استكشاف التقدم في تكنولوجيا تخزين الذاكرة

هل سبق لك أن شعرت بالإحباط من فقدان ساعات العمل عندما يغلق جهاز الكمبيوتر الخاص بك فجأة؟أو تساءلت كيف يحتفظ هاتفك الذكي أو محرك أقراص USB الصور والفيديوهات الثمينة دون طاقة ثابتةالجواب يكمن في تكنولوجيا رائعة تسمى ذاكرة فلاش "شريحة الذاكرة" في العالم الرقمي التي تحافظ على بياناتك حتى بدون كهرباء

الذاكرة الفلاشية هي نوع من التخزين غير المتطاير ، مما يعني أنها تحتفظ بالمعلومات دون طاقة. على عكس محركات الأقراص الصلبة التقليدية (HDDs) ، لا تحتوي الذاكرة الفلاشية على أجزاء متحركة ،مما يجعلها أكثر صلابة ضد الصدمات الميكانيكيةيسمح بإعادة كتابة وحذف كتل البيانات على مستوى البايت ، مما يوفر مرونة استثنائية.

في قلب ذاكرة الفلاش توجد خلية الذاكرة، تستند إلى ترانزستورات البوابة العائمة. هذه المفاتيح الإلكترونية المجهرية تتحكم في تدفق التيار من خلال كل خلية.رقائق الفلاش ترتيب هذه الخلايا في نمط الشبكةتتوزع خلايا التخزين في صفوف تسمى خطوط البت ، حيث تحتوي كل نقطة تقاطع على ترانزستور يحتوي على بوابتين: بوابة تحكم وبوابة عائمة.

البوابة العائمة ، التي تم وضعها بين بوابة التحكم وشريحة ترانزستور MOSFET مع طبقة من أكسيدات الأكسيد الرقيقة (ثاني أكسيد السيليكون SiO2) كعزل ، تحتوي على مفتاح تخزين البيانات.عندما يصل التيار إلى بوابة التحكم، الإلكترونات تتدفق إلى البوابة العائمة، مما يخلق شحنة إيجابية صافيةاحتجاز الإلكترونات (والبيانات) بشكل آمن للتخزين طويل الأجل.

لم تظهر ذاكرة الفلاش بين عشرة وضحاها ولكن تطورت من خلال عقود من الابتكار. استخدمت أجهزة الكمبيوتر المبكرة رقائق ذاكرة القراءة فقط (ROM) لنظم المدخلات / المخرجات الأساسية (BIOS) ، ولكن لا يمكن تعديلها.تمكن الانتقال إلى ذاكرة فلاش لتخزين BIOS من إعادة الكتابة دون إزالة الرقاقة المادية.

في عام 1967، اقترح باحثو مختبرات بيل داوون كانغ وسايمون مين زي إعادة استخدام البوابة العائمة في MOSFET لـ ROM القابلة لإعادة البرمجة.اختراع مهندس إنتل (دوف فرومان) الـ ROM القابل للبرمجة القابلة للمحو (EPROM) في عام 1971، مع نافذة شفافة لحذف الأشعة فوق البنفسجية. تطورت هذه إلى PROM القابل للحذف الكهربائي (EEPROM) ، باستخدام إشارات كهربائية لحذفها.

جاء الاختراق في الثمانينات عندما طوّر الدكتور فوجيو ماسوكا من شركة توشيبا ذاكرة فلاش حديثة.اكتسبت هذه التكنولوجيا اسمها عندما لاحظ زملاء كيف يمكن محو بيانات أشباه الموصلات "في لمحة".

الذاكرة الفلاش تأتي في المقام الأول في اثنين من الهندسة المعمارية مع خصائص متميزة:

تم تسميتها على اسم بواباتها المنطقية "NOT AND" ، ويتميز فلاش NAND بخلايا مرتبة رأسياً. يحدث البرمجة عندما يصل التيار إلى بوابة التحكم ، مما يرسل الإلكترونات إلى البوابة العائمة.طبقة الأكسيد تحافظ على هذه الشحنة حتى تمحى عن طريق تطبيق الجهد لتفريغ البوابة العائمة.

يتضمن تصنيع NAND أكثر من 800 عملية على مدى شهر واحد تقريبًا لإنشاء رقائق 12 بوصة ، ثم يتم قطعها في وقت لاحق إلى رقائق بحجم الصورة المصغرة يتم تصنيفها حسب الجودة. تشمل مزاياها:

• لا أجزاء متحركة لمزيد من المتانة
• قدرة أكبر بتكلفة أقل
• مقاومة أفضل لاهتزازات الأقراص الصلبة

تشمل القيود دورات إعادة الكتابة المحدودة والهندسة المعمارية المتطورة للخلايا من مستوى واحد (SLC) تخزين 1 بت لكل خلية إلى تصاميم مستوى أربعة (QLC) لتلبية متطلبات البيانات المتزايدة.

استناداً إلى بوابات منطقية "NOT OR" ، يربط فلاش NOR الخلايا أفقياً بالتوازي مع خطوط البيت ، مما يتيح الوصول الفردي. توفر هذه الهندسة المعمارية:

• سرعات قراءة أسرع
• صمود أعلى في إعادة الكتابة
• إمكانية الوصول العشوائي

هذه السمات تجعل NOR مثالية لأنظمة الحركة، والأتمتة الصناعية، والأجهزة التي تجمع التخزين مع تنفيذ الرمز.أحجام الخلايا الكبيرة تؤدي إلى سرعات كتابة / مسح أبطأ مقارنة مع NAND.

لا تتطابق أي من التكنولوجيات مع سرعة ذاكرة التخزين المؤقت أو DRAM (التي هي أسرع 100 مرة ولكن متقلبة).الأداء يعتمد على التطبيق NOR تتفوق في القراءات السريعة بينما NAND تتفوق في مهام إدارة البيانات.

أصبحت ذاكرة الفلاش في كل مكان، وتشغيل كل شيء من الهواتف الذكية إلى الخوادم. فهم خصائص NAND و NOR يساعد على اختيار التخزين الأمثل:

• اختر NANDللتخزين عالي السعة والفعالية من حيث التكلفة في أجهزة المستهلك وتطبيقات البيانات السائبة
• اختر لاعندما تتطلب قراءات سريعة ، موثوقية عالية ، وتنفيذ التعليمات البرمجية في الأنظمة المدمجة

مع تزايد طلبات البيانات، تستمر تقنية الفلاش في التطور، مما يضمن بقاء ذاكرتنا الرقمية حتى عندما لا تكون الطاقة.