دیسک و فلش مموری چیست؟ فلش مموری. اصل عملیات

یک کلمه جدید در زندگی روزمره کاربران ظاهر شده است - "درایو فلش". اکثر مردم مطمئناً می دانند که از این دستگاه استفاده می شود دوربین های دیجیتال، و همچنین برای انتقال فیلم و موسیقی طراحی شده است. اما این لیست کاملی از عملکردهایی نیست که فلش مموری انجام می دهد. این دستگاه در کار هر صاحب نه تنها رایانه، بلکه انواع لوازم الکترونیکی قرن بیست و یکم ضروری است. موضوع این مقاله فلش مموری، مشخصات، انواع، قیمت ها می باشد.

غرق در تاریخ

همه غول‌های صنعت IT در حال بازنویسی تاریخ هستند و اختراعات مختلف را به‌عنوان نویسنده خود ثابت می‌کنند. شرکت معروف آمریکایی اینتل که اختراع فلش مموری را به خود اختصاص داد نیز همین کار را کرد. با این حال، فناوری و تولید اولین دستگاه جهان متعلق به غول ژاپنی توشیبا است که کشف خود را در سال 1984 به جهانیان ارائه کرد. نام فلش مموری نیز توسط ژاپنی ها و نه تصادفی به دستگاه داده شد. فرآیند پاک کردن اطلاعات روی فلش مموری به طور مبهمی یادآور فلش است.

هنوز چند سالی از این اختراع نمی گذرد و غول های جهانی صنعت IT به سرعت برای این اختراع جدید کاربرد پیدا کردند و تولید را روی نوار نقاله قرار دادند.

همه حافظه ها "فلش" نیستند

یک فرو رفتن کم عمق در دنیای فیزیک نشان می دهد که چندین نوع حافظه وجود دارد.

1. RAM که بر اساس اصل "خازن الکتریکی" کار می کند. میلیون ها خازن که شارژ را در رم نگه می دارند، نگهبان اطلاعات هستند. هنگامی که منبع تغذیه دستگاه خاموش می شود، خازن ها تخلیه می شوند و اطلاعات را به طور غیرقابل برگشتی از دست می دهند.
2. حافظه دائمی اطلاعات مربوط به حامل توسط تأثیر فیزیکی یا شیمیایی ذخیره می شود. به عنوان مثال یک دیسک دی وی دی نوری است که با سوزاندن سوراخ های میکروسکوپی روی سطح پلاستیک با لیزر، اطلاعات روی آن ثبت می شود.
3. حافظه غیر فرار مشروط دائمی. این شامل حافظه های فلش، هارد دیسک های مغناطیسی، فلاپی دیسک، نوار ویدئویی و سایر رسانه هایی است که می توانند در غیاب منبع تغذیه دائمی، بار مغناطیسی یا الکتریکی را نگه دارند.

نرم افزار فلش مموری

برای فناوری های قرن بیستم، این اختراع برای دستگاه هایی مانند کارت حافظه و درایوهای فلش USB کاملاً کافی بود. اما در قرن بیست و یکم رسانه های ذخیره سازی با فناوری فلش رونق داشت. اول از همه، همه تلفن های همراه، تبلت ها، پخش کننده های چند رسانه ای و دستگاه های دیجیتال دارای حافظه فلش هستند. بعدها هیچ اسباب بازی تعاملی برای کودکان بدون فلش مموری وجود نداشت. فناوری به همین جا ختم نشد. هر روز دستگاه های جدیدی مجهز به چنین نوع حافظه شگفت انگیزی وجود دارد. حداقل یک چراغ قوه برای پلیس بگیرید. به دلیل وجود فلش مموری در آن، یک فعال حقوق بشر می تواند فوکوس و روشنایی پرتو مورد نیاز خود را از تنظیمات ذخیره شده انتخاب کند.

چند سازنده دستگاه

در بازار، می توانید ببینید که فلش مموری مورد نیاز توسط چندین سازنده به طور همزمان ارائه می شود. با داشتن ویژگی های تقریباً یکسان ، درایوها از نظر قیمت تفاوت قابل توجهی دارند. آیا گران ترین خرید بهترین خواهد بود؟ نه همیشه! اغلب خریدار مجبور است برای برند، خدمات و گارانتی هزینه اضافی بپردازد.

تنها چند کارخانه در دنیا وجود دارند که ماژول های فلش مموری را تولید می کنند. این ماژول ها توسط غول های صنعت IT که یک کیس زیبا ایجاد می کنند و درایو را به نام خود می فروشند، جدا شده اند. تنها تفاوت در سرعت دستگاه هاست که به قابلیت های فلش مموری بستگی دارد. اینکه حافظه سریع است یا نه، در کارخانه تصمیم گیری می شود.

در مورد قیمت دستگاه های فلش

برای هر کسی که تصمیم به خرید فلش مموری به تنهایی دارد، ممکن است قیمت های موجود در بازار عجیب به نظر برسد. درایوهای هم حجم از دو برند ناآشنا تفاوت زیادی در هزینه دارند. موضوع چیه؟ مجموعه ای از الزامات برای کارت های فلش وجود دارد که به دلیل آن سازنده موظف است کلاس دستگاه را تعیین کرده و آن را روی جعبه محصول علامت گذاری کند. اغلب در فروشگاه می توانید دستگاه هایی را پیدا کنید که روی آنها هیچ علامتی وجود ندارد ، فقط آرم سازنده وجود دارد. قیمت چنین کارت های حافظه بسیار پایین است و فروشنده ادعا می کند عملکرد بالای دستگاه دارد. بررسی کارشناسان در صفحات نشریات معتبر رایانه ای توصیه می کند از خرید دستگاه های بدون علامت خودداری کنید، زیرا آنها جعلی هستند یا به طور غیرقانونی به کشور وارد می شوند.

آنچه باید در مورد برچسب درایوهای فلش بدانید

از آنجایی که ما در مورد برچسب زدن درایوها صحبت می کنیم، هنگام خرید باید به اعداد و نوشته های مشخص شده در مورد دستگاه های فلش توجه کنید.

1. نام سازنده یا لوگوی آن باید وجود داشته باشد.
2. مقدار فلش مموری باید روی رسانه نوشته شود.
3. کلاس دستگاه فلاش باید روی کیس مشخص شود. اغلب تولید کنندگان ماژول های USB کلاس را روی بسته بندی محصول نشان می دهند که توسط قانون منع نشده است.

در فروش می توانید کارت های حافظه فلش را بدون علامت گذاری، اما با تعداد طولانی پیدا کنید چاپ کوچکروی بدنه دستگاه پر شده است. بنابراین، سازنده شماره دسته ای را نشان می دهد که خریدار می تواند دستگاه را در اینترنت پیدا کند و با مشخصات فنی آن آشنا شود.

سرعت متناسب با قیمت است، اما نه بازده

هر چه کلاس فلش مموری بالاتر باشد، سرعت نوشتن آن بیشتر می شود و قیمت آن نیز بیشتر می شود. آیا ارزش خرید سریعترین حافظه را دارد؟

1. کلاس صفر. سرعت نوشتن حداقل 0.6 مگابایت در ثانیه. شما می توانید آن را در فروشگاه ها بدون دیدن علامت گذاری خریداری کنید. برای ذخیره اسناد خوب است.
2. کلاس های 2 و 4 نیز به ترتیب با سرعت نوشتن 2 و 4 مگابایت بر ثانیه متعلق به قسمت office بوده و برای ذخیره و انتقال اسناد طراحی شده اند.
3. پایه ششم و هشتم با سرعت 6 و 8 مگابایت بر ثانیه مورد توجه تمامی خریدارانی که با عکس، موسیقی، فیلم کار می کنند، خواهد بود. این نوع از حافظه های فلش پتانسیل چند رسانه ای را باز می کنند.
4. کلاس ده و بالاتر، از جمله Ultra، سرعت نوشتن بیش از 10 مگابایت در ثانیه را نشان می دهد. آنها در کار با چند رسانه ای استفاده می شوند، به عنوان درایوهای اضافیبرای ایستگاه های کاری، به عنوان حافظه دسترسی تصادفی استفاده کنید. جایی که سرعت خواندن و نوشتن در رسانه ذخیره سازی حیاتی است.

برندهای بزرگی مانند Pretec و Corsair دستگاه هایی با سرعت بالا می سازند که می توانند حدود 25 مگابایت در ثانیه بنویسند و آنها را درجه هشتم یا دهم نشان می دهند. قیمت ماژول ها بسیار بالا است، اما در دنیای فناوری اطلاعات، چنین برندهایی از احترام زیادی برای کاربران برخوردار هستند.

