Flash memory ? แผ่นจิ๋วแห่งความจำ
ความเป็นมาของแฟลช
หน่วย ความจำแฟลชเป็นสิ่งประดิษฐ์จากการคิดค้นของ ดร. ฟูจิโอะ มัสซุโอกะ ระหว่างทำงานให้โตชิบาในปีค.ศ. 1984 สาเหตุที่ตั้งชื่อว่า ?แฟลช? เพราะเพื่อร่วมงานของ ดร. ฟูจิโอะ ตั้งข้อสังเกตว่า กระบวนการลบข้อมูลของมันชวนให้นึกถึงแสงวาบจากกล้องถ่ายรูป ดร. ฟูจิโอะ นำเสนอรายงานสิ่งประดิษฐ์ใหม่นี้ต่อสมาคม IEEE ในปีเดียวกันและได้รับความสนใจจากบริษัท Intel ซึ่งเห็นศักยภาพของสิ่งประดิษฐ์นี้และต่อมาได้นำมาสร้างเป็นสินค้า แฟลชที่วางตลาดครั้งแรกเป็นชนิด NOR ในปีค.ศ.1988
แฟลช แบบ NOR แม้จะเขียนและลบข้อมูลได้ช้า แต่ก็เหมาะที่จะนำมาใช้แทน ROM ในงานที่ไม่ต้องเขียนหรือลบข้อมูลบ่อยเช่น BIOS ของเครื่องคอมพิวเตอร์ และ firmware ของกล่องเคเบิ้ลทีวี แฟลชแบบ NOR ทนการลบและเขียนข้อมูลได้ 10,000 ครั้ง อุปกรณ์ที่มีคอมพิวเตอร์ฝังในตัวรุ่นแรกๆ จะใช้แฟลชแบบ NOR ทั้งนั้น
โตชิ บาประกาศตัวแฟลชแบบ NAND ในปี ค.ศ. 1989 มันสามารถลบและเขียนข้อมูลได้รวดเร็วกว่า NOR ชิพมีขนาดเล็กกว่า ความจุสูงกว่าและมีราคาต่ำกว่า NOR แต่มีความทนทานกว่าแฟลชแบบ NOR สิบเท่า ข้อเสียของแฟลชแบบ NAND คือเราไม่สามารถเข้าถึงแต่ละเซลได้โดยตรง ต้องอ่านข้อมูลเป็นบล็อก โดยแต่ละบล็อกปรกติจะมีขนาดหลายร้อยถึงหลายพันบิต จึงไม่เหมาะที่จะใช้แทนที่ ROM เพราะไมโครโปรเซสเซอร์จำเป็นต้องอ่านคำสั่งทีละไบต์
แฟลช แบบ NAND เหมาะจะใช้ทำหน่วยความจำสำรอง ดังนั้นเราจึงเห็นมีบริษัทผู้ผลิตนำแฟลชแบบ NAND มาทำเป็นการ์ดหน่วยความจำแบบต่างๆ โดยเริ่มจาก SmartMedia (SM) ตามด้วย MultiMediaCard (MMC), Secure Digital (SD), Memory Stick และการ์ด xD-Picture ปัจจุบันมีผู้ผลิตนำ NAND มาสร้างหน่วยความจำรูปแบบใหม่ออกมาเรื่อยๆ เช่น RS-MMC, MiniSD, MicroSD และอื่นๆ อีกมาก
การ์ดจิ๋วหลากแบบ
แม้ จะมีการ์ดหน่วยความจำแฟลชลักษณะต่างๆ จำนวนมาก แต่ก็ไม่ยุ่งยากต่อการใช้งานนัก เพราะหากเราซื้อเครื่องอ่านการ์ดหน่วยความจำแบบอ่านได้หลายชนิด (multi reader) เราจะอ่านหน่วยความจำเหล่านี้ได้เกือบทุกแบบ เช่น SD, MMC, CompactFlash และ Memory Stick คงมีเพียงไม่กี่แบบที่อ่านไม่ได้ เช่นการ์ดขนาดจิ๋วที่ใช้ในโทรศัพท์มือถือ
เล็ก เล็กกว่า เล็กที่สุด
