FLASH-Speicher

EEPROM (engl. Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory) – eine Art nichtflüchtiger Computerspeicher. Auch als E²PROM bezeichnet. Der EEPROM-Speicher kann im Gegensatz zum EPROM-Speicher nur mit elektrischer Energie gelöscht werden. Die Anzahl der Schreib- und Löschvorgänge ist begrenzt und hängt von Typ und Hersteller des Speichers ab, beträgt bis zu 100.000 Zyklen. Nach Überschreitung dieses Wertes wird der Speicher beschädigt. Die Anzahl der Lesevorgänge des Speichers ist unbegrenzt. Er wird verwendet, um eine kleine Menge an Daten zu speichern, die nach einem Stromausfall verfügbar sein müssen. Eine Weiterentwicklung des EEPROM-Speichers ist der Flash-Speicher, bei dem durch den Einsatz von Puffern die Schreibgeschwindigkeit zum Speicher erhöht wurde.

Klassifizierung des Flash-Speichers je nach verwendetem Logikgattertyp:

• NOR-Flash-Speicher – verwendet die logische NOR-Funktion
• NAND-Flash-Speicher – verwendet die logische NAND-Funktion

Der NOR-Flash-Speicher ermöglicht den direkten Zugriff auf jede Speicherzelle, hat jedoch relativ lange Schreib- und Löschzeiten. Aus diesem Grund eignet er sich zur Speicherung von Daten, die keine häufigen Aktualisierungen erfordern, wie z.B. Firmware verschiedener Geräte. Er hält 10.000 bis 100.000 Programmierzyklen stand. Er wurde in den ersten Versionen von CompactFlash-Speicherkarten verwendet, wurde jedoch später durch kostengünstigere NAND-Flash-Speicher ersetzt.

Der NAND-Flash-Speicher hat im Vergleich zum NOR-Speicher kürzere Schreib- und Löschzeiten, eine höhere Datendichte, ein besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis und eine zehnmal höhere Haltbarkeit. Das Hauptmerkmal dieses Speichertyps ist jedoch der sequentielle Zugriff auf Daten. Dies schränkt den Anwendungsbereich auf die Verwendung als Massenspeicher ein, z.B. in Speicherkarten. Die erste Speicherkarten, die auf NAND-Flash-Speicher basierte, war die SmartMedia-Karte. Später begann man, sie auch in anderen Arten von Speicherkarten zu verwenden, z.B. MultiMedia Card, Secure Digital, Memory Stick und xD Picture Card sowie in USB-Speichern (Pendrives).

Um eine Flash-Speicherzelle zu beschreiben, muss sie zuvor gelöscht werden. Es ist nicht möglich, Daten in eine bereits beschriebene Zelle erneut zu schreiben. Obwohl jede Speicherzelle gelesen und beschrieben werden kann, ermöglicht der Löschvorgang nur das Löschen ganzer Blöcke von Zellen. Eine einzelne Zelle kann nicht gelöscht werden. Aus diesem Grund ist das Schreiben von Daten nicht vollständig frei. Diese Speicher ermöglichen das Lesen und Schreiben beliebiger Zellen, jedoch nicht das freie Schreiben/Lesen des Inhalts, wie es bei RAM-Speichern der Fall ist.

Die oben genannten Einschränkungen führen zu gewissen Schwierigkeiten beim Zugriff auf Daten in Massenspeichern. Das Schreiben muss mit dem Löschvorgang von Speicherblöcken koordiniert werden. In der Regel, wenn eine Datei aktualisiert oder überschrieben werden soll, erstellt das Speichermanagementsystem eine neue Kopie der Datei an einem anderen Ort und kennzeichnet nur die vorherige Version als unbrauchbar. Diese Version der Datei belegt weiterhin freien Speicherplatz, der freigegeben wird, wenn der Löschvorgang möglich ist, d.h. wenn in dem betreffenden Speicherblock kein Fragment einer anderen Datei vorhanden ist. Um das Löschen von Speicherblöcken effizienter zu gestalten, ist es auch möglich, Teile anderer Dateien (die keine Modifikationen erfordern) an einen anderen Ort zu verschieben, damit der Block gelöscht werden kann. Eine zusätzliche Komplikation besteht darin, dass der Löschvorgang erheblich länger dauert als der Schreib- und Lesevorgang.

Standard-EEPROM-Speicher erlauben das Schreiben oder Löschen nur einer Speicherzelle gleichzeitig, was bedeutet, dass Flash-Speicher erheblich schneller sind, wenn das System, das sie verwendet, Zellen mit unterschiedlichen Adressen gleichzeitig liest und schreibt. Alle Arten von EEPROM-Speichern, einschließlich Flash-Speicher, haben technologisch eine begrenzte Anzahl von Löschzyklen (Schreibzyklen) – das Überschreiten dieser Zahl führt zu irreversiblen Schäden.

Flash-Speicher werden häufig in allen Arten von Speicherkarten, USB-Speichern (Pendrives) und SSD-Speichern (SSD-Laufwerken) verwendet.

Derzeit sind die folgenden Speicherkarten im Einsatz, die Flash-Speicher als Datenträger verwenden:

• MultiMedia Card (MMC)
• Secure Digital (SD)
• Memory Stick (MS)
• CompactFlash (CF)
• SmartMedia (SM)
• xD Picture Card (xD)

Darüber hinaus werden sie zur Speicherung von Programmen und Daten in eingebetteten Geräten verwendet, wo sie anstelle der früher beliebten EPROM- und PROM-Speicher eingesetzt werden.