Flesh-xotira

Flash xotira 
Flash xotira — elektr uzilganda ham ma’lumotni saqlab qoladigan (non-volatile) yarimo‘tkazgichli saqlash texnologiyasi bo‘lib, ma’lumotlarni o‘qish, yozish va blok yoki sahifa bo‘yicha o‘chirish imkonini beradi. Bugungi kundagi USB flesh-disklar, SD/microSD kartalar, smartfon va SSD (solid-state drive) qurilmalari ko‘pincha NAND flash xotiraga asoslangan.

 Tarixiy xulosalar va ixtiro 
Flash xotiraning asosiy printsiplari 1970-yillarda paydo bo‘lgan floating-gate (yashirin qavatli) tranzistor konsepsiyasiga borib taqaladi. Hozirgi ma’nodagi “flash” xotira ixtirosi yapon muhandisi Fujio Masuoka tomonidan Toshiba korxonasida ishlab chiqilgan; uning ish natijalari 1980-yillar boshida shakllandi va Masuoka hamda hamkasblari o‘z natijalarini xalqaro konferensiyalarda namoyish etishgan. Masuoka va hamkasblari NOR va keyinchalik NAND arxitekturasi bilan ishlaganlar; NAND tipi tijoratlashtirilishi va masshtabiy ishlab chiqarilishi bilan barcha ommaviy qurilmalarga kirib bordi. Wikipedia+1

 Bosqichma-bosqich rivojlanish (asosiy tariх) 

 1967–1970-yillar: Floating-gate tranzistor (floating-gate MOSFET) konsepsiyasi va EPROM/EEROM­ning dastlabki ishlari yaratiladi.
 1980-yillar: Fujio Masuoka flash xotira g‘oyasini ishlab chiqadi; NOR flash printsipi 1984-yilda taqdim etiladi, NAND arxitekturasi esa keyingi yillarda rivojlantiriladi va tijoratlashtiriladi. Wikipedia
 1987–1989-yillar: NAND flash chiplari tijorat ishlab chiqarishga kiradi (Toshiba va boshqa ishlab chiqaruvchilar). Wikipedia+1
 1994: SanDisk birinchi CompactFlash formatidagi xotira kartasini ishlab chiqaradi — bu portativ raqamli fotoapparatlar va boshqa qurilmalarda keng qo‘llanila boshlaydi. Wikipedia
 1999: Secure Digital (SD) kartasi rasmiy ravishda joriy etiladi; SD kartasi SanDisk, Panasonic (Matsushita) va Toshiba hamkorligida ishlab chiqilgan va keng ko‘lamda qabul qilinadi. Wikipedia
 2000-yillar oxiri: NAND flash asosidagi SSD (solid-state drive) mahsulotlari iste’molchi va korxona bozorlariga kiradi; Intel kabi kompaniyalar 2008 yilda keng e’tibor qozongan X25-M kabi mahsulotlar bilan SSDni ommalashtirishga katta hissa qo‘shadi. Wikipedia

 Texnik printsiplar 
Flash xotira hujayrasi floating-gate MOSFET dan tashkil topgan. Har bir xujayrada zaryad saqlanishi mumkin bo‘lib, bu ma’lumotning 1 yoki 0 holatini belgilaydi. Asosiy operatsiyalar:

 O‘qish (read): hujayra holatini o‘qish orqali amalga oshiriladi.
 Yozish (program): elektr tok yordamida hujayraga zaryad joylanadi.
 O‘chirish (erase): odatda butun blok yoki sahifa bo‘yicha amalga oshiriladi (NORda ham, NANDda ham erash granulyarligi farqlidir).

 NOR va NAND farqlari 

 NOR flash: har bir hujayraga to‘g‘ridan-to‘g‘ri murojaat qilib o‘qish imkonini beradi (random access o‘qish uchun ma’qul), shuning uchun firmware va kodlar uchun keng ishlatiladi. NOR hujayrada o‘qish tezligi yuqori, ammo sig‘imi va narxi jihatidan NANDga nisbatan kamroq foydali.
 NAND flash: blok/sahifa asosida o‘qish/yozishni qo‘llab-quvvatlaydi, zichligi yuqori va bir bitga tushadigan maydon arzonroq; shuning uchun masshtabli saqlash (SSD, SD kartalar, USB-disklar) uchun mos. (Arxitektura nomi NAND va NOR mantik eslatmalariga asoslanadi.) Wikipedia

 Cell turlari (SLC/MLC/TLC/QLC va boshqalar) 
Hujayrada saqlanadigan bitlar soniga qarab turlar ajraladi:

