Daha önce flash bellek hakkında bir şeyler duydunuz mu? NOR ile NAND arasındaki fark nedir? Bilgisayar donanımındaki son gelişmeleri takip ediyorsanız, bu kısaltmaları en az bir kez duymuş olabilirsiniz. Ancak bunların ne anlama geldiğinden veya nasıl çalıştığından emin değilseniz, bu makale tam size göre. Bu iki farklı flash bellek türünü ve nasıl çalıştıklarını daha yakından tanımak için okumaya devam edin.
Flash Bellek Tanımı
Flash bellek, tek tek baytlar yerine bloklar halinde silinebilen ve yeniden programlanabilen bir tür kalıcı bellektir. Genellikle dijital kameralar, el bilgisayarları, MP3 çalarlar, USB bellekler ve diğer küçük dijital ürünlerde depolama ortamı olarak kullanılır. Flash bellek yeniden programlanabilirken, Tek Kez Programlanabilir (OTP) bellek gibi diğer kalıcı bellek türleri ise tek bir programlama işlemi için tasarlanmıştır.
Flash Bellek Yapısı
Flash bellek, tek tek programlanabilen ve silinebilen hücrelerden oluşan bir diziden oluşur. Hücreler belirli sayıda bitlik veri depolayabilir. Ayrıca, her hücre bir kontrol geçidi ve bir drenaj içeren bir yüzer geçitli transistör barındırır. Kontrol geçidi, kaynak ile drenaj arasındaki elektron akışını kontrol eder. Yüzer geçit, depolanan veriyi temsil eden elektrik yükünü depolar.
Flash Bellek Nasıl Çalışır?
Flash belleğin çalışma prensibini açıklamak için yine EPROM ve EEPROM'dan başlamamız gerekiyor. Çünkü flash bellek, EPROM'un yüksek yoğunluklu yapısının avantajlarını EEPROM'un esnek yapısıyla birleştirir.
Silinebilir Programlanabilir Salt Okunur Bellek
EPROM, içindeki içeriğin özel yöntemlerle silinebileceği ve ardından yeniden yazılabileceği anlamına gelir. Temel devre şeması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Genellikle FAMOS olarak adlandırılan yüzer geçitli çığ enjeksiyonlu MOS devreleri kullanılır. Bu devre, MOS devresine benzerdir. N tipi alt tabaka üzerinde iki adet yüksek konsantrasyonlu P tipi bölge oluşturulur ve kaynak (S) ile drenaj (D) sırasıyla ohmik kontaklar aracılığıyla dışarı çıkarılır.
Kaynak ve drenaj arasındaki yalıtım katmanında yüzen bir polisilikon geçit bulunur ve bu geçit çevresi ile doğrudan elektriksel bir bağlantıya sahip değildir. Bu devre, 1 veya 0 değerinin depolandığını belirtmek için yüzen geçidin yüklü olup olmadığını kullanır. Yüzen geçit yüklendiğinde (örneğin negatif yük), kaynak ve drenaj arasında pozitif bir iletken kanal oluşur ve MOS transistörü açılır; bu da "0" değerinin depolandığı anlamına gelir. Yüzen geçit şarj edilmezse, iletken bir kanal oluşamaz ve MOS transistörü açılmaz, yani "1" depolanır.
Elektriksel Olarak Silinebilen Programlanabilir Salt Okunur Bellek
EEPROM temel depolama birimi devresinin çalışma prensibi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. EPROM'a benzer şekilde, bu devrede EPROM temel birim devresinin yüzer geçidinin üzerine bir yüzer geçit daha oluşturulur. İlki birinci seviye yüzer geçit, ikincisi ise ikinci seviye yüzer geçit olarak adlandırılır. İkinci aşama yüzer geçide bir elektrot çekilebilir, böylece ikinci aşama yüzer geçit bir gerilime bağlanır. Gerilim değeri pozitifse, birinci yüzer geçit ile drenaj arasında bir tünel etkisi meydana gelir. Bu, elektronların birinci yüzer geçide enjekte edilmesine, yani programlanmasına neden olur. Gerilim değeri negatifse, bu durum birinci yüzer geçidin elektronlarının kaybolmasına, yani silinmesine neden olur. Elektronlar silindikten sonra yeniden yazılabilir.
