Flash Bellek Nedir, Ne İşe Yarar?

Flash bellek, önceki belleklerden farklıdır. Çünkü aynı anda yalnızca tek hücre yazılır veya silinir.

Ancak gelişmiş EEPROM, elektriksel uyarılarla birden çok hücreyi aynı anda işleyebilir.

USB Flash Bellek Tanımı ve Özellikleri

Flash Memory (Bellek) Nedir?

Bu nedenle, sistemler aynı anda flash belleğin farklı noktalarını okuyabilir ve yazabilir. Böylece flaş, çok daha yüksek hızlarda çalışabilir.

Ekonomik açıdan bakıldığında, piyasadaki 4, 8 ve 16 GB cihazlar yaklaşık 50 TL’ye satılır. Ancak daha yüksek kapasite ve hız istiyorsanız, fiyat neredeyse 10 kat artar.

Buna karşın, sabit disklerin GB başına maliyeti flash belleğe göre çok düşüktür. Ayrıca sabit diskler flash belleğe kıyasla çok daha yüksek kapasite sunar.

Flash bellekler darbelere karşı dirençlidir ve düşük enerji tüketir. Çünkü mekanik aktüatör veya hareketli parça içermez, bu nedenle sessiz çalışır.

Küçük boyutu, taşınabilir cihazlarda tercih sebebidir. Ayrıca hafifliği ve çok yönlülüğü birçok kullanım için avantaj sağlar.

Bununla birlikte, her flash bellek türü sınırlı sayıda yazma ve silme işlemine izin verir. Bu sayı hücre, üretim süreci ve gerekli silme voltajına bağlıdır; genellikle 10.000–1.000.000 arasındadır.

Flash bellek, 0 ve 1 değerlerini saklamak için NOR ve NAND mantık kapılarıyla yapılır. Bu bellekler için dosya sistemleri, örneğin NOR’da JFFS kullanılır. NAND için ise JFFS2, NAND veya YAFFS ikinci sürüm olarak evrimleşmiştir.

Pratikte ise çıkarılabilir bellek kartlarıyla uyumluluk için FAT dosya sistemi tercih edilir.

Bir diğer özellik, üst düzey dijital kameralara yönelik bazı hafıza kartlarının yüksek termal direncidir. Desteklenen sıcaklık aralığı -25 °C ila 85 °C olduğundan, çöl veya buzullar gibi aşırı koşullarda çalışabilir.

Flash Bellek Tarihi

Flash belleğin geçmişi, yönlendiriciler, modemler ve PC BIOS ile bağlantılıdır. Ayrıca kablosuz teknolojilerin ilerlemesi de flash belleği etkiledi.

1984 yılında Fujio Masuoka, mevcut EEPROM’un evrimi olarak flash belleği icat etti. Intel, ilk flash belleği ticarileştirdi ve başarı iddiasında bulundu.

1994–1998 yılları arasında SmartMedia ve CompactFlash gibi ana bellek türleri geliştirildi. Böylece teknoloji, diğer alanlardaki uygulamaları da gündeme getirdi.

1998’de Rio şirketi, ilk hareketli parçasız Walkman’i ticarileştirdi. Bu cihaz SmartMedia çalışma modundan faydalandı.

1994’te SanDisk, bu devrelere dayalı hafıza kartlarını (CompactFlash) pazarlamaya başladı. O zamandan beri evrim, taşınabilir MP3 çalarlar, video konsolları ve PC Kartları gibi küçük taşınabilir cihazlara geldi.

USB Bellekler Nasıl Çalışır?

EEPROM türü Flash, geliştirilmiş transistörlü hücre matrisi içerir. Bu hücreler sadece bir bit bilgi depolar.

Buna ek olarak, çok seviyeli hücre cihazları geliştirilmiştir. Böylece hücre başına birden fazla bit saklanabilir.

Bu bellekler FAMOS transistörüne dayanır. Temel olarak, NMOS transistördür ve ek iletkene sahiptir. Ayrıca, kontrol kapısı (CG) ile floating gate (FG) arasında elektron depolanır.

NOR Tipi

NOR flaş belleklerinde, elektronlar FG’deyken CG aktif olursa elektrik alanı değişir. Böylece hücre 1 veya 0 durumuna göre elektrik alanı gösterir. Bu sayede, CG’ye voltaj uygulanınca akım hücrede depolanan voltaja göre akar veya akmaz.

Akım varlığı veya yokluğu tespit edilir ve 1 ya da 0 olarak yorumlanır. Çok seviyeli hücrelerde FG’deki elektron sayısı akım yoğunluğu ile kontrol edilir ve yorumlanır.

NOR hücresini programlamak için akım kaynak terminalden evye terminaline geçer. Sonra CG’ye yüksek voltaj uygulanır ve elektronlar tutulur. Bu işleme sıcak elektron enjeksiyonu denir.

