Toshkent axborot texnologiyalar universiteti Farg'ona filalli Kompyuter injinering Fakulteti Elektronika va sxemalar 2 Fanidan Mustaqil ishi Mavzu: Flesh xotira Bajardi: Abdujabborov Sh Guruh : 71119 Farg’ona 2021

Toshkent axborot texnologiyalar universiteti Farg'ona filalli
Kompyuter injinering
Fakulteti
Elektronika va sxemalar 2
Fanidan
Mustaqil ishi
Mavzu: Flesh xotira

Bajardi: Abdujabborov Sh
Guruh : 71119
Farg’ona 2021

Bundan bir necha o‘n yil oldin “flesh” xotira to‘g‘risida faqatgina tajribali kompyuter foydalanuvchilari bilishardi. Chunki u paytlarda flesh xotira modullari shaxsiy kompyuterlarda, asosan, PCI shinali 486 prosessorli kompyuterlarda ilk bora ishlatila boshlangan edi.

Ammo bugunga kelib bunday xotira modullari nafaqat kompyuter texnikalarida balki mobil aloqa telefonlarida (telefon raqamlarini saqlab qolish, so‘zlashuv vaqtini hisoblash va boshqa funksiyalarni bajarishda), raqamli diktofonlarda (ovozni saqlash va qayta eshitish), mp3-pleyerlarida (musiqiy formatdagi fayllarni saqlash va qayta eshitish), aloqa kommunikasiya raqamli modemlarida, raqamli fotokameralarda (fotosuratlarni saqlab qolish va ko‘rish), video kameralarda (video formatdagi axborotlarni saqlash, ko‘rish va eshitish) axborotni samarali saqlash va uzatishda qo‘llanilmoqda. Ularning qo‘llanish sohasi kun sayin yanada kengayib bormoqda.

Flesh-xotira o‘zi nima?

Flesh-xotira (inglizcha flash-memory) — bu yarim o‘tkazgichlar (integral mikrosxemalar) asosida yaratilgan, axborotning saqlanishi uchun qo‘shimcha energiya talab qilmaydigan (energiya faqat axborotni yozishda ishlatiladi), ma’lum bir o‘lchamdagi axborotni dasturiy yozish sikli cheklangan, axborotni dasturiy qayta o‘qib olish sikli cheklanmagan, axborotni dasturiy yo‘llar bilan uzatish uchun mo‘ljallangan ixcham o‘lchamdagi zamonaviy xotira qurilmasi hisoblanadi.


Flesh xotira modullari formati xilma-xil va ma’lum bir o‘lchamga ega bo‘lgan axborotlarni dasturiy yo‘l bilan yozib saqlash va qayta o‘qish imkonini beradi. Flesh xotira modullariga axborotni qayta-qayta yozish sikllari soni cheklangan (odatda 10 ming siklgacha) bo‘ladi. Flesh-xotira modullari boshqa axborot yozib saqlash qurilmalarga nisbatan axborotni qayta-qayta yozishlar soni chegaralangan bo‘lishiga qaramasdan, oddiy disketa yoki CD-R, CD-RW disklariga nisbatan chidamliligi, ishonchliligi va ixchamligi bilan ajralib turadi.
Flesh-xotira modullarining hozirgi holati
Flesh-xotira modullarining kamchiligi bu ularning axborot saqlash fazosining ko‘lami katta bo‘lgan qattiq disklarga (bugungi kunda bu sohada erishilgan eng maksimal disk fazosining hajmi 750 Gb ni tashkil qilmoqda) nisbatan kamligi hisoblanadi. Bugungi kunda flesh xotira modullarining eng katta axborot saqlash hajmi 16 Gb dan oshib ketayotganligini aytish mumkin. Bu kamchilikni bartaraf etish va ularning samarasini oshirish borasida ilmiy-amaliy izlanishlar olib borilmoqda. Dastlab, Apple kompaniyasi, keyinchalik Samsung korporasiyasi flesh xotira modullarining axborot saqlash hajmini 64 Gb yetkazganligini ma’lum qilishdi. Shunday qilib, bu sohada olib borilayotgan izlanishlar yaqin kelajakda flesh xotira modullarining axborot saqlash hajmini yangi texnologiyalar asosida dastlab 128 Gb ga keyinchalik esa 256 Gb yetkazishni mo‘ljallamoqda.
Flesh-xotira modullari o‘zining ixchamligi, nisbatan arzonligi va kam elektr quvvati sarflashi sababli keng foydalanilmoqda.