اندازه های مختلف فلش مموری چیست؟

معیار دیگری که قیمت یک درایو به آن بستگی دارد، میزان حافظه فلش است. اگرچه فناوری ثابت نمی ماند، اما هنوز محدودیت هایی وجود دارد. هنگامی که نیاز به تغییر فرآیند تولید برای افزایش مقدار حافظه است، یک معضل ایجاد می شود - در حالی که قیمت پایین را حفظ می کنید، در نتیجه به دست آمده متوقف شوید یا بیشتر توسعه پیدا کنید و به دنبال خریداران ثروتمند باشید. در دنیا کمی آرامش وجود دارد - به مشتریان پیشنهاد می شود کارت های حافظه با حداکثر ظرفیت 64 گیگابایت بخرند، با میل شدید می توانید به سفارش صاحب 128 گیگابایت و 256 گیگابایت شوید، اما برای این کار باید چنگال زیاد معلوم نیست چه مدت طول می کشد تا انتقال به فناوری های جدید و در دسترس بودن کارت های با ظرفیت بالا در بازار باشد، اما یک چیز مشخص است - 64 گیگابایت برای برآوردن هر وظیفه یک کاربر معمولی کافی است.

جانور شگفت انگیز با آینده ای عالی

دستگاه جالب دیگری وجود دارد که از حافظه فلش در کار خود استفاده می کند - درایو SSD. در کنار حجم و سرعت ضبط، اعتبار سازنده برای دستگاه بسیار مهم است که یک کنترلر کنترلی و فریمور تخصصی را در اختیار محصول قرار می دهد که کل دستگاه را کنترل می کند. اشتباه یک سازنده - و دستگاه می تواند به سطل زباله ختم شود. همه چیز پیچیده، گران و بسیار جدی است، اما آینده متعلق به درایو SSD است. رقیب مستقیم دیسکهای سختکامپیوترهایی که با کمک مغناطیس کار می کنند. مقاوم در برابر لرزش، دما و عملکرد بی صدا. روزی دور نیست که هارد دیسک های مغناطیسی فضای داخل کمد را با موش های توپ به اشتراک بگذارند و جای خود را به فناوری قرن بیست و یکم بدهند.

چگونه در هزینه ارتقاء کامپیوتر صرفه جویی کنیم

دارندگان رایانه ها و لپ تاپ های قدیمی اغلب از متخصصان خدمات در مورد دلایل سرعت پایین دستگاه شنیده اند. رم کافی وجود ندارد که مدت هاست تولید آن متوقف شده است. متخصص، با نگاه کردن به چشمان صاحب رایانه، متقاعد می کند که تنها راه خروج، خرید است کامپیوتر مدرن. بعد از 5 سال همین متخصص می آید و یک بار دیگر ثابت می کند که راه حلی جز خرید یک کامپیوتر جدید وجود ندارد. دنیا اینگونه ساخته شده است. دنیایی برای افرادی که علاقه ای به دانش در فناوری های IT ندارند.

فلش مموری رم با کمترین هزینه برای کاربر یکبار برای همیشه مشکل را حل می کند. کافی است برنامه ای به نام Ready Boost را از اینترنت دانلود کنید و مطالعه کنید سیستم مورد نیازبه درایو و تنها پس از آن دستگاه فلش مموری لازم را در فروشگاه خریداری کنید. یک درایو را به کامپیوتر یا لپ تاپ متصل کنید، برنامه را اجرا کنید و از زندگی لذت ببرید. خیلی خوب است که به طور مستقل عملکرد رایانه خود را بدون سرمایه گذاری افزایش دهید.

کدام برند را ترجیح دهید

با توجه به تعداد زیاد تولید کنندگان، تصمیم گیری برای ترجیح دادن به چه کسی بسیار دشوار است. کارشناسان توصیه می کنند لیستی از الزامات درایو تهیه کنید و سپس یک نام تجاری را انتخاب کنید.

1. هدف از استفاده به شما امکان می دهد کلاس مورد نیاز دستگاه را شناسایی کنید.
2. راحتی و ظاهر به شما می گوید که درایو فلش چگونه باید به نظر برسد. به عنوان مثال، برای ضبط صوت رادیویی در خودرو، باید به یک درایو کوچک توجه کنید تا در هنگام استفاده تصادفاً آن را خراب نکنید.

پس از یافتن چندین گزینه مورد نیاز، از فروشنده بپرسید که در صورت خرابی دستگاه چگونه مشکلات حل می شود تعویض گارانتی. فلش مموری یک ماده مصرفی است و قابل تعمیر نیست - قبل از خرید باید در مورد این موضوع بدانید. بررسی های مثبتلایق تولیدکنندگان Corsair، Kingston، OCZ، Pretec، Silicon Power، Transcend و IBM هستند.

چگونه از خود در برابر از دست دادن اطلاعات درایو فلش محافظت کنید

مانند هر وسیله ذخیره سازی، کارت حافظه مشمول آن است عوامل خارجی، که همه کاربران دستگاه های فلش باید بدانند و از امنیت اطلاعات خود مراقبت کنند.

1. خرابی فیزیکی ماژول ها شکستن فلش کارت های پلاستیکی بسیار آسان است، اما بازیابی آنها غیرممکن است، بنابراین هنگام خرید باید به فلش مموری های فلزی توجه کنید یا با دقت زیادی از آنها استفاده کنید.
2. رطوبت می تواند درایو را از بین ببرد. در صورت وجود احتمال ورود آب به حافظه، توجه به رسانه های ضد آب ارزش دارد.
3. آلودگی فلش مموری به ویروس. گاهی اوقات بازیابی اطلاعات بسیار دشوار است، بنابراین باید به دستگاه هایی توجه کنید که دارای محافظت فیزیکی از نوشتن به شکل سوئیچ هستند - تضمین می شود که به ویروس ها فرصت واحدی نمی دهد.

پس از فهمیدن اصل عملکرد، انواع، ویژگی ها، قیمت ها و دستگاه فلش مموری، باید انتخاب خود را به حرفه ای ها بسپارید.

1. کارشناسان توصیه می کنند که اولویت را به برندهای قابل اعتماد بدهید. برای انجام این کار، کافی است به منابع اطلاعاتی محبوب مراجعه کنید و نظرات مربوط به محصول را بخوانید. هر سازنده ای که در اینترنت به خود احترام می گذارد، وب سایت خود را دارد. در اینجا ارزش بازدید برای کسب ایده در مورد شرکت را دارد.
2. به انتخاب خود از تقلبی های چینی که با قیمت بسیار پایین در بازار عرضه می شوند اعتماد نکنید. اگر گزینه دیگری وجود ندارد، حتماً از فروشنده بخواهید که عملکرد رسانه را قبل از خرید نشان دهد. قالب بندی معمولی دستگاه محیط ویندوزبه شما امکان می دهد تا سلامت فلش مموری را تعیین کنید.
3. اولویت باید به دستگاه های سریع که دارای کلاس دهم هستند داده شود. از آنجایی که اغلب موقعیت هایی وجود دارد که زمان در اولویت است. سپس فلش مموری برای هر دستگاهی برای کاربر جهانی می شود.
4. هنگام خرید کارت حافظه برای فناوری دیجیتال، باید نگران توانایی خواندن داده ها در رایانه باشید. برای این کار انواع آداپتورهایی وجود دارد که اغلب به همراه فلش مموری برای خرید ارائه می شوند.

بخش نظری

چه نوع حافظه ای وجود دارد؟

تنها چیزی که شاید بتواند همه این نوع حافظه ها را متحد کند، کم و بیش همان اصل کار است. مقداری ماتریس دو بعدی یا سه بعدی وجود دارد که تقریباً به این ترتیب با 0 و 1 پر می شود و می توانیم بعداً این مقادیر را بخوانیم یا آنها را جایگزین کنیم. همه اینها یک آنالوگ مستقیم از سلف است - حافظه روی حلقه های فریت.

فلش مموری چیست و چگونه است (NOR و NAND)؟

نمایش شماتیک یک ترانزیستور دروازه شناور.

