND مع معدل الحجب السيئ المتزايد. يجب أيضًا زيادة معدل نقل البيانات والأداء لكل جيل جديد لتلبية احتياجات المستخدمين. ينتج عن هذا تغييرات في مواصفات توقيت الواجهة وإضافة ميزات جديدة. بشكل عام ، يتدهور أداء NAND حيث تصبح الهندسة أكثر كثافة ، ومن الأهمية بمكان فهم هذه التغييرات من أجل تطوير آليات أكثر قوة وكفاءة ECC.

ما الاختبارات التي يتم إجراؤها في LSI Flash Analytics Lab؟

يحتوي Flash Analytics Lab على هدفين. أولاً ، نقوم بدمج أجهزة NAND في SSD مع وحدة التحكم LSI SandForce للتأكد من أنها تعمل معًا. ثانيًا ، نقوم باختبار أجهزة NAND لمعرفة كيفية أداء الفلاش طوال دورة حياته. نجري اختبارات في أوضاع تشغيل مختلفة. يعد فهم سلوك رقائق NAND نفسها أمرًا بالغ الأهمية لتطوير الحلول بالموثوقية والأداء الذي يطلبه السوق.

هل يتم اختبار الذكريات الومضية "خارج" دورة حياة جوازات السفر؟

نعم. لا يشارك بائعو NAND دائمًا نتائج وأساليب اختبارات التحمل الخاصة بهم ، لذلك فنحن مضطرون إلى جمع هذه البيانات بأنفسنا. عادة ، نقوم بالتنقل خلال الكتابة / المسح حتى يصل معدل الخطأ إلى قيمة عالية جدًا ، أو يحدث فشل فادح. نقيس أيضًا معلمات أخرى ، مثل أحجام الحجز. يعد فهم كيفية تصرف الذاكرة مع تقدمها في العمر أمرًا ضروريًا للتنبؤ بكيفية تصرف الأجهزة في سيناريوهات العالم الحقيقي.

يحب الشخص العصري أن يكون متحركًا ويحمل العديد من الأدوات عالية التقنية (أداة هندسية - جهاز) التي تجعل الحياة أسهل ، ولكن ما هو موجود للاختباء ، مما يجعلها أكثر ثراءً وإثارة للاهتمام. وظهروا في 10-15 سنة فقط! لقد حققت الأدوات الصغيرة ، والخفيفة ، والسهلة ، والرقمية ... كل هذا بفضل تقنيات المعالجات الدقيقة الجديدة ، ولكن لا تزال أكبر مساهمة كانت من خلال تقنية تخزين رائعة واحدة ، والتي سنتحدث عنها اليوم. لذا ، ذاكرة فلاش.

هناك رأي مفاده أن اسم FLASH بالنسبة لنوع الذاكرة يُترجم إلى "flash". في الواقع، هذا ليس صحيحا. يقول أحد إصدارات مظهره أنه لأول مرة في 1989-1990 ، استخدمت Toshiba كلمة Flash في سياق "سريع ، لحظي" عند وصف رقائقها الجديدة. بشكل عام تعتبر شركة إنتل هي المخترع الذي أدخل ذاكرة الفلاش بهندسة NOR في عام 1988. بعد مرور عام ، طورت Toshiba بنية NAND ، والتي لا تزال مستخدمة حتى اليوم جنبًا إلى جنب مع NOR نفسه في رقائق الفلاش. في الواقع ، يمكننا الآن أن نقول إن هذين نوعين مختلفين من الذاكرة لهما تقنية إنتاج متشابهة إلى حد ما. في هذه المقالة ، سنحاول فهم أجهزتهم ، وكيفية عملها ، وكذلك النظر في الخيارات المختلفة للاستخدام العملي.

ولا

بمساعدة منه ، يتم تحويل الفولتية المدخلة إلى جهد إخراج مطابق لـ "0" و "1". إنها ضرورية لأنه يتم استخدام الفولتية المختلفة لقراءة / كتابة البيانات في خلية ذاكرة. يظهر مخطط الخلية في الشكل أدناه.

