ذاكرة غير متطايرة
| أنواع ذاكرة الكمبيوتر وتخزين البيانات |
|---|
| Volatile |
| Non-volatile |
الذاكرة غير المتطايرة ( NVM ) أو التخزين غير المتطاير هو نوع من ذاكرة الكمبيوتر التي يمكنها الاحتفاظ بالمعلومات المخزنة حتى بعد إزالة الطاقة. على النقيض من ذلك، تحتاج الذاكرة المتطايرة إلى طاقة ثابتة للاحتفاظ بالبيانات.
تشير الذاكرة غير المتطايرة عادةً إلى التخزين في شرائح الذاكرة ، والتي تخزن البيانات في خلايا ذاكرة ذات بوابة عائمة تتكون من ترانزستورات MOSFET ذات بوابة عائمة ( ترانزستورات تأثير المجال المعدنية والأكسيدية وأشباه الموصلات )، بما في ذلك تخزين ذاكرة الفلاش مثل فلاش NAND ومحركات الحالة الصلبة (SSD).
تشمل الأمثلة الأخرى للذاكرة غير المتطايرة ذاكرة القراءة فقط (ROM)، وذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة ( EPROM )، وذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا ( EEPROM )، وذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية (RAM )، ومعظم أنواع أجهزة تخزين بيانات الكمبيوتر (مثل تخزين الأقراص ، ومحركات الأقراص الصلبة ، والأقراص الضوئية ، والأقراص المرنة ، والشريط المغناطيسي ) ، وطرق تخزين الكمبيوتر المبكرة مثل الشريط المثقب والبطاقات . [1]
ملخص
تُستخدم الذاكرة غير المتطايرة عادةً لمهمة التخزين الثانوي أو التخزين الدائم طويل الأمد. الشكل الأكثر استخدامًا للتخزين الأساسي اليوم [ حتى الآن؟ ] هو الشكل المتطاير من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، مما يعني أنه عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر ، يتم فقد أي شيء موجود في ذاكرة الوصول العشوائي. ومع ذلك، فإن معظم أشكال الذاكرة غير المتطايرة لها قيود تجعلها غير مناسبة للاستخدام كتخزين أساسي. عادةً ما تكون تكلفة الذاكرة غير المتطايرة أعلى، أو توفر أداءً أقل، أو لها عمر افتراضي محدود مقارنة بذاكرة الوصول العشوائي المتطايرة.
يمكن تصنيف تخزين البيانات غير المتطايرة إلى أنظمة موجهة كهربائيًا، على سبيل المثال، ذاكرة الفلاش ، وذاكرة القراءة فقط ) وأنظمة موجهة ميكانيكيًا ( الأقراص الصلبة ، والأقراص الضوئية ، والشريط المغناطيسي ، والذاكرة المجسمة ، وما إلى ذلك). [2] [3] بشكل عام، تعد الأنظمة الموجهة كهربائيًا باهظة الثمن، ولها سعة محدودة، ولكنها سريعة، بينما تكلف الأنظمة الموجهة ميكانيكيًا أقل لكل بت، ولكنها أبطأ.
موجهة كهربائيا
يمكن تصنيف الذواكر غير المتطايرة المصنوعة من أشباه الموصلات الموجهة كهربائيًا وفقًا لآلية الكتابة الخاصة بها.
أجهزة القراءة فقط وأجهزة القراءة في الغالب
تعتبر أقراص ROM الخاصة بالأقنعة قابلة للبرمجة في المصنع فقط وتستخدم عادةً للمنتجات ذات الحجم الكبير والتي لا يلزم تحديثها بعد تصنيع جهاز الذاكرة.
يمكن تعديل ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة (PROM) مرة واحدة بعد تصنيع جهاز الذاكرة باستخدام مبرمج PROM . غالبًا ما تتم البرمجة قبل تثبيت الجهاز في نظامه المستهدف، وعادةً ما يكون نظامًا مضمنًا . البرمجة دائمة، وتتطلب التغييرات الإضافية استبدال الجهاز. يتم تخزين البيانات عن طريق تغيير (حرق) مواقع التخزين فعليًا في الجهاز.
ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة هي ذاكرة قراءة فقط قابلة للمسح ويمكن تغييرها أكثر من مرة. ومع ذلك، فإن كتابة بيانات جديدة إلى ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة تتطلب دائرة برمجة خاصة. تحتوي ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة على نافذة كوارتز تسمح بمسحها باستخدام ضوء فوق بنفسجي، ولكن يتم مسح الجهاز بالكامل في وقت واحد. يمكن تنفيذ جهاز قابل للبرمجة لمرة واحدة (OTP) باستخدام شريحة ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة بدون نافذة كوارتز؛ وهذا أقل تكلفة في التصنيع. تستخدم ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة القابلة للمسح كهربائيًا (EEPROM) الجهد لمسح الذاكرة. تتطلب أجهزة الذاكرة القابلة للمسح هذه قدرًا كبيرًا من الوقت لمسح البيانات وكتابة بيانات جديدة؛ وعادةً ما لا يتم تكوينها ليتم برمجتها بواسطة معالج النظام المستهدف. يتم تخزين البيانات باستخدام ترانزستورات البوابة العائمة ، والتي تتطلب جهد تشغيل خاص لحبس أو إطلاق الشحنة الكهربائية على بوابة تحكم معزولة لتخزين المعلومات.
ذاكرة فلاش
ذاكرة الفلاش هي شريحة صلبة تحافظ على البيانات المخزنة دون أي مصدر طاقة خارجي. وهي قريبة من ذاكرة EEPROM؛ وتختلف في أن عمليات المسح يجب أن تتم على أساس كتلة، وسعتها أكبر بكثير من ذاكرة EEPROM. تستخدم أجهزة ذاكرة الفلاش تقنيتين مختلفتين - NOR وNAND - لرسم خريطة البيانات. توفر ذاكرة فلاش NOR وصولاً عشوائيًا عالي السرعة، وقراءة وكتابة البيانات في مواقع ذاكرة محددة؛ يمكنها استرداد بايت واحد فقط. تقرأ ذاكرة فلاش NAND وتكتب بشكل متسلسل بسرعة عالية، وتتعامل مع البيانات في كتل. ومع ذلك، فهي أبطأ في القراءة مقارنة بذاكرة NOR. تقرأ ذاكرة فلاش NAND أسرع من كتابتها، وتنقل بسرعة صفحات كاملة من البيانات. أرخص من ذاكرة فلاش NOR عند الكثافات العالية، توفر تقنية NAND سعة أعلى لنفس حجم السيليكون. [4]
ذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية (F-RAM)
ذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية ( F - RAM أو FRAM ) هي شكل من أشكال ذاكرة الوصول العشوائي المشابهة في البناء لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ، وكلاهما يستخدم مكثفًا وترانزستورًا ولكن بدلاً من استخدام طبقة عازلة بسيطة للمكثف، تحتوي خلية F-RAM على طبقة رقيقة من الزركونات الرصاصية والتيتانات [Pb(Zr,Ti)O3 ] ، والتي يشار إليها عادةً باسم PZT. تغير ذرات الزركونيوم/التيتانيوم في PZT قطبيتها في مجال كهربائي، مما ينتج عنه مفتاح ثنائي. ونظرًا لقطبية بلورة PZT التي تحافظ على القطبية، تحتفظ F-RAM بذاكرة البيانات الخاصة بها عند انقطاع التيار الكهربائي أو انقطاعه.