Flesh-xotiraga axborotni yozish jarayoni

Flesh-xotira axborotni yacheyka (cell) deb ataluvchi “qulfi suzuvchi” tranzistorlar massivida saqlaydi. An’anaviy qurilmalarda bir xil sathli har bir yacheyka bir bit axborotni saqlay oladi. Bunday qurilmalar inglizcha single-level cell, SLC deb yuritiladi. Ba’zi bir yaratilgan yangi qurilmalarda har bir yacheykaga bir bitdan ko‘p bo‘lgan axborotni saqlay olish imkoniyatiga ega (1-rasm).

Arxitekturasi ILI NE (NOR) elementiga asoslangan flesh xotira qurilmalari

Bunday flesh-xotira turlarining asosida ILI NE (NOR) tranzistor elementlari yotadi. Tranzistorda boshqaruvchi va “suzuvchi qulf” lar mavjud bo‘ladi. Suzuvchi qulf to‘liq himoyalangan hamda elektronlarni 10 yil muddatgacha saqlash imkoniyatiga ega. Yacheykalarning kirish va chiqish yo‘llari mavjud. Dasturiy yozish jarayonida kuchlanish boshqaruvchi qulfda elektr maydonini hosil qiladi va unda tunnel effekti vujudga keladi. Ba’zi elektronlar himoya qatlami orasidan tunnelga o‘tadi va suzuvchan qulfda to‘plangan holda saqlanadi. Tranzistorning suzuvchi qulfdagi elektr zaryadlari chiqish va kirish yo‘llarini kengaytiradi va uning o‘tkazuvchanligini oshiradi, bu hodisa axborotni o‘qish uchun qo‘l keladi.



Dasturiy yo‘l bilan axborotni o‘qish qurilmaning energiya sarfi jihatidan juda katta farq qiladigan jarayon. Flesh-xotira qurilmalariga axborot yozish jarayoni nisbatan katta energiya sarf qiluvchi jarayon hisoblanadi, axborotni o‘qish jarayoni esa nisbatan kam energiya sarf qiluvchi jarayondir.

Flesh-xotira qurilmalaridagi axborotni o‘chirish uchun boshqaruvchi qulfga manfiy yuqori kuchlanish beriladi va elektronlar suzuvchi qulfdan chiqish yo‘liga oqib o‘tadi (tunnellashadi). ILI NE (NOR) arxitekturali flesh xotira qurilmalarida har bir tranzistorga alohida kontakt keltirishni talab qilinishi tufayli u qurilmaning fizik hajmini kattalashtirib yuboradi. Bu muammo I-NE (NAND) arxitekturali flesh-xotira qurilmalarida o‘z yechimini topgan.

Arxitekturasi I-NE (NAND) elementiga asoslangan flesh xotira qurilmalari
Bunday flesh-xotira turlarining asosida I-NE (NAND) tranzistor elementlari yotadi.
Ishlash tamoyili NOR turiga o‘xshash bo‘lib, faqat yacheykalarning joylashishi va kontaktlari bilan farqlanadi. Shu sababli har bir yacheykaga alohida individual kontakt o‘rnatish talab qilinmaydi, shu tufayli NAND chipining hajmi va narxi ancha arzonlashadi. Shuningdek, bunday chiplarda yozib olish va axborotni o‘chirish jarayoni ancha tezlik bilan amalga oshiriladi.

