W tym artykule nauczymy Cię o pamięci NAND i jej różnych aspektach, w tym o jej działaniu i różnych typach. W tym poście omówiono działanie pamięci NAND, pamięci flash i 3D NAND, a także koncepcję wirtualnej pamięci RAM. Zrozumienie tych technologii jest niezbędne dla wszystkich zainteresowanych rozwiązaniami do przechowywania danych.
Jak działa pamięć NAND?
Pamięć NAND to rodzaj technologii pamięci nieulotnej stosowanej w różnych urządzeniach, w tym w dyskach USB, dyskach SSD (dyskach półprzewodnikowych) i kartach pamięci. Zachowuje dane nawet po wyłączeniu zasilania. Oto jak to działa:
- Komórki pamięci: Pamięć NAND składa się z komórek pamięci wykonanych z tranzystorów z bramką pływającą. Komórki te przechowują bity danych w postaci ładunków elektrycznych. Kiedy ogniwo jest naładowane, reprezentuje binarną „1”, podczas gdy stan nienaładowany reprezentuje binarne „0”.
- Organizacja bloków: Pamięć NAND jest zorganizowana w bloki, które są dalej podzielone na strony. Dane są zapisywane na stronach, ale można je usunąć tylko na poziomie bloku. Oznacza to, że jeśli chcesz usunąć dane, musisz usunąć cały blok, a nowe dane zapisać w innym bloku.
- Zapisywanie i czytanie: Zapisywanie danych polega na przyłożeniu napięcia do komórki pamięci, co umożliwia elektronom tunelowanie do pływającej bramki. Aby odczytać dane, kontroler pamięci sprawdza stan bramki pływającej, przykładając niższe napięcie i określając, czy ogniwo jest naładowane, czy nie.
- Poziomowanie zużycia: Ponieważ pamięć NAND ma ograniczoną liczbę cykli programowania/kasowania, stosowane są algorytmy równoważenia zużycia, aby równomiernie rozprowadzać zapisy pomiędzy blokami pamięci, wydłużając żywotność pamięci.
Jak działa NAND?
NAND działa poprzez wykorzystanie zasad przechowywania ładunku elektrycznego w tranzystorach z bramką pływającą. Proces obejmuje:
- Przechowywanie danych: Kiedy dane są zapisywane w pamięci NAND, w bramce pływającej gromadzony jest ładunek elektryczny, skutecznie „programując” komórkę tak, aby przechowywała określoną wartość (0 lub 1).
- Kasowanie danych: Aby usunąć dane, sterownik przykłada ujemne napięcie w celu usunięcia ładunku z bramki pływającej, przywracając ogniwo do pierwotnego stanu.
- Dostęp do danych: Dostęp do danych wymaga odczytania stanu ogniwa poprzez przyłożenie napięcia. Kontroler pamięci interpretuje stan naładowania, aby określić, czy przechowywane dane reprezentują 0 czy 1.
Jak działa pamięć flash?
Pamięć flash to rodzaj pamięci nieulotnej obejmującej pamięć NAND. Oto jak to działa:
- Struktura: Pamięć flash składa się z komórek pamięci podobnych do NAND, wykorzystujących do przechowywania danych tranzystory z bramką zmiennoprzecinkową. Można go zorganizować w różnych architekturach, w tym NOR i NAND.
- Proces odczytu i zapisu: Pamięć flash umożliwia zapisywanie danych w blokach stron. Pisanie polega na przykładaniu ładunków elektrycznych, podczas gdy czytanie polega na sprawdzaniu tych ładunków, jak wspomniano wcześniej.
- Nieulotność: pamięć Flash przechowuje dane bez zasilania, dzięki czemu nadaje się do urządzeń przenośnych.
Co oznacza 3D NAND?
Termin 3D NAND odnosi się do typu technologii pamięci flash NAND, w której komórki pamięci są ułożone pionowo w wielu warstwach. Konstrukcja ta poprawia gęstość przechowywania i wydajność w porównaniu z tradycyjną pamięcią NAND 2D, w której komórki są ułożone w jednej płaszczyźnie. Kluczowe zalety pamięci 3D NAND obejmują:
- Zwiększona pojemność: Układając komórki pionowo, producenci mogą zwiększyć ilość danych przechowywanych na mniejszej powierzchni fizycznej.
- Poprawiona wydajność: 3D NAND często skutkuje lepszą szybkością odczytu i zapisu ze względu na zmniejszone opóźnienia.
- Zwiększona trwałość: ta konstrukcja może zapewnić lepszą trwałość i wydajność, co prowadzi do trwalszych rozwiązań do przechowywania.
Jak działa wirtualna pamięć RAM?
Wirtualna pamięć RAM, znana również jako pamięć wirtualna, to funkcja zarządzania pamięcią systemu operacyjnego, która wykorzystuje część dysku twardego lub dysku SSD tak, jakby była to pamięć RAM. Oto jak to działa:
- Rozszerzenie pamięci: Kiedy fizyczna pamięć RAM jest pełna, system operacyjny przesyła nieaktywne dane do wyznaczonego miejsca na dysku twardym zwanego plikiem stronicowania lub przestrzenią wymiany, skutecznie zwalniając pamięć RAM dla aktywnych procesów.
- Stronicowanie: System wykorzystuje proces zwany stronicowaniem do zarządzania przesyłaniem danych pomiędzy pamięcią RAM a plikiem stronicowania. Dzieli pamięć na strony i zamienia te strony w razie potrzeby.
- Szybkość dostępu: Chociaż wirtualna pamięć RAM pozwala na jednoczesne działanie większej liczby procesów, dostęp do danych z dysku twardego jest znacznie wolniejszy niż dostęp do danych z fizycznej pamięci RAM. Dlatego też, chociaż może to usprawnić wielozadaniowość, nadmierne poleganie na wirtualnej pamięci RAM może prowadzić do spowolnienia działania systemu.
Podsumowując, zrozumienie działania pamięci NAND i flash, a także pojęć takich jak 3D NAND i wirtualna pamięć RAM może zapewnić wgląd w nowoczesne technologie przechowywania danych. Mamy nadzieję, że to wyjaśnienie pomoże ci zrozumieć podstawy tych podstawowych typów pamięci.
