حافظه فلش
| برای تأییدپذیری کامل این مقاله به منابع بیشتری نیاز است. (ژوئیه ۲۰۱۵) |
حافظهٔ ترابرد یا فلش مموری (به انگلیسی: Flash memory)، یک رسانه جداشدنی و حافظه غیرفرار ذخیره‌سازی رایانه‌ای است که می‌توان آن را به صورت الکتریکی پاک و دوباره برنامه‌ریزی کرد. این فناوری عمدتاً در کارت‌های حافظه و یواس‌بی استفاده می‌شود و برای ذخیره‌سازی عمومی و انتقال داده‌ها بین رایانه‌ها و دیگر محصولات دیجیتال به کار می‌رود. این نوع خاصی از EEPROM (حافظهٔ فقط خواندنی پاک‌شدنی و قابل برنامه‌ریزی به صورت الکتریکی) است که در قطعات بزرگ، پاک و برنامه‌ریزی شده‌است. از آنجا که حافظهٔ فلش غیر فرّار است، هیچ نیرویی برای نگه داشتن اطلاعات درون قطعه مورد نیاز نیست. علاوه بر این، این حافظه به ارائه گذاشتن سریع اطلاعات در هر دسترسی (اگر چه به اندازهٔ حافظه فرّار دینامیک دسترسی تصادفی (DRAM)، که برای حافظه اصلی در رایانه‌ها به کار می‌رود سریع نیست) ولی مقاوم‌تر از دیسک سخت (Hard disk) در برابر شوک حرکتی می‌باشد.
دو نوع حافظهٔ فلش وجود دارد که بر حسب منطق‌های NAND , NOR نام‌گذاری شده‌اند سلول‌های مستقل حافظهٔ فلش مشخصات درونی مشابهی با دروازهٔ مربوط را نشان می‌دهند. در حالی که EPROMها باید قبل از نوشته شدن به‌طور کامل پاک شوند، فلش‌های نوع NANDمی‌توانند هم‌زمان در بلوک‌هایی که معمولاً از کّل دستگاه کوچکترند خوانده و نوشته شوند. فلش‌های NOR به یک کلمهٔ ماشینی تنها (بایت) اجازه می‌دهند بر روی یک محل پاک شده بدون وابستگی نوشته یا خواند شوند. نوع NAND به صورت عمده در کارت‌های حفظ فلش‌های یواس‌بی و درایوهای حالت جامد و محصولات مشابه برای ذخیره معمولی و انتقال داده استفاده می‌شود. فلش‌های NAND, NOR معمولاً برای ذخیره پیکر بندی داده‌ها در بسیاری از محصولات دیجیتالی استفاده می‌شوند مسئولیتی که در گذشته به وسیلهٔ EPROMها یا حافظهٔ استاتیک باتری دار ممکن می‌شد. یکی از معایب حافظهٔ فلش تعداد محدود چرخه‌های خواندن یا نوشتن در یک بلوک خاص است. فلش‌های NOR و NAND نام خود را از روابط داخلی بین سلول‌های حافظه‌شان می‌گیرند. مشابه گیت نند، در فلش‌های نند هم گیت‌ها در سری‌هایی به هم متصل هستند. در یک گیت NOR ترانزیستورها به‌طور موازی به هم متصل هستند و مانند آن در فلش NOR سلول‌ها به‌طور موازی به خطوط بیت متصل هستند و به همین دلیل است که سلول‌ها می‌توانند جداگانه و مستقل، خوانده و برنامه‌نویسی شوند.[۱] در مقایسه با فلش‌های NOR جایگزین کردن یک ترانزیستور با گروه‌های سری لینک شده یک سطح آدرس دهی اضافی به آن‌ها می‌افزاید. در حالی که فلش‌های NOR می‌توانند حافظه را با صفحه و سپس کلمه آدرس دهی کنند. فلش‌های NAND می‌توانند آن را با صفحه، کلمه و بیت آدرس دهی کنند.
انواع حافظه فلشویرایش
فلش NORویرایش
هر سلول در فلش NOR یک بخش پایانی دارد که مستقیماً به زمین متصل است و بخش پایانی دیگری که مستقیماً به یک خط بیت متصل است. این ترتیب به این دلیل NOR نامید شده‌است که مثل یک گیت NOR عمل می‌کند. وقتی یکی از خطوط کلمه‌ها High شود ترانزیستور ذخیره‌کننده مربوط عمل می‌کند تا خط بیت خروجی را Low کند.
