من الصعب تصديق أنَّ جميع صورك، مقاطعك المصوّرة، ملفاتك الصوتيّة، رسائلك النصيّة وتطبيقاتك يمكن تخزينها بحجم كفّ يدك، وبالنسبة لمعظمنا يبدو كاللغز كيف يمكن لكلّ هذه المعلومات أن تحتوى في مثل هذه المساحة الصغيرة.
لكن قد يبطل العجب عندما ترى كمية التعقيد داخل هاتفك الذكي، أو ما بداخل محرك أقراص الحالة الصلبة SSD المتواجد بشكلٍ شائعٍ في الحواسيب الذكيّة والمكتبيّة.
 |
| ssd storage |
شرح مفصل لكيفية تخزين البيانات على محركات الأقراص ssd
ومحركات أقراص الحالة الصلبة أن تخزن عشرات آلاف الصور والملفات، دعونا نستكشف عميقًا ونكبّر الصورة حتى نصل إلى رؤية بحجم النانو، حيث يمكن هنا رؤية تشكيلات تدعى VNAND تقوم بحمل كلّ البيانات في هاتفك الذكي وحاسوبك.
وبالطبع ستحصل على فهم شامل لكيف يمكن لهذا الجهاز الصغير أن يخزن أسابيع من المقاطع المرئية عالية الدقة، عشرات الآلاف من الصور أو مئات الآلاف من الأغاني في مساحة صغيرة جدًا جدًا.
كيف ترى أجهزة الكمبيوتر الصور، رحلة من البكسلات إلى العالم الرقمي
- 255-0-0 يعطينا اللون الأحمر
- 0-255-0 يعطينا اللون الأخضر
- 0-0-255 يعطينا اللون الأزرق
- 255-255-0 يعطينا اللون الاصفر
- 255-255-255 يعطينا اللون الأبيض
- 0-0-0 يعطينا اللون الأسود
تحويل الوان البيكسل إلى ارقام يفهمها الكمبيوتر
الصورة هي شبكة من البكسلات الملونة، لذا دعونا نحوّلها إلى شبكةٍ من القيم، تقريبًا مثل جدول البيانات في إكسل، لكنها تدعى مصفوفة بدلًا من جدول بيانات.
 |
| بكسل |
مصفوفة البيانات هذه هي ما يتعامل معه حاسوبك، وليس مصادفةً أنها أيضًا تشكّل المعلومات التي تسجّلها كاميرة هاتفي الذكي عندما ألتقط صورة.
 |
| بكسل بلغة الباينري |
ملاحظة سريعة: إن أردت رؤية البكسلات في أي صورة، كلّ ما عليك هو فتحها في برنامج لتعديل الصور مثل الرسام أو الرسام 3D في حالتنا، وكبّر الصورة.
وإن أردت رؤية قيم الأحمر، الأخضر والأزرق أو ما يدعى RGB، فقط استخدم أداة القطّارة، واضغط على البكسل ثم اضغط على خيار تعديل اللون.
هنا تمامًا يمكنك رؤية القيم الثلاثة للأحمر، الأخضر والأزرق واللون الناتج عنها.
تحويل الأصفار و الواحدات بلغة الباينري إلى الكترونات و تخزينها
بمجموع حوالي 12 مليون بكسل أو 12 ميغابكسل والتي تتعلّق بالدقة 12 ميغابكسل لكاميرا هاتفي المحمول.
هنا يمكننا رؤية خلايا الذاكرة والتي تُستخدم في جميع هواتفك الذكية وأجهزتك اللوحية
وكذلك داخل محرك أقراص الحالة الصلبة SSD في حاسوبك.
 |
| خلية الذاكرة ctf |
أهم ما بصائد الشحنة أنه مصمّم خصيصًا كي يحتفظ بالشحنة لعقود بعد شحنه بالإلكترونات، وهو الشكل الذي تحفظ به المعلومات أو تكتب في محرك أقراص الحالة الصلبة SSD، إنه يحبس الإلكترونات أو الشحنات لسنوات، ومن أجل قراءة المعلومات يقاس مقدار شحنة الإلكترونات بدون أن تتغير كمية الشحنة في صائد الشحنة.
لكن كي يتمّ حذف البيانات تزال جميع الإلكترونات من صائد الشحنة لتعود إلى مستواها الأدنى وهو 1-1-1 بدون أن تترك خلفها أي شحنة إلكترونية فائضة.
كيف تنظّم خلايا الذاكرة بحيث نستطيع تخزين أكثر من 3 بِتات من المعلومات
هذا الاصطفاف لخلايا الذاكرة هو ما يدعى تقنيًا بالسلسلة String وهي مكونة من 10 خلايا فلاش صائدة للشحنة
لتعمل بهذا الشكل: تقول أولًا بوابة التحكم السفلية: "يا صائد الشحنة 1 ما هو مستوى الشحنة الإلكترونية لديك؟" لترسل الخلية السفليّة تلك المعلومة عبر مركز السلسلة صعودًا إلى الطريق الرئيسيّ في الأعلى، والذي يدعى تقنيًا بخط البِتات Bitline.
نفس الترتيب يحدث عندما تضاف الشحنات إلى صائد الشحنة وهي الطريقة التي تكتب بها المعلومات إلى خلية الذاكرة، الأمر الأساس أنه لا يمكن إلا لطبقة واحدة في السلسلة أن يتم الكتابة عليها أو القراءة منها في أي لحظة من الزمن.
مضاعفة خلايا الذاكرة للحصول على أكبر قدر ممكن من سعة التخزين
دعونا نتقدّم أكثر في التعقيد، لنقوم بمضاعفة هذه السلسلة 32 مرة ليصبح لدينا صفحة من السلاسل.