Bir hücreyi silmek için Fowler-Nordheim tünelleme tekniği kullanılır. Transistörü elektron tabancasına çevirir ve ters voltaj uygulanarak elektronlar çekilir. Böyle yüksek voltaj ince iletkende hücrelerin bozulmasına yol açabilir.

Flash bellekler bloklara ayrılmıştır. Silme işlemi yavaş olduğundan tüm bloklar temizlenir ve süreç hızlanır. Bu nedenle flash bellekler bayt bayt silinen geleneksel EEPROM’dan çok daha hızlıdır. Ancak veri yeniden yazılmadan önce blok temizlenmelidir.

NAND Tipi

NAND mantık kapılarına dayanan flash bellek farklı çalışır. Çünkü yazma için enjeksiyon tüneli, silmek için düşme tüneli kullanılır.

NAND tabanlı bellek, diğer kapılara göre on kat daha dirençlidir. Ancak, NOR tabanlı flash belleklere kıyasla yalnızca sıralı erişime izin verir.

Buna rağmen, silme mekanizması daha basittir. Bu nedenle, bellek kartı tipi cihazlar için maliyetli olmayan bir temel sağlar.

Popüler USB bellekler, Pendrive’lar veya SSD’ler NAND tipi flash sürücüler kullanır.

NOR ve NAND Tabanlı Belleklerin Karşılaştırılması

Bu bellek türlerini karşılaştırmak için, geleneksel olarak değerli anıların farklı yönleri göz önünde bulundurulur.

Yongaların depolama yoğunluğu şu anda NAND belleğinde oldukça yüksektir.
NOR maliyeti çok daha yüksektir.
NOR erişimi okuma için rastgele ve modifikasyon için blok odaklıdır. Bununla birlikte, NAND sadece bloklar için doğrudan erişim ve bloklar içinde sıralı okuma sunar.
NOR yazarken, tek bir biti değiştirebiliriz. Bu, blokları veya sözcükleri tamamlaması gereken NAND’lerin sınırlı yeniden programlanmasıyla vurgulanır.
NOR’da NAND’a göre okuma hızı çok daha yüksektir.
NOR için yazma hızı, bayt başına 5 µs’dir ve NAND’de sayfa başına 200 µs’dir.
NOR için silme hızı, 64 KB blok başına 1 sn, NAND’de 16 KB blok başına 2 ms’dir.
NOR tabanlı cihazlar çok güvenilirdir. Ayrıca veri bozulmasına karşı dayanıklıdır. NAND sistemlerinin aksine yanlış bloklar oluşmaz. Bu nedenle NOR sistemleri daha güvenilirdir.

Kısacası, NAND sistemleri daha ucuz ve hızlıdır. Ancak güvenilirlikten yoksundur. Ayrıca iyi bir dosya sistemi için zorunludur. Ne aradığınıza bağlı olarak, birini seçmek veya diğerini tercih etmek mantıklıdır.

Dosya Sistemleri

Flash bellek için verimli bir dosya sistemi tasarlamak karmaşıktır. Çünkü NOR ve NAND flash bellek türleri farklı özellikler taşır.

Buna ek olarak, NOR için tasarlanmış bir dosya sistemi NAND için gereksiz mekanizmalar içerir. Ayrıca NAND’ın NOR’u yönetmesi de ek mekanizmalar gerektirir.

Örnek olarak çöp toplayıcı verilebilir. NOR’da silme yavaş ve karmaşıktır. Ek olarak, bu durum dosya sistemi seçeneklerini sınırlar. Ancak NAND sistemleri çok daha hızlı siler, bu sınırlamalar anlamsızdır.

Bir diğer fark, NAND’de hatalı bloklar olabilir. NOR sistemlerinde ise bütünlük garantilidir ve hatalı bloklar anlamsızdır.

Her sistemin ele alması gereken boyut farklıdır. Bu nedenle tasarım, sisteme vermek istediğiniz işlevlere göre yapılmalıdır.

Arkaplan

Bilgisayar dünyasının başlangıcından beri bellekler çok gelişti. Ayrıca, ana bellek olarak kullanılan yarı iletken bellek türleri önemlidir. Bununla birlikte, flaş bellekler ve kullanım bağlamları hakkında bazı noktaları hatırlamak faydalıdır.

Read-Only Memories/Salt Okunur Bellekler

ROM (Read Only Memory/Salt Okunur Bellek): Bunlar esas olarak sistemlerin mikro programlanmasında kullanılır. Üreticiler genellikle kitle üreten bileşenler kullanırken bunları kullanırlar.
PROM (Programmable Read-Only Memory/Programlanabilir Salt Okunur Bellek): Yazma işlemi elektroniktir. Üretim sırasında kaydedilen öncekilerden farklı olarak çip üretildikten sonra kaydedilebilir. Tek bir kayda izin verir ve ROM’dan daha pahalıdır.

