Xotira kartalarini o’qish qurilmalari

 USB logotipi bilan yoki USB 1.x (2.0) yozuvi   (USB 2.0 High Speed) bilan belgilanadi. Turli tipdagi xotira kartalari (1 dan 12 gacha) bilan ishlashga mo’ljallangan turli o’qish qurilmasi zarur standartlarini quvvatlashiga ishonch hosil qilish kerak. Bu ham uning to’plami qutisida yozilgan bo’ladi.

Flash xotiralar

Flash xotira (ingl. “chaqnash”, ”kadr”)-  energiyaga bog’liq qayta yozish mumkin bo’lgan, yarim o’tkazgichli, axborotning saqlanishi uchun qo‘shimcha energiya talab qilmaydigan (energiya faqat axborotni yozishda ishlatiladi), axborotni dasturiy yozish sikli cheklangan va  o‘qish sikli cheklanmagan, ixcham tashqi o‘lchamga ega zamonaviy xotira qurilmasi hisoblanadi.

Xotiraning bu turida mexanik elementlar mavjud emas, biroq, unda joylashgan axborotni saqlash uchun qo’shimcha energiya talab qilmasdan ko’p marta o’zgartirish mumkin.

G’oyaga ko’ra, Flash xotira ixtiyoriy murojaat qilish xotirasi (Random Access memory - RAM) dan va doimiy xotira qurilmasi (Read Only Memory - ROM) dan tashkil topgan. Ya’ni axborotni RAM dagi kabi o’zgartirish mumkin bo’lib, energiyadan ajratilganda ROMdagi kabi ma’lumot o’chib ketmaydi.(Flash xotirada yozilgan ma’lumot 100 yilgacha saqlanish va 1mln qayta yozish siklini bajarish mumkin).

Flash xotira yacheykasi maxsus tranzistordan iborat bo’lib, boshqa turdagi yarim o’tkazgichli xotiralardan kondensatorlarning mavjud emasligi va bir vaqtda bir necha bit axborotni saqlash imkoni mavjudligi bilan ajralib turadi.

Flash xotira harakatlanuvchi mexanik qismlari yo’qligi sabab, tushirib yuborish va namlik kabi omillarga o’ta chidamli hisoblanadi. Flash xotiraning boshqa qulayligi an’anaviy qattiq disklar va CD/DVD tashuvchilariga nisbatan energiya kam (20 va undan ortiq marta) iste’mol qilishidir. Shuningdek Flash xotiraning o’lchami ham asosiy yutuqlaridan hisoblanadi. Chunki boshqa mexanik axborot tashuvchilariga nisbatan ixcham hisoblanadi. Sanab o’tilgan yutuq va xususiyatlariga ko’ra Flash- xotira ko’pchilik portative qurilmalar: raqamli foto va video kameralar, multimediali uyali telefonlar, portative kompyuterlar, MP3 – pleyerlar va boshqalar uchun ideal, universal axborot tashuvchi hisoblanadi. Shuningdek, Flash xotirasiz bu qurilmalarni yaratish mumkin emas edi.

Flash xotira qurilmasini 1984 yilda Toshiba firmasining xodimi Fudzi Masuoka ixtiro etgan. “Flash” nomini ham shu firmaning boshqa bir xodimi Syodzi Arizumi o‘ylab topgan. Bunday nomni u xotiradagi ma’lumotlarni o‘chirish jarayoni fotochaqmoqqa (ingl. flash) o‘xshaganligi sababli tavsiya qilgan. Masuoka o‘z ixtirosini Kaliforniya shtatining San-Fransisko shahrida o‘tkazilgan xalqaro anjumanda (IEEE 1984 International Electron Devices Meeting) namoyish etgan. Intel kompaniyasi 1988 yilda ilk bor flash xotira chiplarining NOR turini sotuvga chiqgan.

Flash xotirada tranzistor asosida yaratilgan yacheykani alohida turi qo’llaniladi. Buning o’ziga xosligi shundaki, undagi ma’lumotni o’chirish yoki butun mikrosxema bo’ylab, yoki biror qismi (kadr) bo’ylab amalga oshiriladi. Odatda, bunda qism 256 baytdan 256 kb gacha bo’ladi.

Flash xotirani tashkil etishni soddaligi uni tannarxini ham belgilaydi. Biroq, ishlash qismlar (bo’laklar) orqali amalga oshirilgani bois, bir nechta xotira katakchasidagi axborotni o’zgartirish uchun dastlab butun bo’lak maxsus xotiraga o’qib olinadi, undagi kerakli katakchalardagi ma’lumotlarga o’zgartirish qilingandan so’ng Flash xotiraga qayta ko’chiriladi. Shu sababli, Flash xotiraning ishlash tezligi katta hajmli ma’lumotlar bilan ishlaganda maksimal darajada bo’ladi. Bunda maxsus xotira (bufer) talab etilmaydi. Ta’kidlash kerakki, bajarilayotgan masalaga moslashgan holda turli o’lchamli xotira bo’laklari bilan ishlash imkoniyatiga ega mikrosxemalar ham mavjud.

