ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)

مفهوم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM):

ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) هي جهاز يرجع محتوى موقع الذاكرة فيها إلى مجموعة ذواكر؛ إذ تُخزَّن البيانات فيها لفترة مؤقتة.

أنواع ذاكرة الوصول العشوائي:

توجد أنواع عدة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وتختلف عن بعضها بحسب مدة تخزين البيانات فيها وكيفيَّة استخدامها:

1. Static RAM:

تحتفظ ذاكرة Static RAM بمحتوياتها طوال مدة استخدام الطاقة الكهربائية، ثمَّ تفقد محتواها إلى الأبد بمجرد إيقاف تشغيل الطاقة؛ فتوفِّر أجهزة Static RAM أوقات وصول سريعة جداً؛ لكنَّها أكثر تكلفة في الإنتاج؛ لذا تُستخدَم Static RAM فقط عندما تكون سرعة الوصول هامة جداً.

2. Dynamic RAM:

تمتلك ذاكرة Dynamic RAM عمراً قصيراً جداً للبيانات بحدود أربعة مللي ثانية، وتُستخدم هذه الذاكرة عندما يتطلَّب الأمر كميات كبيرة من ذاكرة الوصول العشوائي نتيجة تكلفتها المنخفضة.

3. Magnetic RAM:

تساهم ذاكرة الوصول العشوائي اﻟﻤﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻴﺔ مساهمة كبيرة في تخزين اﻟﻤﻌﻠﻮﻣﺎت لفترات زمنية طويلة قد تصل إلى 10 سنوات؛ لذا فهي تسد ﻓﺠﻮة اﻷداء ﺑﻴﻦ ﺗﻘﻨﻴﺎت الذاﻛﺮة اﻟﺤﺎﻟﻴﺔ.

ﻋﻨﺼﺮ ﺧﻠﻴﺔ MRAM أساسي وهو ﻣﻦ ﻫﻴﻜﻞ ﺗﻘﺎﻃﻊ ﻧﻔﻖ ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ يفصل ﻗﻄبي ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴين حدﻳﺪين بواﺳﻄﺔ ﺣﺎﺟﺰ ﻋﺎزل رﻗﻴﻖ، ويعتمد ﺗﻴﺎر اﻟﻨﻔﻖ على ﺘﺪﻓُّﻖ اﻟﻬﻴﻜﻞ على الاﺗﺠﺎه اﻟﻨﺴبي ﻟﻠﻤﻐﻨﻄﺔ، وﺗﻐﻴﻴﺮ اﻟﻤﻘﺎوﻣﺔ ﺑﻴﻦ اﻟﻤﺤﺎذاة المتوازية ﻣﻨﺨﻔﻀﺔ اﻟﻤﻘﺎوﻣﺔ واﻟﻤﺤﺎذاة اﻟﻤﻀﺎدة ﻟﻠﻤﻮازية ﻋﺎﻟﻴﺔ اﻟﻤﻘﺎوﻣﺔ على أﻧَّﻬﺎ ﻣﻘﺎوﻣﺔ ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻴﺔ ﻧﻔﻖ (TMR).

ﺗُﻨﻈَّﻢ ﺻﻔﻴﻔﺎت MRAM الكثيفة ﻓﻲ ﻣﺼﻔﻮﻓﺔ ثناﺋﻴﺔ الأبعاد ﻣﻊ ﻋﻨﺎﺻﺮ ﺑﺖ ﻋﻨﺪ ﻛﻞ ﺗﻘﺎﻃﻊ ﺑﻴﻦ ﻋﻤﻮد ﺧﻄﻲ، وتحتاج ﻗﺮاءة ﺑﺖ واﺣﺪ إلى ﺗﺪﻓﻖ ﺗﻴﺎر متحكم ﻓﻴﻪ ﻓﻲ اﻟﻤﺼﻔﻮﻓﺔ ﻣﻦ أﺟﻞ ﻣﻌﺎﻟﺠﺔ ﺣﺎﻟﺔ اﻟﻤﻘﺎوﻣﺔ ﻟﻌﻨﺼﺮ واﺣﺪ معالجة ﺻﺤﻴحة، وتتمثل إﺣﺪى اﻟﻄﺮائق ﻓﻲ استخدام ﺟﻬﺎز أشباه اﻟﻤﻮﺻﻼت بصمَّام ﺛﻨﺎئي أو ترانزستور ﻓﻲ ﺳﻠﺴﻠﺔ ﻣﻊ ﺗﻘﺎﻃﻊ اﻟﻨﻔﻖ.