پس این شگفتی مهندسی چگونه کار می کند؟ همراه با برخی از فرمول های فیزیکی، این توضیح داده شده است. به طور خلاصه، بین دروازه کنترل و کانالی که جریان از طریق آن از منبع به درن می گذرد، همان دروازه شناور را قرار می دهیم که توسط یک لایه نازک دی الکتریک احاطه شده است. در نتیجه، هنگامی که جریان از طریق چنین FET "اصلاح شده" جریان می یابد، برخی از الکترون های پرانرژی از طریق دی الکتریک تونل می کنند و به داخل دروازه شناور ختم می شوند. واضح است که در حین تونل زدن و سرگردانی الکترون ها در داخل این دروازه، مقداری از انرژی خود را از دست داده و عملاً نمی توانند به عقب برگردند.

توجه:"عملا" - کلمه کلیدی، زیرا بدون بازنویسی، بدون به روز رسانی سلول ها حداقل هر چند سال یک بار، فلش به همان روشی "صفر" می شود. رمبعد از خاموش کردن کامپیوتر

باز هم، ما یک آرایه دو بعدی داریم که باید با 0 و 1 پر شود. از آنجایی که انباشته شدن بار در دروازه شناور کمی طول می کشد. مدت زمان طولانی، سپس در مورد RAM راه حل متفاوتی اعمال می شود. سلول حافظه از یک خازن و یک ترانزیستور اثر میدان معمولی تشکیل شده است. در عین حال، خود خازن، از یک سو، یک بدوی دارد دستگاه فیزیکی، اما، از سوی دیگر، به طور غیر ضروری در سخت افزار پیاده سازی می شود:

دستگاه سلول رم.

باز هم یک مورد خوب در ixbt وجود دارد که به DRAM و اختصاص داده شده است حافظه SDRAM. البته چندان تازه نیست، اما نکات اساسی به خوبی توضیح داده شده است.

تنها سوالی که عذابم می دهد این است: آیا DRAM می تواند مانند فلش یک سلول چند سطحی داشته باشد؟ اینطور به نظر می رسد، اما هنوز ...

قسمت عملی

فلاش

عناصر اصلی یک درایو USB-Flash: 1. کانکتور USB، 2. کنترلر، 3. برد مدار چاپی چند لایه PCB، 4. ماژول حافظه NAND، 5. نوسانگر کریستال فرکانس مرجع، 6. نشانگر LED (اما اکنون، در بسیاری از درایوهای فلش آن را ندارند)، 7. یک سوئیچ محافظت از نوشتن (به طور مشابه، بسیاری از درایوهای فلش آن را ندارند)، 8. مکانی برای یک تراشه حافظه اضافی.

بیایید از ساده به پیچیده برویم. نوسان ساز کریستالی(بیشتر در مورد اصل عملکرد). با تاسف عمیق من، در حین پرداخت، خود صفحه کوارتز ناپدید شد، بنابراین ما فقط می توانیم مورد را تحسین کنیم.

محفظه اسیلاتور کریستالی

به طور تصادفی، در این بین، متوجه شدم که الیاف تقویت کننده در داخل تکستولیت و گلوله هایی که در بیشتر موارد تکستولیت را تشکیل می دهند، چگونه به نظر می رسد. به هر حال، الیاف هنوز با پیچ و تاب گذاشته می شوند، این به وضوح در تصویر بالا دیده می شود:

الیاف تقویت کننده در داخل تکستولیت (فلش های قرمز الیاف عمود بر برش را نشان می دهد) که بخش عمده ای از تکستولیت را تشکیل می دهد.

و در اینجا اولین بخش مهم درایو فلش - کنترلر است:

کنترل کننده. تصویر بالا با ترکیب چندین میکروگراف SEM به دست آمد.

صادقانه بگویم، من ایده مهندسانی را که چند هادی اضافی را در خود پر کردن تراشه قرار دادند، کاملاً متوجه نشدم. شاید از نظر فرآیند تکنولوژیکیآسان تر و ارزان تر انجام شود.

پس از پردازش این تصویر، فریاد زدم: "یااااااز!" و دور اتاق دوید. بنابراین، فناوری فرآیند 500 نانومتری با تمام شکوه خود با مرزهای کاملاً ترسیم شده تخلیه، منبع، گیت کنترل و حتی تماس ها در یکپارچگی نسبی به شما ارائه می شود:

"ایده!" میکروالکترونیک - فناوری فرآیند کنترل کننده 500 نانومتری با زهکش های جداگانه (تخلیه)، منابع (منبع) و گیت های کنترلی (Gate)

حالا بیایید به سراغ دسر برویم - چیپ های حافظه. بیایید با مخاطبینی شروع کنیم که این حافظه را به معنای واقعی کلمه تغذیه می کنند. علاوه بر اصلی (در شکل "ضخیم ترین" تماس) موارد کوچک زیادی نیز وجود دارد. به هر حال، "ضخیم"< 2 диаметров человеческого волоса, так что всё в мире относительно:

تصاویر SEM از پین هایی که تراشه حافظه را تغذیه می کنند

اگر از خود حافظه صحبت کنیم، در اینجا نیز موفقیت در انتظار ما است. امکان شلیک بلوک های جداگانه وجود داشت که مرزهای آنها با فلش مشخص شده است. با حداکثر بزرگنمایی به تصویر نگاه کنید، سعی کنید به چشمان خود فشار بیاورید، تشخیص این کنتراست واقعا دشوار است، اما روی تصویر است (برای وضوح، یک سلول جداگانه را با خطوط مشخص کردم):

سلول های حافظه 1. مرزهای بلوک با فلش مشخص شده اند. خطوط نشان دهنده سلول های فردی هستند

در ابتدا به نظر من یک مصنوع از تصویر بود، اما پس از پردازش تمام عکس‌ها در خانه، متوجه شدم که اینها یا دریچه‌های کنترلی هستند که در امتداد محور عمودی با سلول SLC کشیده شده‌اند، یا اینها چندین سلول هستند که در یک MLC مونتاژ شده‌اند. اگرچه در بالا به MLC اشاره کردم، اما هنوز یک سوال است. برای مرجع، "ضخامت" یک سلول (یعنی فاصله بین دو نقاط روشندر تصویر پایین) حدود 60 نانومتر.

برای اینکه از هم جدا نشوید - در اینجا عکس های مشابهی از نیمه دیگر درایو فلش وجود دارد. تصویر کاملا مشابه:

سلول های حافظه 2. مرزهای بلوک با فلش مشخص شده اند. خطوط نشان دهنده سلول های فردی هستند

البته خود تراشه فقط مجموعه ای از چنین سلول های حافظه ای نیست، ساختارهای دیگری نیز در داخل آن وجود دارد که من نتوانستم تعلق آنها را تعیین کنم:

ساختارهای دیگر در تراشه های حافظه NAND
 

DRAM

با این حال، طبق سنت، اجازه دهید با مخاطبین شروع کنیم. خیلی خوب بود که ببینیم "تراشه" BGA چگونه به نظر می رسد و خود لحیم کاری چگونه است:

لحیم کاری BGA "Skol".

و اکنون زمان آن رسیده است که برای دومین بار "Ide!" را فریاد بزنیم، زیرا ما موفق شدیم خازن های حالت جامد فردی را ببینیم - دایره های متحدالمرکز در تصویر که با فلش مشخص شده اند. این آنها هستند که داده های ما را در حالی که رایانه در حال کار است به صورت شارژ روی صفحات خود ذخیره می کنند. با قضاوت بر اساس عکس ها، ابعاد چنین خازنی حدود 300 نانومتر عرض و حدود 100 نانومتر ضخامت است.

با توجه به این واقعیت که تراشه با زاویه بریده می شود، برخی از خازن ها به طور منظم از وسط بریده می شوند، در حالی که برخی دیگر فقط "کناره ها" را قطع می کنند:

حافظه DRAM در بهترین حالت خود

اگر کسی شک دارد که این سازه ها خازن هستند، می توانید یک عکس "حرفه ای" تر (البته بدون علامت مقیاس) ببینید.

تنها چیزی که من را گیج کرد این است که خازن ها در 2 ردیف قرار گرفته اند (عکس پایین سمت چپ) یعنی. معلوم می شود که در هر سلول 2 بیت اطلاعات وجود دارد. همانطور که در بالا ذکر شد، اطلاعاتی در مورد ضبط چند بیتی وجود دارد، اما اینکه چقدر این فناوری در صنعت مدرن کاربرد دارد و مورد استفاده قرار می گیرد، برای من یک سوال باقی مانده است.