Flash xotiraning eng sodda standartida har bir yacheyka mantiqiy 0 yoki 1 saqlanadi. Bunday yacheyka maxsus elektrik ajratilgan soha (suzuvchi zatvor) maydonli tranzistordan tashkil topadi. Mana shu sohada zaryadni uzoq vaqt saqlash mumkin. Mos ravishda zaryadning mavjud yoki mavjud emasligi 1 bit ma’lumotni anglatadi (zaryadning mavjudligi suzuvchi zatvorda manba va qabul qilivchi o’rtasida tokning mavjud emasligi bilan aniqlanadi). Zaryadni mavjud mantiqiy 0, mavjud emasligi mantiqiy 1 ni anglatishi qabul qilingan.

1-rasm. Flash xotiraning ishlash prinsipi

Yacheykaning turiga bog’liq ravishda zaryad suzuvchi zatvor sohasiga quyidagi usullardan biri orqali joylanadi:

1. Tunnellashtirish usuli – elektronga kichik qalinlikdagi dielektrikdan tashkil topgan potensial to’siqni (elektronni to’lqin xossalari foydalangan effektlardan biri) yengib o’tish uchun energiya berish orqali.

2-rasm.  Tunnellashtirish usuli

2. “Qaynoq” elektronlarni injeksiyallash usuli, bunda qabul qiluvchi va boshqaruvchi zatvorga katta kuchlanish beriladi, boshqaruvchi zatvorga yuqoriroq (2 karrali) kuchlanish beriladi. Elektronlar suzuvchi zatvorga injeksiyalanadi. Elektronlarga yupqa dielektrik plyonkasidan iborat tusiqni yengib o’tishga yetarli energiya berilganligi sababli, “qaynoq” deb ataladi.

Injeksiya- p-n- o’tishli yoki yarim o’tkazgichlarda kuzatiladigan fizik hodisa bo’lib, p-n- o’tishlardan to’g’ri yo’nalishda elektr toki o’tkazilganda o’tish sohasi oldida muvozanatda bo’lmagan (“injeksiyalangan”) zaryad tashuvchilarning yuqori konsentratsiyasi hosil bo’ladi.Injeksiya hodisasi p-n- o’tishlarga to’g’ri siljish berilganda potensial to’siqning balandligi kamayishining natijasi hisoblanadi. Injeksiya hodisasi ko’plab yarim o’tkazgichli asboblar: diodlar, bipolyar tranzistorlar, tiristorlar, yorug’lik diodlari, yarimo’tkazgichli injeksion lazerlarning ishlashi asosini tashkil etadi.

Zatvor – elektron oqish kanali.

3-rasm. “Qaynoq” elektronlarni injeksiyallash usuli

Xotira yacheykasini o’chirish, ya’ni suzuvchi zatvordagi zaryadni olib tashlash manbaga yuqori kuchlanish berish orqali amalga oshiriladi. Buning natijasida elektron tunellenadi.

Tunellashtirish metodining “qaynoq” elektronlarni injektlashtirish metodidan asosiy prinsipial farqi shundaki 2 – metod yuqori tezkorlikka ega bo’lib, yuqori kuchlanishni talab qiladi.

Flash- xotiraning yacheykasi ishlash jarayonida tezda “qariydi” eskiradi. Shuning uchun zamonaviy mikrosxemalarda xotira moduli yacheykalarini bir tekis ishlashini ta’minlovchi algoritmlar qo’llaniladi. Bu barcha yacheykalardan foydalanishni taqsimlashga, ularni foydalanish muddatini uzaytirishga imkon beradi.

Hozirgi vaqtda xotiraning bitta yacheykasida 2 bit axborot saqlanuvchi, ya’ni xotiradagi kataklarning miqdorini o’zgartirmasdan hajmini 2 marta oshirishga mo’ljallangan flash mikrosxemalari yaratilgan. Bitta yacheykaga ikki va undan ortiq bitni saqlash texnologiyasi ko’p sathli (MLC) deb ataladi. Tajribadan aniqlanishicha bitta yacheykada 2 bitni saqlash chegara emas. Hozirgi vaqtda bu sohada ilmiy izlanish davom etmoqda.

b)

4–rasm. Bir sathli (a) va ko’p sathli (b) yacheyka xotira tuzilishi

Oddiy Flash xotiradan farqli ravishda ko’p sathli satrda suzuvchi zatvor sohasida joylashtirilgan zaryad miqdorini o’lchay olish imkoniga ega va mos ravishda yacheykaning ko’p miqdorda holatlarini aniqlay oladi.

