حافظه Flash یکی از مفیدترین وفراگیرترین ابداعات فناوری در25 سال گذشته بوده است .تقریباًتمام انواع دستگاههای کامپیوتری می توانند از فناوری Flash استفاده کنند.این فناوری برای دستگاه های کوچکی چون درایوهای کوچک USB , دوربین های دیجیتالی، تلفن های همراه ودستگاه های پخش رسانه های دیجیتالی اولین انتخاب برای حافظه قابل نقل وانتقال بوده است وظاهراًقرار است جایگزین هارددرایوهای در کامپیوترهای کیفی شوند.اگرچه شرکت توشیبا این فناوری را ابداع کرده است،اما شرکت Intel اولین شرکتی بود که تراشه حافظه Flash رابرای استفاده تجاری معرفی کردودرحال حاضر سهم عمده بازار رادر دست دارد.این فناوری به این دلیل Flash نامیده شده است که تداعی کننده فرآیند پاک شدن محتوای آن در مدتی است که در عکاسی فلاش دوربین روشن وخاموش می شود.حافظه Flash نوع ثبات EEPROM (حافظه قابل برنامه نویسی فقط خواندنی است که به صورت الکتریکی قابل پاک شدن است) قابل پاک شدن وبرنامه نویسی شدن در قطعات بزرگ است،سایر انواع EEPROM از قبیل انواعی که برای ذخیره کردن BIOS به کار می رود،باید قبل از نوشته شدن داده های جدید،به طور کامل پاک شوند،حافظه Flash داده ها رادر آرایه ای از سلول ها که درتقاطع هریک ازردیف ها وستون های آن یک ترانزیستور دارد،ذخیره می کند.این حافظه داده را به جای بایت به بایت به صورت قطعه ای ثبت وپاک می کند،بنابراین مشکل ومحدودیت انواع عادی EEPROM را ندارد.
حافظه Flash داده ها را درآرایه ای از سلولها که شامل دو ترانزیستور هستندوبا یک قشر نازک از عایق اکسید از یکدیگر جدا شده اند،ذخیره می کند.هنگامی که ولتاژکافی به گیت کنترل داده شود،الکترون ها تحریک شده واز قشر اکسید عبور کرده ورد داخل گیت شناور جمع می شوند.دراین حالت سلول ارزش بیت ذخیره شده را از 0 به1 تبدیل می کند.
درشرایط عادی،الکترونهایی که درآن سوی گیت شناور مانده اند،سال هایک رها نمی شوندوبه این دلیل است که این حافظه ماهیت پایدار دارد.
دستگاه هایی که با سلول های یک سطحی (SLC )ساخته شده اند.درهریک از سلول ها یک بیت داده ذخیره می کنند.دستگاه های دارای سلول های چند سطحی (MIC) می توانند با جمع کردن سطوح متفاوت از شارژهای الکتریکی دردرون گیت شناور،در هر سلول بیش از یک بیت داده ذخیره کنند.باری مثال،سلولی که حاوی دوبیت باشد،می تواند بین چهار ولتاژمتفاوت تمایز قایل شود.
منطق حافظه Flash
طراحان تراشه حافظه برای نگاشت داده ها از یکی از دو روش NAND وNOR (این دو واژه نوع گیت های منطق مورد استفاده را توصیف می کنند) باری به هم متصل کردن سلول های حافظه استفاده می کنند. هیچ یک از این دو روش بر دیگری برتری ندارد،بلکه برای یک برنامه کاربردی خاص به عنوان بهترین روش طراحی شده است سلول های حافظه Flash از نوع NOR به صورت موازی به یکدیگر متصل شده اند وهرسلول می تواند به طور مستقل خوانده وبرنامه نویسی شود.سلول های NAND به صورت سریال به یکدیگر متصل هستند وباید به همین صورت خوانده ونوشته شوند.
نتیجه این روش طراحی این است که داده های موجود در حافظه NOR تقریباً به شکل داده های موجود در حافظه RAM مورد دسترسی قرار می گیرند.به دلیل این ویژگی است که اکثر ریزپردازنده ها می توانند از حافظه Flash نوع NOR به عنوان حافظه ای که درجا اجرا می سود،استفاده کنند،به عبارت دیگر ،حافظه NOR می تواند بدون آنکه ابتدا دستور العمل را درRAM بنویسد،برنامه های نرم افزاری را به اجرا درآورد.حافظه NOR قابل پارتیشن بندی نیز هست،بنابراین در حالی که داده ها به طور همزمان مورد دسترسی قرار می گیرند،نوشته شده می شوندویا از یک پارتیشن پاک می شوند،می توانند در پارتیشن دیگری اجرا شوند. این ویژگی امکان نصب شدن در دستگاه های کوچک دستی از قبیل گوشی های تلفن های همراه وهمچنین سیستم های درونی را فراهم می کند.
شرکت توشیبا حافظه Flash نوعNAND را پس از NOR تولید کرد،اما این حافظه فاقد ماهیت دسترسی تصادفی است وبه همین دلیل NAND نمی تواند به عنوان جایگزین ROM در سیستم ها به کار رود.از سوی دیگر،NAND برای پاک کردن ونوشتن داده ها به زمان کمتری نیاز دارد وظرفیت ذخیره سازی بیشتری را با هزینه کمتر برای هر بیت ارائه می دهد. حافظه NAND قابلیت پارتیشن بندی را ندارد وداده ها باید به نوبت از یک بخش مورد دسترسی قرار گیرند.این خصوصیات با عث شده اند که NANDبا سایر انواع ذخیره سازی از قبیل هاردیسک های نوری مقایسه می شود.حافظه NAND در Memory Stick ,Secure Digital(SD) MultiMedia Card (MMC),Compact Flash(CF) ورسانه xD-Picture Card مورد استفاده قرار گرفته است.این فناوری به هارد دیسک درایورهای یکپارچه نیز راه یافته است.
