In dit artikel leren we je over NAND-geheugen en de verschillende aspecten ervan, inclusief hoe het functioneert en de verschillende typen ervan. Dit bericht behandelt de werking van NAND-geheugen, flash-geheugen en 3D NAND, evenals het concept van virtueel RAM. Het begrijpen van deze technologieën is essentieel voor iedereen die geïnteresseerd is in oplossingen voor gegevensopslag.
Hoe werkt NAND-geheugen?
NAND-geheugen is een type niet-vluchtige opslagtechnologie die wordt gebruikt in een verscheidenheid aan apparaten, waaronder USB-drives, SSD’s (Solid State Drives) en geheugenkaarten. Het bewaart gegevens, zelfs als de stroom is uitgeschakeld. Hier is hoe het werkt:
- Geheugencellen: NAND-geheugen bestaat uit geheugencellen gemaakt van transistors met zwevende poort. Deze cellen slaan stukjes gegevens op als elektrische ladingen. Wanneer een cel is opgeladen, vertegenwoordigt deze een binaire “1”, terwijl een ongeladen toestand een binaire “0” vertegenwoordigt.
- Blokorganisatie: NAND-geheugen is georganiseerd in blokken, die verder zijn onderverdeeld in pagina’s. Gegevens worden in pagina’s geschreven, maar kunnen alleen op blokniveau worden gewist. Dit betekent dat wanneer u gegevens wilt verwijderen, het hele blok moet worden gewist en nieuwe gegevens naar een ander blok moeten worden geschreven.
- Schrijven en lezen: bij het schrijven van gegevens wordt een spanning op de geheugencel toegepast, waardoor elektronen in de zwevende poort kunnen tunnelen. Om gegevens te lezen, controleert de geheugencontroller de status van de zwevende poort door een lagere spanning aan te leggen en te bepalen of de cel geladen of ongeladen is.
- Wear Leveling: Omdat NAND-geheugen een beperkt aantal programmeer-/wiscycli heeft, worden wear-leveling-algoritmen gebruikt om schrijfbewerkingen gelijkmatig over de geheugenblokken te verdelen, waardoor de levensduur van het geheugen wordt verlengd.
Hoe werkt NAND?
NAND werkt door gebruik te maken van de principes van elektrische ladingsopslag in transistors met zwevende poort. Het proces omvat:
- Gegevensopslag: wanneer gegevens naar het NAND-geheugen worden geschreven, wordt er een elektrische lading opgeslagen in de zwevende poort, waardoor de cel effectief wordt “geprogrammeerd” om een specifieke waarde (0 of 1) vast te houden.
- Gegevens wissen: Om gegevens te wissen, past de controller een negatieve spanning toe om de lading van de zwevende poort te verwijderen, waardoor de cel terugkeert naar de oorspronkelijke staat.
- Gegevenstoegang: toegang tot gegevens omvat het lezen van de status van de cel door middel van het aanleggen van spanning. De geheugencontroller interpreteert de laadstatus om te bepalen of de opgeslagen gegevens een 0 of 1 vertegenwoordigen.
Hoe werkt Flash-geheugen?
Flash-geheugen is een type niet-vluchtige opslag dat NAND-geheugen omvat. Zo werkt het:
- Structuur: Flash-geheugen bestaat uit geheugencellen die lijken op NAND, waarbij gebruik wordt gemaakt van floating-gate-transistors om gegevens op te slaan. Het kan in verschillende architecturen worden georganiseerd, waaronder NOR en NAND.
- Lees- en schrijfproces: Flash-geheugen werkt doordat gegevens in blokken van pagina’s kunnen worden geschreven. Bij schrijven gaat het om het aanbrengen van elektrische ladingen, terwijl bij lezen het controleren op die ladingen betrokken is, zoals eerder vermeld.
- Niet-vluchtigheid: Flash-geheugen bewaart gegevens zonder voeding, waardoor het geschikt is voor draagbare apparaten.
Wat betekent 3D NAND?
3D NAND verwijst naar een type NAND-flashgeheugentechnologie waarbij geheugencellen verticaal in meerdere lagen worden gestapeld. Dit ontwerp verbetert de opslagdichtheid en prestaties in vergelijking met traditionele 2D NAND, waarbij de cellen in één vlak zijn ingedeeld. De belangrijkste voordelen van 3D NAND zijn onder meer:
- Vergrote capaciteit: Door cellen verticaal te stapelen, kunnen fabrikanten de hoeveelheid opgeslagen gegevens vergroten op een kleinere fysieke voetafdruk.
- Verbeterde prestaties: 3D NAND resulteert vaak in betere lees- en schrijfsnelheden vanwege de verminderde latentie.
- Verbeterde duurzaamheid: Dit ontwerp kan een verbeterd uithoudingsvermogen en efficiëntie bieden, wat leidt tot opslagoplossingen met een langere levensduur.
Hoe werkt virtueel RAM?
Virtueel RAM, ook wel virtueel geheugen genoemd, is een geheugenbeheerfunctie van een besturingssysteem dat een deel van de harde schijf of SSD gebruikt alsof het RAM is. Zo werkt het:
- Geheugenextensie: Wanneer het fysieke RAM vol is, draagt het besturingssysteem inactieve gegevens over naar een aangewezen ruimte op de harde schijf, een zogenaamde wisselbestand of swapspace, waardoor effectief RAM wordt vrijgemaakt voor actieve processen.
- Paging: Het systeem gebruikt een proces genaamd paging om de gegevensoverdracht tussen RAM en het paginabestand te beheren. Het verdeelt het geheugen in pagina’s en wisselt deze pagina’s indien nodig in en uit.
- Toegangssnelheid: Hoewel virtueel RAM het mogelijk maakt dat meer processen tegelijkertijd worden uitgevoerd, is toegang tot gegevens vanaf de harde schijf aanzienlijk langzamer dan toegang tot gegevens vanaf fysiek RAM. Hoewel het de multitasking kan verbeteren, kan een overmatige afhankelijkheid van virtueel RAM daarom leiden tot langzamere systeemprestaties.
Concluderend kan het begrijpen van hoe NAND en flash-geheugen werken, samen met concepten als 3D NAND en virtueel RAM, inzicht verschaffen in moderne technologieën voor gegevensopslag. We hopen dat deze uitleg u helpt de grondbeginselen van deze essentiële geheugentypen te begrijpen.
