بررسی حافظه مغناطیسی

 امروزه ما گزینه‌های زیادی برای ذخیره اطلاعات به‌صورت الکترونیکی در دسترس داریم مثل حافظه‌های SRAM و DRAM و حافظه‌های فلش و EEPROM. حافظه‌های با دسترسی تصادفی یعنی همان حافظه‌های RAM مثل SRAM و DRAM از خاصیت خازنی برای ذخیره اطلاعات استفاده می‌کنند که باعث می‌شود بسیار سریع باشند و بدون هیچ دردسر اضافی بتوان از آن‌ها استفاده کرد؛ اما عیب این حافظه‌ها این است که زمانی که جریان الکتریسیته قطع شود اطلاعات آن‌ها پاک می‌شود.

حافظه‌های غیر فرار مثل حافظه‌های فلش و EEROM با قطع جریان الکتریسیته اطلاعات خود را حفظ می‌کنند ولی سرعت آن‌ها کم است و کار با آن‌ها نیازمند روش‌های دست‌یابی به اطلاعات پیچیده‌تری از قبیل صفحه‌بندی حافظه (Memory Paging) است. حافظه‌های مغناطیسی مزایای هر دو نوع حافظه بالا را در خود دارد.

یکی از اولین نمونه‌های این حافظه‌ها، حافظه با هسته مغناطیسی بود که به خاطر سرعت بالایی که نسبت به دیگر ذخیره‌سازهای اطلاعات از قبیل لامپ ویلیام (که بر مبنای CRT ها ساخته‌شده بود) داشت، در دهه‌های 50 و 60 میلادی مورداستفاده قرار می‌گرفت. اسم این نوع حافظه‌ها به این خاطر است که این حافظه‌ها درواقع با استفاده از سطوح مارپیچی شکل مغناطیسی که هسته نامیده می‌شوند ساخته‌شده‌اند و سیم‌هایی برای خواندن و نوشتن اطلاعات به آن‌ها وصل شده است.

با کنترل جهت مغناطیسی هر مارپیچ، این مارپیچ تبدیل به صفر یا یک می‌شود. البته برای خواندن اطلاعات نیاز به یک مدار دیگر هم هست چون‌که با هر بار خواندن اطلاعات وضعیت مغناطیسی هسته پاک می‌شود. این روش ذخیره اطلاعات بسیار قابل‌اعتماد است و حتی می‌تواند در برابر پالس‌های الکترومغناطیسی نیز مقاومت کند. عیب این نوع حافظه‌ها این است که تولید آن‌ها بسیار سخت و هزینه‌بر است که درنهایت بازهم تحت تأثیر حافظه‌های SRAM قرار می‌گیرد که در دهه 60 میلادی تولیدشده‌اند.

موزه تاریخچه کامپیوتر که در مانتین ویو (Mountain View) در کالیفرنیا قرار دارد، مجموعه‌های مختلفی از دستگاه‌هایی که حافظه با هسته مغناطیسی دارند را به نمایش گذاشته است.

نمونه پیشرفته‌ای از حافظه‌های مغناطیسی، RAM های مقاومتی مغناطیسی (Magnetoresistive RAM) است که در طی 30 سال گذشته ساخته‌شده است. نمونه‌های جدید این حافظه از صفحه‌های فرومغناطیسی استفاده کرده است که لایه‌های عایقی بین این صفحات قرارگرفته است. هر صفحه یک میدان مغناطیسی دائمی دارد و صفحه مغناطیسی دیگر قابلیت نوشتن یک بیت اطلاعات را دارد. وضعیت منطقی هر سلول با سنجش مقدار مقاومت سلول تعیین می‌شود که بسته به جهت مغناطیسی این صفحه نسبت به صفحه مغناطیسی دائمی وضعیتش مقدار این مقاومت تغییر می‌کند. نمونه‌های جدیدتر حافظه‌های MRAM از گشتاور جابجایی چرخشی (Spin Transfer Torque) الکترون‌ها در سلول‌های حافظه‌شان استفاده می‌کنند تا مقدار مصرف انرژی کاهش پیدا کند.

نوع دیگری از این حافظه‌ها، حافظه‌های فرو الکتریک (FRAM) است؛ که به‌موازات ساخت MRAM ها به وجود آمدند. DRAM های معمولی از یک ترانزیستور و یک خازن برای هر سلول حافظه استفاده می‌کردند. اکنون می‌توان با اضافه کردن یک ماده فرو الکتریک به‌جای دی‌الکتریک معمولی حافظه‌های FRAM ساخت. مواد فرو الکتریکی رفتار عادی خطی سلول‌ها را تغییر می‌دهد و به سلول رفتار پسماند مغناطیسی (Magnetic Hysteresis) می‌دهد و باعث می‌شود که FRAM خاصیت غیر فرار داشته باشد. نوشتن اطلاعات کاملاً به‌صورت مستقیم انجام می‌شود اما خواندن سلول‌های FRAM نیازمند این است که یک ترانزیستور سلول را به یک حالت مشخص درآورد و بعدازاین مرحله می‌توان بررسی کرد که آیا مواد فروالکتریک منجر به هدایت جریان الکتریسیته می‌شوند یا نه. خواندن حافظه‌های FRAM باعث پاک شدن آن‌ها می‌شود و نیاز است که بعد از خواندن اطلاعات بازنویسی صورت گیرد. امروزه هر دو حافظه MRAM و FRAM توسط شرکت‌های مختلفی تولید می‌شوند.

ابزارهای MRAM بر حجم و سرعت تمرکز دارند درحالی‌که تمرکز در حافظه‌های FRAM بر غلظت و مصرف انرژی کمتراست. به‌هرحال این حافظه‌ها قطعات بسیار جالبی هستند.