Flash Bellek
Flaş belleğin temel devre yapısı EEPROM'a benzerdir ve aynı şekilde çift katmanlı yüzer geçitli MOS transistörlerinden oluşur. Ancak geçit dielektriğinin ilk katmanı, bir tünel oksit katmanı olarak çok incedir.
Flash belleğin yazma yöntemi EEPROM ile aynıdır; elektronların birinci kademe yüzer geçide girmesini sağlamak için ikinci kademe yüzer geçide pozitif voltaj uygulanır. Okuma yöntemi ise EPROM ile aynıdır. Ayrıca silme yöntemi, kaynağa pozitif voltaj uygulamak ve birinci kademe yüzer geçit ile drenaj arasındaki tünel etkisini kullanarak, yüzer geçide enjekte edilen negatif yükleri kaynağa çekmektir.
Elektrik alanı çekildiğinde, kapıya 0V bağlayın. MOS transistörü açılırsa, bu bir silme hücresidir ve mantıksal "1" olarak tanımlanır. MOS tüpü açılmazsa, bu bir program hücresidir ve mantıksal "0" olarak tanımlanır. Bu, bu birimde 1 bitlik bilgiyi "kalıcı olarak" depolamaya eşdeğerdir. Bu eşik geriliminin büyüklüğü, yüzer geçitteki elektron sayısıyla tutarlıdır.
Silme işlemi için kaynağa pozitif voltaj uygulandığından, her hücrenin kaynakları birbirine bağlanır. Bu şekilde, silme işlemi bayt bazında değil, tüm yonga veya blok bazında gerçekleştirilir. Yarı iletken teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, flash bellek de esas olarak orijinal transistörlere yüzer geçitler ve seçim geçitleri eklenerek tek transistörlü bir tasarıma kavuşmuştur. Bu bellek cihazları programlanırken, veriler genellikle HEX dosya formatı gibi formatlarda düzenlenir.
Flash Bellek Hücresi
Bu eşik geriliminin büyüklüğü, yüzer geçitteki elektron sayısıyla orantılıdır. Yüzer geçide enjekte edilen elektron sayısına göre, flash bellek hücreleri birkaç duruma ayrılabilir:
SLC: tek seviyeli hücre, 1 bit, 2 durum;
MLC: çok seviyeli hücre, 2 bit, 4 durum;
TLC: üç seviyeli hücre, 3 bit, 8 durum;
QLC: dört seviyeli hücre, 4 bit, 16 durum.
Flash Bellek Türleri
Flash bellekler iki türe ayrılabilir: NOR flash ve NAND flash. NOR flash, tek tek hücrelere rastgele erişim sağlarken, NAND flash genellikle USB bellekler ve hafıza kartları gibi yığın depolama aygıtlarında kullanılır.
NOR Flash
NOR flash bellek "paralel" bir yapıya sahiptir ve her hücrenin ayrı bir kelime hattı ve bit hattı vardır. NOR Flash'ın en önemli özelliği, işlemlerin yonga üzerinde gerçekleştirilmesi; böylece uygulama programı, kodu sistem RAM'ine okumak zorunda kalmadan doğrudan NOR Flash bellek üzerinde çalıştırılabilir.
NAND flash
NAND flash bellek, "tandem" tipi bir yapıya sahiptir; bir dizi flash bellek hücresi uç uca bağlanır ve bunlar bir bit hattını paylaşır. NAND flash belleğin temel depolama birimi, bir sabit diskin sektörüne benzer şekilde "sayfa"dır. Bu bellek türünün avantajı, çok küçük boyutlarda üretilebilmesi ve yüksek entegrasyon seviyesine sahip olmasıdır.
NOR Flash ve NAND Flash
NOR flash, NAND flash'tan daha pahalıdır, ancak daha yüksek dayanıklılığa sahiptir ve sık okuma/yazma işlemleri gerektiren uygulamalar için daha uygundur. NAND flash daha ucuzdur ve daha düşük dayanıklılığa sahiptir, ancak daha hızlıdır ve büyük miktarda veri depolaması gerektiren uygulamalar için daha uygundur.
Flash Belleğin Tarihçesi
Kısa ömürlü birçok bilgi teknolojisiyle karşılaştırıldığında, flash belleğin uzun bir geçmişi vardır. 1984 yılında Toshiba, hızlı flash bellek kavramını ilk kez ortaya attı. Sonraki on yıllarda flash bellek, sürekli bir iyileştirme ve geliştirme sürecinden geçti.
