Wat is Flash-geheugen?

Flash-geheugen is een type niet-vluchtig geheugen dat in computers wordt gebruikt. Niet-vluchtig betekent dat het geheugen informatie kan opslaan, zelfs als het apparaat is uitgeschakeld. Vluchtig geheugen ( zoals RAM ) verliest alles wat erin is opgeslagen telkens wanneer de machine zelf wordt uitgeschakeld. Niet-vluchtig geheugen wordt gebruikt voor zaken als harde schijven en SSD's, omdat ze informatie moeten kunnen opslaan, zelfs als de pc is uitgeschakeld.

Flash-geheugen is er in twee verschillende typen: NOR-flash en NAND-flash. Ze zijn genoemd naar hun respectieve logische poorten. Een logische poort is een bewerking die binaire controles uitvoert – ingangen en uitgangen die altijd alleen 0 of 1 zijn. In het geval van NOR en NAND worden ze genoemd naar het resultaat dat ze produceren.

Een NAND-poort retourneert alleen de waarde 0 of 'false' als alle invoer correct is. Een NOR-poort is precies het tegenovergestelde - het retourneert alleen een waarde van één of 'true' als alle invoer onwaar is. Beide soorten flash-geheugenontwerpen lijken erg op elkaar: ze gebruiken hetzelfde celontwerp. De verschillen beginnen op circuitniveau. Of het eerste databit nu waar of onwaar is (1 of 0, soms hoog of laag genoemd ), de relatie tussen datalijnen zal lijken op een NOR-poort of een NAND-poort, waardoor het type wordt bepaald.

Tip: NAND staat voor Not-AND, een controle dat beide ingangen niet geldig zijn. NOR staat voor Not-OR, een controle die alleen waar is als geen van beide informatie juist is. Het cruciale nut van beide logische poorten is dat er een geval is waarin de exacte combinaties van ingangen kunnen worden bepaald.

De geschiedenis van Flash-geheugen

Flash werd voor het eerst ontwikkeld in 1980 door Toshiba. Ze begonnen het in 1987 op de markt te brengen als een verbeterde versie van het EPROM-geheugen. EPROM's moesten worden gewist voordat ze konden worden herschreven en dus opnieuw konden worden gebruikt. Aan de andere kant kan NAND-flash worden gelezen, geschreven en gewist in kleinere opslagruimtes, waardoor het sneller en responsiever wordt.

Met NOR-flash kan een enkel machinewoord onafhankelijk worden geschreven, gelezen of gewist, waardoor hetzelfde effect van verhoogde snelheid en beschikbaarheid wordt bereikt. Flash-geheugenapparaten worden meestal flash-geheugenchips genoemd en bestaan ​​uit een fysieke chip gevuld met veel flash-geheugencellen en een flash-geheugencontroller. De controller fungeert als een distributie- en communicatiecentrum – het wijst gegevens en verzoeken toe en levert gegevens naar behoefte aan en van de cellen.

Opmerking: een machinewoord is een maat voor de grootste geheugenadresgrootte die een computer aankan. Voor een 32-bits computer is een machinewoord 32-bits. Voor een 64-bits computer is een machinewoord 64-bits.

NOR en NAND

Modern flash-geheugen wordt gebruikt in zowat alle moderne computerapparatuur. NAND-geheugen wordt voornamelijk gebruikt in geheugenkaarten, USB-drives, SSD's geproduceerd na 2009, smartphones en andere kleinere mobiele apparaten. NAND dient meestal als algemene opslag en wordt ook gebruikt voor gegevensoverdracht.

Verschillende digitale producten gebruiken NOR- of NAND-flashgeheugen om configuratiegegevens op te slaan. Deze specifieke use case werd voorheen verzorgd door EPROM of statische RAd. Flash-geheugen is in de meeste gevallen superieur - het enige nadeel is dat elke geheugencel slechts een beperkt aantal schrijfbewerkingen kan verwerken voordat deze verslijt. Wanneer een geheugencel verslijt, is het hele blok waarin deze zich bevindt niet meer te vertrouwen. Moderne apparaten pakken dit probleem aan met algoritmen voor het nivelleren van slijtage en overprovisioning.

NOR-geheugen wordt voornamelijk gebruikt in gevallen waarin de gegevensintegriteit gedurende langere tijd moet worden bewaard. Doorgaans kan het gegevens tot 20 jaar veilig bewaren en wordt het gebruikt wanneer individuele machinewoorden met gegevens vaak moeten worden geschreven en gelezen.

NAND is het meer populaire type flash-geheugen en wordt gebruikt wanneer grotere gegevensblokken in één keer moeten worden geopend, gelezen, (her) geschreven of gewist. In feite zijn lees-, schrijf- en wissnelheden sneller dan NOR-geheugen. Dit maakt NAND-flash de superieure keuze voor de meeste gebruikssituaties.

Bovendien zijn NAND-opslagcellen fysiek kleiner dan NOR-cellen. Ze gebruiken ongeveer 40% minder ruimte, ondanks dat ze op dezelfde manier werken en dezelfde primaire opslagruimte per cel bieden. Dit betekent dat NAND-flash een grotere opslagdichtheid en hogere prestaties kan bieden. NOR-flash heeft echter één voordeel. Omdat het adresseerbaar is per machinewoord, is het sneller bij willekeurige toegang en lijkt het meer op RAM.

Conclusie

Flash-geheugen is een variant van niet-vluchtig elektrisch uitwisbaar alleen-lezen geheugen of EEPROM. Het kan gebaseerd zijn op logische NAND-poorten of logische NOR-poorten. NAND-flash is aanzienlijk populairder dan NOR-flash dankzij de opslagdichtheid en het prestatievoordeel. Het cruciale voordeel van Flash ten opzichte van zijn andere EEPROM-voorlopers is dat het niet volledig hoeft te worden gewist.

Flash-geheugen is in plaats daarvan onderverdeeld in blokken die moeten worden gewist, maar dit brengt veel lagere prestatiekosten met zich mee, dankzij hun veel kleinere formaat. De grootste zwakte van Flash is dat geheugencellen slechts meerdere keren kunnen worden beschreven voordat ze verslijten. Dit probleem wordt over het algemeen opgelost in moderne apparaten dankzij het dragen van nivelleringsalgoritmen en overprovisioning.