بسبب هذا التركيب البلوري وكيفية تأثيره، تقدم F-RAM خصائص مميزة عن خيارات الذاكرة غير المتطايرة الأخرى، بما في ذلك التحمل العالي للغاية، وإن لم يكن بلا حدود (يتجاوز 10 16 دورة قراءة/كتابة لأجهزة 3.3 فولت)، واستهلاك طاقة منخفض للغاية (نظرًا لأن F-RAM لا تتطلب مضخة شحن مثل الذواكر غير المتطايرة الأخرى)، وسرعات كتابة أحادية الدورة، وتحمل إشعاع جاما. [5]
ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة المغناطيسية (MRAM)
تخزن ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية المقاومة البيانات في عناصر تخزين مغناطيسية تسمى الوصلات النفقية المغناطيسية (MTJs). استخدم الجيل الأول من ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية، مثل 4 ميجابت من Everspin Technologies ، الكتابة المستحثة بالمجال. تم تطوير الجيل الثاني بشكل أساسي من خلال طريقتين: التبديل بمساعدة الحرارة (TAS) [6] والذي يتم تطويره بواسطة Crocus Technology ، وعزم الدوران بنقل الدوران (STT) الذي تطوره Crocus و Hynix و IBM والعديد من الشركات الأخرى. [7]
ذاكرة تغيير الطور (PCM)
تخزن ذاكرة تغيير الطور البيانات في زجاج الكالكوجينيد ، والذي يمكنه تغيير الطور بشكل عكسي بين الحالة غير المتبلورة والحالة البلورية ، ويتم ذلك عن طريق تسخين الزجاج وتبريده. تتمتع الحالة البلورية بمقاومة منخفضة، بينما تتمتع الطور غير المتبلور بمقاومة عالية، مما يسمح بتشغيل التيارات وإيقافها لتمثيل الحالات الرقمية 1 و0. [8] [9]
ذاكرة FeFET
تستخدم ذاكرة FeFET ترانزستورًا مزودًا بمادة كهربائية حديدية للاحتفاظ بالحالة بشكل دائم.
ذاكرة الوصول العشوائي العشوائية
تعمل تقنية ReRAM عن طريق تغيير المقاومة عبر مادة صلبة عازلة للكهرباء يشار إليها غالبًا باسم المقاومة الذاكرية. تتضمن تقنية ReRAM توليد عيوب في طبقة أكسيد رقيقة، تُعرف باسم فراغات الأكسجين (مواقع رابطة الأكسيد حيث تمت إزالة الأكسجين)، والتي يمكن أن تشحن لاحقًا وتنجرف تحت مجال كهربائي. ستكون حركة أيونات الأكسجين والفراغات في الأكسيد مماثلة لحركة الإلكترونات والثقوب في أشباه الموصلات.
على الرغم من أن ReRAM كان يُنظر إليه في البداية على أنه تقنية بديلة لذاكرة الفلاش، إلا أن فوائد التكلفة والأداء لـ ReRAM لم تكن كافية للشركات للمضي قدمًا في الاستبدال. من الواضح أنه يمكن استخدام مجموعة واسعة من المواد لـ ReRAM. ومع ذلك، فإن الاكتشاف [10] بأن العازل الكهربائي عالي البوابة κ HfO 2 يمكن استخدامه كـ ReRAM منخفض الجهد شجع الباحثين على التحقيق في المزيد من الاحتمالات.