البته علاوه بر خود سلول های حافظه، ساختارهای کمکی نیز در داخل ماژول وجود دارد که من فقط می توانم هدف آنها را حدس بزنم:

ساختارهای دیگر داخل یک تراشه DRAM

پس گفتار

متأسفانه، ما نتوانستیم تعداد زیادی ویدیو در مورد تولید فلش و رم پیدا کنیم، بنابراین باید به مونتاژ درایوهای USB-Flash بسنده کنید:

P.S.:باز هم سال نو اژدهای آب سیاه مبارک!!!
عجیب به نظر می رسد: می خواستم مقاله ای در مورد فلش یکی از اولین ها بنویسم، اما سرنوشت به گونه ای دیگر حکم کرد. بیایید امیدوار باشیم که مقاله بعدی، حداقل 2 مقاله (درباره اشیاء زیستی و نمایشگرها) در اوایل سال 2012 منتشر شود. در این بین، دانه نوار کربن است:

نوار کربنی که نمونه های آزمایشی روی آن ثابت شدند. من فکر می کنم نوار چسب معمولی شبیه به هم است.

فلش مموری

داستان

فلش مموری توسط فوجیو ماسوکا در زمانی که در توشیبا بود در سال 1984 کشف شد. نام "فلش" نیز توسط همکار فوجی، شوجی آریزومی، در توشیبا ابداع شد، زیرا فرآیند پاک کردن محتویات حافظه او را به یاد فلاش می انداخت. ماسوکا طرح خود را در نشست بین المللی دستگاه های الکترونیکی IEEE در سال 1984 (IEDM) که در سانفرانسیسکو، کالیفرنیا برگزار شد، ارائه کرد. اینتل پتانسیل زیادی در این اختراع دید و در سال 1988 اولین تراشه فلش تجاری نوع NOR را عرضه کرد.

مشخصات

سرعت برخی از دستگاه های دارای حافظه فلش می تواند به 100 مگابیت بر ثانیه برسد. به طور کلی، کارت های فلش سرعت گسترده ای دارند و معمولاً با سرعت یک درایو CD استاندارد (150 کیلوبایت بر ثانیه) مشخص می شوند. بنابراین سرعت مشخص شده در 100x به معنای 100 × 150 Kbps = 15000 Kbps = 14.65 Mbps است.

اساساً حجم یک تراشه فلش مموری از کیلوبایت تا چندین گیگابایت اندازه گیری می شود.

اساساً حجم یک تراشه فلش مموری از کیلوبایت تا چندین گیگابایت اندازه گیری می شود.

در سال 2005، توشیبا و SanDisk تراشه‌های NAND 1 گیگابایتی را بر اساس فناوری سلول‌های چند سطحی معرفی کردند که در آن یک ترانزیستور می‌تواند چندین بیت را با استفاده از سطوح مختلف شارژ الکتریکی روی دروازه شناور ذخیره کند.

سامسونگ در سپتامبر 2006 یک تراشه 8 گیگابایتی را معرفی کرد که با استفاده از فناوری پردازش 40 نانومتری ساخته شده بود. در پایان سال 2007، سامسونگ اعلام کرد که اولین تراشه حافظه فلش NAND MLC (سلول چند سطحی) جهان را ایجاد کرده است که با استفاده از فناوری فرآیند 30 نانومتری ساخته شده است. ظرفیت تراشه نیز 8 گیگابایت است. انتظار می رود تراشه های حافظه در سال 2009 وارد تولید انبوه شوند.

برای افزایش حجم در دستگاه ها، اغلب از آرایه ای از چندین تراشه استفاده می شود. عمدتاً اواسط سال 2007 دستگاه های USBو کارت های حافظه 512 مگابایت تا 15 گیگابایت ظرفیت دارند. اکثر حجم زیاددستگاه های USB 128 گیگابایت است.

حافظه فلش NAND توسط توشیبا در سال 1989 در کنفرانس بین المللی مدارهای حالت جامد معرفی شد. سرعت نوشتن بیشتر و ناحیه تراشه کوچک‌تری داشت.

تراشه های حافظه فلش NAND توسط گروه کاری رابط فلش ​​باز NAND (ONFI) استاندارد شده اند. استاندارد فعلی مشخصات ONFI نسخه 1.0 است که در 28 دسامبر 2006 منتشر شد. گروه ONFI توسط بزرگترین تولید کنندگان تراشه های NAND: اینتل، میکرون فناوری و سونی پشتیبانی می شود.

اصل عملیات

حداکثر اندازه داده های ممکن برای کریستال ها با استفاده از تک بیتی (SLC) یا دو بیتی (MLC)

سلول ذخیره سازی فلش یک ترانزیستور دروازه شناور است. ویژگی چنین ترانزیستوری این است که می تواند الکترون ها را نگه دارد (بار). بر اساس آن است که انواع اصلی حافظه فلش NAND و NOR توسعه یافته است. هیچ رقابتی بین آنها وجود ندارد، زیرا هر نوع مزایا و معایب خاص خود را دارد. به هر حال، نسخه های هیبریدی مانند DiNOR و superAND بر اساس آنها ساخته شده اند. در فلش مموری سازندگان از دو نوع سلول حافظه استفاده می کنند MLCو SLC. .

• حافظه های فلش با سلول های MLC (سلول های چند سطحی - سلول های حافظه چند سطحی) ظرفیت بیشتری دارند و ارزان تر هستند، اما زمان بزرگدسترسی و چرخه های نوشتن/پاک کردن کمتر (حدود 10000).
• فلش مموری حاوی سلول های SLC (سلول تک سطحی - سلول های حافظه تک سطحی) دارای حداکثر تعداد چرخه های نوشتن/پاک کردن (100000) و زمان دسترسی کوتاه تری است. تغییر شارژ (نوشتن/پاک کردن) با اعمال پتانسیل زیاد بین گیت و منبع انجام می شود تا ولتاژ میدان الکتریکیدر یک دی الکتریک نازک بین کانال ترانزیستور و جیب برای ایجاد اثر تونل کافی بود. برای تقویت اثر تونل زنی الکترون در حین ضبط، شتاب جزئی الکترون ها با عبور جریان از کانال ترانزیستور اثر میدان اعمال می شود.

اصل عملکرد فلش مموری مبتنی بر تغییر و ثبت بار الکتریکی در یک منطقه جدا شده ("جیب") یک ساختار نیمه هادی است. خواندن توسط یک ترانزیستور اثر میدانی انجام می شود که جیب برای آن به عنوان یک دروازه عمل می کند. پتانسیل دروازه شناور تغییر می کند ویژگی های آستانهترانزیستوری که توسط مدارهای خواندن ثبت می شود. این طرح با عناصری عرضه می شود که به آن اجازه می دهد در آرایه بزرگی از سلول های مشابه کار کند.

NOR و NAND

چیدمان شش سلول فلش NOR

ساختار تک ستونی فلش NAND با 8 سلول

حافظه فلش در روش اتصال سلول ها به آرایه متفاوت است.

طراحی NOR از یک ماتریس کلاسیک دو بعدی از هادی ها استفاده می کند که در آن یک سلول در محل تقاطع سطرها و ستون ها قرار می گیرد. در این حالت هادی ردیفی به تخلیه ترانزیستور و هادی ستون به دروازه دوم متصل می شد. منبع به یک بستر مشترک برای همه متصل بود.

طراحی NAND یک آرایه سه بعدی است. اساس همان ماتریس NOR است، اما به جای یک ترانزیستور در هر تقاطع، ستونی از سلول های سری متصل شده نصب می شود. در این طرح، زنجیر دروازه های زیادی در یک تقاطع به دست می آید. تراکم بسته بندی را می توان به طور چشمگیری افزایش داد (در نهایت، تنها یک هادی دروازه برای یک سلول در یک ستون قرار می گیرد)، اما الگوریتم دسترسی به سلول ها برای خواندن و نوشتن به طور قابل توجهی پیچیده تر می شود. همچنین در هر خط دو ماسفت وجود دارد. ترانزیستور کنترل خط بیت (ترانزیستور انتخاب خط بیت انگلیسی) که بین ستون سلول ها و خط بیت قرار دارد. و یک ترانزیستور کنترل زمین که در جلوی زمین قرار دارد (ترانزیستور انتخاب زمین انگلیسی).

