Was ist Flash-Speicher?

Flash-Speicher ist eine Art nichtflüchtiger Speicher, der in Computern verwendet wird. Nichtflüchtig bedeutet, dass der Speicher auch dann Informationen speichern kann, wenn das Gerät ausgeschaltet ist. Flüchtiger Speicher ( wie RAM ) verliert alles, was darin gespeichert ist, jedes Mal, wenn die Maschine selbst heruntergefahren wird. Nichtflüchtiger Speicher wird für Dinge wie Festplatten und SSDs verwendet, da sie in der Lage sein müssen, Informationen zu speichern, auch wenn der PC ausgeschaltet ist.

Flash-Speicher gibt es in zwei verschiedenen Typen – NOR-Flash und NAND-Flash. Sie sind nach ihren jeweiligen Logikgattern benannt. Ein Logikgatter ist eine Operation, die binäre Prüfungen durchführt – Ein- und Ausgänge, die immer nur 0 oder 1 sind. Im Fall von NOR und NAND werden sie nach dem Ergebnis benannt, das sie erzeugen.

Ein NAND-Gatter gibt immer nur dann den Wert 0 oder „falsch“ zurück, wenn alle Eingaben darin korrekt sind. Ein NOR-Gatter ist das genaue Gegenteil – es gibt nur dann einen Eins- oder „wahren“ Wert zurück, wenn alle Eingaben falsch sind. Beide Arten von Flash-Speicherdesigns sind ziemlich ähnlich – sie verwenden das gleiche Zellendesign. Die Unterschiede beginnen auf Schaltungsebene. Unabhängig davon, ob das erste Datenbit wahr oder falsch ist (1 oder 0, manchmal als hoch oder niedrig bezeichnet ), ähnelt die Beziehung zwischen Datenleitungen entweder einem NOR-Gatter oder einem NAND-Gatter und bestimmt so den Typ.

Tipp: NAND steht für Not-AND, eine Überprüfung, dass beide Eingaben nicht gültig sind. NOR steht für Not-OR, eine Prüfung, die nur wahr ist, wenn keine der Informationen korrekt ist. Die kritische Nützlichkeit beider Logikgatter besteht darin, dass es einen Fall gibt, in dem die genauen Kombinationen von Eingaben bestimmt werden können.

Die Geschichte des Flash-Speichers

Flash wurde erstmals 1980 von Toshiba entwickelt. Sie begannen 1987 mit der Vermarktung als verbesserte Version des EPROM-Speichers. EPROMs mussten gelöscht werden, bevor sie neu beschrieben und damit wiederverwendet werden konnten. Andererseits kann NAND-Flash in kleineren Speicherblöcken gelesen, geschrieben und gelöscht werden, wodurch es schneller und reaktionsschneller wird.

Mit NOR-Flash kann ein einzelnes Maschinenwort unabhängig geschrieben, gelesen oder gelöscht werden, wodurch der gleiche Effekt einer erhöhten Geschwindigkeit und Verfügbarkeit erzielt wird. Flash-Speichergeräte werden normalerweise als Flash-Speicherchips bezeichnet und bestehen aus einem physischen Chip, der mit vielen Flash-Speicherzellen und einem Flash-Speichercontroller gefüllt ist. Der Controller fungiert als Verteiler- und Kommunikationszentrum – er ordnet Daten und Anfragen zu und liefert Daten nach Bedarf zu und von den Zellen.

Hinweis: Ein Maschinenwort ist ein Maß für die größte Speicheradresse, die ein Computer verarbeiten kann. Bei einem 32-Bit-Computer hat ein Maschinenwort 32 Bit. Bei einem 64-Bit-Computer ist ein Maschinenwort 64-Bit.

NOR und NAND

Moderner Flash-Speicher wird in fast allen modernen Computergeräten verwendet. NAND-Speicher wird hauptsächlich in Speicherkarten, USB-Laufwerken, nach 2009 hergestellten SSDs, Smartphones und anderen kleineren Mobilgeräten verwendet. NAND dient normalerweise als allgemeiner Speicher und wird auch für Datenübertragungen verwendet.

Verschiedene digitale Produkte verwenden NOR- oder NAND-Flash-Speicher zum Speichern von Konfigurationsdaten. Dieser spezielle Anwendungsfall wurde bisher von EPROM oder statischem RAd erledigt. Flash-Speicher ist in den meisten Fällen überlegen – der einzige Nachteil ist, dass jede Speicherzelle nur eine begrenzte Anzahl von Schreibvorgängen aufnehmen kann, bevor sie sich abnutzt. Wenn eine Speicherzelle abgenutzt ist, kann dem gesamten Block, in dem sie enthalten ist, nicht mehr vertraut werden. Moderne Geräte lösen dieses Problem mit Wear-Leveling-Algorithmen und Overprovisioning.

NOR-Speicher werden hauptsächlich in Fällen verwendet, in denen die Datenintegrität über längere Zeiträume bewahrt werden muss. In der Regel kann es Daten bis zu 20 Jahre lang sicher aufbewahren und wird verwendet, wenn einzelne Maschinenworte von Daten häufig geschrieben und gelesen werden müssen.

NAND ist die beliebtere Art von Flash-Speicher und wird verwendet, wenn auf größere Datenblöcke gleichzeitig zugegriffen, gelesen, (neu) geschrieben oder gelöscht werden muss. Tatsächlich sind Lese-, Schreib- und Löschgeschwindigkeiten schneller als NOR-Speicher. Dies macht NAND-Flash zur überlegenen Wahl für die meisten Anwendungsfälle.

Außerdem sind NAND-Speicherzellen physikalisch kleiner als NOR-Zellen. Sie benötigen etwa 40 % weniger Fläche, obwohl sie ähnlich funktionieren und den gleichen primären Speicherplatz pro Zelle bieten. Dies bedeutet, dass NAND-Flash eine größere Speicherdichte und eine höhere Leistung bieten kann. NOR-Flash hat jedoch einen Vorteil. Da es per Maschinenwort adressierbar ist, ist es bei wahlfreiem Zugriff schneller und dem RAM ähnlicher.

Abschluss

Flash-Speicher ist eine Variante des nichtflüchtigen, elektrisch löschbaren Nur-Lese-Speichers oder EEPROM. Es kann auf logischen NAND-Gattern oder logischen NOR-Gattern basieren. NAND-Flash ist aufgrund seiner Speicherdichte und seines Leistungsvorteils deutlich beliebter als NOR-Flash. Der entscheidende Vorteil von Flash gegenüber seinen anderen EEPROM-Vorgängern besteht darin, dass es nicht vollständig gelöscht werden muss.

Der Flash-Speicher wird stattdessen in Blöcke unterteilt, die gelöscht werden müssen, was jedoch aufgrund ihrer viel geringeren Größe zu viel geringeren Leistungskosten führt. Die Hauptschwäche von Flash besteht darin, dass Speicherzellen nur mehrmals beschrieben werden können, bevor sie sich abnutzen. Dieses Problem wird in modernen Geräten im Allgemeinen dank Wearing-Leveling-Algorithmen und Overprovisioning gelöst.