NAND - Architektur

Flash Card

Die Bezeichnung NAND, die den NAND-Flash Speicher beschreibt, kommt eigentlich aus der Aussagenlogik. Hier wird ein Gatter beschrieben, welches eine bestimmte UND Verknüpfung darstellt (Not AND = NAND). In die Welt der Elektronik umgewälzt bedeutet es, dass die Speicherzellen auf solch einem Flash Speicher seriell geschalten sind, also auf verschiedenen Datenleitungen hintereinander gereiht sind. Dabei werden die Metall-Oxid-Halbleiter Feldtransistoren über ein NAND-Gatter miteinander verbunden. Der große Vorteil dieser Architektur ist jener, dass nur eine geringe Anzahl an Datenspuren benötigt, da eine Spur mehrere Speicherzellen enthält. Im Vergleich zur NOR - Architektur, auf die noch später eingegangen wird, kann somit eine Platzersparnis der Speicherzellen von weit über 50% erzielt werden.

Damit kommen wir schon zu einem der Nachteile dieses Speichers. Die Zugriffszeiten sind relativ hoch, da man nicht auf einzelne Speicherzellen zugreifen, sondern immer nur die ganze Leitung herauslesen kann. Man muss die Daten also blockweise lesen. Dabei bedient man sich der page- und blockorientierten Arbeitsweise. Eine Page besteht aus 512 bzw. 2048 Bytes, die ihrerseits wieder zu Blöcken zusammengefasst werden, die zwischen 16 und 128 KB liegen.

Wie im Kapitel zuvor erklärt, kann man ein erneutes Beschreiben eines Speicherbereichs, also einer Page nur dann erreichen, wenn man sie zuvor löscht und da die Datenzellen seriell geschalten sind, muss man gleich den ganzen Block löschen, in dem sich die jeweilige Page befindet.

Man verwendet NAND-Flashs in jenen Bereichen, wo relativ viel Speicher gebraucht wird und dieser nicht allzu groß sein darf. Gleichzeitig sollte die Zugriffszeit beim Arbeiten nicht wirklich relevant sein. Ein NAND-Flash ist von seiner Funktion mit einer Festplatte vergleichbar, die ähnlich blockweise funktioniert und könnte bzw. kann und wird deshalb auch anstatt ihr genutzt.

In jedem Flash Datenträger sind die ersten Blocke zur Auflistung von so genannten "Bad Blocks" reserviert, die angeben welche Blöcke auf dem Speicher beschädigt sind. Zusätzlich existiert natürlich ein ausgeklügeltes Prüfsystem, welches es ermöglicht, kleine Fehler zu beheben und größere Fehler zu markieren. Das Optimum stellt dieses Prüfsystem natürlich auch nicht dar. Sind mehrere Blöcke beschädigt, können Daten auch trotzdem verloren gehen.

Vorteile von NAND-Speichern: Große Datenmengen können relativ schnell gelesen und geschrieben werden (ACHTUNG: bei kleineren dauert es jedoch durch die Blöcke länger). Außerdem sind diese Modelle mit viel Speicherplatz erhältlich. Der Preis pro Gigabyte ist beim NAND-Speicher zudem vergleichsweise gering, da die geringe Anzahl an Leitungen nicht nur die Größe positiv beeinflusst, sondern auch die Kosten.

Nachteile von NAND-Speichern: Die Ansteuerung ist sehr umständlich und bedarf eines hohen Arbeitsaufwandes. Außerdem kann man nicht wahlfrei auf einzelne Speicherzellen zugreifen, weswegen der NAND-Speicher nicht für alles eingesetzt werden kann. Dadurch dass blockweise gearbeitet wird, tritt eine Abnutzung vergleichsweise früh in Kraft. Dabei kann es passieren, dass bereits nach 100.000 Speichervorgängen Schäden auftreten können. Üblicherweise wird vom Hersteller eine Garantie für eine gewisse Anzahl an Zyklen gegeben, die zwischen eben 100.000 und 1 Million Vorgängen liegt. Die Lebensdauer von Flash Speichern ist somit durchaus aufgrund der technischen Funktionsweise begrenzt.