หาก ท่านเดินชมสินค้าในห้างจำหน่ายสินค้าไอที ท่านจะพบว่ามีหน่วยความจำแฟลชรูปแบบต่างๆ มากมาย อาทิ SD, MMC, RS-MMS, MMC Micro, miniSD และ MicroSD ท่านเคยสงสัยหรือไม่ว่าการ์ดเหล่านี้แตกต่างกันอย่างไร
SD ย่อจาก Secure Digital เป็นหน่วยความจำแฟลชชนิดที่พบเห็นได้ทั่วไป โดยพัฒนามาจาก MMC หรือ MultiMedia Card ที่เริ่มมีใช้มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1997 โดยขนาดของ MMC คือ 24x32x1.5 มิลลิเมตร ส่วน SD จะมีขนาด 32x24x2.1 มิลิเมตร แม้จะมีขนาดแตกต่างกันแต่โครงสร้างการทำงานเหมือนกัน ทำให้อุปกรณ์ที่สนับสนุน SD จะสามารถอ่านเขียน MMC ได้ด้วย
บริษัท ที่ใช้ SD และ MMC เป็นหลักได้แก่ โกดัก แคนนอน และซัมซุง โดยใช้ในกล้องดิจิตอล PDA และอุปกรณ์มัลติมีเดียแบบพกพา โดยทั่วไปแล้ว SD จะมีความจุไม่เกิน 2GB แต่ก็มี SD แบบพิเศษที่มีความจุ 4GB หรือมากว่า เช่น SDHC ซึ่งมีขนาดและรูปร่างเหมือนกับ SD แต่มีความจุ 4GB อย่างเช่น SDHC ยี่ห้อ Sandisk
มี MMC รุ่นพิเศษที่มีขนาดเล็กกว่า MMC ธรรมดาครึ่งหนึ่ง เรียกว่า RS-MMC (Reduce size MMC) ซึ่งมีขนาดเพียง 24x16x1.5 มิลลิเมตร
ราว กับต้องการแกล้งให้ผู้ซื้อสับสนยิ่งขึ้นอีก ผู้ผลิตจึงนำเสนอ SD แบบใหม่อีกหลายแบบ เช่น MiniSD ซึ่งมีขนาด 20×21.5×1.4 มิลลิเมตร และยังมีแบบที่มีขนาดเล็กไปกว่านั้นอีกเรียกว่า MicroSD ซึ่งเล็กกว่าเท่าตัว คือมีขนาดหดเหลือเพียงแค่ 11x15x1 มิลลิเมตร MicroSD ส่วนใหญ่จะถูกผลิตขายโดยบริษัท ScanDisc ภายใต้ชื่อทางการค้าว่า TransFlash (ทรานส์แฟลช)
ไดร์ฟขนาดนิ้วมือ
การ ประยุกต์ใช้งานหน่วยความจำแฟลชที่เราพบเห็นบ่อยที่สุดคือ Thumb drive หรือ USB drive เป็นอุปกรณ์หน่วยความจำที่ถูกสร้างจากชิพคอมพิวเตอร์ขนาดจิ๋วและหน่วยความจำ แฟลชแบบ NAND ผนึกรวมกันไว้ในแท่งพลาสติกเล็กๆ มีหัวเสียบ USB เพื่อให้สามารถใช้งานกับ PC และอุปกรณ์ทุกอย่างที่มีขั้วต่อ USB ได้ทันที? โดย Thumb drive รุ่นเก่าๆ ถูกออกแบบมาให้ทำงานกับ USB รุ่น 1.1 ขณะที่ Thumb drive รุ่นใหม่ๆ ถูกออกแบบให้ทำงานได้กับ USB รุ่น 2.0 ซึ่งเร็วกว่า
Thumb drive มีหลายขนาดหลายราคา เริ่มตั้งแต่แบบมีความจุไม่กี่เม็กกะไบต์ ไปจนถึง 8GB และนานวันก็เริ่มมีความจุต่อราคาลดลงเรื่อย ในขณะที่กำลังเขียนบทความนี้ Thumb drive ขนาด 1GB ราคาลดเหลือประมาณ 400 บาท คาดว่าอีกไม่นานเราคงได้ใช้ Thumb drive ขนาด 32GB ที่มีราคาไม่ถึงพันบาท
