FlashROM dhe Flash memoria (Vazhdim)

Historiku   Flash memoria (të dy llojet JOOSE dhe JODHE) është zbuluar nga Dr. Fujio Masuoka duke punuar në Toshiba rreth 1980. Sipas Toshiba, emri “flash” ishte sugjeruar nga...

Historiku

 

Flash memoria (të dy llojet JOOSE dhe JODHE) është zbuluar nga Dr. Fujio Masuoka duke punuar në Toshiba rreth 1980. Sipas Toshiba, emri “flash” ishte sugjeruar nga një kolegë i Dr. Masuoka-së, Zt. Shoji Ariizumi, për shkak të kapacitetit të procesit për shlyerje të memories që e përkujtoj atë në flash të kamerës. Dr. Masuoka prezantoi zbulimin në IEEE në vitin 1984 në Takimin Ndërkombëtar të Pajisjeve Elektronike (ang IEDM- International Electron Devices Meeting) të mbajtur në San Francisko, Kaliforni.

 

Korporata Intel vërejti potencialin masiv të zbulimit dhe paraqiti tipin e parë komercial të çipit JOOSE më 1988. Flash-i i bazuar në JOOSE ka kohë të gjatë të shlyerjes dhe të shkrimit, por ofron magjistralet e plota të adresës dhe të dhënave, duke lejuar qasje të rastësishme tek çdo lokacion i memories. Kjo e bënë të përshtatshme zëvendësimin e çipave të vjetër të ROM memories, të cilët janë shfrytëzuar për të ruajtur kodet e programit që rrallë nevojitej të përdotësohej, sië ishte BIOS-i i kompjuterit apo firmware të set-top box-ave. Kohëzgjatja e tij është 10,000 deri në 1,000,000 cikle shlyese. Flash-ët e bazuar në JOOSE ishin baza e medieve të lëvizshme të bazuara në flash: CompactFlash fillimisht ishte e bazuar në të, nëpërmjet kartelave të mëvonshme u lëviz tek flash-i JODHE më pak të kushtueshme.

 

Toshiba shpalli JODHE flash në vitin 1987 në Takimin Ndërkombëtar të Pajisjeve Elektronike. Ka reduktuar kohët për shlyerje dhe shkrim, dhe kërkon më pak fushë të çipit për celula, kështu duke lejuar densitet më të madh të ruajtjes dhe kosto më të ultë për bit se flash-i JOOSE; gjithashtu ka përballim deri në dhjetë herë të flash-it JOOSE. Megjithatë, ndërlidhësi hyrës dalës i flash-it JODHE nnuk ofron qasje të rastësishme në magjistralen e jashtme adresuese. Më saktë, të dhënat duhet të lexohen në bazën e një blloku të mençur, me madhësi të blloqeve tipike të qindra mijëra bitëve. Kjo bëri flash-in JODHE të papërshtatshëm si zëvendëim hyrës për programin e ROM-it qysh kur shumica e mikroprocesorëve dhe mikrokontrollorëve kërkonin qasje të rastësishme të nivelit të bajtit. Në lidhe me këtë flash-i JODHE është i ngjashëm me pajisjet tjera dytësore për ruajtje siç janë disqet e ngurta dhe mediet optike, dhe si rrjedhë e kësaj janë mjaft të përshtatshëm për përdorim në pajisjet për ruajtje masive siç janë kartelat memoruese. Formati i parë i medieve të lëvizshme i bazuar në JODHE ishte SmartMedia më 1995, dhe shumë tjerë kanë përcjellur këtë duke përfshirë kartelën multimediale (Ang. MultiMediaCard), Secure Digital, Memory Stick dhe xD_Picture Card. Gjenerata e re e formateve të kartelave memoruese, duke përfshirë RS-MMC, miniSD, microSD dhe Intelligent Stick, kanë veçori ekstremisht të vogla të faktorit të formës. Për shembull kartela microSD ka një sipërfaqe prej vetëm 1.5 cm² me një trashësi prej më pak se 1mm. microSD kapacitetet janë të rangut prej 64MB deri në 32GB sipas të dhënave në Mars të 2010.

 

Principi i punës

 

Celula e flash memories.

 

Flash memoria JOOSE, instalimi dhe struktura në silikon

 

Programimi i celulës memoruese JOOSE (duke e vendosur si vlerë logjike 0), nëpërmjet injektimit të elektroneve të nxehta.

 

Shlyerja e celulës memoruese JOOSE (duke e vendosur si vlerë logjike 1), nëpërmjet tunelimit kuantik.

 

Flash memoria JODHE, instalimi dhe struktura në silikon.

 

Flash memoria ruan informatat në një varg celulash memorie të bëra nag transistorët me gejt zhvendosës. Zakonisht pajisjet me nivel të thjesht të celulave (SLC – Single Level Cell), secila celulë ruan vetëm një bit të informatës. Disa flash memorie të reja, të njohura si pajisje me celula shumë nivelesh (MLC – Multi Level Cell) , mund të ruajnë më shumë se një bit në celulë duke zgjedhur ndërmjet nivele të shumëfishta të ngarkesës elektrike për ta aplikuar në gejtët rrëshqitës së celulës së tyre.

 

Gejti rrëshqitës mund të jetë përçues (polisilikoni në shumicën e llojeve të flash memories) apo jo përçues (si tek flash memoria SONOS).

 

Transistori me gate rrëshqitës

 

Në flash memorie, secila celulë memoruese i ngjanë MOSFET-it standard, përpos që transistori ka dy gate në vend të një. Në krye është gejti kontrollues (CG), si në MOS transistorët tjerë, por përfundi kësaj aty ka një gejt rrëshqitës (FG) i izoluar krejtësisht me një shtresë oksidi. FG ndërmjetëson ndërmjet CG-së dhe kanalit të MOSFET-it. Pasi që FG është i izoluar elektrikisht nga shtresa e tij izoluese, çdo elektron i vendosur në të është i pajisur aty dhe, në kushte normale, nuk do të shkarkohet për shumë vite. Kur FG mbanë ngarkesën, paraqet (pjesërisht pezullon) fushën elektrike nga CG, e cila modifikon tensionin pengues (VT) të celulës. Përgjatë leximit, tensioni ndërmjetëson ndërmjet tensioneve penguese të mundshme e të cilat aplikohen tek CG dhe kanali i MOSFET-it do të bëhet përçues apo do të mbes izolator, varësisht nga VT e celulës, e cila është e kontrolluar nga ngarkesa në FG. Rrjedha e rrymës nëpër kanal të MOSFET-it është e arsyeshme dhe formon një kod binar, duke prodhuar një të dhënë të ruajtur. Në pajisjen më celula shumë nivelëshe, të cilat ruajnë më shumë se një bit për celulë, sasia e rrjedhës së rrymës është e arsyeshme (më mirë se thjeshtë prezenca apo mungesa e tij) me qëllim të përcaktimit më preciz të nivelit të ngarkesës në FG.