فلش NANDویرایش
فلش NAND نیز از ترانزیستورهایی با گیت شناور استفاده می‌کند اما آن‌ها به صورتی به هم متصل اند که گیت NAND را شبیه‌سازی می‌کنند. تعداد زیادی از ترانزیستورها به صورت سری متصل اند و خط بیت تنها در صورتی Low می‌شود که تمامی خطوط کلمه‌ها High شده باشند. سپس این گروه‌ها به وسیلهٔ تعداد اضافی ترانزیستور به یک آرایه با استایل NOR متصل شده‌اند مشابه حالتی که ترانزیستورهای تنها در یک فلش NOR به هم ارتباط پیدا کرده‌اند.
فلش نند عمودی (Vertical NAND)ویرایش
در حافظه نند عمودی (Vertical NAND)، سلول‌های حافظه به‌طور عمودی روی هم قرار می‌گیرند. با این کار بدون احتیاج به سلول‌هایی کوچکتر می‌توان تراکم سطحی بالاتری برای سلول‌ها ایجاد کرد.
ساختارویرایش
در ساختاری که در نند عمودی استفاده شده‌است، بار الکتریکی روی یک فیلم سیلیکون نیترید ذخیره می‌شود. فیلم‌های سیلیکون نیترید قابلیت این را دارند که ضخیم‌تر شوند و بار بیشتری بر روی خود جا دهند و علاوه بر آن مقاومت بالایی دارند. بارهای الکتریکی نمی‌توانند به‌طور عمودی در واسطه سیلیکون نیترید حرکت کنند، در نتیجه سلول‌های حافظه در لایه‌های عمودی متفاوت، با هم هیچ تداخلی ندارند. هر مجموعه عمودی، از نظر الکتریکی مشابه گروه‌های متصل به همی که در ساختار نند معمولی استفاده می‌شوند، می‌باشد.
عملکردویرایش
از سال ۲۰۱۳ عملیات نوشتن و خواندن توسط حافظه نند عمودی، با سرعتی معادل دو برابر سرعت حافظه نند معمولی اتفاق می‌افتد. از طرفی حافظه نند عمودی با مصرف تنها ۵۰ درصد انرژی مصرفی حافظه نند معمولی تا ۱۰ برابر آن عمر می‌کند.[۲]
ظرفیت فلش مموریویرایش
در حال حاضر فلش مموری از 4 گیگ تا 2 ترابایت موجود است. ظرفیت فلش ها به این ساختار می باشد : 4 گیگ ، 8 گیگ ، 16 گیگ ، 32 گیگ ، 64 گیگ ، 128 گیگ ، 256 گیگ ، 512 گیگ ، 1024 گیگ و 2048 گیگ که همان دو ترابایت می شود. در واقع این اعداد ، همان اعداد 2 به توان های مختلف است . 2 به توان 2 می شود 4 ، 2 به توان 3 می شود 8 ، 2 به توان 4 می شود 16 و به همین منوال.[۳]
معماری حافظه فلشویرایش
معماری حافظه فلش شامل یک آرایه حافظه است که با تعداد زیادی سلول های فلش جمع شده است. سلول اصلی حافظه فلش شامل یک ترانزیستور ذخیره سازی با یک دروازه کنترل و دروازه شناور است که از بقیه ترانزیستور توسط یک ماده دی الکتریک نازک یا لایه اکسید عایق شده است. دروازه شناور بار الکتریکی را ذخیره می کند و جریان الکتریکی را کنترل می کند.
سه نوع مختلف تراشه فلشویرایش
(Single Layer Cell (SLC)ویرایش
این نوع حافظه در هر سلول یک بیت دارد و از نظر قیمت گران ترین نوع است و از قدرت کمتری برای ذخیره اطلاعات برخوردار است اما قدرت ارسال اطلاعات سریعتری نسبت به بقیه دارد. این نوع حافظه برای برنامه های صنعتی و نگه داشتن اطلاعات بسیار مهم مناسب است.