سیستم فایل های Flash
اکثررسانه های قابل نقل وانتقال Flash ،یک میکروکنترلر درونی دارند.این ویژگی امکان فرمت شدن با استفاده از فایل سیستم FAT را که مایکروسافت برای سیستم عامل MS-Dos تولید کردبه SD,CompactFlash ودرایوهای USB می دهد.
دستگاه هایی که از حافظه Flash استفاده می کنند وفاقد میکروکنترلر درونی هستند، معمولاً به استفاده از FTL(Flash Translation Layer) روی می آورند.این سیستم فایل از دید یک سیستم عامل،به یک جدول تخصیص فایل(FAT) شبیه است.برنامه JFFS2 (نسخه شماره 2 ازJournaling Flash File System) برای استفاده از دستگاه های حافظه Flash با سیستم عامل لینوکس تولید شد.این برنامه با حافظه های NOR وNAND سازگاری دارد.
سرعت ودوام
قیمت محصولات دارای حافظه Flash از نوع NAND (از قبیل SD,CF,xD وغیره) دراصل به دوعامل بستگی دارد: ظرفیت و سرعت .مفهوم ظرفیت به سادگی قابل درک است،اما مفهوم سرعت به دلیل متفاوت بودن معیار سنجش عملکرد نزد تولید کنندگان ،کمی پیچیده تر است.
برای مثال،شرکت Patriot Memory سرعت کارت دو گیگابایتی CompactFlash خود را 50x اعلام کرده است. اما اگر صفحه مشخصات این محصول را بخوانید ،در می یابید که 50x فقط به سرعت خواندن مربوط است وبرای سرعت نوشتن،هیچ رقمی اعلام نشده است.اگر فرض کنیم که 1x برابر با 150 کیلوبایت درثانیه است وهر کیلو بایت برابر با 1/024 بایت در ثانیه است(سرعت انتقال داده ها در درایوهای دیسک های فشرده اولیه نیزاین مقدار بود)،سرعت انتقال داده ها از کارت Patriot به دستگاه میزبان،7/32 مگابایت در ثانیه است،از سوی دیگر شرکت SanDisk برای کارت UltraII 2GB CompactFlash خود قیمت های جداگانه ای برای سرعت ها به ترتیب 10 مگابایت در ثانیه و9مگابایت در ثانیه هستند.اما از آنجائیکه جدول مشخصه های یک شرکت یک مگابایت را برابر با یک میلیون بایت ذکر می کند،برای رسیدن به یک مقایسه واقعی شما باید خودتان مراحل ریاضی را انجام دهید.(شرکت Patriot،برای دستگاه ScanDisk سرعت دسترسی به حافظه را 9/53 مگابایت در ثانیه وسرعت نوشتن در حافظه را 8/56 مگابایت درثانیه ذکر کرده است).حافظه های Flash از نوع NOR وNAND ،هردو تعداد مشخصی از سیکل های خواندن-نوشتن دارند. این تعداد بین 10 هزار ویک میلیون متغیر است،اما این محدودیت معمولاً با دستور العمل های داده شده برای جبران استهلاک در میان افزارهایی که تعداد سیکل های حافظه نوشتن را برای هر سلول شمرده و قطعات را به صورت پویا به نحوی بازنگاری می کنند که عملیات پاک کردن ونوشتن به طورمساوی دردستگاه توزیع می شوند،قابل چشم پوشی است.بسیاری از دستگاه های حلوی حافظه پایدار NAND یک کنترل کننده میکرو درونی دارند که روتینی به نام مدیریت قطعات غیر قابل استفاده را انجام می دهد. اگر عملیات نوشتن با شکست مواجه شود.کنترل کننده میکرومی تواند داده ها را به بخش مجزایی از حافظه بازنگاری کند.در واقع ،اکثر دستگاه های حاوی NAND به هنگام عرضه در بازار قطعات غیر قابل استفاده دارند،اما چون این قطعات مشخص هستند،به نحوی تنظیم شده اند که چیزی روی آنها ثبت نمی شود.این ویژگی به افزایش بازده و کاهش هزینه ها کمک می کند؛زیرا تا زمانی که یک دستگاه حداقل مقدار ذخیره سازی مورد ادعا تولید کننده را ارائه می کند، نیازی به کامل بودن آن نیست.وجود خصوصیات مثبت مدیریت قطعات غیرقابل استفاده ،جبران استهلاک وفقدان قطعات قابل انتقال ،به دوام اکثر رسانه های حافظه Flash کمک می کند،به نحوی که معمولاً دوام حافظه ازدوام دستگاهی که ازآن استفاده می کند،بیشتر است.با این حال به افرادی که ازاین رسانه برای ذخیره عکس های دیجیتالی یاسایر محتوای مهم استفاده می کنند،توصیه می شود که از فایل های خود نسخه های پشتیبان تهیه کنند.
منبع:ماهنامه وب