الأنظمة الموجهة ميكانيكيا
تستخدم الأنظمة ذات التوجيه الميكانيكي رأس تسجيل للقراءة والكتابة على وسيط تخزين معين. ونظرًا لأن وقت الوصول يعتمد على الموقع المادي للبيانات على الجهاز، فقد تكون الأنظمة ذات التوجيه الميكانيكي ذات وصول متسلسل . على سبيل المثال، يخزن الشريط المغناطيسي البيانات كتسلسل من البتات على شريط طويل؛ ويلزم نقل الشريط عبر رأس التسجيل للوصول إلى أي جزء من التخزين. ويمكن إزالة وسائط الشريط من المحرك وتخزينها، مما يوفر سعة غير محددة على حساب الوقت المطلوب لاسترجاع شريط مفكك. [11] [12]
تستخدم محركات الأقراص الصلبة قرصًا مغناطيسيًا دوارًا لتخزين البيانات؛ يكون وقت الوصول أطول من ذاكرة أشباه الموصلات، ولكن تكلفة كل بت بيانات مخزنة منخفضة للغاية، وتوفر وصولاً عشوائيًا إلى أي مكان على القرص. في السابق، كانت حزم الأقراص القابلة للإزالة شائعة، مما يسمح بتوسيع سعة التخزين. تخزن الأقراص الضوئية البيانات عن طريق تغيير طبقة الصبغة على قرص بلاستيكي وهي أيضًا ذات وصول عشوائي. تتوفر إصدارات للقراءة فقط والقراءة والكتابة؛ تسمح الوسائط القابلة للإزالة مرة أخرى بالتوسع غير المحدود، وتم استخدام بعض الأنظمة الآلية (مثل صندوق الموسيقى الضوئي ) لاسترداد الأقراص وتركيبها تحت التحكم المباشر في البرنامج. [13] [14] [15]
تخزن ذاكرة جدار المجال (DWM) البيانات في وصلات النفق المغناطيسي (MTJs)، والتي تعمل عن طريق التحكم في حركة جدار المجال (DW) في الأسلاك النانوية المغناطيسية الحديدية. [16]
عضوي
تنتج شركة Thinfilm ذاكرة كهربائية حديدية عضوية غير متطايرة قابلة لإعادة الكتابة تعتمد على بوليمرات كهربائية حديدية . وقد نجحت شركة Thinfilm في إثبات قدرتها على طباعة الذاكرة من لفة إلى لفة في عام 2009. [17] [18] [19] في الذاكرة العضوية لشركة Thinfilm، يتم وضع البوليمر الكهربائي الحديدي بين مجموعتين من الأقطاب الكهربائية في مصفوفة سلبية. كل تقاطع للخطوط المعدنية هو مكثف كهربائي حديدي ويحدد خلية ذاكرة.
الذاكرة الرئيسية غير المتطايرة
الذاكرة الرئيسية غير المتطايرة (NVMM) هي وحدة تخزين أساسية ذات سمات غير متطايرة. [20] يفرض هذا التطبيق للذاكرة غير المتطايرة تحديات أمنية. [21] تعد NVDIMM أحد الأمثلة على الذاكرة الرئيسية غير المتطايرة.
مراجع
- ^ باترسون، ديفيد؛ هينيسي، جون (2005). تنظيم وتصميم الكمبيوتر: واجهة الأجهزة/البرمجيات. إلسفير . ص. 23. رقم ISBN 9780080502571.
- ^ "i-NVMM: تأمين الذاكرة غير المتطايرة أثناء التنقل". Techrepublic . أغسطس 2011. مؤرشف من الأصل في 22 مارس 2017. تم الاسترجاع 21 مارس 2017 .
- ^ "الذاكرة غير المتطايرة (NVM)". Techopedia. مؤرشف من الأصل في 22 مارس 2017. تم الاسترجاع 21 مارس 2017 .
- ^ راسل كاي (7 يونيو 2010). "ذاكرة فلاش". ComputerWorld . مؤرشف من الأصل في 10 يونيو 2010.
- ^ تقنية ذاكرة F-RAM، Ramtron.com، تم أرشفتها من الأصل في 27 يناير 2012 ، تم استرجاعها في 30 يناير 2012
- ^ ظهور ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية العملية "تقنية الزعفران | أجهزة الاستشعار المغناطيسية | أجهزة استشعار الرنين المغناطيسي العكسي" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 27 أبريل 2011. تم الاسترجاع في 20 يوليو 2009 .
- ^ "أحدث الأخبار". EE|Times . مؤرشف من الأصل في 19 يناير 2012.
- ^ هادجنز، س.؛ جونسون، ب. (نوفمبر 2004). "نظرة عامة على تقنية الذاكرة غير المتطايرة للكالكوجينيد المتغير الطور". نشرة إم آر إس . 29 (11): 829–832. doi :10.1557/mrs2004.236. ISSN 1938-1425. S2CID 137902404.