 

Flash memoria JOOSE

 

Në flash-in me gejt JOOSE, secila celulë ka një anë direkt të tokëzuar, dhe ana tjetër është e lidhur direkt me linjën e bitit.

 

Ky aranzhim quhet “Flash-i JOOSE” sepse vepron si një gate JOOSE: ku një nga  linjat e fjalës është sjellë lartë, transistori ruajtës korrespondues vepron për ta tërhequr lehtë bitin e linjës dalëse. Flash-i JOOSE vazhdon të mbetet teknologjia e zgjedhjes për futje të aplikacioneve që kërkojnë pajisjet me memorie të përkohshme diskrete. Karakteristika e lehtë e leximit të pajisjeve JOOSE lejojnë për të dy anët ekzekutimin e të dhënave ruajtëse në një produkt të vetëm me memorie.

 

Programimi

 

Celula e flash memories JOOSE me një nivel në gjendjen e tij të nënkuptuar është logjikisht ekuivalent më vlerën binare “1”, sepse rryma do të rrjedhë nëpër kanal nën aplikacion në një tension të caktuar tek gate kontrollues. Celula Flash JOOSE mund të programohet, apo të vendoset në vlerën binare “0”, me procedurën vijuese:

 

* Një tension i lartë (zakonisht >5 V) është aplikuar në CG

 

* Kanali tani është i kyçur, kështu që elektronet mund të rrjedhin nga burimi në drejn (duke supozuar një transistor NMOS)

 

* Rryma e burimit të drejnit është mjaftë e lartë për të shkaktuar disa elektrone të energjisë së lartë që të kalojnë prej shtresës izoluese në FG, nëpërmjet procesit të quajtur injektimi me elektrone të nxehta.
Shlyerja

 

Për ta shlyer celulën e flash-it JOOSE (rivendosja e tij në gjendjen “1”) aplikohet një tension i lartë i polaritetit të kundërt ndërmjet CG dhe burimit, duke shtyrë elektronet nga FG drejt tunelimit kuantik. Çipat modern flash JOOSE janë të ndarë në segmente shlyerëse (shpesh të quajtur edhe blloqe apo sektorë). Operimi i shlyerjes mund të ekzekutohet vetëm bazën e mënyrës së bllokut; të gjitha celulat në një segment shlyerës duhet që të shlyhen së bashku. Programimi i celulave JOOSE, megjithatë, kryesisht mund të bëhet me nga një bajt apo fjalë përnjëher.

 

Rrjedhat e brendshme mbushëse

 

Pavarësisht nevojës së tensioneve të larta për programim dhe shlyerje, në të vërtetë të gjith flash çipat e sotëm kërkojnë vetëm një tension furnizimi, dhe shkaktojnë tensione të larta nëpërmjet pompave mbushëse në çip.

 

Flash-i JODHE

 

Gjithashtu edhe flash-i JODHE shfrytëzon transistorët me gate zhvendosës, por ata janë të lidhur në mënyrë që i ngjajnë gate-it JODHE: disa ttransistorë janë të lidhur në seri, dhë vetëm nëse të gjithë rreshtat e fjalëve janë me influencë të lartë (lartë VT-së së transistorit) është rreshti i bitit me influencë të ulët. Këto grupe pastaj janë të lidhur me disa transistorë shtesë në rreshtin e bitëve të stilit JOOSE.

 

Për t’i lexuar, shumica e rreshtave të fjalëve janë me influencë sipër VT të bitit të programuar, përderisa një prej tyre është me influencë menjëherë mbi VT të një biti të shlyer. Grupi serik do të përçoj (dhe do ta influencoj ulët rreshtin e bitit) nëse biti i zgjedhur nuk është programuar.

 

Pavarësisht transistorëve shtesë, reduktimi në linjat tokëzuese dhe rreshtat e bitëve lejojnë një shtresë të dendur dhe kapacitet më të lartë të ruajtjes për çip. Më tutje, flash-i JODHE në mënyrë tipike lejon që të përmbajë një numër të pashmangshëm të defekteve (flash-i JOOSE, i shfrytëzuar për BIOS ROM, pritet që të jetë pa defekte). Prodhuesit provojnë që të rrisin shumën e memories së përdorshme duke tkurrur madhësinë e transistorit nën madhësinë ku ata mund të bëhen serioz, tek madhësia ku reduktimet tjera do të rrisin numrin e gabimeve më shpejtë se që mund të rrisin madhësinë e mundshme të ruajtjes.

 

Flash-i JODHE shfrytëzon tunel injektimin për të shkruar dhe tunel shkarkimin për të shlyer. Memoria flash JODHE formon shtresën e pajisjeve të lëvizshme USB të njohur si disqet USB flash, si dhe në shumicën e formave të kartelave memoruese dhe disqeve të gjendjes solide që janë sot në dispozicion.

 

Kufizimet

 

Bllok shlyerja

 

Një kufizim i flash memories është që ndonëse mund të lexohet apo programohet një bit apo fjalë përnjëher në mënyrë të qasjes së rastësishme, mund të shlyhet vetëm si “bllok” përnjëher. Kjo kryesisht vendosë të gjithë bitët në bllok në gjendjen 1. Fillimi me bllokun e sapo shlyer, mund të programohet cilido lokacion brenda atij blloku. Megjithatë, kur vendoset biti një herë në 0, vetëm me shlyerjen e tërë bllokut mund ta ndryshoj gjendjen në 1. Me fjalë tjera, flash memoria (posaçërisht flash-i JOOSE) ofron operacionet e leximit dhe programimit të rastësishëm, por nuk mund të ofroj arbitrarisht operacionet e rishkrimit dhe shlyerjes. Lokacioni mundet, megjithatë, të rishkruhet sa herë që super vendosen vlerat e reja të 0 bitëve të vlerave të mbishkruara. Për shembull, një vlerë brejtëse mund të shlyhet në 1111, pastaj të shkruhet si 1110. Shkrimi i sukseshëm i asaj vlere brejtëse mund ta ndryshoj atë ne 1010, pastaj 0010, dhe në fund 0000. Në thelb, shlyerja vendosë të gjithë bitët, dhe programimi mundet vetëm të shlyej bitët. Sistemet e skedarëve të dizajnuar për pajisjet flash mund ta përdorin këtë mundësi për të paraqitur sektorin e meta të dhënave.