NAND กับ NOR ต่างกันอย่างไร
นับ วันอุปกรณ์อีเล็กทรอนิกส์ประเภทที่มีคอมพิวเตอร์ฝังอยู่ภาย ในจะมีหน่วยความจำแบบแฟลชปริมาณมากขึ้นเรื่อยๆ แล้วเราควรใช้หน่วยความจำแฟลชแบบ NAND กับอุปกรณ์ประเภทใด? หรือใช้ NOR กับอุปกรณ์ประเภทใดจึงจะเหมาะสม แฟลชสองแบบนี้แตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร
โดย ธรรมเนียมปฏิบัติเราจะใช้ NOR เพื่อเก็บคำสั่งที่มีจำนวนไม่มากนักของเครื่องคอมพิวเตอร์พกพาและโทรศัพท์ เคลื่อนที่ NOR เหมาะกับงานลักษณะนี้เพราะทำงานเร็ว และสามารถเข้าถึงข้อมูลทีละบิตได้ เราจึงมักเห็น NOR ถูกนำมาใช้ทำหน้าที่เป็น firmware ใช้ทำเป็นคำสั่งบู๊ตระบบปฏิบัติการ และใช้เก็บข้อมูลที่เปลี่ยนแปลงบ่อย
NAND มักถูกใช้เพื่อเก็บข้อมูลปริมาณมากๆ เช่นทำเป็น USB Thumb drive หน่วยความจำในกล้องดิจิตอลและเครื่องเล่น MP3 เนื่องจากมีราคาต่ำกว่า ความจุสูงกว่า เขียนและลบข้อมูลได้เร็วกว่า มีอายุการใช้งานที่ยืนยาวกว่า NAND จึงเหมาะกับการนำมาใช้ในงานที่ต้องอ่านเขียนข้อมูลปริมาณมากๆ เป็นข้อมูลแบบเรียงต่อเนื่องกัน หรือไฟล์ใหญ่ๆ ที่ต้องถูกโหลดจากหน่วยความจำอย่างรวดเร็วและถูกแทนที่ด้วยข้อมูลใหม่อยู่ เรื่อยๆ
การ เลือกว่าจะใช้ NAND หรือ NOR บางครั้งก็ไม่ง่ายนัก เพราะอุปกรณ์อีเล็กทรอนิกส์ทีมีคอมพิวเตอร์ฝังภายในรุ่นใหม่ๆ เป็นอุปกรณ์ที่ต้องการหน่วยความจำปริมาณมากๆ ซึ่งเหมาจะใช้ NAND แต่ในขณะเดียวกันอุปกรณ์เหล่านั้นก็มีตัวประมวลผลความเร็วสูง ซึ่งต้องการหน่วยความจำสำหรับเก็บคำสั่งจำนวยมาก (เพราะทำงานกับระบบปฏิบัติการรุ่นใหม่ที่ใช้หน่วยความจำมากขึ้น) ยกตัวอย่างเช่น PDA รุ่นใหม่ที่ต้องการทั้งหน่วยความจำเก็บคำสั่ง และหน่วยความจำเก็บข้อมูลปริมาณมาก ดังนั้นอุปกรณ์ลักษณะนี้จึงมักมีทั้ง NAND และ NOR ในเครื่องเดียวกัน
ทั้ง NAND และ NOR มีข้อดีข้อเสียงที่แตกต่างกัน NOR มีข้อดีที่อ่านข้อมูลที่มีอยู่ได้รวดเร็ว แต่มีข้อเสียที่ลบและเขียนข้อมูลใหม่ได้ช้า ขณะที่ NAND มีข้อดีที่ลบและเขียนข้อมูลใหม่ได้เร็วกว่า แต่การเข้าถึงข้อมูลแต่ละไบต์แบบไม่เรียงตามลำดับ (random access) ทำได้ช้ากว่า และ NAND มีแนวโน้มที่จะมีความผิดพลาดในระดับบิตสูงกว่า ทำให้ต้องมีฮาร์ดแวร์หรือซอฟท์แวร์เพื่อตรวจสอบและเฝ้าระวังความผิดพลาด
หลักการทำงานของแฟลช