فناوری NOR به شما امکان می دهد به هر سلول به صورت جداگانه دسترسی سریع داشته باشید، اما منطقه سلول بزرگ است. برعکس، NAND ها دارای یک ناحیه سلول کوچک، اما دسترسی نسبتا طولانی به یک گروه بزرگ از سلول ها به طور همزمان هستند. بر این اساس، زمینه کاربرد متفاوت است: NOR به عنوان یک حافظه مستقیم برای برنامه های ریزپردازنده و برای ذخیره داده های کوچک کمکی استفاده می شود.

نام‌های NOR و NAND از ارتباط مدار برای گنجاندن سلول‌ها در یک آرایه با مدار تراشه‌های منطقی CMOS آمده‌اند.

NAND بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد فلش USBدرایو، کارت حافظه، SSD. NOR به نوبه خود در سیستم های تعبیه شده.

گزینه های دیگری برای ترکیب سلول ها در یک آرایه وجود داشت، اما آنها ریشه نداشتند.

NOR

و نه فلش مموری

معماری NOR به لطف عملیات منطقی OR - NOT (از انگلیسی به عنوان NOR ترجمه شده است) نام خود را به دست آورد. اصل عملیات NOR منطقی این است که در چندین عملوند (داده، آرگومان عملیات ...) زمانی که همه عملوندها صفر هستند، یک مقدار واحد و در همه عملیات های دیگر یک مقدار صفر می دهد. در مورد ما، عملوندها به معنای مقدار سلول های حافظه هستند، به این معنی که در این معماری، تنها در صورتی که مقدار تمام سلول های متصل به خط بیت صفر باشد (همه ترانزیستورها بسته هستند) یک مقدار واحد در خط بیت مشاهده می شود. در این معماری، دسترسی تصادفی به حافظه به خوبی سازماندهی شده است، اما روند نوشتن و پاک کردن داده ها نسبتا کند است. در فرآیند نوشتن و پاک کردن از روش تزریق الکترون داغ استفاده می شود. علاوه بر این، تراشه فلش مموری NOR و اندازه سلول آن بزرگ است، بنابراین این حافظه به خوبی مقیاس نمی شود.معمولا از فلش مموری NOR در دستگاه های ذخیره سازی استفاده می شود. کد برنامه. این می تواند تلفن، PDA، بایوس سیستمتابلوهای ... استفاده از فلش NOR، یک دستگاه حافظه نسبتا کوچک غیر فرار که نیاز به دسترسی سریع به آدرس های تصادفی و با تضمین عدم وجود عناصر بد دارد:

• حافظه برنامه جاسازی شده میکروکنترلرهای تک تراشه. حجم های معمولی - از 1 کیلوبایت تا 1 مگابایت.
• تراشه های ROM با دسترسی تصادفی استاندارد برای کار با ریزپردازنده.
• آی سی های تخصصی بوت استرپکامپیوترها (POST و BIOS)، پردازنده های DSP و منطق قابل برنامه ریزی. حجم های معمولی واحدها و ده ها مگابایت هستند.
• تراشه های ذخیره سازی داده با اندازه متوسط، مانند DataFlash. معمولاً مجهز به رابط SPI و بسته بندی در کیس های مینیاتوری است. حجم های معمولی - از صدها کیلوبایت تا حداکثر فن آوری.

حداکثر اندازه تراشه های NOR تا 256 مگابایت است.

NAND

حافظه فلش NAND

این نوع حافظه توسط توشیبا ساخته شده است. این ریزمدارها با توجه به معماری خود در درایوهای کوچک استفاده می شوند که به آنها NAND (عملیات منطقی NAND) می گویند. زمانی که عملیات NAND اجرا می شود، تنها زمانی که همه عملوندها صفر باشند، مقدار صفر و در سایر موارد مقدار یک را به دست می دهد. همانطور که قبلاً نوشته شد، مقدار صفر حالت باز بودن ترانزیستور است. در نتیجه، معماری NAND فرض می‌کند که یک خط بیت زمانی که تمام ترانزیستورهای متصل به آن باز هستند، مقدار صفر و زمانی که حداقل یکی از ترانزیستورها بسته است، مقدار یک دارد. اگر ترانزیستورهای دارای خط بیت نه یک به یک (همانطور که در معماری NOR ساخته شده است)، بلکه به صورت سری (ستونی از سلول های متصل به سری) به هم متصل شوند، چنین معماری می تواند ساخته شود.

این معماری در مقایسه با NOR به خوبی مقیاس می شود زیرا امکان قرار دادن فشرده ترانزیستورها را در مدار فراهم می کند. علاوه بر این، معماری NAND توسط تونل سازی فاولر-نوردهایم می نویسد و این به شما امکان می دهد ضبط سریعنسبت به ساختار NOR. برای افزایش سرعت خواندن، یک کش داخلی در تراشه های NAND تعبیه شده است. درست مانند خوشه های دیسک سخت، سلول های NAND در بلوک های کوچک گروه بندی می شوند. به همین دلیل، هنگام خواندن یا نوشتن متوالی، NAND از مزیت سرعت برخوردار خواهد بود. اما از طرفی NAND در عملیات دسترسی تصادفی ضرر زیادی می کند و توانایی کار مستقیم با بایت اطلاعات را ندارد. در شرایطی که فقط چند بیت نیاز به تغییر دارد، سیستم مجبور می شود کل بلوک را بازنویسی کند و این با توجه به تعداد محدود چرخه های نوشتن، منجر به فرسودگی زیادی در سلول های حافظه می شود. اخیراشایعاتی وجود دارد مبنی بر اینکه Unity Semiconductor در حال توسعه نسل جدیدی از فلش مموری است که بر اساس فناوری CMOx ساخته خواهد شد. فرض بر این است که حافظه جدید جایگزین فلش مموری NAND شده و بر محدودیت های آن که در حافظه NAND ناشی از معماری ساختارهای ترانزیستوری است، غلبه می کند. از مزایای CMOx می توان به چگالی و سرعت نوشتن بیشتر و همچنین هزینه جذاب تر اشاره کرد. برنامه های کاربردی برای حافظه جدید شامل SSD و دستگاه های تلفن همراه است. خوب، زمان نشان خواهد داد که آیا این درست است یا نه.

در حال ضبط

برای ضبط، بارها باید وارد دروازه شناور شوند، اما با یک لایه اکسید عایق شده است. از اثر تونل زنی می توان برای انتقال هزینه ها استفاده کرد. برای تخلیه، لازم است یک بار مثبت بزرگ به دروازه کنترل اعمال شود: یک بار منفی با کمک یک اثر تونل از دروازه شناور خارج می شود. برعکس، یک بار منفی بزرگ باید برای شارژ دروازه شناور اعمال شود.

ضبط را می توان با استفاده از تزریق رسانه داغ نیز اجرا کرد. هنگامی که جریان بین منبع و تخلیه جریان دارد اضافه ولتاژالکترون ها می توانند بر لایه اکسید غلبه کنند و در دروازه شناور باقی بمانند. در این حالت لازم است یک بار مثبت روی گیت کنترل وجود داشته باشد که پتانسیل تزریق را ایجاد کند.

در MLC برای ضبط ارزش های مختلفولتاژها و زمان های تحویل مختلف استفاده می شود.

هر نوشتن آسیب کمی به لایه اکسید وارد می کند، بنابراین تعداد نوشتن محدود است.

نوشتن در طرح NOR و NAND شامل دو مرحله است: ابتدا تمام ترانزیستورهای خط روی 1 (بدون شارژ)، سپس سلول های مورد نظر روی 0 تنظیم می شوند.

در مرحله اول، سلول ها با استفاده از اثر تونل تمیز می شوند: یک ولتاژ قوی به تمام دروازه های کنترل اعمال می شود. تزریق حامل داغ برای تنظیم یک سلول خاص روی 0 استفاده می شود. به خط تخلیه عرضه می شود ولتاژ عالی. دومین شرط مهماین اثر وجود بارهای مثبت روی دروازه کنترل است. ولتاژ مثبت فقط به برخی از ترانزیستورها اعمال می شود و ولتاژ منفی به بقیه ترانزیستورها اعمال می شود. بنابراین، صفر فقط در سلول های مورد علاقه ما نوشته می شود.

• NAND

مرحله اول در NAND مشابه NOR است. بر خلاف NOR از افکت تونل برای صفر کردن یک سلول استفاده می شود. یک ولتاژ منفی بزرگ به گیت های کنترلی مورد علاقه ما اعمال می شود.