 

Ndonëse strukturat e të dhënave në flash memorie nuk mund të përditësohen në përgjithësi në mënyrë të zakonshme, kjo lejon anëtarët që të “largohen” duke i shenjuar ato si të pavlefshme. Kësaj teknike do të duhej të modifikohej për pajisjet me celula me shumë nivele, ku një celulë memoruese mbanë më shumë se një bit.

 

Flash pajisjet e zakonshme si çelësat USB dhe kartelat memoruese ofrojnë vetëm ndërlidhje të nivelit të blloqeve, apo shtresën e përkthimit të flash-it (FTL- Flash Translation Layer), e cila shkruan në celulen tjetër çdo herë që vie deri te veshja e nivelit të pajisjes. Kjo parandalon rritjen e shkrimit brenda bllokut, megjithatë i ndihmon pajisjes që mos të mbështillet parakohësisht nga abuzimi dhe/apo dizajnimi i dobët i harduerit/softuerit. Për shembull, gati të gjitha pajisjet e konsumatorëve ngarkohen të formatizuar me MS-FAT sistemin e skedarëve, e cila daton para flash memories, të dizajnuara për DOS dhe disk media.

 

Mbështjellja e memories

 

Një kufizim tjetër është që flash memoria ka një numër të kufizuar të shlyerjes së cikleve programore (të shkruara si ciklet P/E). Flash produktet më të mundshme në treg garantojnë qëndrimin e rreth 100,000 cikleve P/E, para se të filloj mbështjellja të degjeneroj integritetin e ruajtjes. Teknologjia Micron dhe Sun Microsystems shpallën një çip me flash memorie SLC të rangut 1,000,000 cikle P/E më 17 Dhjetorë 2008.

 

Numërimi i cikleve të garantuara mund të aplikoj vetëm bllokun zero (si në rastin TSOP i pjesëve JODHE), apo tek të gjitha blloqet (si në JOOSE). Ky efekt është pjesërisht i vendosur në disa lloje çipash apo në ngasës të skedarëve të sistemit duke numëruar shkrimet dhe ri planifikimi dinamik i blloqeve në mënyrë që të shpërndahen operimet shkruese ndërmejt sektorëve; kjo teknikë quhet mbështjellja nivelizuese. Shteg tjetër është plotësimi i verifikimit të shkruarjes dhe ri planifikimi i pak sektorëve në rast të dështimit të shkrimit, teknika e tillë quhet menaxhim i blloqeve të këqija (BBM – Bad Block Management). Për pajisjet e konsumuese lëvizëse, ky menaxhim i teknikës së mbështjelljes në mënyrë tipike tejkalon jetën e flash memories pas jetës së vetë pajisjes, dhe disa humbje të të dhënave mund të jenë të pranueshme në këto aplikacione. Për siguri më të lartë të rujtjes së të dhënave, megjithatë, nuk është e këshillueshme të përdoret flash memoria e cila duhet të shkoj nëpër numër të madh të cikleve programuese. Ky kufizim është i pakuptimtë për aplikacionet “vetëm për lexim” siç janë klientët e hole dhe rutera, të cilët janë vetëm një herë të programuar apo më së shumti disa herë përgjatë jetës së tyre.

 

Qasja e nivelit të ulët

 

Ndërlidhësi i nivelit të ulët në çipat e flash memories dallon nga ato të llojeve tjera të memorieve si DRAM, ROM dhe EEPROM, i cili përkrahë ndryshimin e bitëve (të dyja zero në një dhe një në zero) dhe qasje të rastësishme nëpërmjet qasjes së jashtme të magjistraleve adresuese.

 

Megjithëse memoria JOOSE ofron një magjistrale të jashtme adrese për lexim dhe operime programi (të cilat përkrahin qasje të rastësishme); hapjen dhe shlyerjen e memories JOOSE duhet të vazhdoj në bazën bllok – pas – blloku. Me flash memorien JODHE, operimet e leximit dhe programimit duhet të përmbushen si faqe në të njëjtën kohë ndonëse hapja dhe shlyerja duhet të ndodhë në mënyrë të blloqeve.

 

Memoriet JOOSE

 

Leximi nga flash-i JOOSE është i ngjashëm me leximin nga memoria me qasje të rastësishme, ofrimi i adresës dhe magjistrales së të dhënës janë planifikuar saktësisht. Për shkak të kësaj, shumica e procesorëve mund të përdorin flash memorien JOOSE si memorie ekzekutuese në vend (XIP – Execute In Place), që do të thotë se programet e ruajtura në flash memorien JOOSE mund të ekzekutohen drejtpërdrejt nga flashi JOOSE pa kërkesën e kopjimit së pari në RAM. Flash-i JOOSE mund të jetë e programuar në mënyrë të qasjes së rastësishme ngjashëm me leximin. Programimi ndryshon bitët nga gjendja logjike një në zero. Bitët të cilët vetëm se janë zero mbesin të pandryshuar. Shlyerja duhet të ndodhë në blloqe përnjëher, dhe i rivendos të gjithë bitët mbrapa në blloqet e shlyera në gjendjen një. Madhësitë tipike të blloqeve janë 64, 128 apo 256 KB.

 

Menaxhimi i blloqeve të kqija është një veti relativisht e re në çipat JOOSE. Në pajisjet më të vjetra JOOSE nuk përkrahnin menaxhimin e blloqeve të kqija, softueri apo ngasësi i pajisjes duke kontrolluar çipin memorues duhet të korrigjoj blloqet që mbështillen, ose pajisja do të pushoj së punuari seriozisht.

