Bosqichni o'zgartirish xotirasi (pcm) bu qurilmani ishlab chiqarilgan moddaning holatini o'zgartirib ma'lumotlarni saqlaydigan kompyuterning tezkor kirish xotirasi (ram)

Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent Axborot Texnologiyalari Universiteti
217-19 guruh talabasi
Esonov Abror Kompyuterni tashkil etish fanidan bajargan


4-amaliy ish

Tekshirdi: Murodillayev Bahtiyor

Variant 9

Toshkent – 2021

9-Variant:
Mavzu: PCM fazali xotira

Bosqichni o'zgartirish xotirasi (PCM) - bu qurilmani ishlab chiqarilgan moddaning holatini o'zgartirib ma'lumotlarni saqlaydigan kompyuterning tezkor kirish xotirasi (RAM). O'zining tarafdorlarining fikriga ko'ra, PCM texnologiyasi misli ko'rilmagan darajada arzon, yuqori tezlikda, yuqori zichlikda, katta hajmli uchuvchan bo'lmagan saqlashni ta'minlash imkoniyatiga ega.

U tezligi bo'yicha dinamik RAM (DRAM) ga ancha yaqin bo'lganligi sababli, fazani o'zgartirish xotirasi texnologiyasi ham uchuvchi emas, balki ketma-ket er-xotin xotira modullari (NVDIMM) va ham doimiy xotira (NVMe) qattiq holatdagi drayvlar uchun idealdir. Tezlik ustunligidan tashqari, fazani o'zgartirish xotirasi texnologiyasi ham chirog'ga qaraganda ancha chidamli bo'lib, eskirishni keltirib chiqaradigan har kungi yozuvlar soni bilan bog'liq har qanday tashvish muammo emas. Ba'zan PCM "mukammal RAM" (PRAM) deb nomlanadi, chunki ma'lumotlar avval ularni o'chirmasdan yozilishi mumkin.

PCM materialining tuzilishi mikroskopik miqyosda amorf va kristal o'rtasida tez o'zgarishi mumkin. Amorf yoki tartibsiz fazada material yuqori elektr qarshilikka ega; kristalli yoki tartiblangan fazada uning qarshiligi pasayadi. Bu raqamli yuqori va past holatlarni ifodalovchi elektr toklarini yoqish va o'chirishga imkon beradi. Jismoniy tuzilish uch o'lchovli bo'lganligi sababli, aniq o'lchamdagi chipda mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan tranzistorlar soni maksimal darajaga ko'tarilishi mumkin, bu esa PCM-ning odatdagi flesh xotiradan ko'p marta tezroq ishlashiga imkon beradi, shu bilan birga kam quvvat sarflaydi.

PCM turli xil elektr qarshiligining amorf va kristalli fazalari o'rtasida teskari yo'nalishda o'zgarishi mumkin bo'lgan o'zgarishlar o'zgarishi deb ataladigan materiallarning xatti-harakatlaridan foydalanadi. Amorf faza yuqori elektr qarshiligiga intiladi, kristall faza kam qarshilik ko'rsatadi, ba'zan esa uch yoki to'rt daraja pastroq bo'ladi. Ushbu katta qarshilik kontrasti PCM-da ma'lumotlarni saqlash uchun ishlatiladi (yuqori qarshilik holati mantiqiy '0' ni, past qarshilik holati esa mantiqiy '1' ni aks ettirishi mumkin). Shunday qilib, PCM qurilmasi asosan ikkita metall elektrod o'rtasida joylashgan fazani o'zgartiradigan material qatlamidan iborat (1-rasmga qarang).

