Mis on välkmälu?

Välkmälu on arvutites kasutatav püsimälu tüüp. Mittelenduv tähendab, et mälu suudab salvestada teavet isegi siis, kui seade on välja lülitatud. Püsimälu ( nt RAM ) kaotab kõik sellesse salvestatud andmed iga kord, kui masin ise välja lülitub. Püsimälu kasutatakse selliste asjade jaoks nagu kõvakettad ja SSD-d, kuna need peavad suutma teavet salvestada isegi siis, kui arvuti on välja lülitatud.

Välkmälu on kahte erinevat tüüpi – NOR flash ja NAND flash. Neid nimetatakse nende vastavate loogikaväravate järgi. Loogikavärav on operatsioon, mis teostab binaarseid kontrolle – sisendid ja väljundid, mis on alati ainult 0 või 1. NOR ja NAND puhul nimetatakse neid tulemuse järgi, mille nad toodavad.

NAND-värav tagastab väärtuse 0 või 'väär' ainult siis, kui kõik selle sisendid on täpsed. NOR-värav on täpselt vastupidine – see tagastab ühe või "tõene" väärtuse ainult siis, kui kõik sisendid on valed. Mõlemat tüüpi välkmälu kujundus on üsna sarnane - nad kasutavad sama rakukujundust. Erinevused algavad vooluringi tasemel. Olenemata sellest, kas andmete esimene bitt on tõene või väär (1 või 0, mida mõnikord nimetatakse kõrgeks või madalaks ), sarnaneb andmeliinide vaheline seos NOR-värava või NAND-väravaga, määrates seega tüübi.

Näpunäide: NAND tähistab sõnu Not-AND, kontrollimaks, et mõlemad sisendid pole kehtivad. NOR tähistab Not-OR, kontroll, mis on tõene ainult siis, kui kumbki teave pole täpne. Mõlema loogikavärava kriitiline kasulikkus seisneb selles, et on juhtum, kus saab määrata täpsed sisendite kombinatsioonid.

Välkmälu ajalugu

Flashi töötas esmakordselt välja 1980. aastal Toshiba. Nad hakkasid seda turustama 1987. aastal EPROM-i mälu täiustatud versioonina. EPROMid tuli kustutada enne, kui neid sai ümber kirjutada ja seega uuesti kasutada. Teisest küljest saab NAND-välku lugeda, kirjutada ja kustutada väiksemates salvestusruumi tükkides, muutes selle kiiremaks ja reageerivamaks.

NOR-välklamp võimaldab kirjutada, lugeda või kustutada üksikut masinsõna iseseisvalt, saavutades sama efekti – suurema kiiruse ja kättesaadavuse. Välkmäluseadmeid nimetatakse tavaliselt välkmälukiibideks ja need koosnevad füüsilisest kiibist, mis on täidetud paljude välkmälurakkudega ja välkmälu kontrollerist. Kontroller toimib jaotus- ja sidekeskusena – eraldab andmeid ja päringuid ning toimetab vastavalt vajadusele andmeid rakkudesse ja rakkudest välja.

Märkus. Masinasõna on suurima mäluaadressi mõõt, mida arvuti suudab töödelda. 32-bitise arvuti puhul on masinasõna 32-bitine. 64-bitise arvuti puhul on masinasõna 64-bitine.

NOR ja NAND

Kaasaegset välkmälu kasutatakse peaaegu kõigis kaasaegsetes arvutiseadmetes. NAND-mälu kasutatakse peamiselt mälukaartides, USB-draivides, pärast 2009. aastat toodetud SSD-des, nutitelefonides ja muudes väiksemates mobiilseadmetes. NAND toimib tavaliselt üldise mäluna ja seda kasutatakse ka andmeedastuseks.

Erinevad digitaaltooted kasutavad konfiguratsiooniandmete salvestamiseks NOR- või NAND-välkmälu. Selle konkreetse kasutusjuhtumi eest hoolitses varem EPROM või staatiline RAd. Välkmälu on enamikul juhtudel parem – ainsaks puuduseks on see, et iga mälurakk suudab kirjutada vaid nii palju, enne kui see kulub. Kui mälurakk kulub, ei saa kogu plokki, milles see asub, enam usaldada. Kaasaegsed seadmed tegelevad selle probleemiga kulumise tasandamise algoritmide ja ülevarustamisega.

NOR-mälu kasutatakse peamiselt juhtudel, kui andmete terviklikkust on vaja säilitada pikema aja jooksul. Tavaliselt suudab see andmeid turvaliselt säilitada kuni 20 aastat ja seda kasutatakse siis, kui andmete üksikuid masinsõnu on vaja sageli kirjutada ja lugeda.

NAND on populaarsem välkmälutüüp ja seda kasutatakse juhul, kui suurematele andmeplokkidele on vaja korraga juurde pääseda, neid lugeda, (ümber) kirjutada või kustutada. Tõhusalt on lugemise, kirjutamise ja kustutamise kiirus kiirem kui NOR-mälu. See muudab NAND-välgu parimaks valikuks enamiku kasutusjuhtude jaoks.

Lisaks on NAND-mälurakud füüsiliselt väiksemad kui NOR-rakud. Nad kasutavad ligikaudu 40% vähem pinda, hoolimata sellest, et nad töötavad sarnaselt ja pakuvad sama peamist salvestusruumi raku kohta. See tähendab, et NAND-välklamp võib pakkuda suuremat salvestustihedust ja suuremat jõudlust. NOR välgul on siiski üks eelis. Kuna see on masinsõnaga adresseeritav, on see juhusliku juurdepääsu korral kiirem ja sarnaneb rohkem RAM-iga.

Järeldus

Välkmälu on püsimälu, elektriliselt kustutatava kirjutuskaitstud mälu ehk EEPROM-i variant. See võib põhineda loogilistel NAND-väravatel või loogilistel NOR-väravatel. NAND-välklamp on tänu oma salvestustihedusele ja jõudluseeelisele oluliselt populaarsem kui NOR-välk. Flashi kriitiline eelis võrreldes teiste EEPROM-i eelkäijatega on see, et seda ei pea täielikult kustutama.

Välkmälu on selle asemel jagatud plokkideks, mis tuleb kustutada, kuid tänu nende palju väiksemale suurusele on selle jõudluskulud palju väiksemad. Flashi peamine nõrkus on see, et mälurakke saab kirjutada ainult mitu korda, enne kui need kuluvad. See probleem on tänapäevastes seadmetes üldiselt lahendatud tänu nivelleerimisalgoritmide kulumisele ja ülevarustamisele.