Co to jest pamięć flash?

Pamięć flash to rodzaj pamięci nieulotnej stosowanej w komputerach. Nieulotna oznacza, że ​​pamięć może przechowywać informacje nawet wtedy, gdy urządzenie jest wyłączone. Pamięć ulotna ( taka jak pamięć RAM ) traci wszystko, co jest w niej zapisane, za każdym razem, gdy urządzenie się wyłącza. Pamięć nieulotna jest używana w przypadku dysków twardych i dysków SSD, ponieważ muszą one być w stanie przechowywać informacje nawet wtedy, gdy komputer jest wyłączony.

Pamięci flash występują w dwóch różnych typach — NOR flash i NAND flash. Nazwy pochodzą od odpowiadających im bramek logicznych. Bramka logiczna to operacja, która wykonuje kontrole binarne – wejścia i wyjścia są zawsze równe 0 lub 1. W przypadku NOR i NAND ich nazwy pochodzą od wyniku, który generują.

Bramka NAND zwraca wartość 0 lub „fałsz” tylko wtedy, gdy wszystkie wprowadzone do niej dane wejściowe są dokładne. Bramka NOR jest dokładnym przeciwieństwem – zwraca jedynkę lub wartość „prawda” tylko wtedy, gdy wszystkie dane wejściowe są fałszywe. Oba typy pamięci flash są dość podobne — wykorzystują ten sam projekt komórki. Różnice zaczynają się na poziomie obwodu. Niezależnie od tego, czy pierwszy bit danych jest prawdziwy, czy fałszywy (1 lub 0, czasami nazywany wysokim lub niskim ), relacja między liniami danych będzie przypominać bramkę NOR lub bramkę NAND, określając w ten sposób typ.

Wskazówka: NAND oznacza Not-AND, sprawdzenie, czy oba wejścia są nieprawidłowe. NOR oznacza Not-OR, sprawdzenie, które jest prawdziwe tylko wtedy, gdy żadna z informacji nie jest dokładna. Krytyczna przydatność obu bramek logicznych polega na tym, że istnieje przypadek, w którym można określić dokładne kombinacje wejść.

Historia pamięci flash

Flash został po raz pierwszy opracowany w 1980 roku przez firmę Toshiba. Zaczęli sprzedawać ją w 1987 roku jako ulepszoną wersję pamięci EPROM. EPROM musiały zostać wymazane, zanim można je było przepisać, a tym samym ponownie wykorzystać. Z drugiej strony pamięć flash NAND można odczytywać, zapisywać i kasować w mniejszych porcjach pamięci, co czyni ją szybszą i bardziej responsywną.

NOR flash umożliwia niezależne zapisywanie, odczytywanie lub kasowanie pojedynczego słowa maszynowego, osiągając ten sam efekt zwiększonej szybkości i dostępności. Urządzenia pamięci flash są zwykle nazywane układami pamięci flash i składają się z fizycznego układu wypełnionego wieloma komórkami pamięci flash i kontrolera pamięci flash. Kontroler pełni rolę centrum dystrybucyjnego i komunikacyjnego – przydziela dane i żąda oraz dostarcza dane w razie potrzeby do iz komórek.

Uwaga: Słowo maszynowe jest miarą największego rozmiaru adresu pamięci, jaki może obsłużyć komputer. W przypadku komputera 32-bitowego słowo maszynowe ma 32 bity. W przypadku komputera 64-bitowego słowo maszynowe to 64-bity.

NOR i NAND

Nowoczesna pamięć flash jest używana w prawie wszystkich nowoczesnych urządzeniach komputerowych. Pamięć NAND stosowana jest głównie w kartach pamięci, dyskach USB, dyskach SSD wyprodukowanych po 2009 roku, smartfonach i innych mniejszych urządzeniach mobilnych. NAND zwykle służy jako pamięć ogólna i jest również używany do przesyłania danych.

Różne produkty cyfrowe używają pamięci flash NOR lub NAND do przechowywania danych konfiguracyjnych. Ten konkretny przypadek użycia był wcześniej obsługiwany przez EPROM lub statyczny RAd. Pamięć flash jest w większości przypadków lepsza - jedyną wadą jest to, że każda komórka pamięci może wykonać tylko określoną liczbę zapisów, zanim się zużyje. Kiedy komórka pamięci się zużywa, nie można już ufać całemu blokowi, w którym się znajduje. Nowoczesne urządzenia radzą sobie z tym problemem za pomocą algorytmów równoważenia zużycia i nadmiernej alokacji.

Pamięć NOR jest używana głównie w przypadkach, gdy integralność danych musi być zachowana przez dłuższy czas. Zwykle może bezpiecznie przechowywać dane przez okres do 20 lat i jest używany, gdy poszczególne słowa maszynowe danych muszą być często zapisywane i odczytywane.

NAND jest bardziej popularnym typem pamięci flash i jest używany tam, gdzie trzeba uzyskać dostęp do większych bloków danych, odczytywać je, (ponownie) zapisywać lub usuwać jednocześnie. W rzeczywistości prędkości odczytu, zapisu i kasowania są wyższe niż w przypadku pamięci NOR. To sprawia, że ​​NAND flash jest najlepszym wyborem dla większości zastosowań.

Ponadto komórki pamięci NAND są fizycznie mniejsze niż komórki NOR. Wykorzystują około 40% mniej powierzchni, mimo że działają podobnie i zapewniają tę samą podstawową przestrzeń dyskową na komórkę. Oznacza to, że pamięć flash NAND może oferować większą gęstość pamięci masowej i wyższą wydajność. NOR flash ma jednak jedną zaletę. Będąc adresowalnym za pomocą słowa maszynowego, jest szybszy przy losowym dostępie i bardziej podobny do pamięci RAM.

Wniosek

Pamięć flash to odmiana nieulotnej, kasowalnej elektrycznie pamięci tylko do odczytu lub EEPROM. Może być oparty na bramkach logicznych NAND lub bramkach logicznych NOR. Pamięć flash NAND jest znacznie bardziej popularna niż pamięć flash NOR dzięki gęstości pamięci i przewadze wydajności. Krytyczną przewagą Flasha nad innymi poprzednikami EEPROM jest to, że nie trzeba go całkowicie wymazywać.

Pamięć flash jest zamiast tego podzielona na bloki, które należy wymazać, ale wiąże się to ze znacznie niższym kosztem wydajności, dzięki ich znacznie mniejszym rozmiarom. Główną słabością Flasha jest to, że komórki pamięci można zapisać tylko kilka razy, zanim się zużyją. Ten problem jest ogólnie rozwiązywany w nowoczesnych urządzeniach dzięki noszeniu algorytmów poziomowania i nadmiernej alokacji.