หน่วย ความจำแบบแฟลชเก็บข้อมูลไว้ในแถวของทรานซิสเตอร์แบบ floating-gate ที่เรียกว่า ?เซล? โดยภายในหนึ่งเซลสามารถเก็บข้อมูลได้หนึ่งบิต หน่วยความจำแฟลช รุ่นใหม่ๆ ใช้เทคโนโลยีการผลิตที่เรียกว่า ?เซลหลายระดับ? (multi-level cell หรือ MLC) ทำให้เก็บข้อมูลได้มากกว่าหนึ่งบิตภายในเซลเดียว
การ ผลิตแฟลชแบบ NOR ทำได้โดยนำทรานซิสเตอร์แบบมอสเฟต (MOSFET) มาใช้สร้างเซล แต่เป็นมอสเฟตพิเศษที่มีขาเกตสองขา (ปรกติทรานซิสเตอร์แบบมอสเฟตจะมีขาเกตเพียงขาเดียว) เกตบนเรียกว่าเกตควบคุม (control gate ต่อไปจะเรียกว่า CG) ซึ่งเหมือนกับทรานซิสเตอร์แบบมอสทั่วไป และมีเกตล่าง เรียกว่าเกตลอยหรือ floating-gate (ต่อไปจะเรียกย่อว่า FG) เกตทั้งสองถูกแยกไว้ไว้ด้วยชั้นบางๆ ของออกไซด์
ด้วย เหตุที่ FG และ CG ถูกแยกกันไว้ด้วยชั้นบางๆ จึงมีผลให้ประจุอิเล็กตรอนถูกกักไว้ในบริเวณนั้นได้นานหลายปี หากไม่ถูกป้อนไฟฟ้า เซลของ NOR จะมีตรรกะเป็นจริง (ตรงกับเลข 1 ในระบบเลขฐานสอง) วิธีโปรแกรมให้เซลกลายเป็นศูนย์ทำได้โดยใช้กรรมวิธีต่อไปนี้
หน่วย ความจำแฟลชแบบ NOR มีสองแบบ แบบแรกมีราคาถูก เรียกว่า Single Level Cell เหมาะใช้ในอุปกรณ์ที่มีความจุไม่มากนัก คือประมาณ 16 ถึง 128MB และแบบ Multi Level Cell ที่มีราคาแพงกว่า เหมาะใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องการความจุระหว่าง 256MB ถึง 1GB เราอาจพบหน่วยความจำแฟลชแบบ NOR ได้ในอุปกรณ์หลากหลายประเภท เช่น BIOS, PDA, เครื่องพิมพ์, เราเตอร์ และแลนสวิทช์
ส่วน หน่วยความจำแฟลชแบบ NAND เรามักพบในอุปกรณ์พกพาที่มีตัวเชื่อมต่อแบบ USB เช่น USB แฟลชไดร์ฟและการ์ดหน่วยความจำในท้องตลาดจะเป็นแฟลชแบบ? NAND เสียเป็นส่วนใหญ่
ข้อจำกัดของแฟลช
ข้อ จำกัดของหน่วยความจำแฟลช (ทั้งแบบ NOR และ NAND) คือ แม้เราจะสามารถอ่านและเขียนบิตใดๆ ของมันก็ได้ แต่เวลาลบข้อมูล เราจะต้องลบพร้อมกันหมดทั้งบล็อก (คือต้องเซตบิตให้มีค่าเป็นหนึ่งทั้งหมด) เมื่อต้องการโปรแกรมหรือเขียนข้อมูล ก็ทำได้โดยเซตบิตที่ต้องการให้เป็นศูนย์ เมื่อบิตกลายเป็นศูนย์แล้ว เราจะเซตบิตใดๆ บิตเดียวกลับให้เป็นหนึ่งไม่ได้ ต้องลบข้อมูลพร้อมกันหมดทั้งบล็อก
ข้อ จำกัดอีกอย่างของหน่วยความจำแฟลชคือมีอายุใช้งานที่จำกัด โดยสามารถลบและโปรแกรมได้เพียงหนึ่งล้านครั้งเท่านั้น เมื่อคำนวณค่าเฉลี่ยแล้วจะมีระยะการใช้งานประมาณ 51 ปี
อนาคตของแฟลช