4. Resistance RAM:

ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة (RRAM) من التقنيات الحديثة لذاكرة الوصول العشوائي RAM، وتُعدُّ مرشحة واعدة للذاكرة المستقبلية لكفاءتها وسرعتها العالية وخصائصها الموفرة للطاقة من بين أنظمة NVM عديدة من الجيل التالي، ولها أربعة أنواع تختلف عن بعضها بهياكل ومواد مغلفة مختلفة بحسب آلية التبديل المقاومة وهي: أنيون من نوع RRAM والكاتيون من نوع RRAM والنوع القائم على الكربون والقطب الكهربائي القائم على الأكسيد.

5. أنيون من نوع RRAM:

تهيمن شواغر الأوكسجين وأيونات الأوكسجين على آلية التبديل لهذا النوع من RRAM على سلوك التبديل المقاوم؛ إذ تُشكَّل المسارات الموصلة بواسطة شواغر الأوكسجين المستمرة، وهذا يحوَّل بالجهاز إلى LRS، لكن في عملية إعادة الضبط تتحد شواغر الأوكسجين مع أيونات الأوكسجين، وهذا يعود بالجهاز إلى HRS وإظهار خصائص المواد العازلة مع آلية التَّوصيل الناقل، كما تحتاج عادةً إلى قطب كهربائي نشط، وأيون الأوكسجين أو فيلم فقير بالأوكسجين لتخزين أيونات الأكسجين في أثناء التبديل.

يُعدُّ أوكسيد السيليكون مادة مناسبة جداً لتطبيقات RRAM بعد دراسة خصائصه وعملية التصنيع، والاستقرار الفيزيائي والكيميائي الكبير، والتوافق السهل في عمليات الدوائر المتكاملة (IC).

6. الكاتيون نوع RRAM:

يؤدي تكوين الخيوط المعدنية وتفككها إلى سلوك التبديل المقاوم لـ RRAM من النوع الكاتيوني، نظراً لآلية التبديل التي يهيمن عليها تفاعل الأكسدة والاختزال وهجرة أيونات المعادن، كما أنَّ آلية تبديل CBRAM يهيمن عليها تفاعل كهروكيميائي صلب الحالة مع Ag أو Cu لتشكيل خيوط معدنية أو إذابتها.

تمتاز بأدائها الجذاب، وجهود التشغيل الصغيرة، وكذلك التوافق البسيط مع تقنية تصنيع CMOS.

7. RRAM القائم على الكربون:

تمتاز بتركيبها الكيميائي البسيط وتوضيح خصائص المواد والتكلفة المنخفضة والاستقرار العالي، وانخفاض استهلاك الطاقة التشغيلية.

8. القطب الكهربائي القائم على أوكسيد RRAM:

تُجدَّد الوحدات الإلكترونية من أجل امتلاك وظائف متعددة مثل قابلية النقل والشفافية والمرونة، ويُستخدم أوكسيد القصدير الإنديوم (ITO) استخداماً شائعاً في تطبيقات الألواح الضوئية الشفافة الحالية؛ وذلك لمزايا الموصلية والنفاذية العالية في الضوء المرئي والاستقرار الكيميائي وخاصية مقاومة الأحماض والأكسدة.

إقرأ أيضاً: ما هي الحوسبة السّحابيّة Cloud Computing؟ خصائصها، تقنياتها، والأمان

9. Quantum RAM:

تسمح ذاكرة الوصول العشوائي الكمومية Quantum RAM بالوصول إلى تراكبات مواقع الذاكرة، التي قد تحتوي على معلومات كمومية أو كلاسيكية؛ إذ تستطيع RAM وQuantum RAM مع عناوين n-bit الوصول إلى مواقع ذاكرة 2n؛ لذا يتطلب تصميم RAM أو Quantum RAM إذن بوابات منطقية ثنائية البت (O 2n).

في الختام:

تشترك أنواع ذاكرة الوصول العشوائي كلها في أنَّها تفقد محتواها عند انقطاع الكهرباء.