فلش مموری چیست؟

یکی از پر مصرف‌ترین لوازم الکترونیکی که می‌توان در دست عموم کاربران دید فلش مموری می‌باشد. این سخت‌افزار با نام‌های حافظه فلش یا به اختصار فلش نیز شناخته می‌شود. این حافظه از نوع غیرفرار است و تکنولوژی به کار رفته در آن را می‌توانید در خیلی از محصولات مشاهده کنید از تلفن‌های همراه تا فلش کارت‌ها. معمولا از این وسیله برای ذخیره و انتقال داده‌ها در دستگاه‌های مختلف، سیستم سازمان‌ها و برنامه‌های صنعتی استفاده می‌کنند.

کاربردهای فلش مموری

در کاربرد خانگی طیف وسیعی از وسایل از این سخت افزار پشتیبانی می‌کنند مثل تلویزیون، موبایل و تبلت، دوربین و خیلی وسایل دیگر. یکی دیگر از دلایل پرکاربرد بودن فلش سایز کوچک و مصرف انرژی پایینی است که دارد، چون میتوان آنرا به دستگاه‌های همراه به سادگی متصل کرد. دستگاه‌های ذخیره‌سازی که از فلش پشتیبانی می‌کنند دارای پورت USB هستند. فلش مموری‌ها به دو دسته NAND و NOR تقسیم می‌شوند. در مدل NAND حافظه‌های SSD را داریم که معمولا برای سرعت بخشیدن به اجرای درخواست‌های ورودی و خروجی برنامه‌ها مورد استفاده قرار میگیرد. فلش مموری NOR معمولا برای نگهداری کدهای کنترلی مثل BIOS در سیستم‌های خانگی استفاده می‌شود.

منشا تکنولوژی فلش مموری

دکتر Fujio سازنده فلش مموری در دهه 1980 میلادی بود. همکار وی واژه فلش را به این تکنولوژی نسبت داد چون پردازش پاک شدن داده‌ها از یک چیپ نیمه‌هادی او را به یاد فلاش دوربین می‌انداخت. فلش مموری از حافظه فقط خواندنی برنامه‌پذیر پاک شدنی EPROM به حافظه فقط خواندنی برنامه‌پذیر الکتریکی EEPROM تبدیل شد. از لحاظ تکنیکالی فلش از نوع EEPROM است اما در صنعت واژه EEPROM را به حافظه‌های پاک شدنی سطح بایت نسبت میدهند در صورتی که فلش مموری حافظه پاک شدنی سطح بلاک بزرگ می‌باشد.

چگونه فلش مموری کار می‌کند؟

این سخت افزار اطلاعات را در سلول‌های حافظه ذخیره و بازیابی میکند. این سلول‌ها از ترازیستورهای floating-gate برای انجام عملیات روی داده‌ها استفاده می‌کنند.عملیات نوشتن، خواندن و پاک کردن هر کدام به نوعی با ترازیستور درگیر است که با آنها آشنا می‌شوید. هنگام ذخیره کردن داده‌ها ولتاژ زیاد، الکترون‌ها را داخل floating-gate گیر می‌اندازند. در مقابل برای پاک کردن داده‌ها انرژی داخل floating-gate آزاد می‌شود. برای خواندن اطلاعات انرژی داخل floating-gate مجددا بررسی می‌شود.

تفاوت‌های فلش مموری NAND و NOR

هر دو تکنولوژی از ساختار و طراحی متفاوتی تشکیل شده‌اند. فلش NOR از هیچ مولفه مشترکی استفاده نمی‌کند و میتواند سلول‌های مموری را به صورت موازی به هم متصل کند و دسترسی تصادفی به داده‌ها را برای شما فراهم کند. اما سلول فلش NAND فشرده‌تر است و خط بیت‌های کمتری دارد. همچنین NAND برای افزایش تراکم ذخیره‌سازی ترانزیستورهای floating-flash را به هم متصل میکند. همچنین NAND در دسترسی سریالی به نسبت دسترسی تصادفی داده‌ها بهتر عمل میکند.

فلش NOR در خواندن فایل سریع است اما اغلب در نوشتن و پاک کردن از NAND کندتر است. فلش NOR داده‌ها را در سطح بایت برنامه‌ریزی می‌کند. اما NAND برای برنامه‌ریزی داده‌ها از صفحاتی استفاده میکند که از بایت بزرگتر ولی از بلوک کوچکتر هستند. برای مثال ممکن است سایز یک صفحه 4 کیلوبایت باشد اما یک بلوک 128 تا 256 کیلوبایت. فلش NAND انرژی کمتری نسبت به NOR برای نوشتن مصرف خواهد کرد.

فلش NOR به نسبت NAND هزینه بیشتری صرف تولید آن می‌شود. همچنین از آن در ساخت دستگاه‌هایی با هدف BOOT و یا ذخیره کد در برنامه‌های کاربردی فقط خواندنی استفاده می‌شود. فلش NAND برای ذخیره سازی داده‌های دستگاه‌های کاربران مناسب‌تر است. از آن در سرور سازمان‌ها و سیستم‌های ذخیره‌ساز بیشتر استفاده می‌شود. دلیل استفاده بیشتر از این تکنولوژی هزینه کمتر در ذخیره داده‌ها، تراکم بیشتر، برنامه‌پذیری بهتری و سرعت بیشتر در پاک کردن می‌باشد. دستگاهی مثل دوربین گوشی‌های همراه میتواند از هر 2 تکنولوژی برای اجرای راحت تر کد و ذخیره‌داده استفاده کند.