?ปัจจุบันเรามีฮาร์ดดิสก์สองแบบ แบบแรกคือที่พังแล้ว แบบที่สองคือที่กำลังจะพัง? นี่ คือคำกล่าวของ Kohut ผู้เชี่ยวชาญด้านคอมพิวเตอร์ของ Lenovo ?ภายในห้าปีคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่จะวิ่งระบบปฏิบัติการในหน่วยความจำแฟลช? ผู้เชี่ยวชาญเชื่อว่าหน่วยความจำแฟลชจะถูกนำมาใช้แทนที่ฮาร์ดดิสก์เพราะมี ข้อดีกว่าหลายอย่าง เช่นไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว จึงทำงานเงียบกว่า มีความร้อนน้อยกว่า ทนทานกว่า มีความเชื่อถือได้สูงกว่า ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่า และมีความเร็วสูงกว่า
ใน ปัจจุบันนี้คอมพิวเตอร์ที่ใช้หน่วยความจำแฟลชแทนฮาร์ดดิสก์เริ่มปรากฏให้ เห็น เช่นคอมพิวเตอร์ PC รุ่น Q30-SSD ของซัมซุงใช้หน่วยความจำแฟลชแบบ SSD ความจุ 32 GB? และคอมพิวเตอร์สำหรับเด็กในโครงการ OLPC ก็ไม่มีฮาร์ดดิสก์เพราะใช้หน่วยความจำแฟลชเช่นกัน แต่คอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ๆ ส่วนใหญ่ยังคงใช้ฮาร์ดดิสก์เหมือนเดิม สาเหตุที่ฮาร์ดดิสก์ยังไม่ล้มหายตายจากไปในตอนนี้คือราคาที่ตำกว่ามาก เมื่อคำนวณราคาต่อความจุแล้ว หน่วยความจำแฟลชมีราคาแพงกว่าฮาร์ดดิสก์หลายเท่า
เมื่อดูจากแนวโน้มในขณะนี้ ผู้เชี่ยวชาญคาดว่าภายในห้าปี ราคาของหน่วยความจำแฟลชจะใกล้เคียงกับฮาร์ดดิสก์ ?ภายในปีหน้าคุณจะเห็นฮาร์ดดิสก์ที่ทำจากแฟลช มีความจุ 60GB แต่มีราคาเพียงสองในสามของตอนนี้? Kohut กล่าว แม้ปัจจุบันจะมีการ์ดหน่วยความจำแฟลชหลายชนิดจนผู้ใช้สับสนแล้ว แต่แน่นอนว่าบริษัทผู้ผลิตจะยังคงนำเสนอเทคโนโลยีแฟลชแบบใหม่ๆ ตามออกมาอีกเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ซื้อที่ไม่มีวันสิ้นสุด
เบอร์ของ SPI Flash ROM ที่มีใช้ๆกัน ในทุกๆ อุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า อิเล็คทรอนิคส์ รวมถึงโน๊ตบุ๊ค tablet ,Desktop PC , Mobile SPI…
สวัสดีครับเพื่อนสมาชิกชาว repair-notebook.com ทุกท่านครับ เคยตั้งคำถามกันใช่ไม๊ครับว่า "ทำไมเครื่องโน๊ตบุ๊คของเราเวลาที่ถูกใช้ไปนานๆ หรือเวลาที่เล่นเกมส์ที่ใช้กราฟฟิคสูงๆ บางทีเครื่องก็ดับไปเองเลย..." สาเหตุหลักๆเลยครับ... คือเรื่องของการระบายความร้อนของเครื่องโน๊ตบุ๊คของเรา ดังที่ผมได้เคยเขียนบทความเกี่ยวกับ โน๊ตบุ๊คเปิดแล้วดับเอง ตอนที่ 1 (ปัญหาจากความร้อน) สำหรับในตอนที่…