 

Komandat e posaçme të përdorura për mbyllje, hapje, program apo shlyerje të memories JOOSE dallojnë nga secili prodhues. Për t’i ikur softuerit të ngasësit unik për çdo pajisje të prodhuar, një vendosje e komandave të ndërlidhësit të flash memories së përbashkët (CFI- Common Flash Memory Interface) lejon pajisjen që ta identifikoj veten dhe parametrat kritik të tij operues.

 

Veçmas nga shfrytëzimi si ROM me qasje të rastësishme, memoriet JOOSE mund të përdoren edhe si pajisje ruajtëse duke përfituar nga programimi me qasje të rastësishme. Disa pajisje ofrojnë funksionalitetin e leximit – përderisa – shkruhet kështu që ai kod vazhdon të ekzekutohet edhe përderisa programi apo operimi i shlyerjes ndodhë në prapavijë. Për shkrim të të dhënave vazhduese, çipat flash JOOSE në mënyrë tipike kanë shpejtësi të ulët të shkrimit në krahasim me flash JODHE.

 

Memoriet JODHE

 

Arkitektura e flash JODHE ishte paraqitur nga Toshiba më 1989. Këto memorie janë qasur më shumë si bllok pajisje si disqet e ngurta apo kartela memoruese. Çdo bllok përbënë një numër faqesh. Faqet në mënyrë tipike janë 512 apo 2,048 apo 4,096 bajtë për nga madhësia. Të lidhura me çdo faqe jan disa bajtë (zakonisht 1/32 e madhësisë së të dhënës) e cila mund të përdoret për ruajtje të një sasie të kodeve për korrigjim të gabimeve (ECC- Error Correction Code)

 

Madhësitë tipike të blloqeve përfshijnë:

 

* 32 faqe nga 512+16 bajtë për secilën madhësi të bllokut prej 16 KB

 

* 64 faqe nga 2,048+64 bajtë për secilën madhësi të bllokut prej 128 KB

 

* 64 faqe nga 4,096+128 bajtë për secilën madhësi të bllokut prej 256 KB

 

* 128 faqe nga 4,096+128 bajtë për secilën madhësi të bllokut prej 512 KB.

 

Përderisa leximi dhe programimi është ofruar në bazën e faqes, shlyerja mund të ofrohet vetëm në bazën e faqes. Numri i operacioneve (NOP- Number Of Operations) është numri se sa herë faqet mund të programohen. Deri më tani ky numër për flash MLC është gjithëher një përderisa tëk flash SLC është katër.

 

Pajisjet JODHE kërkojnë gjithashtu menaxhimin e sektorëve të këqij nga softueri i ngasësit të pajisjes, duke përfshirë qarkun kontrollues për të përmbushur menaxhimin e bllokut të keq dhe nivelizimin mbështjellës. Kur të qaset blloku logjik nga softueri i nivelit të lartë, gjendet në bllokun fizik nga ngasësi apo kontrollori i pajisjes. Një numër i blloqeve në çipin e flash-it mund të vendoset mënjanë për tabelat e planifikimit ruajtës për tu marrë me blloqe të këqija, apo sistemi thjesht mund të kontrolloj çdo bllok në furnizim për të krijuar një plan të bllokut të keq në RAM. Kapaciteti i përgjithshëm i memories bie gradualisht sa më shumë që shenjohën blloqet si të këqija.

 

JODHE shtrihet në ECC për të kompensuar bitët të cilët munden spontanisht të dështojnë përgjat operimit normal të pajisjes. ECC tipike mund të përmirësoj një gabim miti në çdo 2048 bitë (256 bajtë) duke përdorur 22 bitë të kodit ECC, apo një gabim biti në çdo 4096 bitë (512 bajtë) duke përdorur 24 bitë të kodit ECC. Nëse ECC nuk mund të përmirësoj gabimin përgjat leximit, akoma mund të zbuloj gabimin. Nëse bëhet shlyerja apo operimet e programit, pajisja mund të zbuloj blloqet që dështojnë në program apo shlyej dhe i shenjon ato si të këqija. E dhëna pastaj është shkruar si ndryshe, bllok i mirë, dhe skema e bllokut të keq është përditësuar.

 

Shumica e pajisjeve JODHE janë dërguar nga fabrika me disa blloqe të këqija të cilët në mënyrë tipike janë identifikuar dhe shenjuar sipas strategjisë shënjuese të bllokut të keq specifik. Me lejimin e disa blloqeve të këqija, prodhuesit arrijnë të prodhojnë shumë më shumë se që mund të jetë i mundshëm nëse të gjitha blloqet duhej të verifikoheshin si të mira. Kjo redukton në mënyrë domethënëse kostot e flash JODHE dhe vetë pak e ulë kapacitetin e pjesëve për ruajtje.

 

Kur të ekzekutohet softueri nga memoriet JODHE, shpesh përdoren strategjitë e memories virtuale: përmbajtjet e memories së pari duhet të faqohen apo kopjohen në planifikimin e RAM memories dhe që të ekzekutohen aty ( lidhur me kombinimin e përgjithshëm të JODHE + RAM). Njësia menaxhuese e memories (MMU – Memory Management Unit) në sistem është i dobishëm, por kjo gjithashtu mund të jetë e përkryer me mbulesa (overlay). Për këtë arsye, disa sisteme do të përdorin kombinimin e memorieve JOOSE dhe JODHE, ku një memorie më e vogël JOOSE është përdorur si ROM softuer dhe një memorie më e madhe JODHE është i ndarë me sistemin e skedarëve për përdorim i fushës së ruajtjes së të dhënave jo të përkohshme.

 

JODHE më së miri është i përshtatshëm tek sistemet që kërkojnë kapacitet ë lartë të ruajtjes së të dhënave. Ky lloj i arkitekturës së flash-it ofron densitet më të lartë me kosto më të ulëta dhe me shlyerje më të shpejtë, shrim të vazhdueshëm, dhe shpejtësi të vazhdueshme për lexim, duke sakrifikuar qasjen e rastësishme dhe duke e ekzekutuar në dobi të vendit të arkitekturës së JOOSE.

