الاثنين، 30 أبريل 2012

كيف تعمل ذاكرة الفلاش


 


تعتبر ذاكرة الفلاش من أكثر الأجهزة الالكترونية استخداما في السنوات الأخيرة لما تتمتع به من مزايا كثيرة .
 وتصنع الذاكرة الالكترونية بإشكال متنوعة تختلف باختلاف الغرض الذي ستستخدم فيه .
 وهي تستخدم كوحدة تخزين أكثر من استخدامها كذاكرة مثل الذاكرة الإلكترونية للحاسبات الشخصية RAM المتعارف عليها.
 يطلق علي وحدات التخزين الثابتة التي لا توجد بها أجزاء متحركة Solid State لكي تفرقها عن وحدات التخزين التي توجد بحاسباتنا والتي يوجد بها رأس للقراءة والكتابة تتحرك عن طريق موتور خاص بهذه الوحدة.
 وتعتبر ذاكرة الفلاش وحدة تخزين ثابتة لأن مكوناتها كلها إلكترونية لا يوجد بها حركة ميكانيكية أو أجزاء تتحرك, وتعتمد في اتصالها بجهاز الكمبيوتر على منفذ USB التسلسلي موفرة سرعة نقل بيانات عالية,كما أن سرعتها في نقل البيانات عالية, لكنها اقل من سرعة ذاكرة الكمبيوتر العشوائية RAM.
 ويرجع سبب تسميتها بذاكرة الفلاش:
أنها مأخوذة من فلاش الكاميرا, من مقدم هذه التقنية Dr. Fujio Masuoka (شركة توشيبا 1984).
تنتشر ذاكرة الفلاش بين معظم مستخدمي الكمبيوتر كوسط لنقل المعلومات والبيانات وتخزينها وتبادل الملفات والبرامج بين بعض الأجهزة الالكترونية وأجهزة الكمبيوتر المختلفة، وقد جاءت ذاكرة الفلاش لتحل محل الوسائط المغناطيسية التي استخدمت في السابق لهذا الغرض مثل القرض المرن، ولأنه أصبح استخدام الأقراص المرنة نادر لسعته التخزينية المحدودة وسهولة فقدان المعلومات عليه، في حين إن ذاكرة الفلاش تأتي بعدة أشكال وأحجام وسعات مختلفة وكما هو متعارف عليه أن حجم ذاكرة الفلاش تتراوح مابين 128MBو 4جيجابايت في السوق المحلية.
 ولكن شركة JetFlash أنتجت أكبر مساحة ممكنة على ذاكرة فلاش.
 حيث تستطيع الآن تخزين بياناتك على ذاكرة فلاش بحجم 16جيجابايت وتستطيع على هذه المساحة وضع 150ألف صورة أو 4000ملف صوتي أو 1.3مليون مستند ورد.
كما يمكنك حفظ ملفاتك بكلمه مرور وأيضا سهولة في التركيب بدون تعاريف.
 ويعمل هذا الفلاش الجديد بميزة التشغيل المباشر فهي لا تحتاج إلى تعريف أو أي شيء آخر. مجرد الإيصال والتشغيل.
أساسيات ذاكرة الفلاش
تعتبر ذاكرة الفلاش من أنواع الذاكرة الالكترونية وأول استخداماتها كان في BIOS المثبتة على اللوحة الأم للكمبيوتر Mother Board.
وكذلك في الكاميرات الرقمية وفي أجهزة الألعاب ,وهي ذاكرة موجودة في الأجيال الأولى للكمبيوتر وتعتبر شريحة البيوس BIOS ذاكرة فلاشية وعليها يتم حفظ معلومات عن الكمبيوتر والتي تكتب بواسطة الشركة المصنعة للجهاز ولا يمكن مسح هذه البيانات أو الكتابة عليها وتعتبر هذه الذاكرة الفلاشية من النوع المثبت على اللوحة الأم للكمبيوتر Mother Board.
 ولكن في أيامنا هذه نجد الكثير من أنواع الذاكرة الصلبة( التي تعني انه لا يوجد فيها أي أجزاء تتحرك حركة ميكانيكية) والقابلة للنقل من مكان إلى أخر وتوصيلها في أجهزة الكمبيوتر من خلال وصلات خاصة أو من خلال مدخل الـ USB.
بطاقات ذاكرة الفلاش وأنواعها
هناك أنواع مختلفة لذاكرة الفلاش ولكنها تستخدم في الغرض نفسه وبنفس التقنية وان اختلفت بعض التقنيات مابين فلاشات ثابتة وفلاشات غير ثابتة (أي أنة يسمح بالحذف والإضافة والتعديل وبين نوع لا يسمح بذلك)فهي تستخدم كوسيلة سهلة لتخزين البيانات و المعلومات وكوسيط ناقل للبيانات في بعض الأجهزة الالكترونية ومن انواعها المختلفة.
1. ذاكرة الكمبيوتر البيوس BIOS chip .
2. ذاكرة الكاميرا الرقمية CompactFlash .
3. ذاكرة الكاميرا الرقمية Memory Stick .
4. ذاكرة أجهزة الجوال SmartMedia .
5. كرت الذاكرة PCMCIA المستخدم في توسيع ذاكرة أجهزة الكمبيوتر المحمول Laptop.
6. ذاكرة أجهزة العاب الفيديو.
7. ذاكرة الفلاش ذوالكرت Removable وهي ذو الاستخدام الشخصي في تخزين البيانات والمعلومات ونقلها .
التطورات المستقبلية لذاكرة الفلاش
من المتوقع أن تتطور ذاكرة الفلاش من ناحية القدرة التخزينية والسرعة حيث أطلقت شركة سامسونج في نهاية عام 2006 نوع جديد من الذاكرة باسم PRAM أي Phase-change Random Access Memory.
 وهذا النوع يجمع بين خصائص ذاكرة الوصول العشوائي RAM المعروفة وذاكرة الفلاش وسوف تطرح باسم Perfect RAM الذاكرة المثالية ويتوقع أن تصل سرعته إلى ما يقارب 30 مرة سرعة ذاكرة الفلاش الحالية وعمره الافتراضي سوف يزيد بأكثر من 10 مرات أيضا. وهذا النوع الجديد سوف يطرح في الأسواق في 2010.