مقیاس بندی تکنولوژیکی

به دلیل ساختار بسیار منظم و تقاضای بالا برای فرآیند تولید با حجم بالا حافظه فلش NANDنسبت به DRAM کمتر معمولی و منطق تقریبا نامنظم (ASIC) سریعتر کاهش می یابد. رقابت زیاد در میان چندین تولید کننده پیشرو فقط این روند را تسریع می کند. در نوع قانون مور برای مدارهای منطقی، تعداد ترانزیستورها در واحد سطح در سه سال دو برابر می شود، در حالی که فلاش NAND در دو سال دو برابر می شود. در سال 2012، فناوری فرآیند 19 نانومتری توسط سرمایه گذاری مشترک بین توشیبا و SanDisk تسلط یافت. در نوامبر 2012، سامسونگ همچنین شروع به تولید بر روی فناوری فرآیند 19 نانومتری کرد (به طور فعال از عبارت «کلاس 10 نانومتری» در مواد بازاریابی استفاده می‌کند که نشان دهنده برخی فرآیندها از محدوده 10 تا 19 نانومتر است).

کاهش در فرآیند فنی باعث شد تا به سرعت حجم تراشه های حافظه فلش NAND افزایش یابد. در سال 2000، حافظه فلش با استفاده از فناوری 180 نانومتر دارای حجم داده 512 مگابیت در هر تراشه بود، در سال 2005 - 2 گیگابیت در 90 نانومتر. سپس انتقال به MLC انجام شد و در سال 2008 تراشه ها دارای ظرفیت 8 گیگابیت (65 نانومتر) بودند. برای سال 2010، حدود 35٪ -25٪ از تراشه ها 16 گیگابیت و 55٪ 32 گیگابیت بودند. در سال‌های 2012-2014، تراشه‌های 64 گیگابیت به طور گسترده در محصولات جدید مورد استفاده قرار گرفتند و معرفی ماژول‌های 128 گیگابیتی (10 درصد در ابتدای سال 2014) با استفاده از فرآیندهای تولید 24 تا 19 نانومتر آغاز شد.

با کاهش فرآیند تولید و نزدیک شدن به محدودیت های فیزیکی فناوری های ساخت فعلی، به ویژه فوتولیتوگرافی، افزایش بیشتر در تراکم داده ها با تغییر به مقدار زیادبیت در سلول (به عنوان مثال، انتقال از MLC 2 بیتی به TLC 3 بیتی)، جایگزینی فناوری سلول FG با فناوری CTF، یا حرکت به طرح سلول 3 بعدی در ویفر (3D NAND، V-NAND؛ با این حال، این افزایش می یابد. مرحله فرآیند). به عنوان مثال، تقریباً در سال‌های 2011-2012، همه تولیدکنندگان شکاف‌های هوا را بین خطوط کنترل معرفی کردند که امکان ادامه مقیاس‌پذیری بیش از 24-26 نانومتر را فراهم کرد و سامسونگ تولید انبوه NAND 3 بعدی 24 و 32 لایه بر اساس فناوری CTF را آغاز کرد. در 2013-2014، از جمله، در نسخه با سلول های 3 بیتی (TLC). کاهش مقاومت در برابر سایش (منبع پاک کردن) که خود را با کاهش فرآیند فنی و همچنین افزایش نرخ خطای بیت نشان داد، مستلزم استفاده از مکانیسم های پیچیده تر تصحیح خطا و کاهش حجم ضبط تضمین شده و دوره های گارانتی. با این حال، با وجود اقدامات انجام شده، این احتمال وجود دارد که امکان مقیاس بندی بیشتر حافظه NAND از نظر اقتصادی توجیه یا از نظر فیزیکی غیرممکن نباشد. زیاد جایگزین های احتمالیفناوری های حافظه فلش مانند FeRAM، MRAM، PMC، PCM، ReRAM و غیره.

3D NAND

مدار NAND ثابت کرد که برای ساختن یک طرح عمودی از یک بلوک سلول روی یک تراشه مناسب است. لایه‌های رسانا و عایق به صورت لایه‌هایی روی کریستال قرار می‌گیرند که رساناهای دروازه و خود دروازه‌ها را تشکیل می‌دهند. سپس، تعداد زیادی سوراخ در این لایه ها در سراسر عمق لایه ها ایجاد می شود. ساختار ترانزیستورهای اثر میدانی بر روی دیواره سوراخ ها - عایق ها و دروازه های شناور اعمال می شود. بنابراین، ستونی از FET های حلقوی با دروازه های شناور تشکیل می شود.

چنین ساختار عمودی بسیار موفق بود و پیشرفت کیفی در تراکم حافظه فلش ایجاد کرد. برخی از شرکت ها در حال ترویج فناوری تحت خود هستند علائم تجاریمانند V-NAND، BiCS. برای سال 2016، تعداد لایه های محصولات برتر به 64 رسید. .

دوره نگهداری داده ها

عایق جیب ایده آل نیست، شارژ به تدریج تغییر می کند. ماندگاری شارژ که توسط اکثر تولید کنندگان برای محصولات خانگی اعلام شده است، از 10-20 سال تجاوز نمی کند، اگرچه ضمانت رسانه ها بیش از 5 سال نیست. که در آن حافظه MLCدارای اصطلاحات کوتاه تری نسبت به SLC است.

شرایط محیطی خاص، مانند دماهای بالا یا قرار گرفتن در معرض تابش (تابش گاما و ذرات پرانرژی)، می تواند به طور فاجعه آمیزی عمر ذخیره سازی داده ها را کوتاه کند.

با تراشه های NAND مدرن، هنگام خواندن، داده ها می توانند در صفحات مجاور داخل یک بلوک خراب شوند. انجام تعداد زیادی (صدها هزار یا بیشتر) عملیات خواندن بدون بازنویسی می تواند وقوع خطا را تسریع کند.

به گفته Dell، مدت زمان ذخیره سازی داده ها بر روی یک SSD بدون منبع تغذیه به شدت به تعداد چرخه های نوشتن گذشته (P/E) و به نوع حافظه فلش بستگی دارد و در بدترین موارد می تواند 3-6 ماه باشد.

ساختار سلسله مراتبی

پاک کردن، نوشتن و خواندن حافظه فلش همیشه در بلوک های نسبتا بزرگ اتفاق می افتد اندازه های مختلف، در حالی که اندازه بلوک پاک کردن همیشه از بلوک نوشتن بزرگتر است و اندازه بلوک نوشتن کمتر از اندازه بلوک خواندنی نیست. در واقع، این یک ویژگی متمایز از حافظه فلش در رابطه با حافظه کلاسیک EEPROM است.

در نتیجه، تمام تراشه های حافظه فلش دارای ساختار سلسله مراتبی مشخصی هستند. حافظه به بلوک ها تقسیم می شود، بلوک ها شامل بخش ها، بخش های صفحات هستند. بسته به هدف یک ریزمدار خاص، عمق سلسله مراتب و اندازه عناصر ممکن است متفاوت باشد.

به عنوان مثال، یک تراشه NAND ممکن است دارای اندازه بلوک پاک کردن صدها کیلوبایت، اندازه صفحه نوشتن و خواندن 4 کیلوبایت باشد. برای ریز مدارهای NOR، اندازه بلوک پاک شده از چند تا صدها کیلوبایت، اندازه بخش نوشتن - تا صدها بایت، اندازه صفحه خوانده شده - چند تا ده ها بایت متغیر است.

بر کسی پوشیده نیست که در دنیای مدرن، یکی از کالاهای مرتبط، اطلاعات است. و مانند هر محصول دیگری باید ذخیره و منتقل شود. برای این منظور، دستگاه های ذخیره سازی قابل حمل ساخته شده است. در گذشته نه چندان دور این نقش را فلاپی دیسک ها و دیسک های فشرده ای ایفا می کردند که می توانستند اطلاعات بسیار کمی با ابعاد بزرگ را ذخیره کنند. با توسعه فناوری رایانه، حجم رسانه های ذخیره سازی به تدریج کاهش یافت، اما میزان داده های ذخیره شده در آنها چندین برابر افزایش یافت. این منجر به ظهور یک دستگاه ذخیره سازی قابل حمل جدید، درایو فلش USB شد.

فلش مموری- نوع خاصی از حافظه نیمه هادی غیر فرار و قابل بازنویسی.