 

Standardizimi

 

Grupi i quajtur Grupi Punues i Ndërlidhësit të Flash-it të Hapur JODHE (ONFI – Open NAND Flash Interface Working Group) ka zhvilluar një ndërlidhës të nivelit të ulët të standardizuar për çipat flash JODHE. Kjo lejon operimin e brendshëm ndërmjet përputhjes së pajisjeve JODHE nga tregtarë të ndryshëm. Saktësimi ONFI versioni 1.0 është lansuar më 28 Dhjetor 2006. Ai përcakton:

 

* Një ndërlidhës fizik standard (pa pinë – ang. pinout) për flash JODHE të paketave TSOP-48, WSOP-48, LGA-52 dhe BGA-63.

 

* Një vendosje të komandave standarde për lexim, shkrim dhe shlyerje të çipave flash JODHE

 

* Një mekanizëm për vetë identifikim (i krahasueshëm me zbulimin e vetisë së prezencës serike (SPD – Serial Presence Detection) të moduleve memoruese SDRAM).

 

Grupi ONFI është i përkrahur nga shumica e prodhuesve flash JODHE, duke përfshirë Hynix, Intel, Micron Technology dhe Numonyx, e gjithashtu edhe nga prodhuesit e shumtë të pajisjeve që përmbajnë flash çipat JODHE.

 

Një grup i shitësve, duke përfshirë Intel, Dell dhe Microsoft formuan një grup punues të ndërlidhësit të kontrollorit hostues në memorie jo të përkohshme (NVMHCI – Non-Volatile Memory Hos Controller Interface). Qëllimi i grupit është që të ofrojnë ndërlidhje programuese standarde për softuer dhe harduer për nën sistemet e memorieve jo të përkohshme, duke përfshir edhe pajisjet “Flash Cashe” të lidhura në magjistralen PCI Express.

 

Dallimi ndërmjet flash-it JOOSE dhe JODHE

 

JOOSE dhe JODHE dallojnë në dy mënyra të rëndësishme:

 

* Lidhjet e celulave të memorieve individuale janë të ndryshme

 

* Ndërlidhësi i ofruar për lexim dhe shkrim të memories është i ndryshëm (JOOSE lejon qasje të rastësishme për lexim, JODHE lejon vetëm qasje faqore)

 

Që të dyja janë të lidhura për nga zgjedhja e dizajnit të bërë në zhvillim të flash JODHE. Qëllimi i zhvillimit të flash JODHE ishte që të zvogëlohej fusha e çipit e kërkuar për të implementuar kapacitetin e dhënë të flash memories, dhe në këtë mënyrë për të zvogëluar koston për bit dhe për të rritur maksimumin e kapacitetit të çipit kështu që flash memoria mund të konkurroj me pajisjet ruajtëse magnetike si disqet e ngurta.

 

Flash-i JOOSE dhe JODHE kanë marrë emrat e tyre nga struktura e ndërlidhjes ndërmjet celulave memorie. Në flash JOOSE, celulat janë lidhur në paralel tek reshtat e bitëve, duke lejuar celulat që të lexohen dhe programohen individualisht. Lidhja paralele e celulave i ngjanë lidhjes paralele të transistorëve në një CMOS JOOSE gate-i. Në flash JODHE, celulat janë të lidhura në seri, duke i ngjarë JODHE gate-it. Lidhjet serike konsumojnë më pak hapësirë se ato paralele, duke reduktuar kështu koston e flash JODHE. Nga vetvetja nuk parandalon celulat JODHE për tu lexuar dhe programuar individualisht.

 

Kur është zhvilluar flash JOOSE, është parashikuar si ROM rishkrues më ekonomik dhe më i përshtatshëm se memoriest e sotme EPROM dhe EEPROM. Në këtë mënyrë qarqet e leximit më qasje të rastësishme ishin të domosdoshme. Megjithatë, pritej që flash ROM-i JOOSE do të lexohej shumë më shumë se të shkruhej, kështu që qarqet e përfshira shkruese ishin mjaft të ngadalshme dhe mund të fshinin vetëm në mënyrën e blloqeve. Nga ana tjetër, aplikacionet që përdorin flash si zëvendësim për disqet nuk kërkojnë shkrimin e adresës në nivelin e fjalëve, të cilat vetëm së do ta shtonin komplikimin dhe koston e panevojshme.

 

Për shkak të lidhjes serike dhe largimit të kontakteve të rreshtave të fjalëve, një rrjetë e madhe e celulave të flash memories JODHE do ta okupojnë ndoshta 60% të zonës të celulave ekuivalente JOOSE (supozohet e njëjta zgjidhje e proceseve CMOS, p.sh. 130 nm, 90 nm, 65 nm). Dizajnuesit e flash JODHE realizuan që hapësira e çipit JODHE, ashtu edhe kostoja, mund të reduktohet tutje duke hequr adresën e jashtme dhe qarqet e magjistrales së të dhënave. Më mirë, pajisjet e jashtme do të mund të komunikonin me flash JODHE nëpërmjet komandë me qasje të pjesshme dhe regjistra të të dhënave, të cilët nga brenda do të korrigjonin dhe do të dilnin me të dhëna të domosdoshme. Kjo zgjidhje e dizajnit bëri të pamundur qasjen e rastësishme të memories flash JODHE, por qëllimi i flash JODHE ishte zëvendësimi i disqeve të ngurta, jo zëvendësimi i ROM.

 

Qëndrueshmëria e shkrimit

 

Kjo qëndrueshmëri e flash-it JOOSE të SLC me gate të lëvizshëm është në mënyrë tipike e barabart apo më e madhe se flash-i JODHE, ndonëse MLC JOOSE dhe flash JODHE kanë aftësi të ngjashme qëndrueshmërie. Shembull i qëndrueshmërisë së shifrave të cikleve të listuara në fletë pune për flash-të JODHE dhe JOOSE janë ofruar.

 

* SLC JODHE flash në mënyrë tipike është në normën e rreth 100k cikleve (Samsung OneNAND KFË4G16Q2M)

 

* MLC JODHE flash i në mënyrë tipike është në normën e rreth 5–10k cikleve (Samsung K9G8G08U0M)

 

* SLC me gate të lëvizshëm JOOSE flash në mënyrë tipike është në normën e rreth 100k deri1M cikle (Numonyx M58BË 100k; Spansion S29CD016J 1,000k)

 

* MLC me gate të lëvizshëm NOR flash në mënyrë tipike është në normën e rreth 100k cikleve (Numonyx J3 flash)

 

Megjithatë, me aplikimin e disa algoritmeve dhe disa modeleve dizajnuese si nivelimi i veshjes dhe mbi furnizimi i memories, qëndrueshmëria e sistemit ruajtës mund të ndryshohet që të paraqes kërkesa të posaçme.