Flesh-xotiraning paydo bo‘lish tarixi

Flesh xotira qurilmasini 1984 yilda Toshiba firmasining xodimi Fudzi Masuoka ixtiro etgan. «Flesh» 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 flesh xotira chiplarining NOR turini sotuvga chiqgan.

Flesh-xotiralarning NAND-turi Toshiba firmasi tomonidan 1989 yilda International Solid-State Circuits Conference’da e’lon qilindi. Bunday turdagi-flesh xotira qurilmalari katta yozish tezligiga va chiplarning ixchamroq maydoniga egaligi bilan ajralib turar edi. NAND turiga oid flesh-xotiralarni standartlashtirish bilan Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI) kompaniyasi shug‘ullanadi. Qabul qilingan standart sifatida 2006 yil 28 dekabrda chiqarilgan. ONFI 1.0 turdagi flesh-xotiraning ixtisoslashtirilgan versiyasi hisoblanadi. ONFI guruhi NAND chiplarning Intel, Micron Technology va Sony kabi yirik ishlab chiqaruvchilari tomonidan qo‘llanib turadi.

Flesh-xotiralarning ko‘rsatkichlari
Ba’zi bir yaratilgan flesh-xotira qurilmalarida axborotni qayta ishlash tezligi 100 Mb/s gacha yetkazilgan. Odatda flesh-kartalar ko‘p turdagi tezliklarga ega bo‘ladi va standart CD (150 Kb/s) bilan belgilanadi. Shunday qilib, 100 x deb ko‘rsatilgan tezlik 100 x 150 Kb/s = 15 000 Kb/s = 14.65 Mb/s ni bildiradi.

2005 yili Toshiba va SanDisk kompaniyalari 1 Gb axborot sig‘dirish hajmiga ega bo‘lgan NAND chiplarining taqdimotini o‘tkazishgan. Ularda ko‘p pog‘onali yacheyka texnologiyasi asosida ishlangan bo‘lib, bir tranzistor bir necha bit axborotni “suzuvchan” qulfdagi elektr zaryadlarining turli darajalarini qo‘llagan holda saqlashi mumkin edi.

Samsung kompaniyasi 2006 yil sentabr oyida 40 nm texnologik jarayon asosida bajarilgan 8 Gb chip taqdimotini o‘tkazgan. 2007 yilning so‘nggi pallalarida Samsung kompaniyasi dunyoda ilk marotaba flesh xotira modullarining NAND turiga mansub bo‘lgan MLC (multi-level cell) chipini yaratilganligi to‘g‘risida axborot bergan. Bunday chip 30-nm texnologik jarayonda bajarilgan edi.

Xotira qurilmalarda xotira hajmini oshirish uchun ko‘pincha bir necha chiplardan iborat massivlar qo‘llaniladi. 2007 yil o‘rtalariga kelib USB flesh xotira qurilmalar va flesh xotira kartalarining axborot sig‘dirish hajmi 512 Mb dan 16 Gb gacha o‘sib keldi.

Fayl tizimlari
Flesh-xotiraning asosiy zaif joyi- qayta yozish davriyligining kamligidir. Vaziyat OS ma’lumotlarni ko‘pincha bir xotira maydoniga yozib borishi natijasida yanada og‘irlashadi. Masalan, fayl tizimi jadvali juda tez yangilanib turadi, shuning uchun xotiraning oldingi sektorlari o‘z zahirasini ancha erta tugatadi. Yuklamani taqsimlash esa xotirani ishlash muddatini sezilarli darajada oshiradi.

Bu muammoni hal qilish uchun maxsus fayl tizimlari: exFAT Microsoft Windows operasion tizimlari uchun va JFFS2 va YAFFS GNU/Linux operasion tizimlari uchun ishlab chiqilgan.

