كتب basic concept

تُصمَم الذاكرة الرئيسية لأجهزة الحاسوب الحديثة من أحد الأجهزة المرتبطة بذاكرة وصول عشوائي ديناميكية. تتكون ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية أساسًا من سلسلة من المكثفات التي تخزن البيانات من حيث تواجد الشحنة الكهربائية أو غيابها. يحتوي كل مكثف ودائرة التحكم المرتبطة به، والتي يشار إليها بالخلية، على بت واحد، ويمكن قراءة بتّات متعددة أو كتابتها في كتل كبيرة في نفس الوقت.

على النقيض من ذلك، تخزن الأقراص الصلبة البيانات على قرص مغطى بمادة مغناطيسية، إذ تمثَل البيانات بواسطة هذه المادة الممغنطة موضعيًا. تجري القراءة والكتابة بواسطة رأس واحد، الذي ينتظر مرور موقع الذاكرة المطلوب تحت الرأس أثناء دوران القرص. نتيجة لذلك، يقيَد أداء القرص الصلب بواسطة السرعة الميكانيكية للمحرك، وهو أبطأ بمئات الآلاف من المرات من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية. مع ذلك، نظرًا لأن «الخلايا» الموجودة في قرص صلب أصغر بكثير، فإن كثافة التخزين الخاصة بالأقراص الصلبة أعلى بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية.

يحاول التخزين الألفي الجمع بين ميزات كلا الجانبين. مثل القرص الصلب، يخزن الألفي البيانات في وسط ويصل إلى البيانات عن طريق تحريك الوسط تحت الرأس. بشكل مشابه أيضًا للأقراص الصلبة، فإن الوسائط المادية للتخزين الألفي تخزن البت في مساحة صغيرة، ما يؤدي إلى كثافات تخزين عالية. غير أن التخزين الألفي يستخدم العديد من الرؤوس النانوية التي يمكنها القراءة والكتابة بالتوازي، ما يزيد من كمية البيانات المقروءة في وقت معين.

من الناحية الميكانيكية، يستخدم التخزين الألفي العديد من مسابر القوة الذرية، كل منها مسؤول عن قراءة وكتابة عدد كبير من البتات المرتبطة به. تخزَن هذه البتات على هيئة حفرة، أو غياب أحدها، في سطح المبلمر النشط حراريًا، الذي يترسب كطبقة رقيقة على حامل يُعرف بالمزلقة (sled). يمكن لأي مسبار واحد فقط قراءة مساحة صغيرة نسبيًا من المزلقة المتاحة له أو الكتابة عليها، والمعروفة باسم حقل التخزين. عادةً، تُحرَك المزلقة بحيث توضع البتات المحددة أسفل المسبار باستخدام مشغلات كهروميكانيكية. تشبه هذه المشغلات تلك التي تحدد موقع رأس القراءة/الكتابة في قرص صلب نموذجي، ولكن المسافة الفعلية التي تم تحريكها ضئيلة بالمقارنة. تحرَك المزلقة في نمط مسح ضوئي لجلب البتات المطلوبة تحت المسبار، وهي عملية تُعرف بالمسح الضوئي س/ص.

تعد كمية الذاكرة المخدومة من قبل أي زوج واحد من حقل/مسبار صغيرة إلى حد ما، وكذلك حجمها الفعلي. بالتالي، تُستخدم العديد من أزواج حقل/مسبار هذه في إنشاء جهاز ذاكرة، ويمكن نشر قراءة البيانات وكتابتها عبر العديد من الحقول بالتوازي، ما يزيد من معدل التشغيل ويحسن أوقات الوصول. على سبيل المثال، تُكتب قيمة مفردة ذات 32 بت في العادة كمجموعة من البتات الفردية المرسلة إلى 32 حقل مختلف. في الأجهزة التجريبية الأولية، تركّب المسابر في شبكة 32×32 بإجمالي 1024 مسبار. نظرًا لأن هذا التخطيط بدا وكأنه أرجل لحيوان ألفية الأرجل، وُضع الاسم بناءً عليه. ينطوي تصميم المصفوفة الكابولية على صنع العديد من الكابولات الميكانيكية، التي يجب تركيب المسبار عليها. تُصنع جميع الكابولات بالكامل من السيليكون، باستخدام تشغيل مكني ميكروي سطحي على سطح الرقاقة.

فيما يتعلق بإنشاء الفُرجات، أو الحفر، تحتفظ المبلمرات غير المتشابكة بدرجة حرارة زجاجية منخفضة، نحو 120 درجة مئوية للبولي مثيل ميثاكريلات، وإذا سُخن طرف المسبار إلى أعلى من درجة حرارة الزجاج، فإنه يترك فرجة صغيرة. تُنشأ الفُرجات بدقة جانبية تبلغ 3 نانومتر. عن طريق تسخين المسبار مباشرة إلى جانب الفرجة، سينصهر المبلمر مرة أخرى ويملأ الفرجة، ما يمحوها. بعد الكتابة، يمكن استخدام رأس المسبار لقراءة الفرجات. إذا عوملت كل فرجة على أنها وحدة بت واحدة، فيمكن نظريًا تحقيق كثافة تخزين تبلغ 0.9 تيرابايت/بوصة مربعة.