 

Sistemet e flash skedarëve

 

Për shkak të karakteristikave të pjesshme të flash memories, është më së miri të përdoret cilido kontrollues për të kryer nivelimin e veshjes dhe korrektimin e gabimeve apo karakteristikat e dizajnuara të sistemit të flash skedarëve, të cilët përhapin shkrimet në media dhe përdoren për kohë të gjata të shlyerjes së flash blloqeve JOOSE. Koncepti themelor pas sistemit të flash skedarëve është: Kur deponimi i flash-it është gati për përditësim, sistemi i skedarëve do të shkruaj një kopje të re të të dhënave të ndryshuara në një bllok të freskët, riplanifikoj treguesit e skedarëve, pastaj të shlyej blloqet e vjetra kur të ketë kohë.

 

Në praktikë, sistemet e skedarëve flash shfrytëzohen vetëm për pajisjet e teknologjisë memoruese (MTD – Memory Technology Devices) të cilat janë flash memorie të futura të cilat nuk kan kontrollues. Flash kartelat memoruese të lëvizshme dhe USB flash disqet kanë kontrollor të ndërtuar për të ofruar nivelimin e veshjes dhe korrigjimin e gabimit ashtu që përdorimi i sistemit të skedarit flash nuk shton asnjë përfitim.

 

Kapaciteti

 

Çipat e shumëfishtë shpesh janë radhitur për të arritur një kapacitete më të mëdha për përdorim në pajisjet e konsumatorëve elektronik si multimedial player-ët apo GPS. Kapaciteti i çipave flash kryesisht përcjell Ligjin e Moore-it për shkak se ato janë të prodhuara me shumë teknika të qarqeve të integruara dhe pajisje të njëjta.

 

Flash disqet e konsumatorëve në mënyrë tipike kanë madhësitë e matura në fuqinë dy (p.sh. 512 MB, 8GB). Kjo përfshinë SSD si zëvendësime tëi diskut të ngurtë, edhe megjithëse disqet e ngurta tradicionale priren të përdorin njësitë decimale. Kështu, një SSD i shenjuar si “64 GB” faktikisht është 64 x 1,024³bajtë (64 GiB). Në realitet, shumica e përdoruesve do të kenë kapacitet më të vogël se ajo në dispozicion, në saje të hapësirës së marrë nga sistemi i skedarëve të meta të dhënave.

 

Më 2005, Toshiba dhe ScanDisk zhvilluan një flash çip JODHE që lejon ruajtjen e 1 GB të të dhënave duke përdorur teknologjinë e celulave me shumë nivele (MLC – Multi – Level Cell), që lejon ruajtjen e dy bitëve të të dhënave për celulë. Në Shtatorë 2005, Samsung Electronics shpalli që kishte zhvilluar çipin e parë në botë prej 2GB.

 

Në Mars 2006, Samsung shpalli flash disqet e ngurta me mundësi të kapacitetit prej 4GB, para së gjithash e njëjta renditje e magnitudës si disqet e ngurta të laptopëve të vegjël, dhe në Shtator 2006, Samsung shpalli çipin prej 8GB të prodhuar duke përdorur procesin prodhues 40-nm. Në Janar 2008, ScanDisk shpalli mundësinë e tyre prej 16GB MicroSDHC dhe 32GB SDHC Plus kartelave.

 

Më 2009, Kingston shpalli flash diskun prej 256GB në dispozicion vetëm në Britani të Madhe dhe pjesët tjera të Europës. Ndonëse nga 2010, megjithatë, është në dispozicion edhe në Amerikë.

 

Ka akoma çipa flash të prodhuar me kapacitet nën apo rreth 1MB, p.sh. BIOS ROM dhe aplikacionet e futura.

 

Normat e transferimit

 

Kartelat memoruese flash JODHE janë më të shpejta në lexim sesa në shkrim kështu që është shpejtësia maksimale e leximit ajo që në përgjithësi lajmërohet.

 

Kur çipi zhvishet, operimet e tij shlyese/operuese ngadalësohen shumë, duke kërkuar më shumë rigjenerime të blloqeve të këqija. Transferimi i shumë skedarëve të vegjël, secili më i vogël se madhësia e bllokut të posaçëm të çipit, mund të çoj tek më shumë norma të ulëta. Qasja e fshehtë gjithashtu ndikon në efektshmëri, por më pak se me homologët e disqeve të ngurta të tyre.

 

Shpejtësia nganjëherë caktuar në MB/s (megabajtë për sekondë), apo si shumëfishi i saj i trashëgimisë së shpejtësisë së CD-ROM, si 60x, 100x apo 150x. Këtu, 1x është ekuivalent me 150kB/s. Për shembull, kartela memoruese 100x jep 150kB/s x 100 = 15,000 kB/s = 14.65 MB/s.

 

Efektshmëria gjithashtu varet edhe nga kualiteti kontrollorët e memories. Madje edhe kur një ndryshim i vogël i prodhimit shkurtohet, mungesa e një kontrollori të përshtatshë mund të rezultoj në rënie të shpejtësive.

 

Aplikacionet

 

Flash-i serik

 

Flash-i serik është një flash memorie e vogël, me fuqi të vogël i cili shfrytëzon ndërlidhësin serik, zakonisht SPO për qasje të të dhënave të vazhdueshme. Kur të përfshihet në një sistem të vetëm, flash-i serik kërkon disa përçues më shumë në PCB sesa në flash memoriet, qysh kur transmeton dhe pranon të dhëna nga një bit përnjëher. Kjo do ta ndaloj reduktimin në hapësirë të keqe, konsumim të energjisë dhe koston totale të sistemit.

 

Janë disa arsye që pse pajisja serike, me më pak pinë të jashtëm se pajisja paralele, munden që në mënyrë të konsiderueshme të zvogëlojnë koston e përgjithshme:

 

* Shumë ASIC janë me fole të kufizuar, që do të thotë se madhësia e djegies është sforcuar nga numri i përçuesve të detyrueshëm i foleve, më mirë se komplikimi dhe numri i shfrytëzuar i gate-ve për logjikën e pajisjes. Eliminimi i lidhjes së foleve në këtë mënyrë lejon një qark të integruar më kompakt, në një djegie më të vogël; kjo rritë numrin e djegieve që mund të fabrikohen në një vafer, dhe kështu reduktohet kostoja për djegie.