إنه نموذجي لمعظم رقائق الفلاش وهو ترانزستور له بوابتان معزولتان: التحكم (التحكم) والعائم (العائم). ميزة مهمة لهذا الأخير هي القدرة على الاحتفاظ بالإلكترونات ، أي الشحن. يوجد أيضًا في الخلية ما يسمى ب "استنزاف" و "مصدر". عند البرمجة بينهما ، بسبب تأثير المجال الإيجابي على بوابة التحكم ، يتم إنشاء قناة - تدفق الإلكترونات. بعض الإلكترونات ، بسبب وجود المزيد من الطاقة ، تتغلب على الطبقة العازلة وتدخل البوابة العائمة. يمكن تخزينها عليها لعدة سنوات. يتوافق نطاق معين من عدد الإلكترونات (الشحنة) على البوابة العائمة مع وحدة منطقية ، وكل ما هو أكبر من صفر. عند القراءة ، يتم التعرف على هذه الحالات عن طريق قياس جهد عتبة الترانزستور. لمسح المعلومات ، يتم تطبيق جهد سلبي عالي على بوابة التحكم ، وتمرير الإلكترونات من البوابة العائمة (النفق) إلى المصدر. في التقنيات من مختلف الصانعين ، قد يختلف مبدأ التشغيل هذا في طريقة تطبيق التيار وقراءة البيانات من الخلية. أود أيضًا أن ألفت انتباهكم إلى حقيقة أنه في بنية ذاكرة الفلاش ، يتم استخدام عنصر واحد فقط (الترانزستور) لتخزين 1 بت من المعلومات ، بينما في أنواع الذاكرة المتقلبة ، يتطلب ذلك عدة ترانزستورات ومكثف. هذا يجعل من الممكن تقليل حجم الدوائر المصغرة المصنعة بشكل كبير ، وتبسيط العملية التكنولوجية ، وبالتالي تقليل التكلفة. ولكن حتى بت واحد بعيد عن الحد الأقصى: تقوم Intel بالفعل بإصدار ذاكرة StrataFlash ، حيث يمكن لكل خلية تخزين 2 بت من المعلومات. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عينات تجريبية بها 4 وحتى 9 بت خلايا! تستخدم هذه الذاكرة تقنية الخلايا متعددة المستويات. لديهم الهيكل المعتاد ، والفرق يكمن في حقيقة أن شحنتهم مقسمة إلى عدة مستويات ، كل منها مخصص لمجموعة معينة من البتات. من الناحية النظرية ، يمكن قراءة / كتابة أكثر من 4 بتات ، ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، تنشأ مشاكل مع القضاء على الضوضاء والتسرب التدريجي للإلكترونات أثناء التخزين لفترات طويلة. بشكل عام ، تتميز رقائق الذاكرة الموجودة حاليًا للخلايا بوقت تخزين المعلومات ، الذي يتم قياسه بالسنوات ، وعدد دورات القراءة / الكتابة - من 100 ألف إلى عدة ملايين. من بين أوجه القصور ، على وجه الخصوص ، ذاكرة فلاش NOR ، تجدر الإشارة إلى ضعف قابلية التوسع: من المستحيل تقليل مساحة الرقائق عن طريق تقليل حجم الترانزستورات. يرتبط هذا الموقف بطريقة تنظيم مصفوفة الخلايا: في بنية NOR ، يجب توصيل جهة اتصال فردية بكل ترانزستور. ذاكرة فلاش مع بنية NAND أفضل بكثير في هذا الصدد.

ناند

الجهاز ومبدأ تشغيل الخلايا هو نفس NOR. على الرغم من أنه بالإضافة إلى المنطق ، لا يزال هناك اختلاف واحد أكثر أهمية - بنية وضع الخلايا وجهات الاتصال الخاصة بها. على عكس الحالة الموضحة أعلاه ، توجد هنا مصفوفة جهات اتصال ، في تقاطعات الصفوف والأعمدة التي توجد بها الترانزستورات. هذا مشابه لمصفوفة سلبية في شاشات العرض :) (و NOR - مع TFT نشط). في حالة الذاكرة ، يكون هذا التنظيم أفضل إلى حد ما - يمكن تقليل مساحة الدائرة المصغرة بشكل كبير بسبب حجم الخلايا. العيوب (حيث بدونها) أقل مقارنة بسرعة NOR في عمليات الوصول العشوائي لكل بايت.