بیایید نگاهی دقیق‌تر بیندازیم: غیر فرار - که برای ذخیره‌سازی داده‌ها به انرژی اضافی نیاز ندارد (انرژی فقط برای نوشتن مورد نیاز است)، قابل بازنویسی - که اجازه می‌دهد داده‌های ذخیره شده در آن تغییر کنند (بازنویسی شوند) و نیمه هادی (حالت جامد) ، یعنی شامل قطعات متحرک مکانیکی (مانند هارد دیسک های معمولی یا سی دی ها) نیست، که بر اساس مدارهای مجتمع (IC-Chip) ساخته شده است.

به معنای واقعی کلمه در برابر چشمان ما، حافظه فلش از یک وسیله عجیب و غریب و گران قیمت برای ذخیره سازی داده ها به یکی از عظیم ترین رسانه ها تبدیل شده است. حافظه های حالت جامد از این نوع به طور گسترده در پخش کننده های قابل حمل و رایانه های جیبی، دوربین ها و درایوهای فلش مینیاتوری استفاده می شود. اولین نمونه های سریال با سرعت کم کار می کردند، اما امروزه سرعت خواندن و نوشتن داده ها در حافظه فلش به شما این امکان را می دهد که یک فیلم تمام قد ذخیره شده در یک تراشه مینیاتوری را تماشا کنید یا یک سیستم عامل "سنگین" کلاس ویندوز XP را اجرا کنید.

فلش مموری به دلیل مصرف انرژی کم، فشرده بودن، دوام و سرعت نسبتا بالا، برای استفاده به عنوان یک وسیله ذخیره سازی در دستگاه های قابل حمل مانند دوربین های دیجیتال و دوربین های فیلمبرداری، تلفن های همراه، رایانه های لپ تاپ، پخش کننده های MP3، ضبط کننده های صوتی دیجیتال و ... ایده آل است. و غیره.

داستان

در اصل حالت جامد HDDبرای سرورهای پرسرعت طراحی شده بود و برای مقاصد نظامی استفاده می شد، اما همانطور که معمولاً اتفاق می افتد، با گذشت زمان از آنها برای رایانه ها و سرورهای غیرنظامی استفاده می شد.

دو دسته از دستگاه ها بوجود آمد: در یک مورد، آنها مدارهای پاک کردن را قربانی کردند و حافظه را به دست آوردند تراکم بالاو در موردی دیگر دستگاهی با امکانات کامل با ظرفیت بسیار کمتر ساخته اند.

بر این اساس، تلاش مهندسان برای حل مشکل چگالی چیدمان مدارهای پاک کننده انجام شد. آنها با اختراع مهندس توشیبا فوجیو ماسوکا در سال 1984 موفق شدند. فوجیو توسعه خود را در نشست بین المللی دستگاه های الکترونیکی در سانفرانسیسکو، کالیفرنیا ارائه کرد. اینتل به این اختراع علاقه مند بود و چهار سال بعد، در سال 1988، اولین پردازنده تجاری فلش نوع NOR را عرضه کرد. معماری حافظه فلش NAND یک سال بعد توسط توشیبا در سال 1989 در کنفرانس بین المللی مدارهای حالت جامد معرفی شد. تراشه NAND سرعت نوشتن سریع‌تری داشت و سطح مدار کوچک‌تری داشت.

گاهی اوقات استدلال می شود که نام فلش در رابطه با نوع حافظه به "فلش" ترجمه می شود. در واقع، این صحیح نیست. یکی از نسخه‌های ظاهری آن می‌گوید که برای اولین بار در سال‌های 90-1989، توشیبا از کلمه Flash در زمینه «سریع، آنی» هنگام توصیف تراشه‌های جدید خود استفاده کرد. به طور کلی، اینتل مخترع در نظر گرفته می شود که فلش مموری با معماری NOR را در سال 1988 معرفی کرد.

مزایای درایوهای فلش USB نسبت به سایر درایوها آشکار است:

ابعاد کوچک،

وزن بسیار سبک،

عملیات بی صدا،

امکان رونویسی

مقاومت خوب در برابر استرس مکانیکی، بر خلاف سی دی و فلاپی دیسک (5-10 برابر بیشتر از حداکثر مجاز برای هارد دیسک های معمولی)،

در برابر نوسانات شدید دما مقاومت می کند

بدون قطعات متحرک، که مصرف برق را به حداقل می رساند،

بدون مشکل اتصال خروجی های USBتقریباً در هر رایانه ای موجود است

مقدار زیادی حافظه

نوشتن اطلاعات در سلول های حافظه،

دوره ذخیره سازی اطلاعات تا 100 سال

فلش مموری به طور قابل توجهی (حدود 10 تا 20 برابر یا بیشتر) انرژی کمتری در حین کار مصرف می کند.

همچنین لازم به ذکر است که برای کار با درایو فلش USB به هیچ برنامه شخص ثالث، آداپتور و غیره نیازی نیست. دستگاه به طور خودکار شناسایی می شود.

اگر روزی 10 بار روی فلش مموری بنویسید، حدود 30 سال دوام می آورد.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

اصل عملکرد فناوری نیمه هادی فلش مموری مبتنی بر تغییر و ثبت بار الکتریکی در ناحیه ایزوله (جیب) ساختار نیمه هادی است.

تغییر شارژ ("نوشتن" و "پاک کردن") با اعمال یک پتانسیل بزرگ بین دروازه و منبع انجام می شود، به طوری که قدرت میدان الکتریکی در دی الکتریک نازک بین کانال ترانزیستور و جیب کافی است تا باعث ایجاد یک اثر تونل برای تقویت اثر تونل زنی الکترون در حین ضبط، شتاب جزئی الکترون ها با عبور جریان از کانال ترانزیستور اثر میدان اعمال می شود.

نمایش شماتیک یک ترانزیستور دروازه شناور.

بین دروازه کنترل و کانالی که جریان از طریق آن از منبع به سمت تخلیه می رود، همان دروازه شناور را قرار می دهیم که توسط یک لایه نازک دی الکتریک احاطه شده است. در نتیجه، هنگامی که جریان از طریق چنین FET "اصلاح شده" جریان می یابد، برخی از الکترون های پرانرژی از طریق دی الکتریک تونل می کنند و به داخل دروازه شناور ختم می شوند. واضح است که در حین تونل زدن و سرگردانی الکترون ها در داخل این دروازه، مقداری از انرژی خود را از دست داده و عملاً نمی توانند به عقب برگردند. دستگاه های SLC و MLC

دستگاه هایی وجود دارند که در آنها یک سلول واحد یک بیت و چندین اطلاعات را ذخیره می کند. در سلول های یک بیتی، تنها دو سطح شارژ در دروازه شناور متمایز می شود. چنین سلول هایی تک سطحی نامیده می شوند (eng. سلول تک سطحی، SLC). در سلول های چند بیتی، سطوح شارژ بیشتری از هم متمایز می شوند که به آنها چند سطحی می گویند (eng. سلول چند سطحی، MLC). دستگاه های MLC ارزان تر و ظرفیت بیشتری نسبت به دستگاه های SLC دارند، اما زمان دسترسی و تعداد بازنویسی ها بدتر است.

حافظه صوتی

توسعه طبیعی ایده سلول‌های MLC، ایده نوشتن یک سیگنال آنالوگ در سلول بود. بیشترین استفاده از چنین ریز مدارهای فلاش آنالوگ در تولید مثل صدا دریافت شده است. چنین ریز مدارهایی به طور گسترده در انواع اسباب بازی ها، کارت های صدا و غیره استفاده می شود.

نه فلش مموری (نه فلش مموری)

طرح NORاز یک ماتریس کلاسیک دو بعدی از هادی ها ("ردیف" و "ستون") استفاده می کند که در آن یک سلول در محل تقاطع قرار دارد. در این حالت هادی ردیفی به تخلیه ترانزیستور و هادی ستون به دروازه دوم متصل می شد. منبع به یک بستر مشترک برای همه متصل بود. در این طرح، خواندن وضعیت یک ترانزیستور خاص با اعمال ولتاژ مثبت به یک ستون و یک ردیف آسان بود.