- ^ Pirovano, A.; Lacaita, AL; Benvenuti, A.; Pellizzer, F.; Hudgens, S.; Bez, R. (ديسمبر 2003). "تحليل مقياسي لتكنولوجيا ذاكرة تغيير الطور". اجتماع الأجهزة الإلكترونية الدولي لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات 2003. ص. 29.6.1–29.6.4. doi :10.1109/IEDM.2003.1269376. ISBN 0-7803-7872-5. S2CID 1130884.
- ^ Lee, HY; Chen, PS; Wu, TY; Chen, YS; Wang, CC; Tzeng, PJ; Lin, CH; Chen, F.; Lien, CH; Tsai, MJ (2008). التبديل ثنائي القطب منخفض الطاقة وعالي السرعة باستخدام طبقة عازلة رقيقة من التيتانيوم التفاعلي في ذاكرة الوصول العشوائي المتينة القائمة على HfO2. IE 2008
- ^ "تعريف: محرك الشريط". TechTarget . مؤرشف من الأصل في 7 يوليو 2015 . تم الاسترجاع 7 يوليو 2015 .
- ^ "Tape Drives". snia.org . مؤرشف من الأصل في 7 يوليو 2015 . تم الاسترجاع 7 يوليو 2015 .
- ^ "ما هو القرص الصلب؟". computerhope.com . مؤرشف من الأصل في 8 يوليو 2015 . تم الاسترجاع 7 يوليو 2015 .
- ^ "IBM 2314 Disk Drives". ncl.ac.uk . مؤرشف من الأصل في 2 أكتوبر 2015 . تم الاسترجاع في 7 يوليو 2015 .
- ^ "أجهزة تخزين الموسيقى البصرية Blu-ray وأنظمة المكتبات لتخزين الأرشيف - Kintronics". kintronics.com . مؤرشف من الأصل في 20 يوليو 2015. تم الاسترجاع في 7 يوليو 2015 .
- ^ باركين، ستيوارت إس بي؛ هاياشي، ماساميتسو؛ توماس، لوك (11 أبريل 2008). "ذاكرة حلبة السباق ذات المجال المغناطيسي". مجلة العلوم . 320 (5873): 190-194. رمز Bibcode :2008Sci...320..190P. doi :10.1126/science.1145799. PMID 18403702. S2CID 19285283.
- ^ حصلت شركة Thinfilm وInkTec على جائزة التصنيع والتطوير التقني من IDTechEx IDTechEx، 15 أبريل 2009
- ^ PolyIC، ThinFilm تعلنان عن إطلاق مشروع تجريبي لبطاقات الذاكرة البلاستيكية المطبوعة بكميات كبيرة أرشيف 29 سبتمبر 2012 على موقع Wayback Machine EETimes، 22 سبتمبر 2009
- ^ كل شيء جاهز لإنتاج كميات كبيرة من الذكريات المطبوعة أرشيف 13 أبريل 2010 على موقع Wayback Machine عالم الإلكترونيات المطبوعة، 12 أبريل 2010
- ^ "NVDIMM – Changes are Here, So What's Next?" (PDF) . snia.org . SINA . تم الاسترجاع في 24 أبريل 2018 .
- ^ كنعان، ساشيده؛ كريمي، نجمة؛ سينان أوغلو، أوزغور؛ كاري ، راميش (2015-01-22). “الثغرات الأمنية للذكريات الرئيسية غير المتطايرة الناشئة والتدابير المضادة”. معاملات IEEE حول التصميم بمساعدة الكمبيوتر للدوائر والأنظمة المتكاملة . 34 (1): 2-15. دوى :10.1109/TCAD.2014.2369741. S2CID 14712674 – عبر IEEE Xplore.
روابط خارجية
- دعم أنظمة الملفات في الذاكرة الدائمة، LWN.net ، 2 سبتمبر 2014، بقلم جوناثان كوربيت
- ورقة بحثية حول الاستخدام المنظوري للموصلات الضوئية المغناطيسية في تخزين البيانات المغناطيسية البصرية.