Xotiraning MLC – yacheykasi tannarxi bir sathli yacheyka tannarxiga yaqin va ishlab chiqarishning texnologik jarayoni jiddiy farq qilmaydi. MLC texnologiyasiga asosan kam sarf xarajat evaziga katta hajmli xotira moduli yaratish mumkin. MLC texnologiyasining yutuqlari bilan bir qatorda shuni esdan chiqarmaslik lozimki, murakkab texnik yechim murakkabroq mexanizmni talab qiladi va bu mexanizmni qo’llash xotira modulining (ishonarliligi) mustahkamligini pasayishiga hamda tezkorlikni qandaydir miqdorda pasayishiga olib keladi.

Flash xotiralar arxitekturasi

Arxitektura – xotira yacheykalarini bitta modulga birlashtirish sxemasidir. Flash xotiraarxitekturasining bir necha varianti mavjud bo’lib, bu variantlar qo’llanish sohasini aniqlovchi bir qator o’ziga xosliklarga ega. Hozirgi vaqtda eng keng tarqalgan Flash- xotira mikrosxemalariga NOR (yoki – emas mantiqiy sxemasi) va NAND (va – emas mantiqiy sxemasi) ko’rinishida tashkil etilmoqda.

NOR (not or, yoki – emas) mikrosxemasida har bir katakcha ikki yo’lga – bit va so’zlarga ulangan. Mantiqiy amal bajarilishi agar unga ulangan tranzistorlarning atigi bittasi qo’shilgan (tok o’tkazadi) bo’lsa, bitlar yo’li mantiqiy 0 holatiga o’tishi bilan ko’rsatiladi. Katakni tanlash, so’zlar yo’li orqali amalga oshiriladi. NOR xotiraning barcha yacheykalari parallel ravishda o’zlarining bit yo’llariga ulangan. Arxitektura ixtiyoriy yacheykaga o’qish va yozish imkonini beradi. Struktura ikki xil turli kuchlanishga ishlaydi. Yutuqlariga tezkor ixtiyoriy murojaat baytlab yozish imkonini keltirishi mumkin. Biroq, yozish va o’chirish jarayoni sekin amalga oshiriladi.

Optimal qo’llanish sohasi – dasturiy kodlarni saqlash (masalan uyali telefon operatsion sistemasini) da foydalanish mumkin. Mikrosxemani dasturlash ” qaynoq” elektronlarni injeksiya metodi yordamida, o’chirish esa tunellashtirish metodiyordamida amalga oshiriladi. Xotiraning bu turi qarayib barcha mashhur ishlab chiqaruvchilar tomonidan ishlab chiqildi.

NAND (not and) holatida bitlar yo’li unga ulangan barcha tranzistorlar tok o’tkazuvchi holatiga mantiqiy 0 holatiga o’tadi. Xotira arxitekturasini bunday tashkil etish kichikroq bo’laklariga ixtiyoriy murojaat imkoniyatiga ega. Jarayon an’anaviy qattiq disklarning klasterli ishlash prinsipiga qandaydir miqdorda o’xshash. Arxitektura ketma – ket interfeysda qurilgan yacheykalar bit yo’llariga seriyali ulanadi. Mikrosxemani dasturlash va o’chirish tunelleshtirish metodi asosida amalga oshiriladi. Bu hususiyatlar yozish va o’chirishni tezkorlik bilan amalga oshirish imkonini beradi, biroq baytlab yozish imkonini bermaydi va ixtiyoriy murojaat tezligini cheklaydi (har bir yacheykada tok kamayadi).

Bu turdagi xotira modullarini ma’lumotlarni bo’laklab almashtirishga yo’naltirilgan, masalan raqamli kameralarda qo’llash maqsadga muvofiq.

Flash xotirani, undagi elmentar yacheykalar strukturasini, ularni bitta yagona modulga birlashtirish arxitekturasini qarab chiqdik. Bu muammoni yanada chuqurroq o’rganib chiqishimiz mumkin. Buning uchun raqamli axborotlarni yozish va o’qish asoslari, xotira yacheykasini adreslash metodlari, xotirani taqsimlash va murojaat tezligini optimallashtirish algoritmlariga, ishlab chiqarish texnologiyasi bo’yicha maxsus materiallarga murojaat qilish lozim. Ammo bitiruv – malakaviy ishida yuqorida berilgan ma’lumotlar bilan cheklanib qolamiz.

Flash texnologiyasida eng asosiysi uni turli ko’rinishlarda qulay va ixcham axborot tashuvchi sifatida ishlab chiqarilsa bo’ldi. Bularning ichidan kartalar deb ataluvchi almashtirishlarga moslashgan universal xotira modullari ko’pchilikni tashkil etadi. Ikkinchi keng tarqalayotgan yo’nalish bevosita kompyuterga qo’shimcha qurilmalarsiz ulash imkonini beradigan USB interfeysli Flash- xotira hisoblanadi.