Bu makalede size NAND belleği ve onun çeşitli yönleri, nasıl çalıştığı ve farklı türleri hakkında bilgi vereceğiz. Bu yazıda NAND belleğin, flash belleğin ve 3D NAND’ın işleyişinin yanı sıra sanal RAM kavramı da ele alınmaktadır. Bu teknolojileri anlamak, veri depolama çözümleriyle ilgilenen herkes için çok önemlidir.
NAND Belleği Nasıl Çalışır?
NAND belleği, USB sürücüler, SSD’ler (Katı Hal Sürücüler) ve hafıza kartları dahil olmak üzere çeşitli cihazlarda kullanılan bir tür kalıcı depolama teknolojisidir. Güç kapatıldığında bile verileri korur. İşte nasıl çalışıyor:
- Bellek Hücreleri: NAND belleği, kayan kapılı transistörlerden yapılmış bellek hücrelerinden oluşur. Bu hücreler, veri parçalarını elektrik yükleri olarak depolar. Bir hücre şarj edildiğinde ikili bir “1”i temsil ederken, şarj edilmemiş bir durum ikili bir “0”ı temsil eder.
- Blok Organizasyonu: NAND belleği bloklar halinde düzenlenir ve bunlar ayrıca sayfalara bölünür. Veriler sayfalar halinde yazılır ancak yalnızca blok düzeyinde silinebilir. Bu, veriyi silmek istediğinizde tüm bloğun silinmesi ve yeni verilerin farklı bir bloğa yazılması gerektiği anlamına gelir.
- Yazma ve Okuma: Veri yazmak, hafıza hücresine, elektronların kayan kapıya tünel açmasına izin veren bir voltaj uygulanmasını içerir. Verileri okumak için bellek kontrolörü, daha düşük bir voltaj uygulayarak ve hücrenin şarjlı mı yoksa şarjsız mı olduğunu belirleyerek kayan geçidin durumunu kontrol eder.
- Aşınma Dengeleme: NAND belleği sınırlı sayıda program/silme döngüsüne sahip olduğundan, yazma işlemlerini bellek blokları arasında eşit şekilde dağıtmak için aşınma dengeleme algoritmaları kullanılır ve belleğin ömrü uzatılır.
NAND Nasıl Çalışır?
NAND, kayan kapılı transistörlerdeki elektrik yükü depolama ilkelerinden yararlanarak çalışır. Süreç şunları içerir:
- Veri Depolama: Veriler NAND belleğine yazıldığında, kayan kapıda bir elektrik yükü depolanır ve hücre belirli bir değeri (0 veya 1) tutacak şekilde etkili bir şekilde “programlanır”.
- Verilerin Silinmesi: Verileri silmek için kontrol cihazı, yüzen geçitteki yükü kaldırmak için negatif bir voltaj uygular ve hücreyi orijinal durumuna döndürür.
- Veri Erişimi: Verilere erişim, voltaj uygulaması yoluyla hücrenin durumunun okunmasını içerir. Bellek denetleyicisi, depolanan verilerin 0’ı mı yoksa 1’i mi temsil ettiğini belirlemek için şarj durumunu yorumlar.
Flash Bellek Nasıl Çalışır?
Flash bellek, NAND belleği kapsayan kalıcı bir depolama türüdür. İşte nasıl çalıştığı:
- Yapı: Flash bellek, verileri depolamak için kayan kapı transistörlerini kullanan NAND’a benzer bellek hücrelerinden oluşur. NOR ve NAND dahil olmak üzere farklı mimarilerde düzenlenebilmektedir.
- Okuma ve Yazma İşlemi: Flash bellek, verilerin sayfa blokları halinde yazılmasına olanak tanıyarak çalışır. Yazmak elektrik yüklerinin uygulanmasını içerirken, okumak daha önce de belirtildiği gibi bu yüklerin kontrol edilmesini içerir.
- Geçici Olmayan: Flash bellek, verileri güç kaynağı olmadan saklar, bu da onu taşınabilir cihazlar için uygun hale getirir.
3D NAND Ne Demektir?
3D NAND, bellek hücrelerinin birden fazla katman halinde dikey olarak istiflendiği bir tür NAND flash bellek teknolojisini ifade eder. Bu tasarım, hücrelerin tek bir düzlemde yer aldığı geleneksel 2D NAND’a kıyasla depolama yoğunluğunu ve performansını artırır. 3D NAND’ın temel avantajları şunları içerir:
- Artan Kapasite: Üreticiler, hücreleri dikey olarak istifleyerek daha küçük bir fiziksel alanda depolanan veri miktarını artırabilir.
- Geliştirilmiş Performans: 3D NAND, azaltılmış gecikme nedeniyle genellikle daha iyi okuma ve yazma hızları sağlar.
- Gelişmiş Dayanıklılık: Bu tasarım, daha fazla dayanıklılık ve verimlilik sağlayarak daha uzun ömürlü depolama çözümlerine yol açabilir.
Sanal RAM Nasıl Çalışır?
Sanal bellek olarak da bilinen sanal RAM, sabit sürücünün veya SSD’nin bir bölümünü RAM gibi kullanan bir işletim sisteminin bellek yönetimi yeteneğidir. İşte nasıl çalışıyor:
- Bellek Uzantısı: Fiziksel RAM dolduğunda, işletim sistemi etkin olmayan verileri sabit sürücüde sayfa dosyası veya takas alanı adı verilen belirlenmiş bir alana aktararak RAM’i etkin işlemler için etkili bir şekilde serbest bırakır.
- Paging: Sistem, RAM ile sayfa dosyası arasındaki veri aktarımını yönetmek için sayfalama adı verilen bir işlemi kullanır. Belleği sayfalara böler ve bu sayfaları gerektiği gibi içeri ve dışarı değiştirir.
- Erişim Hızı: Sanal RAM aynı anda daha fazla işlemin çalışmasına izin verse de, sabit sürücüden verilere erişim, fiziksel RAM’den verilere erişime göre önemli ölçüde daha yavaştır. Bu nedenle, çoklu görevleri geliştirebilirken, sanal RAM’e aşırı bağımlılık sistem performansının yavaşlamasına neden olabilir.
Sonuç olarak, 3D NAND ve sanal RAM gibi kavramlarla birlikte NAND ve flash belleğin nasıl çalıştığını anlamak, modern veri depolama teknolojilerine dair fikir verebilir. Bu açıklamanın bu temel hafıza türlerinin temellerini anlamanıza yardımcı olacağını umuyoruz.