 SLC (Single-Level Cell): har hujayrada 1 bit; eng yuqori chidamlilik va tezlik (P/E sikllari ko‘p), lekin eng qimmat.
 MLC (Multi-Level Cell, asosan 2 bit): zichlik va narx jihatidan muvozanat.
 TLC (Triple-Level Cell, 3 bit): sig‘im qatoriga qimmatboplik, lekin chidamliligi SLCga nisbatan pastroq.
 QLC (Quad-Level Cell, 4 bit): katta sig‘im, arzonroq, lekin eng kam P/E sikllar va pastroq ishlash.   Keyingi avlodlarda 3D NAND (vertikal qatlamlash) va tadqiqotlarda PLC (5-bit per cell) kabi konseptsiyalar rivojlanmoqda; bular xotira zichligini oshirishga yo‘naltirilgan, lekin muayyan cheklovlarni (endurance, qattiq boshqaruv algoritmlari) keltirib chiqaradi. Wikipedia+1

 Ishlash va chidamlilik (endurance) 

 P/E sikllari (Program/Erase cycles): har bir hujayra ma’lum miqdorda yozish/o‘chirish sikllariga chidaydi; SLC eng ko‘p, QLC esa eng kam sikllarga ega.
 Wear leveling: xotira hayoti davomida yozuvlarni bir xil bloklarga taqsimlash orqali tez eskirishni kamaytiruvchi algoritm.
 ECC (Error-Correcting Code): hujayra xatoliklarini tuzatish uchun majburiy; yuqori zichlikli (TLC/QLC) NANDlarda kuchli ECC talab qilinadi.
 Trim/garbage collection va over-provisioning: SSD va boshqa flash qurilmalarda izchil ishlash va chidamlilikni ta’minlash uchun qo‘llaniladi.

 Arxitekturaviy komponentlar (SSD va boshqalar) 
SSD va ko‘pgina flash qurilmalarda faqat NAND chiplar emas, balki quyidagilar ham muhim:

 Kontroller — NAND bilan muloqot, ECC, wear-leveling, garbage collection, va interfeys (SATA, NVMe) funksiyalarini bajaradi.
 Interfeyslar — SATA, PCIe/NVMe kabi yuqori tezlikli protokollar SSDning tizim bilan ishlash samaradorligini belgilaydi.
 Over-provisioning — ishlab chiqaruvchi tomonidan ajratilgan qo‘shimcha joy, bu garbaj collection va wear-levelingni yaxshilaydi.

 Qo‘llanilishi 
Flash xotira keng spektrli qurilmalarda ishlatiladi: portativ xotira (USB flash), xotira kartalari (CF, SD), smartfon va planshetlar, SSDlar (kompyuter, server), IoT va embedded tizimlar, avtomobil elektronikasida firmware saqlash va hokazo. Kichik o‘lcham, tebranishga chidamlilik va past quvvat iste’moli uni ko‘plab portativ va sanoat ilovalarida ustun qiladi. Wikipedia+1

 So‘nggi rivojlanishlar va tendensiyalar 

 3D (V-NAND) texnologiyasi: qatlamlarni vertikal ravishda ko‘paytirish orqali zichlikni oshirish (Toshiba 2007 yilda, Samsung mass-ishlab chiqarishda 2013 va keyinroq). Wikipedia
 NVMe protokoli va PCIe interfeyslari: SSDlarning sezilarli tezlashuvini ta’minladi.
 Kuchaytirilgan ECC va mahsus kontrollerlar: yuqori zichlikdagi NANDlar (TLC/QLC) uchun samarali ishlash va uzluksiz ish faoliyatini ta’minlaydi.
 Energiya samaradorligi va ilg‘or arxitekturalar: ma’lumot markazlari va mobil qurilmalar uchun muhim.

 Muammolar va cheklovlar 

 Yozish/o‘chirish sikllarining chegaraliligi — flash xotira vaqt o‘tishi bilan eskiradi.
 Ma’lumotni uzoq muddat (yillar) saqlashdagi degradatsiya — ayniqsa yuqori zichlikli hujayralarda zaryad tushishi tufayli yuzaga keladi.
 Ma’lumotni o‘chirish granulyarligi — NANDda o‘chirish butun blok bo‘yicha amalga oshiriladi, bu ba’zan samaradorlikni pasaytiradi.
 Xavfsizlik va ma’lumotlarni to‘liq o‘chirish — SSDlarda ma’lumotlarni butunlay yo‘q qilish uchun maxsus protseduralar zarur bo‘lishi mumkin.

 Izohlar va manbalar 
Yuqoridagi tarixiy va texnik ma’lumotlarning eng muhim manbalari: Fujio Masuoka va flash xotira tarixi bo‘yicha enciklopediya va IEEE/texnik manbalar; CompactFlash va SD kartalarning texnik va tarixi bo‘yicha sanoat hujjatlari va ma’lumotlar. Asosiy qo‘llanilgan onlayn manbalar: Wikipedia (Flash memory, Fujio Masuoka), IEEE Spectrum maqolalari (Toshiba NAND tarixi), CompactFlash va SD sahifalari hamda Intel X25-M mahsuloti va NAND hujayra turlariga bag‘ishlangan tahliliy maqolalar