İlk NOR Flash - 1988
Intel, dünyada flash belleği üreten ve piyasaya süren ilk şirketti. 1988 yılında şirket, 256K bitlik bir flash bellek yongasını piyasaya sürdü. Bu yonga, bir kaset kaydediciye yerleştirilmişti. Daha sonra, Intel tarafından icat edilen bu tür flash bellekler topluca NOR flash bellek olarak anılmaya başlandı. Bu bellek, EPROM ve EEPROM teknolojilerini bir araya getirir ve bir SRAM arabirimine sahiptir.
NAND Flash - 1989
İkinci tür flash bellek, NAND flash bellek olarak adlandırılır. Bu bellek, 1989 yılında Hitachi tarafından geliştirilmiş ve NOR flash belleğin ideal bir alternatifi olarak görülmüştür. Öncelikle, NAND flash belleğin yazma döngüsü, NOR flash bellekinkinden %90 daha kısadır ve veri kaydetme ile silme hızı nispeten yüksektir. İkincisi, NAND'ın depolama birimi, daha küçük bir depolama alanında NOR'unkinin sadece yarısı kadardır. Mükemmel performansı nedeniyle NAND, genellikle CompactFlash, SmartMedia, SD, MMC, xD ve PC kartları, USB bellekler vb. gibi bellek kartlarında kullanılır.
3D NAND flash - 2021
2021 yılında Çinli YMTC şirketi, 128 katmanlı 3D NAND flash belleği piyasaya sürdü. Bu bellek, birim alan başına en yüksek depolama yoğunluğuna, en yüksek I/O aktarım hızına ve tek bir NAND flash bellek yongası için en yüksek kapasiteye sahiptir.
Flash Bellek Aygıtları Pazarı
Piyasada Samsung, Hitachi, Spansion ve Intel, flash bellek cihazlarının dört büyük üreticisidir. Flash bellek cihazları arasında çoğu kişi flash bellekli sabit diskleri bilmektedir. Geleneksel sabit disklerle karşılaştırıldığında, flash bellekli sabit diskler yüksek okuma ve yazma hızlarına ve düşük güç tüketimine sahiptir. Flash sürücülere ek olarak, flash bellek bilgisayarların BIOS'u, PDA'lar, dijital kameralar, ses kayıt cihazları, cep telefonları, dijital TV'ler ve oyun konsolları gibi elektronik ürünlerde de kullanılmaktadır.
flash bellek ve SSD karşılaştırması
- SSD ile karşılaştırıldığında, flash bellek boyut olarak daha küçük ve ağırlık olarak daha hafiftir;
- Flash bellek yapısı, SSD'ye göre düşmeye karşı daha dayanıklıdır;
- Flash bellek daha hızlı veri okuma hızı sunabilirken, SSD dönme hızıyla sınırlıdır;
- Flash bellek, verileri SSD'den daha güvenli bir şekilde depolar;
- Mekanik olmayan yapısı sayesinde hareket, okuma ve yazma işlemlerini etkilemez;
- Flash belleğin ömrü daha uzundur, oysa SSD okuma ve yazma sayısı ile hızdan etkilenir;
- SSD manyetizma ile yazılırken, flash bellek voltaj ile yazılır ve veriler silinmez;
- Flash bellek yapımında kullanılan malzemeler kıt olduğundan, flash belleğin birim depolama kapasitesi SSD'den daha pahalıdır.
Sonuç
Bu blog yazısında, flash belleğin yapısı, gelişim tarihi, çalışma prensipleri ve türlerini ele alıyoruz. Flash bellek, SSD’ye kıyasla birçok üstün özelliğe sahiptir. Piyasada MRAM ve OUM gibi yeni alternatiflerin ortaya çıkmasına rağmen, çoğu şirket için flash bellek hâlâ iyi bir yatırım seçeneği olmaya devam etmektedir.
Sık Sorulan Sorular
Dosyalar, programlar, resimler, müzik, multimedya vb. dahil olmak üzere tüm bilgisayar verileri saklanabilir.
Flash bellek 1.000.000 kez silinebilir ve üzerine yazılabilir.
Tıpkı tüm sabit diskler gibi, flash bellekler de virüs bulaşabilir.
A9 Windows 98, Windows ME, Windows 2000, Windows XP, Windows 7, Windows 8, Windows 8.1, macOS, Linux.