 

* Reduktimi i numrit të pinave të jashtëm gjithashtu redukton kostot e montimit dhe paketimit. Një pajisje serike mund të paketohet në një pako më të vogël dhe më të thjeshtë sesa pajisja paralele.

 

* Pakot më të vogla dhe më me pak pinë zënë mpak hapësirë PCB.

 

* Pajisjet me më pak pinë thjeshtojnë kursin PCB.

 

Janë dy lloje kryesore të SPI flash. Lloji i parë është i karakterizuar nga faqet e vogla dhe një apo më shumë amortizatorë të faqeve SRAM duke lejuar leximin e tërë faqes në amortizator, i modifikuar pjesërisht, dhe pastaj të prap shkruhet (p.sh.: Atmel AT45 DataFlash apo shlyerësi i faqes i flash-it JOOSE teknologjisë Micron Technology). Lloji i dytë ka sektorë më të mëdhenjë. Sektorët më të vegjël tipik të gjetur në SPI flash janë 4kB, por ato mund të jenë të mëdha deri 64kB. Meqenëse SPI flash-it i mungon një zbutës i brendshëm SRAM, duhet që të lexohet e tërë faqja dhe të modifikohet para se të shkruhet prapë, duke e bërë të ngadalshme për tu administruar. SPI flash është më i lirë se DataFlash prandaj është zgjedhje e mirë kur aplikacioni krijon hije kodi.

 

Të dy llojet nuk janë lehtësisht të këmbyeshme, pasi që nuk kanë njëjtë pina, dhe vendosja e komandave nuk është i pajtueshëm.

 

Ruajtja Firmware

 

Me rritjen e shpejtësisë së CPU-ve moderne, pajisjet paralele flash shpesh janë më të ngadalshme sesa magjistralja e memories së kompjuterit në të cilën janë të lidhur. Anasjelltas, SRAM modern ofron kohën e qasjes nën 10 ns, përderisa DDR2 SDRAM ofron kohën nën 20 ns. Për shkak të kësaj shpesh është e dëshirueshme që të hijezohen kodet e ruajtura në flash brenda RAM-it; kjo do të thotë se, kodi është kopjuar në RAM para ekzekutimit, kështu që CPU mund t’i qaset me shpejtësi të plotë. Pajisjet Firmware mund të ruhet në pajisje serike flash, dhe pastaj të kopjohet në SDRAM apo SRAM kur të fuqizohet pajisja. Përdorimi i një pajisjeje të jashtme serike flash më mirë se flash-in në çip largon nevojën për kompromis kuptimplotë të procesit (procesi i cili është i mirë për lgjikën e shpejtësisë së madhe kryesisht nuk është i mirë dhe anasjelltas). Pasi që të vendoset një herë për të lexuar firmware si një bllok të madh është e zakonshme që të shtohet ngjeshja që të lejohet përdorimi i çipit më të vogël të flash-it. Aplikacionet tipike për flash-ët serik përfshijnë ruajtjen e firmuare për disqe të ngurta, kontrolloret e kartelave të rrjetave, modemët DSL, pajisjet e rrjeteve pa tela, etj.

 

Flash memoria si zëvendësim për disqet e ngurta

 

Një aplikacion aktual për memorien flash është zëvendësimi për disqet e ngurta. Flash memoria nuk ka kufizime mekanike dhe fshehtësi të disqeve të ngurta, kështu një disk i gjendjes solide (SSD – Solid State Drive), është atraktiv kur vie në kosideratë shpejtësia, zhurma, konsumimi i energjisë dhe siguria. Disqet flash rrisin fërkimin si pajisje mobile të pajisjeve dytësore për ruajtje; ato gjithashtu përdoren si disqe të ngurta në kompjuterët desktop me efektshmëri të lartë dhe disa server me arkitektura RAID dhe SAN.

 

Aty mbesin disa aspekte të SSD-ve të bazuara në flash që i bëjnë ato të pakëndëshme. Më e rëndësishmja, kostoja e gigabajtit të flash memories mbetet mjaftë më e lartë se disqet e ngurta të bazuara në pjata. Ndonëse ky raport po zvogëlohet shpejtë për flash memorien, akoma nuk është e qartë se flash memoriet do të arrijnë kapacitetet e lejuara të ofruara nga memoriet e bazuara në pjata. Akoma, hulumtimi dhe zhvillimi janë mjaftë të fuqishëm gjë që gjithashtu nuk është e qartë se nuk do të ndodhë.

 

Është një brengë që numri i caktuar i cikleve P/E të flash memories do ta bëjë flash memorien që të përkrahin një sistem operativ. Kjo duket të jetë një çështje zbritëse si dëftesë në SSD të bazuara në flash që i afrohen atyre të disqeve të ngurta të rrymës.

 

Në qershor 2006, Samsung Electronics lëshuan PC-të e parë të bazuar në flash memorie, Q1 – SSD dhe Q30 – SSD, që të dy përdornin 32 GB SSD, dhe ishin së paku në fillim të mundshëm vetëm në Korenë Jugore. Dell paraqiti opsionin 32 GB SSD në tolerancën e tij D420 dhe D620 të laptopëve ATG në Prill 2007 në më shumë 549$ se versioni i pajisur me disk të ngurtë.

 

Në Las Vegas CES 2007 në samitin Tajvanez të kompanisë memoruese A-DATA paraqiti disqet e ngurta SSD të bazuara në teknologjinë flash në kapacitete prej 32 GB, 64 GB dhe 218 GB. Sandisk shpalli një disk OEM 32 GB 1.8” SSD në CES 2007. XO-1 e zhvilluar nga asiciacioni Një Laptop Për Fëmijë (OLPC – One Laptop Per Child), shfrytëzon flash memorien më me dëshirë se diskun e ngurtë. Ndonëse në Mars 2009, kompania Salt Lake City e quajtur Fusion – io deklaroi SSD-të më të shpejtë me shpejtësi të vazhdueshme prej 1500 MB/1400 MB për sekondë.