در هسته از این نوعحافظه فلش بر اساس الگوریتم OR-NOR (به انگلیسی NOR) است، زیرا در یک ترانزیستور دروازه شناور، ولتاژ گیت بسیار کم به معنای یک است. این نوع ترانزیستور از دو گیت شناور و کنترل تشکیل شده است. دروازه اول کاملاً ایزوله است و توانایی نگهداری الکترون ها را تا ده سال دارد. سلول همچنین از یک زهکش و یک منبع تشکیل شده است. هنگامی که ولتاژ به گیت کنترل اعمال می شود، یک میدان الکتریکی ایجاد می شود و به اصطلاح اثر تونلی رخ می دهد. بیشتر الکترون ها از طریق لایه عایق منتقل می شوند (تونل می شوند) و به دروازه شناور نفوذ می کنند. بار روی دروازه شناور ترانزیستور "عرض" منبع تخلیه و رسانایی کانال را تغییر می دهد که در خواندن استفاده می شود. سلول های نوشتن و خواندن در مصرف انرژی بسیار متفاوت هستند: به عنوان مثال، درایوهای فلش هنگام نوشتن نسبت به هنگام خواندن جریان بیشتری مصرف می کنند (مصرف انرژی بسیار کمی است). برای حذف (پاک کردن) داده ها، یک ولتاژ منفی به اندازه کافی بالا به گیت کنترل اعمال می شود که منجر به اثر پشت(الکترون ها از دروازه شناور به کمک یک اثر تونلی به منبع منتقل می شوند). در معماری NOR نیاز به اتصال یک کنتاکت به هر ترانزیستور وجود دارد که اندازه پردازنده را بسیار افزایش می دهد. این مشکل با کمک معماری جدید NAND حل شده است.

فلش مموری چیست؟

فلش مموری/USB استیک یا فلش ممورییک دستگاه ذخیره سازی مینیاتوری است که به عنوان یک رسانه ذخیره سازی اضافی و ذخیره سازی قابل استفاده است. دستگاه از طریق یک رابط USB به یک کامپیوتر یا خواننده دیگر متصل می شود.

درایو فلش USB به گونه ای طراحی شده است که اطلاعات ثبت شده روی آن را به طور مکرر در طول عمر مشخصی که معمولاً بین 10 تا 100 سال است، بخواند. فلش مموری را فقط می توان برای تعداد محدودی بار نوشت (حدود یک میلیون چرخه).

فلش مموری قابل اعتمادتر و جمع و جورتر در مقایسه با دیسکهای سخت(HDD) زیرا فاقد قطعات مکانیکی متحرک است. این دستگاه به طور گسترده ای در تولید دیجیتال استفاده می شود دستگاه های قابل حمل: دوربین های عکس و فیلم، ضبط صوت و پخش کننده های MP3، PDA و تلفن های همراه. علاوه بر این، فلش مموری برای ذخیره سیستم عامل در تجهیزات مختلف مانند مودم، PBX، اسکنر، چاپگر یا روتر استفاده می شود. شاید تنها ایراد درایوهای USB مدرن حجم نسبتا کم آنها باشد.

تاریخچه حافظه فلش

اولین حافظه فلش در سال 1984 ظاهر شد، آن را مهندس توشیبا فوجیو ماسوکا (Fujio Masuoka) اختراع کرد که همکارش شوجی آریزومی اصل کار این دستگاه را با فلاش مقایسه کرد و ابتدا آن را "فلش" نامید. ارائه عمومی فلش مموری در سال 1984 در سمینار بین المللی دستگاه های الکترونیکی در سانفرانسیسکو کالیفرنیا برگزار شد و اینتل به این اختراع علاقه مند شد. چهار سال بعد، متخصصان آن اولین پردازنده فلش تجاری را عرضه کردند. بزرگترین تولید کنندگان درایوهای فلش در پایان سال 2010 سامسونگ بودند که 32٪ از این بازار را به خود اختصاص دادند و توشیبا - 17٪.

نحوه عملکرد یک درایو فلش USB

تمام اطلاعات روی یک درایو فلش نوشته شده و در آرایه آن ذخیره می شود که از ترانزیستورهای دروازه شناور به نام سلول (سلول) تشکیل شده است. که در دستگاه های معمولیبا سلول های تک سطحی (سلول تک سطحی)، هر یک از آنها فقط یک بیت داده را "به خاطر می آورد". با این حال، برخی از تراشه های جدید با سلول های چند سطحی (سلول های چند سطحی یا سلول های سه سطحی) قادر به ذخیره اطلاعات بیشتر هستند. در این حالت باید از بار الکتریکی متفاوتی بر روی دروازه شناور ترانزیستور استفاده شود.

ویژگی های کلیدی USB Flash Drive

درایوهای فلش موجود در حال حاضر از چند کیلوبایت تا صدها گیگابایت حجم دارند.

در سال 2005، متخصصان توشیبا و SanDisk یک پردازنده NAND را ارائه کردند که حجم کل آن 1 گیگابایت بود. هنگام ایجاد این دستگاه، آنها از فناوری سلول های چند سطحی استفاده کردند، زمانی که ترانزیستور قادر است چندین بیت داده را با استفاده از بار الکتریکی متفاوت روی دروازه شناور ذخیره کند.

در سپتامبر سال بعد، سامسونگ یک تراشه 4 گیگابایتی توسعه یافته بر اساس فرآیند 40 نانومتری را به عموم مردم ارائه کرد و در پایان سال 2009، فن‌آوران توشیبا از ایجاد یک فلش مموری 64 گیگابایتی خبر دادند که راه‌اندازی شد. در ابتدای سال آینده به تولید انبوه می رسد.

در تابستان 2010، اولین درایو USB 128 گیگابایتی در تاریخ بشریت، متشکل از شانزده ماژول 8 گیگابایتی، ارائه شد.

در آوریل 2011، اینتل و میکرون اعلام کردند که یک تراشه فلش 8 گیگابایتی MLC NAND با مساحت 118 میلی متر، تقریباً نصف اندازه دستگاه های مشابه، ایجاد کردند که تولید انبوه آن در پایان سال 2011 آغاز شد.

انواع کارت حافظه و فلش مموری

این عمدتاً در تجهیزات حرفه ای فیلم و عکس استفاده می شود ، زیرا دارای ابعاد نسبتاً بزرگ 43x36x3.3 میلی متر است ، در نتیجه نصب یک اسلات Compact Flash در تلفن های همراه یا پخش کننده های MP3 نسبتاً مشکل ساز است. در عین حال، کارت بسیار قابل اعتماد در نظر گرفته نمی شود و همچنین ندارد سرعت بالاپردازش داده ها. حداکثر اندازه مجاز Compact Flash در حال حاضر به 128 گیگابایت می رسد و سرعت کپی داده ها به 120 مگابایت بر ثانیه افزایش یافته است.

کارت چند رسانه ای RS-MMC/اندازه کاهش یافته- یک کارت حافظه که طول آن نصف یک کارت استاندارد MMC است - 24x18x1.4 میلی متر و وزن آن حدود 6 گرم است. در عین حال، تمام خصوصیات و پارامترهای دیگر یک کارت MMC معمولی حفظ می شود. برای استفاده از کارت های RS-MMC باید از آداپتور استفاده شود.

MMCmicro- یک کارت حافظه مینیاتوری با ابعاد تنها 14x12x1.1 میلی متر و طراحی شده برای دستگاه های تلفن همراه. برای استفاده از آن باید از یک اسلات استاندارد MMC و یک آداپتور مخصوص استفاده کنید.

با وجود پارامترها و ابعاد 32x24x2.1 میلی متر که شباهت زیادی به کارت MMC دارد. این کارتنمی توان با اسلات استاندارد MMC استفاده کرد.

SDHC/SD ظرفیت بالایک کارت حافظه SD با ظرفیت بالا شناخته شده است کاربران مدرنمانند SD 1.0، SD 1.1 و SD 2.0 (SDHC). این دستگاه ها در حداکثر مقدار مجاز داده ای که می توان روی آنها قرار داد متفاوت است. بنابراین محدودیت ظرفیت به صورت 4 گیگابایت برای SD و 32 گیگابایت برای SDHC وجود دارد. کارت SDHC با SD سازگار است. هر دو گزینه در سه فرمت اندازه فیزیکی موجود هستند: استاندارد، مینی و میکرو.

کارت میکرو اس دی/میکرو ایمن دیجیتال- این فشرده ترین با توجه به داده های سال 2011 است دستگاه های قابل جابجاییفلش مموری، ابعاد آن 11x15x1 میلی متر است که به شما امکان استفاده از آن را می دهد تلفن های همراهسوئیچ حفاظت از نوشتن روی آداپتور microSD-SD قرار دارد و حداکثر ظرفیت کارت ممکن 32 گیگابایت است.

Memory Stick Micro/M2- یک کارت حافظه که فرمت آن از نظر اندازه با microSD رقابت می کند، اما مزیت آن در دستگاه های سونی باقی می ماند.