هناك أيضًا هياكل مثل: DiNOR (Mitsubishi) و superAND (Hitachi) وما إلى ذلك ، فهي لا تمثل أي شيء جديد بشكل أساسي ، ولكنها تجمع فقط بين أفضل خصائص NAND و NOR.

ومع ذلك ، مهما كان الأمر ، يتم إنتاج NOR و NAND اليوم على قدم المساواة ولا يتنافسان عمليًا مع بعضهما البعض ، نظرًا لخصائصهما ، يتم استخدامهما في مناطق مختلفة من تخزين البيانات. سيتم مناقشة هذا أكثر ...

حيث تحتاج الذاكرة ...

يعتمد نطاق أي نوع من أنواع ذاكرة الفلاش بشكل أساسي على أداء السرعة وموثوقية تخزين المعلومات. تسمح لك مساحة عنوان ذاكرة NOR بالعمل مع بايتات أو كلمات فردية (2 بايت). في NAND ، يتم تجميع الخلايا في كتل صغيرة (على غرار كتلة القرص الصلب). ويترتب على ذلك أنه مع القراءة والكتابة المتسلسلة ، ستتمتع NAND بميزة السرعة. ومع ذلك ، من ناحية أخرى ، تخسر NAND بشكل كبير في عمليات الوصول العشوائي ولا تسمح لك بالعمل مباشرة مع بايت من المعلومات. على سبيل المثال ، لتغيير بايت واحد يتطلب:

1. قراءة في المخزن المؤقت كتلة المعلومات التي يقع فيها
2. تغيير البايت المطلوب في المخزن المؤقت
3. اكتب الكتلة مع البايت الذي تم تغييره مرة أخرى

إذا أضفنا تأخيرات في جلب الكتل والوصول إلى وقت تنفيذ العمليات المذكورة أعلاه ، فسنحصل على مؤشرات ليست بأي حال من الأحوال منافسة مع NOR (ألاحظ أنها تخص حالة التسجيل بالبايت). الكتابة / القراءة المتسلسلة هي مسألة أخرى - هنا NAND ، على العكس من ذلك ، تظهر خصائص سرعة أعلى بشكل ملحوظ. لذلك ، وأيضًا نظرًا لإمكانيات زيادة حجم الذاكرة دون زيادة حجم الدائرة المصغرة ، فقد وجد فلاش NAND تطبيقًا كمخزن لكميات كبيرة من المعلومات ونقلها. الأجهزة الأكثر شيوعًا القائمة على هذا النوع من الذاكرة اليوم هي محركات أقراص فلاش وبطاقات الذاكرة. بالنسبة لفلاش NOR ، تُستخدم الرقائق مع مثل هذه المنظمة كأوصياء على كود البرنامج (BIOS ، وذاكرة الوصول العشوائي لأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، والهواتف المحمولة ، وما إلى ذلك) ، وفي بعض الأحيان يتم تنفيذها كحلول متكاملة (ذاكرة الوصول العشوائي ، وذاكرة القراءة فقط ، والمعالج على لوحة صغيرة واحدة ، وحتى في شريحة واحدة). وخير مثال على هذا الاستخدام هو مشروع Gumstix: كمبيوتر ذو لوحة واحدة بحجم عصا العلكة. توفر رقائق NOR مستوى موثوقية تخزين المعلومات المطلوبة لمثل هذه الحالات وخيارات أكثر مرونة للعمل معها. يُقاس حجم فلاش NOR عادةً بوحدات ميغا بايت ونادرًا ما يتجاوز العشرات.

وسيكون هناك وميض ...