สวัสดีครับเพื่อนๆสมาชิกชาว repair-notebook.com ทุกท่า วันนี้ผมได้ update ความรู้ในเรื่องของการใช้เครื่องมือสักเรื่องนะครับ อุปกรณ์ชิ้นนี้คือ Regulator Atten APS3005S ในฐานะที่เราเป็นช่างซ่อมโน๊ตบุ๊ค เมื่อเราต้องการจะจ่ายกระแสไฟเข้าสู่เมนบอร์ดของโน๊ตบุ๊คเพื่อทดสอบการทำงาน แต่ปรากฏว่าเมื่อทำการเสียบสายของ อะแดปเตอร์เข้าไปแล้ว…
สวัสดีครับเพื่อนๆชาว repair-notebook.com ทุกท่าน เช้าวันเสาร์ที่ 12/05/2555 ผมได้นำความรู้มาแนะนำกันอย่างเช่นเคยครับ บทความในวันนี้เป็นเรื่องของ อุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์เล็กตัวหนึ่งที่อยู่บนบอร์ดของโน๊ตบุ๊ค ซึ่งเพื่อนสมาชิกช่างใหม่ ช่างเก่า หรือท่านผู้สนใจทุกท่านอาจจะไม่ได้ให้ความสนใจกับเจ้าตัวนี้กันซะเท่าไหร่ แต่วันนี้ต้องขอนำมากล่าวตรงนี้เพราะว่า อาการที่เกิดขึ้นกับโน๊ตบุ๊คของเพื่อนๆนั้นก็คือ "USB…
เราทราบกันดีอยู่แล้วครับว่า ระบบปฏิทินวันที่ และค่าความจำพื้นฐานที่เราได้ทำการตั้งค่าใน BIOS นั้น จะถูกเก็บไว้ในส่วนของหน่วยความจำของชิพ ซึ่งมี CMOS Battery จ่ายกระแสเลี้ยงตลอดเวลา ซึ่งรวมถึงในขณะที่เครื่องไม่ได้ถูกใช้งานด้วย ซึ่งจะทำให้ระบบความจำ หรือการโปรแกรมตารางนัดหมาย การจัดการในระบบ เพื่อให้เป็นไปตามช่วงเวลาในแต่ละช่วงๆ…
สวัสดีครับเพื่อนๆสมาชิกชาว repair-notebook.com ทุกท่าน วันนี้นั่งทำงานซ่อมอยู่ก็เลยนึกจะเขียนบทความขึ้นมาให้เป็นความรู้แก่ทุกท่านสักบทความนึง...ตามองไปเห็นบอร์ด DV2000 ซึ่งคิดอยู่ว่าเดี๋ยวจะนำขึ้นมาทดสอบการทำงาน เปิดเครื่องดูว่ายัง"เปิดติดมีภาพอยู่หรือเปล่า" ก็สังเกตุเห็นว่าถ่าน Cmos ของบอร์ดหายไป ก็คิดจะหยิบถ่าน CMOS ก้อนอื่นมาใส่ ก็ต้องหยุดคิดอยู่นิดนึงว่า"แล้วทำไมขั้วของ DV2000…
View Comments
Ekstra strona.
Wonderful beat ! I would like to apprentice while you amend your web site, how could i subscribe for a blog website? The account aided me a acceptable deal. I had been a little bit acquainted of this your broadcast offered bright clear idea
That is a wonderful factor, I am very glad to read this article, and I consent with the ideas of this article. I think this is the best view. I am going to do something after reading it.