ولقد شهدت هذه الذاكرة تجارب وتطويرات عديدة, آخرها تفكير مصنعي أجهزة الأجهزة المحمولة Laptop في استبدال الأقراص الصلبة بذاكرات فلاش عالية السعة التخزينية ومع استمرار الشركات المنتجة في إنتاج قرص يعتمد على ذاكرة الفلاش حيث طرحت "سانديسك" حل التخزين للقرص الصلب "فولتير تي أم" الذي يعمل جنبا إلى جنب مع القرص الصلب بجهاز الكمبيوتر الشخصي لتخزين وإطلاق وتسريع نظام تشغيل الكمبيوتر وتطبيقات البرمجيات.
 ويتماشى قرص "فولتير" مع القرص الثابت لتوفير وتعزيز الأداء على أجهزة الكمبيوتر الشخصية التي تحتفظ بقرص صلب فقط، ويعمل كل من "قرص فولتير- والقرص الصلب" المدمج في الحاسوب الشخصي في آن واحد، مع الحفاظ على خفض التكلفة المستخدمة في كل جيجابايت.
 ومع إضافة قرص "فولتير" والذي هو نموذج لذاكرة فلاش طراز "بي سي آى اكسبرس" يستطيع مصنعو الحاسب الآلي المحمول، والحاسب المكتبي، زيادة السرعة في ذاكرة فلاش في للوصول إلى الملفات مع الاستمرار في استخدام القرص الصلب المغزلي لتخزين البيانات التي يتم الوصول إليها بأقل تكرارية.
وهذا القرص يتطلب فقط ذاكرة كافية لاستضافة نظام تشغيل الكمبيوتر والبيانات الاختيارية للمستخدم للوصول إلى هذه البيانات والملفات بشكل أسرع باستخدام ذاكرة الفلاش، ويخزن الملفات ومحتويات وتطبيقات المستخدم التي لا تتطلب أو تستفيد من البحث السريع.
 ويعمل المحركان القرص الصلب وقرص "فولتير" بالتوازي، وبالتالي يزيدان السرعة والأداء الإجمالي للحاسب الشخصي. وسيتوفر قرص "فولتير" لمصنعي المعدات الأصلية في أوائل العام القادم في سعات تتراوح ما بين 8غيغابايت إلى 16غيغابايت.
كما أعلنت توشيبا (Toshiba) مؤخرا عن عائلة(TransMemory U2K) لأقراص ذاكرة الفلاش التي تتوافق مع تقنية (USB) والمثير في الأمر هو الإعلان عن قرص الفلاش الذي تبلغ سعته 32 جيجابايت .