بالطبع ، يعد الفلاش تقنية واعدة. ومع ذلك ، على الرغم من النمو القوي في أحجام الإنتاج ، إلا أن أجهزة التخزين القائمة عليها لا تزال باهظة الثمن بما يكفي للتنافس مع محركات الأقراص الثابتة لسطح المكتب أو أجهزة الكمبيوتر المحمول. في الأساس ، يقتصر مجال هيمنة ذاكرة الفلاش الآن على الأجهزة المحمولة. كما تعلمون ، هذا الجزء من تكنولوجيا المعلومات ليس صغيرا جدا. بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا للمصنعين ، لن يتوقف توسيع الفلاش عند هذا الحد. إذن ، ما هي اتجاهات التنمية الرئيسية في هذا المجال.

أولاً ، كما ذكر أعلاه ، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام للحلول المتكاملة. علاوة على ذلك ، فإن مشاريع مثل Gumstix ليست سوى مراحل وسيطة في طريقها إلى تنفيذ جميع الوظائف في شريحة واحدة.

حتى الآن ، ما يسمى بأنظمة on-chip (أحادية الشريحة) عبارة عن مجموعات في شريحة ذاكرة فلاش واحدة مع وحدة تحكم أو معالج أو SDRAM أو مع برنامج خاص. لذلك ، على سبيل المثال ، تتيح Intel StrataFlash بالاشتراك مع برنامج Persistent Storage Manager (PSM) استخدام مقدار الذاكرة لتخزين البيانات وتنفيذ كود البرنامج. PSM هو في الأساس نظام ملفات مدعوم من قبل Windows CE 2.1 والإصدارات الأحدث. كل هذا يهدف إلى تقليل عدد المكونات وتقليل حجم الأجهزة المحمولة مع زيادة وظائفها وأدائها. ما لا يقل إثارة للاهتمام والأهمية هو تطوير Renesas - ذاكرة فلاش فائقة السرعة مع وظائف تحكم مدمجة. حتى هذه النقطة ، تم تنفيذها بشكل منفصل في وحدة التحكم ، ولكن الآن تم دمجها مباشرة في الشريحة. هذه هي وظائف التحكم في القطاعات السيئة ، وتصحيح الخطأ (ECC - فحص الأخطاء وتصحيحها) ، وتوحيد تآكل الخلية (تسوية التآكل). نظرًا لوجودها بشكل أو بآخر في معظم البرامج الثابتة الأخرى ذات العلامات التجارية لوحدات التحكم الخارجية ، فلنلقِ نظرة سريعة عليها. لنبدأ بالقطاعات السيئة. نعم ، توجد أيضًا في ذاكرة فلاش: الرقائق التي يصل معدلها إلى 2٪ من الخلايا غير العاملة تغادر بالفعل خط التجميع - وهذا معيار تكنولوجي شائع. لكن بمرور الوقت ، قد يزداد عددهم (لا ينبغي إلقاء اللوم على البيئة بشكل خاص في هذا - التأثير الكهرومغناطيسي والفيزيائي (الاهتزاز ، إلخ) ليس مروعًا لشريحة فلاش). لذلك ، تمامًا مثل محركات الأقراص الثابتة ، تتمتع ذاكرة الفلاش بسعة احتياطية. في حالة ظهور مقطع تالف ، تستبدل وظيفة التحكم عنوانها في جدول تخصيص الملفات بعنوان القطاع من المنطقة الاحتياطية.

في الواقع ، تعمل خوارزمية ECC في تحديد السيئات - فهي تقارن المعلومات المسجلة بالمعلومات المسجلة بالفعل. أيضًا ، نظرًا للمورد المحدود للخلايا (بترتيب عدة ملايين من دورات القراءة / الكتابة لكل منها) ، من المهم أن يكون لديك وظيفة تأخذ في الاعتبار توحيد التآكل. سأقدم مثل هذه الحالة النادرة ولكنها تحدث: سلسلة مفاتيح بسعة 32 ميجابايت ، منها 30 ميجابايت مشغولة ، ويتم كتابة شيء ما وحذفه باستمرار في المساحة الخالية. اتضح أن بعض الخلايا خاملة ، في حين أن البعض الآخر يستنفد مواردها بشكل مكثف. لمنع حدوث ذلك ، في الأجهزة ذات العلامات التجارية ، يتم تقسيم المساحة الخالية بشكل مشروط إلى أقسام ، يتم تنفيذ التحكم في عدد عمليات الكتابة وحسابها لكل منها.