نمونه‌هایی از کاربرد فلش مموری

از تکنولوژی ساخت فلش مموری به دلیل مزایای خوبی که دارد در خیلی از وسایل الکترونیکی استفاده می‌کنند. در ادامه به یکسری از معروف‌ترین وسایلی که از این تکنولوژی استفاده کرده‌اند اشاره می‌کنیم.

USB Flash Drive: بارزترین نمونه‎‌ای که میتوانیم نام ببریم USBها هستند. از این دستگاه برای ذخیره و انتقال داده میان کامپیوترها و دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌کنند.

SSD: حافظه‌های SSD بهترین جایگزین برای هارد دیسک‌های قدیمی HDD هستند. از این حافظه در لپتاپ‌ها، کامپیوترها و سرورها بخاطر سرعت بالا و مصرف انرژی کم استفاده می‌کنند.

Memory card : مموری کارت‌ها تنوع بسیار و کاربردهای زیادی دارند. Secure digital card(SD)، microSD، memory stick و فلش مموری‌ها از فرمت مموری کارت‌ها هستند. از این وسیله برای افزایش حافظه در دوربین‌های دیجیتال ، تبلت‌ها و کنسول‌های بازی استفاده می‌شود.

Smarphones and tablets: فلش مموری همچنین به عنوان حافظه اصلی در موبایل‌های هوشمند و تبلت‌ها قرار میگیرد. استفاده از آن باعث افزایش سرعت بارگزاری سیستم، ذخیره داده‌ها بصورت موثرتر و دسترسی سریع به فایل‌های چند رسانه‌ای می‌شود.

دستگاه‌های پوشیدنی: تکنولوژی دستگاه‌های پوشیدنی از مموری برای ذخیره داده‌های کاربران، اجرا برنامه‌ها و سیستم‌عامل استفاده می‌کند. این تکنولوژی در ساعت‌های هوشمند ، عینک‌های هوشمند و ساعت‌های fitness tracker به‌کار رفته‌است.

ربات‌های صنعتی: بسیاری از صنعتگران از ربات‌ها در خط تولید به جای نیروی انسانی استفاده می‌کنند. دستورالعمل عملیات و وظایف این ربات‌ها در حافظه مموری داخلی آنها برنامه نویسی شده‌است.

ابزارهای علمی: امروزه بسیاری از دستگاه‌های مدرن مورد نیاز دانشمندان اغلب از فلش مموری‌ها پشتیبانی می‌کنند. این فلش مموری داده‌‌های دستگاه‌هایی مثل میکروسکوپ، اندازه‌گیرpH و کنترهای رسانای الکترونیکی را دخیره می‌کنند.

نقاط ضعف و قوت فلش مموری

در اینجا به یکسری از نقاط قوت فلش مموری میپردازیم.

مقرون به صرفه‌ترین حافظه از خانواده نیمه‌هادی‌ها میباشد.

فلش مموری برخلاف DRAM و SRAM حافظه غیر فرار است، میتواند در بلوک‌های بزرگ پاکسازی را انجام داد و مصرف برق پایینی دارد.

یک SSD با تراشه فلش مموری NAND عملکرد با سرعت بسیاری بالاتری به نسبت HDD در اختیار شما قرار می‌دهد.

فلش مموری حرارت کمتری تولید میکند و برق کمتری به نسبت HDD مصرف میکند.

سیستم‌‌ ذخیره‌ساز سازمان‌هایی که بر پایه فلش مموری هستند تاخیر بسیار کمتری را تجربه خواهند کرد(در حد میلی ثانیه).

مهمترین و تنها عیب این سخت افزار مکانیزم فرسوده شدن و تداخل پس از کوچک شدن سلول‌ها می‌باشد. پس از استفاده مکرر و دفعات زیاد انجام چرخه نوشتن و پاک کردن داده‌ها، بیت‌ها شکست می‌خورند که در نهایت لایه اکسیدی که الکترون‌ها را گیر می‌اندازد می‌شکند. این شکست باعث عدم تشخیص درست مقدار صفر و یک میشود.

اما طبق گزارشات و تحقیقات به عمل آمده فلش درایو NAND تعداد بسیار معدودی فرسوده شده‌اند. سازندگان فلش درایوها به کمک الگوریتم اصلاح کد خطا و سایر فناوری‌ها توانسته‌اند میزان استقامت فلش‌ها را تا حد قابل توجهی افزایش دهند. به علاوه SSDها دچار بدون هشدار از قبل این شکست نمی‌شوند.

فلش و شرکت‌های دیجیتالی

پیشرفت روزافزون کسب و کارها و دیجیتالی شدن آنها به جا افتادن فلش در مارکت کمک کرده‌است. در برخی از این شرکت‌ها پردازش یادگیری ماشین و آنالیزهای سنگین باعث شده است تا توسعه‌دهندگان به سرعت بالایی برای دسترسی به داده‌ها نیاز داشته‌ باشند. حقیقتا هرچقدر بارکاری بالا باشد حتی درحد برنامه‌ها‌یی مثل SQL فلش مموری میتواند سرعت پاسخگویی و پردازش و تجربه کاربر را بهبود ببخشد.