USB flesh xotira modullari va xotira kartalari SecureDigital va CompactFlash o‘rnatilgan kontrollerga ega bo‘lib, u xatoliklarni topish va tuzatishni amalga oshiradi. Flesh-xotira modullari axborotni qayta yozish zahirasidan bir maromda foydalanishga harakat qiladi. Bunday qurilmalarda maxsus fayl tizimini qo‘llash maqsadga muvofiq emasligi bois oddiy FAT fayl tizimidan foydalaniladi.

Flesh-xotira modullarining qo‘llanish sohalari

Flesh-xotira modullari qo‘llanish sohasining kengligi bilan boshqa xotira qurilmalaridan ajralib turadi. Flesh xotira modullarining NAND turi keng ishlatilmoqda. U raqamli qurilmalarning USB interfeys portlariga yengil ulanadi hamda kompyuterlarga o‘rnatilgan zamonaviy operasion tizimlarning barchasida qo‘llab quvvatlanadi.

Xotiraning NOR turi ko‘pincha kompyuterlarda, DSL tipidagi modemlar va marshrutizatorlarning BIOS va ROM xotira modullarida keng qo‘llanilgan.

Katta tezlikga, hajmi va fizik o‘lchami jihatidan ixchamligi tufayli USB flesh-xotira qurilmalari bozordan oddiy disketlarni sekin siqib chiqarmoqda. Masalan, Dell kompaniyasi 2003 yildan boshlab 3.5 dyumli disklarni yurituvchi qurilmalarni o‘z kompyuterlariga o‘rnatishni to‘xtatib qo‘ygan.

Bugungi kunda USB flesh-xotira modullari keng assortimentda, ajoyib dizaynlarda va turli shakl va o‘lchamlarda ishlab chiqarilmoqda.

Hozirgi kunda dunyoning elektronika sohasida yetakchi bo‘lgan firmalari tomonidan qattiq disklarni flesh-xotira modullari (qurilmalari) bilan almashtirish borasida ham izlanishlar olib borilmoqda. Buning hisobiga birinchidan kompyuterlarning narxi arzonlashsa ikkinchidan operasion tizimni xotiraga yuklash tezligi keskin oshadi. Masalan, uchinchi dunyo mamlakatlari uchun narxi 100$ atrofida bo‘lgan noutbuk rusumli kompyuterlarini ishlab chiqish loyihasida qattiq diskning o‘rnida 1 Gb hajmga ega bo‘lgan flesh xotira modullarini o‘rnatish ko‘zda tutilgan.

Flesh-xotiraning ishlash prinsipi

“Suzuvchi” qulfda zaryad mavjud bo‘l-magan paytda musbat maydon ta’siri ostida boshqariluvchi qulfda, “istok” va “stok” o‘rtasidagi taglikda n-kanal paydo bo‘ladi va ular o‘rtasida kuch-lanish yuzaga keladi (2-rasm).

“Suzuvchi” qulfda zaryadning mavjud bo‘lishi tranzistorning volt-amper ko‘rsatkichlarini shunday o‘zgartira-diki, natijada axborotni oddiy o‘qish uchun kanal paydo bo‘lmaydi va “istok” va “stok” o‘rtasida kuchlanish yuzaga kelmaydi (3-rasm).

Dasturlashtirishda “stok” va boshqa-riluvchi “qulf” ga yuqori kuchlanish beriladi (odatda qiymati ikki marta katta). «Qaynoq» elektronlar kanaldan suzuvchi qulfga qarab “injeksiya” ga kirishishi tufayli tranzistorning volt-amper ko‘rsatkichlari o‘zgaradi. Bunday elektronlarga ular potensial to‘siqdan oshib o‘tishi uchun yetarli bo‘lgan yuqori energiyaga ega bo‘lganligi sababli “qaynoq” elektronlar deb atashadi (4-rasm).

Axborotni o‘chirish uchun ”istok”ga yuqori musbat kuchlanish beriladi. Boshqaruvchi “qulf”ga yuqori manfiy kuchlanish berilishi bilan elektronlar “istokda “tunnel”lashadi (5-rasm).