يتم الآن تمثيل تكوينات الكل في واحد الأكثر تعقيدًا على نطاق واسع من قبل شركات مثل ، على سبيل المثال ، Intel و Samsung و Hitachi وما إلى ذلك. منتجاتها عبارة عن أجهزة متعددة الوظائف يتم تنفيذها في شريحة واحدة (الذاكرة القياسية و SDRAM). يركزون على الاستخدام في الأجهزة المحمولة ، حيث يكون الأداء العالي مهمًا مع الحد الأدنى من الحجم واستهلاك الطاقة المنخفض. وتشمل هذه: المساعد الرقمي الشخصي والهواتف الذكية والهواتف لشبكات الجيل الثالث. سأقدم مثالاً على هذه التطورات - شريحة من Samsung ، تجمع بين معالج ARM (203 ميجاهرتز) وذاكرة NAND سعة 256 ميجابايت و 256 SDRAM. وهو متوافق مع أنظمة التشغيل الشائعة: Windows CE و Palm OS و Symbian و Linux ويدعم USB. وبالتالي ، على أساسها ، من الممكن إنشاء أجهزة محمولة متعددة الوظائف ذات استهلاك منخفض للطاقة ، وقادرة على العمل مع تطبيقات الفيديو والصوت والصوت وغيرها من التطبيقات كثيفة الاستخدام للموارد.

هناك طريقة أخرى لتحسين الفلاش وهي تقليل استهلاك الطاقة وحجمها مع زيادة حجم الذاكرة وسرعتها. إلى حد كبير ، ينطبق هذا على الرقائق ذات بنية NOR ، لأنه مع تطوير أجهزة الكمبيوتر المحمولة التي تدعم الشبكات اللاسلكية ، سيصبح فلاش NOR ، نظرًا لصغر حجمه واستهلاكه المنخفض للطاقة ، حلاً شاملاً لتخزين وتنفيذ رمز البرنامج. قريباً ، سيتم إدخال رقائق NOR بسرعة 512 ميجابت في الثانية من نفس Renesas في الإنتاج التسلسلي. سيكون جهد الإمداد 3.3 فولت (دعني أذكرك أنه يمكنهم تخزين المعلومات دون الإمداد الحالي) ، والسرعة في عمليات الكتابة هي 4 ميجابايت / ثانية. في الوقت نفسه ، تقدم إنتل بالفعل نظام الذاكرة اللاسلكية StrataFlash (LV18 / LV30) ، وهو نظام ذاكرة فلاش متعدد الاستخدامات للتكنولوجيا اللاسلكية. يمكن أن تصل سعة الذاكرة إلى 1 جيجابت ، والجهد التشغيلي 1.8 فولت.تكنولوجيا تصنيع الرقائق 0.13 نانومتر ، والخطط للانتقال إلى تقنية معالجة 0.09 نانومتر. من بين ابتكارات هذه الشركة ، تجدر الإشارة أيضًا إلى تنظيم طريقة تشغيل مجمعة بذاكرة NOR. يسمح لك بقراءة المعلومات ليس بمقدار بايت واحد ، ولكن بواسطة كتل من 16 بايت: باستخدام ناقل بيانات 66 ميجاهرتز ، تصل سرعة تبادل المعلومات مع المعالج إلى 92 ميجابت في الثانية!

حسنًا ، كما ترون ، تتطور التكنولوجيا بسرعة. من الممكن أنه بحلول وقت نشر المقال ، سيظهر شيء جديد. لذا ، إذا كان هناك أي شيء - لا تتقاضى رسومًا :) آمل أن تكون مهتمًا بالمواد.