(Multi Layer Cell (MLC)ویرایش
این نوع حافظه در هر سلول دو مقدار بیت دارد، به عبارتی دو برابر نوع قبلی اطلاعات ذخیره می کند. این نوع فلش در حافظه های مصرفی معمولی استفاده می شود و و ارزان تر از نوع SLC می باشند که نسبت به آن دارای محدودیت استقامتی کمتر و چرخه نوشتن و پاک کردن کوچکتری است.
(Triple Layer Cell (TLC)ویرایش
این مدل همانطور که از نام پیداست سه بیت در هر سلول است. از نظر قیمت ارزان ترین نوع فلش است و تراکم بالایی دارد. با این حال سرعت خواندن و نوشتن و استقامت آن کمتر از انواع دیگر است. به طور معمول این نوع فلش برای اطلاعات محدود و غیر مهم استفاده می شوند.[۴]
محدودیت‌های حافظه فلشویرایش
پاک کردن بلوکیویرایش
در حافظه فلش هر یک از بیت‌ها جداگانه قابل برنامه‌نویسی یا خواندن می‌باشند، اما اگر بخواهیم یک بیت دلخواه را پاک کنیم کّل بلوک پاک می‌شود. یعنی وقتی حتی تنها یک بیت صفر شده‌است برای یک کردن آن بیت باید کل بلوک را یک کنیم. حافظه فلش (به‌طور خاص فلش NOR)، به ما قابلیت اجرای عملیات دوباره‌نویسی و پاک کردن، همراه با دسترسی تصادفی و دلخواه نمی‌دهد.
تحلیل حافظهویرایش
حافظه فلش تعداد محدودی حلقه نوشتن و پاک کردن را پشتیبانی می‌کند. بیشتر فلش‌های در دسترس ما، به‌طور تضمینی قبل از اینکه تحلیل رفتن حافظه کیفیت آن را پایین بیاورد، حدود ۱۰۰۰۰۰ حلقه نوشتن و پاک کردن را پوشش می‌دهند. برای کمتر کردن آثار این مشکل در بعضی از سیستم‌ها از روشی استفاده می‌شود که در آن با شمارش تعداد عملیات نوشتن و بازنگاری پویای بلوک‌ها جهت توزیع عملیات نوشتن در بین بخش‌های مختلف، باعث پایین آمدن سطح تحلیل حافظه می‌شویم. این روش یکسان کردن تحلیل نام‌گذاری شده‌است. در سال ۲۰۱۲، مهندسان تایوانی در IEEE، نشست دستگاه‌های الکترونی ۲۰۱۲، اعلام کردند که با استفاده از پروسه‌ای به نام خوداصلاحی، موفق شدند تعداد چرخه‌های حافظه فلش نند را از ۱۰۰۰۰ به ۱۰۰ میلیون افزایش دهند. نتیجه این پروسه این است که یک تراشه می‌تواند بارها و بارها پاک و دوباره‌نویسی شود، بدون اینکه از کار بیفتد.
اختلال در خواندنویرایش
اختلال در خواندن وقتی اتفاق می‌افتد که در طول عملیات خواندن یک بیت یا بیشتر تغییر کنند. اختلال در خواندن درون بلوکی که در حال خوانده شدن است، اما در صفحه یا صفحات دیگر که در حال خوانده شدن نیستند، اتفاق می‌افتد. اگر تعداد زیادی عملیات خواندن (حدود چند ۱۰۰۰۰۰ یا چند میلیون) قبل از انجام عملیات پاک کردن انجام دهیم، این اختلال ممکن است اتفاق بیفتد. بعد از وقوع این اختلال باید بلوکی را که اختلال در آن اتفاق افتاده‌است را پاک کنیم و دوباره داده‌ها را در آن بنویسیم.[۵]
منابعویرایش
- ↑ ویکی‌پدیا انگلیسی
- ↑ http://newatlas.com/samsung-v-nand-flash-chip-ssd/28655/
- ↑ «فلش مموری چیست ؟ راهنمای خرید فلش مموری». علم فردا. ۲۰۱۹-۱۰-۲۴. دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۰۷-۳۰.
- ↑ «فلش مموری چیست؟». بلاگ ایده آل گستر. ۲۰۱۸-۱۰-۲۵. دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۰۷-۳۰.
- ↑ "TN-29-17 NAND Flash Design and Use Considerations Introduction" (PDF). Micron. April 2010. Retrieved 11 May 2017.
- مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Flash memory». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۱۷ ژوئیهٔ ۲۰۱۲.