كيف تعمل ذاكرة الفلاش
تعتبر ذاكرة الفلاش أحد أنواع الذاكرة الإلكترونية التي يطلق عليها EEPROM 
وهي تتكون من مصفوفة بها مجموعة من الأعمدة والصفوف ويتحكم في كل خليه في هذه المصفوفة 2 ترانزيستور.
يعتبر كل ترانزيستور مثل البوابات التي تقوم بتغير القيمة التي توجد بالخلية من صفر إلى واحد والعكس وذلك في كل الخلايا التي توجد بالمصفوفة التي تكون ذاكرة الفلاش.
تستخدم ذاكرة الفلاش تقنية تتيح للخلايا الإلكترونية أن تحتفظ بالبيانات التي توجد بها حتي في حالة انقطاع التيار الكهربائي عنها وأيضا بدون استخدام بطارية.
 هذا ما يميزها عن الذاكرة الإلكترونية للحاسب الشخصي والتي تحتاج إلى مرور تيار كهربائي مستمر بها لكي تحتفظ بالبيانات التي توجد بها فإذا أنقطع التيار لأي سبب من الأسباب فإنها تفقد البيانات المخزنة بها.
ولنتعمق أكثر في داخل شريحة EEPROM حيث تتكون هذه الشريحة من عدد من الخلايا في شكل مصفوفة متراصة وكل خلية تتكون من عدد 2 ترانزستور وبينهما شريحة رقيقة من الأكسيد Thin Oxide Layer.
 الترانزستور الأول يسمى بوابة التدفق floating gate والترانزستور الثاني يسمى بوابة التحكم control gate. تتصل بوابة التحكم مباشرة بخط نقل المعلومات وهو World Line ولا يمكن لبوابة التدفق من الوصول لخط نقل المعلومات إلا من خلال بوابة التحكم.
ولفهم فكرة عمل شريحة الـ EEPROM والتي هي أساس ذاكرة الفلاش سوف نستعين بالشكل التوضيحي أدناه، حيث يمثل الشكل حالتين مختلفتين لتوصيل التيار الكهربي الحالة الأولى هي الحالة صفر وفيها يمر التيار الكهربي في الجزء السفلي من المخطط التوضيحي أما في الشكل الثاني فهو يمثل الحالة واحد والتي يمر فيها التيار الكهربي عبر جزء العلوي من المخطط (أي عبر World

مخطط يوضح الحالة (0) ويظهر فيها الترانزستور وبينهما طبقة من رقيقة من الأكسيد
مخطط يوضح الحالة (1) ولاحظ تدفق التيار الكهربي عبر World Line

فإذا ما كان هناك اتصال من ترانزستور بوابة التدفق عبر طبقة الأكسيد إلى بوابة التحكم إلى ترانزستور بوابة التحكم وأخيرا إلى خط نقل المعلومات تكون قيمة الخلية 1.
 أما لتغير حالة الخلية من 1 إلى 0 فهذا يتم عبر عملية المسح من خلال عملية تسمى نفق فاولر نورديم Fowler-Nordheim tunneling، وهي ظاهرة فيزيائية تعرف أيضا باسم Field Emission وتنتقل فيها الالكترونات عبر حاجز للجهد من خلال نفق، وهي ظاهرة مهمة جدا في كل القطع الالكترونية المصنعة من أشباه الموصلات.
 وسوف نقوم بتوضيح هذا الأمر بالتفصيل.

عملية النفق والمسح في ذاكرة الفلاش
تعتبر عملية النفق الوسيلة المستخدمة لتغير الإلكترونات مكانها في بوابة التدفق. حيث يطبق فرق جهد قدره 12 فولت على طرفي بوابة التدفق، يعمل على تزويد ترانزستور بوابة التدفق بسيل من الالكترونات التي تتراكم على طبقة الأكسيد وتشكل حاجز بين بوابة التدفق وبوابة التحكم، ولكن باستخدام مجس لكل خلية cell sensor يراقب مقدار الشحنة التي عبرت، فإذا كان مقدار التدفق اكبر من 50% تسجل الخلية القيمة 1 ولكن عندما تنخفض القيمة عن 50% تسجل الخلية القيمة 0. وعندما تكون EEPROM فارغة تسجل القيمة 1 لكل الخلايا.
الالكترونات في خلايا ذاكرة الفلاش يمكن أن تعاد إلى وضعها الطبيعي (الحالة 1) بتطبيق مجال كهربي، ويتم تطبيق هذا المجال الكهربي إما على كل ذاكرة الفلاش أو على مجموعة محددة من الخلايا تسمى blocks وهذا يعتمد على طريقة تصميم الذاكرة نفسها، فيعمل المجال الكهربي على حذف البيانات المخزنة على تلك الخلايا من ذاكرة الفلاش.

هل سوف تصبح ذاكرة الفلاش كمبيوتر متنقل في جيبك ؟
 هذا ما يتردد في الآونة الأخيرة لسبب بسيط وهو أنه أصبح بإمكانك تحميل جميع البرامج والملفات التي تحتاجها واستخدامها في أي مكان أنت متواجد فيه .

م/عمر الحياني
عضو الرابطة العربية للإعلاميين العلميين
Omer.naje@gmail.com
المراجع
1- موقع الفيزيا التعليمي دكتور حازم سكسة
2- صحيفة الشرق الاوسط