Was ist ein Flash-Speicher?
Ein Flash-Speicher ist ein Speichergerät, das zum Lesen und Schreiben von Daten verwendet wird.
Zu den bekannten Geräten gehören SD-Karten, SSDs und USB-Speicher. SSD steht für ‚Solid State Drive‘ und wird häufig als interner Speicher in Laptops verwendet.
Flash-Speicher lassen sich in zwei Haupttypen unterteilen: NAND und NOR. Beide haben unterschiedliche Lese- und Schreibgeschwindigkeiten und unterschiedliche Verwendungszwecke.
Anwendungen von Flash-Speichern
Die wichtigsten Produkte, in denen Flash-Speicher verwendet werden, sind USB-Speicher, SSDs und SD-Karten. SSDs sind die gleichen Speichermedien wie HDDs. Da sie jedoch Daten nicht wie HDDs über einen Plattenkopf lesen und schreiben, zeichnen sich SSDs im Vergleich zu HDDs durch eine schnellere Verarbeitung, Energieeinsparungen und Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationsstöße aus. SSDs zeichnen sich durch ihre hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, ihren geringen Stromverbrauch und ihre Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen und Erschütterungen aus. In den letzten Jahren sind SSDs zu einer beliebten Wahl für die interne Speicherung in Notebooks geworden.
USB-Speicher sind externe Speichermedien mit einem USB-Anschluss zum Lesen und Schreiben von Daten, die bequem mitgeführt werden können; SD-Karten sind kartenartige Speichermedien, die in einer Vielzahl von elektronischen Geräten wie Smartphones, Digitalkameras und Spielkonsolen verwendet werden.
Funktionsweise des Flash-Speichers
Flash-Speicher lassen sich in zwei Haupttypen unterteilen: NAND und NOR. Die Grundstruktur der Speicherelemente in NAND- und NOR-Typen ist identisch, aber die interne Verdrahtung ist unterschiedlich.
Aufgrund der Unterschiede in der Verdrahtung unterscheiden sich die Eigenschaften der NOR- und NAND-Typen:
1. NOR-Typ
Der NOR-Typ hat einen niedrigeren Integrationsgrad, kann aber in Byte-Einheiten angesprochen werden. Er zeichnet sich durch langsame Schreibvorgänge, aber hohe Zugriffsgeschwindigkeiten aus.
2. NAND-Typ
Im Gegensatz dazu eignet sich der NAND-Typ für eine hohe Integration und hat eine relativ hohe Schreibgeschwindigkeit. Der Zugriff erfolgt blockweise und der wahlfreie Zugriff ist durch eine geringe Geschwindigkeit gekennzeichnet.
NAND-Flash-Speicher haben den Vorteil einer hohen Dichte von Speicherzellen, aber den Nachteil, dass Bitfehler auftreten können. Aus diesem Grund muss eine ECC-Schaltung (Error-Correcting Code) eingebaut werden.
Ein Fehlerkorrekturcode ist ein Wert, der beim Lesen oder Schreiben von Daten zugewiesen wird. Der Fehlerkorrekturcode stimmt überein, um zu bestätigen, dass die ausgelesenen Daten tatsächlich dem Wert entsprechen, der in den Flash-Speicher geschrieben wurde.
Arten von Flash-Speicher
NAND-Flash-Speicher werden je nach den Eigenschaften der Zellen, d. h. der zum Speichern von Informationen verwendeten Einheiten, in die folgenden Typen unterteilt:
1. SLC-NAND
NAND-Flash-Speicher, die ein Bit pro Zelle speichern können, werden als SLC-NAND (Single-Level Cell) bezeichnet. Er zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer aus, hat aber den Nachteil einer geringen Kapazität.
2. MLC-NAND
NAND-Flash-Speicher, die zwei Bits pro Zelle speichern können, werden als MLC-NAND (Multi-Level-Cell) bezeichnet. Er ist kostengünstig, hat aber im Vergleich zu SLC-NAND den Nachteil einer geringeren Lese- und Schreibgeschwindigkeit sowie einer geringeren Haltbarkeit.
Weitere Informationen zu Flash-Speicher
Methoden der Datenspeicherung in NAND-Typen
Beim Speichern von Daten in Flash-Speichern wird die kleinste Speichereinheit als Zelle bezeichnet, die aus einem Tunnelisolator und einem Floating Gate auf einem Halbleiter besteht.
Die Daten werden durch Speicherung und Freigabe von Elektronen am Floating Gate gespeichert. Wenn Daten geschrieben oder gelöscht werden, dringen Elektronen in die Tunneloxidschicht ein und bewegen sich durch sie hindurch, wodurch sich die Tunneloxidschicht abbaut.
Wenn sich diese Tunneloxidschicht verschlechtert, kann die Zelle die Daten nicht mehr korrekt speichern und erreicht das Ende ihrer Lebensdauer. Die ungefähre Lebensdauer einer einzelnen Zelle wird mit 1000 bis 10 000 Schreib- und Löschzyklen angegeben.