Xotira qurilmasining asosiy xususiyati shundaki, u ma'lumotlarni saqlash va qidirib topishga imkon berishi kerak. PCM, ma'lumotlarni xotirada saqlovchi moslama ichidagi o'zgarishlar o'zgarishi materialining kristalli (buyurtma qilingan) fazadan amorf (tartibsiz) fazaga va aksincha o'tishiga olib keladi. Ushbu transformatsiya elektr va optik xususiyatlarning kuchli o'zgarishi bilan birga keladi. Amorf faza yuqori qarshilikka ega va optik aks ettirish qobiliyati past, kristalli faza past qarshilikka va yuqori optik nurga ega. O'zgaruvchan materiallarning optik xususiyatlaridagi qarama-qarshilik DVD va Blu-Ray disklari kabi optik ma'lumotlarni saqlash qurilmalarini faollashtirish uchun keng qo'llanildi. PCM bilan elektr ma'lumotlarini saqlash uchun, bu ma'lumotni saqlash uchun ishlatiladigan ikki faza o'rtasidagi qarshilikning qarama-qarshiligi. Shunday qilib, PCM-da WRITE operatsiyasi elektr impulsini qo'llash orqali amorf va kristal holatlar o'rtasida o'tishni o'z ichiga oladi. O'QISh operatsiyasi odatda PCM qurilmasining elektr qarshiligini o'qishni o'z ichiga oladi, keyin u amorf (yuqori qarshilik, mantiqiy '0') yoki kristalli (past qarshilik, mantiqiy '1') holatidami yoki yo'qligini bilishga imkon beradi.
An'anaviy hisoblash me'morchiligining xotira iyerarxiyasi tezkor markaziy protsessorlar (protsessor) va xotirani saqlash va saqlash texnologiyalari o'rtasidagi farqni ko'paytirish uchun mo'ljallangan. Saqlash sifatida tasniflangan texnologiya o'zgaruvchan emas (ya'ni elektr ta'minoti o'chirilganda saqlanadigan ma'lumotlar saqlanib qoladi) va arzon narxga ega, ammo protsessor operatsiyalariga qaraganda kirish vaqtlari ancha sust (4-rasm). Saqlash texnologiyalariga NOR va NAND Flash, magnit qattiq disklar (HDD) va lenta kiradi. Boshqa tomondan, xotira texnologiyalari o'zgaruvchan (elektr ta'minoti o'chirilganda ma'lumotlar yo'qoladi) va saqlashga qaraganda qimmatroq, ammo kirish vaqtlari ancha kichik. Xotira texnologiyalari protsessor keshlarida ishlatiladigan statik tasodifiy kirish xotirasini (SRAM) va chipdan tashqari dinamik tasodifiy kirish xotirasini (DRAM) o'z ichiga oladi.

Asosiy xotira tizimining bir qismi sifatida potentsial DRAM o'rnini bosuvchi sifatida PCM-dan foydalanish, hozirgi kungacha 10 yildan ortiq vaqt davomida turli xil ishlarda o'rganilmoqda [24-27]. Dastlabki tekshiruvlar olib borilgan paytda (2009 yil atrofida) DRAM 45 nm texnologik tugunga qadar masshtablash va 32 nm tugunga tayyorgarlik ko'rish nuqtai nazaridan NAND Flash va standart CMOS mantiqiy texnologiyalaridan orqada qolib ketgan edi [13]. Biroq, PCM 20 nm tugunga qadar kengaytirilganligi allaqachon namoyish etilgan [28]. Shunday qilib, PCM DRAM kondansatörlerini kichik qilish va shu bilan birga zaryadni ishonchli saqlash imkoniyatiga ega bo'lish sababli asosiy xotira zichligi va hajmini oshirish uchun oldinga siljish bo'yicha yaxshi raqobatlasha oladi. Ushbu turli xil tadqiqotlar, agar PCM DRAMdan yuqori zichlikda ishlab chiqarilishi mumkin bo'lsa, asosiy xotira tizimining turli xil me'moriy qayta tashkil etilishi PCM-ni DRAM-ga nisbatan kechikish va cheklangan chidamliligiga qaramay, munosib alternativa qilishi mumkin. Bundan tashqari, PCM-ning o'zgaruvchanligi asosiy xotirada ishlatilishi mumkin va har bir o'qishga kirishdan keyin qayta yozish zaruriyatidan qochadi, bu DRAM bilan muqarrar [13]. Biroq, yozilish paytida DDR4 DRAM texnologiyasi 10 nm-sinf tuguniga qadar kengaytirildi, bu 10 dan 19 nanometrgacha bo'lgan texnologiya tugunini bildiradi [29]. DRAM-ni kichikroq tugunlarga qo'shilishdagi so'nggi yutuqlar tufayli PCM bunday barqaror va ishonchli texnologiyani almashtira oladimi-yo'qmi hozircha noma'lum.