 

Më mirë se zëvendësimi i tërësishëm i diskut të ngurtë, teknikat hibride si disqet hibride dhe ReadyBoost tentojnë që të kombinojnë dobitë e të dy teknologjive, duke e përdorur si kesh të shpejtësisë së lartë për skedarët në disk që shpesh janë referuar, por rrallë modifikuar, si skedarët ekzekutues të sistemit të aplikacioneve dhe sistemit të operimit. Gjithashtu, Addonics ka një përshtatës PCI për katër kartela CF, duke krijuar një tabelë të mundshme RAID të rsë gjendjes solide i cili kushton shumë më lirë se çipat me shumë fije të lojit të kartelave PCI.

 

Versionet e mëhershme të ASUS Eee PC përdornin SSD të bazuar në flash prej 2 GB deri në 20 GB, varësisht nga modeli, ndonëse versionet e mëvonshme të makinës përdorin disqet e ngurta tradicionale. Notebook-ët Apple Inc., Macbook Air kanë opsionin e 128 GB të disqeve të ngurta të gjendjes solide. Lenovi ThinkPad X300 gjithashtu ka opsionin e diskut të ngurtë të gjendjes solide prej 64 GB.

 

Sharkoon ka zhvilluar një pajisje e cila përdorë gjashtë kartela SDHC në konfigurimin RAID – 0 si një alternativë SSD; përdoruesit mund të përdorin më shumë kartela të shpejtësisë së lartë SDHC prej 8 GB për të marrë rezultate të ngjashme apo më të mira se që mund të përdoret nga SSD-të tradicionale me kosto më të ulët.

 

Industria

 

Një burim konstaton se, më 2008, industria e flash memories pëfshiu rreth 9.1 miliardë dollarë amerikan në prodhim dhe shitje. Tjerat burime vendosën tregun e flash memories e më shumë se 20 miliardë dollarë amerikan në vitin 2006, duke llogaritur në më shumë se 8% të tregut të përgjithshëm të gjysmëpërçuesve dhe më shumë se 34% të tregut të memorieve të përgjithshme gjysmëpërçuese.

 

Shkallshmëria e Flash-it

 

Prirja energjike I rregullës së procesit dizajnues ngushtohet në teknologjinë e flash memories JODHE që efektivisht shpejton Ligjin e Moore-it.

 

Në saje të kësaj structure relativisht të thjeshtë dhe kërkesës së madhe për kapacitet më të madh, flash memoria JODHE është teknologjia më energjike ndër pajisjet elektronike. Konkurrenca e lartë ndër disa prodhuesit kryesorë vetëm shton agresionin. Projektimet aktuale paraqesin teknologjinë për të arritur afërsisht 20 nm rreth fundit të vitit 2011. Përderisa koha e pritur rënëse është faktori i dy prej çdo tre viteve për version origjinal të Ligjit të Moore-it, kjo së fundmi është shpejtuar në rastin e flash-it JODHE në faktorin e dy prej çdo dy vite.

 

Përderisa vetia e madhësisë së celulave të memories flash arrinë limitin minimal (19 nm në Prill 2011), densitetet vijuese në rritje do të drejtoheshin nga nivele më të mëdha nga MLC, mundësia e grumbullit të transformatorëve 3-D, dhe përmirësimet në proceset prodhuese. Rënia në qëndrueshmëri dhe ngritja në gabimet e mekanizmave të bitëve të papërmirësueshëm. Edhe me këto përparësi, do të mund të ishte e pamundur që ekonomikisht ta shkallëzojmë flash-in në dimensione të vogla e më të vogla. Shumë teknologji të reja premtuese (si FeRAM, MRAM, PMC, PCM dhe tjerë) janë nën hetime dhe shkallëzimin zhvillimit të zëvendësimeve të mundëshme për flash.

 

Super I/O

 

 

Diagrami i pllakës amë moderne, e cila përkrahë shumë funksione periferike në pllakë e që gjithashtu edhe disa shtrirje të slloteve.

 

Super I/O (Super hyrje daljet) është një klasë e kontrollerit I/O të qarqeve integruese që ka filluar të përdoret në pllakat amë të kompjuterit personal në fund të viteve 1980, në origjinale si kartela shtesë, më vonë të futura në pllakat amë. Çipi super I/O kombinon ndërlidhësit për një mori të pajiasjeve me bandwidth të ulët. Funksionet e ofruara zakonisht përmbajnë:

 

* Një kontrollor të floppy diskut.

 

* Një port paralel (që kryesisht përdoret nga shtypësit)

 

* Një apo më shumë porte serike

 

* Një ndërlidhës tastiere dhe miu.

 

* Senzor i temperaturës dhe monitorim i shpejtësisë së ftohësit

 

Një çip super I/O gjithashtu mund të ketë edhe ndërlidhës tjerë, si portin e lojave, apo një port për rreze infra të kuqe. Me kombinimin e shumë funksioneve në një çip, numri i nevojshëm i pjesëve në një pllakë amë është reduktuar, si pasojë e kësaj është treduktuar edhe kostoja e prodhimit.

 

Disa çipa kanë përkrahje për të zbuluar nëse shtëpiza hapet (ndërhyrja në shasi).

 

Çipat origjinal super I/O komunikojnë me njësinë procesore qëndrore nëpërmjet lidhjes magjistrale ISA (ISA – Industry Standard Architecture). Me zhvillimin e tutjeshëm nga ISA ndaj magjistrales PCI (PCI – Peripheral Component Interconnect), çipi super I/O shpesh ishte qëllimi më i madhi kryesor i mbetur për të vazhduar përfshirjen e ISA në pllakën amë.

 

Çipat modern super I/O përdorin magjistralen LPC (LPC – Low Pin Count) në vend të ISA për të komunikuar me CPU. Kjo zakonisht shfaqet nëpërmjet një ndërlidhësi LPC në çipin e urës jugore (ang. southbridge) të pllakës amë.

 

Kompanitë të cilat prodhojnë super I/O kontrollorë janë Nuvoton, ITE, Fintek dhe SMSC. Nuvoton është një ish grup logjik biznesi i Winbond Electronic Corporation. Gjysmëpërçuesi kombëtarë (National Semiconductor) që është përdorur i bëri ata që të shisnin biznesin tek Winbond më 2005.
Ky artikull është dërguar përmes formës që ndodhet tek forumi. Autori i këtij teksti është dri_ton.

RELATED BY