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Flash-Speicher-Konfigurationen: NOR und NAND Paul Pickering

(Quelle: vectorfusionart/Shutterstock.com)

Solid-State-Speicherbausteine basieren auf der Flash-Memory-Technologie, die 1980 von Fujio Masuoka (1943-) von Toshiba erfunden wurde. Ein Flash-Speicherbaustein besteht intern aus großen Arrays von Floating-Gate-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET). Es gibt ihn in zwei (2) Konfigurationen (Abbildung 1):

  • NOR (Not OR)
  • NAND (Not AND)

NOR- und NAND-Flash-Logikdiagramme

Abbildung 1: NOR- und NAND-Flash-Logikdiagramme. (Quelle: John Orsbun/Shutterstock.com)

NOR-basierter Flash-Speicher bietet schnelle Lesezugriffszeiten und eine hohe Lebensdauer. Da er einen randomisierten Zugriff auf jeden Speicherplatz erlaubt, wird er meist für zuverlässige Codespeicherung in ROM-Replacement-BIOS- oder -Firmware-Anwendungen verwendet. NOR-Bausteine sind mit bis zu 2 GB erhältlich, entweder mit einer seriellen oder parallelen Schnittstelle.

NAND-Flash-Speicher benötigt weniger Chipfläche pro Zelle, was eine höhere Speicherdichte und niedrigere Kosten pro Bit als NOR-Flash ermöglicht. NAND-Bausteine sind bis zu 2 TB erhältlich. Der Nachteil von NAND-Flash-Speicher ist, dass nicht einzelne Zellen geschrieben oder gelöscht werden können; diese Operationen müssen in Blöcken von Zellen durchgeführt werden; daher ist NAND eher für datenintensive Anwendungen geeignet. Der Schreibvorgang belastet die NAND-Zelle mit der Zeit; bei den meisten NAND-Laufwerken tritt nach einigen tausend Schreibzyklen eine Verschlechterung ein, während Lesevorgänge bis zu Millionen von Zyklen umfassen können. Unter normalen Betriebsbedingungen ergibt sich durch diese Einschränkung aber immer noch eine typische Lebensdauer von mehreren Jahren.

Die Halbleiterstrukturen für NAND-Flash sind bis hinab zu 25nm klein. Es gibt drei (3) verschiedene Arten von Technologien: Single-Level Cell (SLC), Multi-Level Cell (MLC) und Triple-Level Cell (TLC), die jeweils ein, zwei oder drei Bits pro Speicherzelle speichern können. Mit zunehmender Anzahl von Bits pro Zelle sinken zwar die Kosten, aber die Leistung und die Lebensdauer nehmen ab. Produkte mit höherer Leistung verwenden daher in der Regel SLC- und MLC-Bausteine, während für Geräte im Consumer-Bereich zunehmend die TLC-Technologie eingesetzt wird.

Weitere Informationen über Flash-Speicher finden Sie auf der Flash-Speicher-Seite von Mouser.



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Paul PickeringPaul Pickering ist freiberuflicher technischer Autor und hat über eine Vielzahl von Themen geschrieben, darunter: Halbleiterkomponenten und -technologie, passive Bauelemente, Gehäuse, leistungselektronische Systeme, Automobilelektronik, IoT, embedded Software, EMV und alternative Energien. Paul verfügt über mehr als 35 Jahre Erfahrung in der Elektronikindustrie im Bereich Engineering und Marketing. Er war unter anderem in den Bereichen Automobilelektronik, Präzisionsanalogtechnik, Leistungshalbleiter, embedded Systeme, Logikbausteine, Flugsimulation und Robotik tätig. Er hat praktische Erfahrung sowohl im digitalen als auch im analogen Schaltungsdesign, in eingebetteter Software und in Web-Technologien. Er kommt ursprünglich aus dem Nordosten von England und hat in Europa, den USA und Japan gelebt und gearbeitet. Er hat einen B.Sc. (Hons) in Physik & Elektronik vom Royal Holloway College, University of London, und hat einen Abschluss von der Tulsa University erlangt.


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