- اي هناك خلية ذاكرة التي تحتفظ بالإلكترونات تمت مضاعفتها بشكل عامودي لتصبح سلسلة.
- والآن ضاعفنا السلسلة بشكل أفقي ليصبح لدينا صف.
- نقوم بمضاعفة الصفوف 6 مرات حتى نحصل على كتلة،
عندما نضاعف السلسلة نضاعف أيضًا خط البِتات أيضًا 32 مرة، لكن بدلًا من أن نضاعف بوابات التحكم سنجعل كل خلية في نفس الصفحة تتشارك على بوابة تحكم مشتركة، مما يجعلها تتشارك بذلك عندما يتم الكتابة أو القراءة في الصف، بحيث كامل الصفحة المكونة من 32 خلية متجاورة في نفس الطبقة تفعّل في نفس اللحظة.
سنقوم بوصل قمم كل سلسلة في العمود معًا، ليتشاركوا جميعًا نفس خط البِتات، ليبدو الآن خط البِتات كما لو أنه طريق رئيسيّ، كذلك سنضيف بوابة تحكم لتختار ما بين الصفوف، بحيث يمكن لصف واحد فقط أن يستخدم خط البِتات في كلّ مرة، وهي ما تدعى بمنتقيات خط البِتات Bitline selectors.
كما أسلفنا تشبه خطوط البِتات هذه الطرق الرئيسيّة والمنتقيات في الأعلى تعمل كإشارة مرور لتنظّم تدفق المعلومات بحيث يمكن لصف واحد فقط أن يستخدم الطريق الرئيسي أو أن يتم تنشيطه في كلّ مرة.
بشكلٍ مشابه تعمل بوابات التحكم المرتبطة بكلّ طبقة كإشارات مرور للطبقات، بحيث تقوم منتقيات خط البِتات في أعلى كلّ صف ومنتقيات بوابات التحكم على عرض كل طبقة بالسماح لمحرك أقراص الحالة الصلبة SSD بالقراءة من أو الكتابة إلى صفحة واحدة في أيّ لحظة.
بالإضافة إلى ذلك، لتوصيل منتقيات خط البِتات ومنتقيات بوابات التحكم هنالك أسلاك تتدلى من الأعلى بشكلٍ متعامدٍ على خطوط البِتات.
مراجعة سريعة لما تم ذكره سابقًا
ومن ثمّ تتضاعف صفحات السلاسل هذه حتى نحصل على كتلة بعمق 6 صفوف.
ومن هنا ندرك الحجم الفعليّ لشريحة الذاكرة، تبقى جميع المبادئ التي ناقشناها هي ذاتها، لكن ضع في الاعتبار أن الحجم فقط أكبر بكثير مما ناقشناه في مثالنا، من الصعب وضع رقم محدّد لأن المصانع تقوم بشكلٍ مستمرّ بتطوير تصميماتها وهي تحافظ على سرية شديدة تجاه كيف تبدو تصميماتها.
إنما ما بين 96 إلى 136 طبقة طولًا، هذه صورة مقارنة بين ارتفاع شريحة خلايا الذاكرة البالغ عددها 136 خلية متراصة عاموديا
 |
| خلايا الذاكرة مقابل ورقة |
استنساخ الشريحة لمضاعفة سعة التخزين
تتشكّل الكتل من حوالي 4 إلى 8 صفوف، وهنالك حوالي 4000 إلى 6000 كتلة، توجد على طول الحواف منتقيات بوابات التحكم، ومنتقيات خطوط البِتات على الجانب الآخر، يشكّلون معًا ما يسمى بوحدة فكّ ترميز الصف Row decoder، وباستخدام كلتا مجموعتي المنتقيات كإشارات مرور بإمكاننا الوصول إلى صفحة واحدة، ولتكرار ذلك لصفحة واحدة فقط بعرض 45 ألف خلية أو نحو ذلك تستخدم جميعها خط البِتات لقراءة أو كتابة المعلومات في أي لحظة، لتتجمّع عشرات الآلاف من خطوط البِتات هنا في المخزن المؤقت للصفحة Page buffer حيث تكتب المعلومات أو تقرأ من الصفحة الواحدة.
للحصول على مساحة أكبر قام المهندسون بنسخ هذا النموذج إلى الجانب الآخر، بإمكان هذه الشريحة القراءة أو الكتابة بمعدل حوالي 500 ميغابايت بالثانية، هذا يعني أنها قادرة على القراءة أو الكتابة إلى حوالي 63 كتلة كلّ ثانية، هذا سريعٌ بشكلٍ لا يصدّق.
 |
| شريحتين ذاكرة |
يحبّ المهندسون تجميع المزيد من الأشياء في أصغر مساحة ممكنة، لذا فوق الحصول على مصفوفة ضخمة من خلايا الذاكرة في هذا النموذج المعقد بشكلٍ مهول، قرروا نسخ هذه الشريحة 8 مرات ورصفوها على رقاقة واحدة، ويوجد في الأسفل شريحة واجهة إضافية تستخدم للتنسيق بين الخلايا الثمانية المختلفة.
ختام رحلتنا في عالم تخزين ذاكرة الفلاش
وهذا كلّ شيء، هذا كلّ ما يتواجد في هذه الرقاقة والتي تتواجد في قلب كلّ قطعة من هواتفك الذكيّة، أجهزتك اللوحيّة أو محركات أقراص الحالة الصلبة SSD لديك.
إذا تعلمت شيئًا جديدًا، شارك هذه المقالة مع الآخرين، قم بتغريدها ونشرها على لوحة المناقشة المفضلة لديك أو شاركها على وسائل التواصل الاجتماعي حتى يتمكن الآخرون من تعلم كيف تعمل هذه التكنولوجيا المذهلة.