Tüm Okunur Bellekler

EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory/Silinebilir Programlanabilir Salt Okunur Bellek): Birkaç kez elektrikle yazılabilir, ancak içeriğin silinmesi tam ve ultraviyole ışınlarına tam olarak maruz kalır.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory/Elektrikle Silinebilir Programlanabilir Salt Okunur Bellek): Bir baytı elektrik akımı ile seçerek silebilirsiniz. EPROM’dan daha pahalıdır.
Flash Memory (Bellek): EEPROM belleklerine dayanır, ancak blok blok silinmesine izin verir ve daha ucuz ve daha yoğundur.

Okuma/Yazma Bellekler

DRAM (Dynamic Random Access Memory/Dinamik Rastgele Erişim Belleği): Veriler bir kapasitörün şarjındaki gibi saklanır. Boşalma eğilimi gösterir ve bu nedenle periyodik bir yenileme işlemi gereklidir. SRAM’lardan daha basit ve daha ucuzdurlar.
SRAM (Static Random Access Memory/Statik Rasgele Erişim Belleği): Veriler parmak arası terliklerde saklanır, bu nedenle yenileme gerekmez. DRAM gibi bu da uçucudur. DRAM’lerden daha hızlı ve daha pahalıdırlar.

Gelecek

Akıllı ve entegre cihazlar her yerde yaygınlaşıyor. Bu nedenle flash bellek geleceği cesaret verici görünür. Ayrıca ucuz ve esnek bellek, yeni sistemlerin hem özellik hem de maliyet ihtiyaçlarını karşılayacak.

Görünüşe göre, flash belleğin minyatürleştirilmesi ve yoğunluğu hâlâ fiziksel endişe verici seviyelere ulaşmıyor. Ancak memrisörün ortaya çıkmasıyla flash belleğin geleceği şekillenmeye başlıyor.

USB bellek gelişimi çok hızlıdır. Kapasite, hız ve performans açısından diğer bellek türlerinden öndedir. Bununla birlikte, iletişim standartları özellikle PC’lerde hâlâ düşüktür ve ilerlemeyi geciktirebilir.

AMD ve Fujitsu gibi şirketler, araştırma ve geliştirmeye yoğun yatırım yapmaktadır. Bu yatırımlar, 2003–2005 yıllarında flash belleğe adanmış yeni şirketlerin kurulmasını desteklemektedir. Ayrıca flash sürücü dünyasında iki tür teknolojiyi birleştirmek teknik bir başarıdır.

Flash sürücü belirli işlevler için her bellek türünden yararlanarak uzmanlaşmaya devam eder.

Örneğin, PDA’larda Harvard Mimarisi ve ORNAND tipi hafıza, minimum enerji ile yüksek okuma hızları sağlar. Veri belleği ise NAND kapılarıyla yüksek kapasite sunar.

Kritik cihazlar NOR veya ORNAND tabanlı teknolojileri kullanır. Öte yandan, kişisel tüketici elektroniği NAND bellekleri tercih etmeye devam eder.

Çünkü maliyet düşüktür ve taşınabilir MP3 çalar veya DVD oynatıcı gibi cihazlar için uygundur.

Düşük voltaj kullanımı enerji tüketimini azaltır ve cihaz ömrünü uzatır. Ancak minyatürleştirme ve yüksek işlemci saat frekansı yeni zorluklar yaratır.

Kablosuz entegrasyon, dijital cihazların yaygınlaşmasını sağlar ve çevremizdeki dünyayı dönüştürür.

Dikkat Edilmesi Gereken Güvenlik Adımları

İlk olarak, autorun.inf özelliğini USB cihazlarında devre dışı bırakın. Ayrıca, sistem yöneticisi izinlerine sahip olduğunuzdan emin olun. Nodrivetypeautorun değerinde değişiklik yapmak gerekir.

Bunun için regedit.exe uygulamasını kullanabilirsiniz. Başlat menüsü veya çalıştır seçeneğiyle çalıştırın. Ardından nodrivetype autorun değerini bulun ve açın.

Değiştirme seçeneğini seçin ve varsayılan 91 değerini onaltılık 95 ile değiştirin. Bu işlem, harici cihazlarda kötü amaçlı kod yürütülmesini sınırlar.

Ancak, bu yöntem explorer.exe ile içeriğe dolaylı erişimde yürütmeyi engellemez. Bu durumda MIPC içindeki klasörler seçeneğini kullanın ve sürücüyü seçin.

Kök dizinin içeriğini analiz edin. Ayrıca autorun.inf’in varlığını veya değiştirilmesini kontrol edin. Kötü amaçlı program yaratıcıları bu dosyayı gizleyebilir.

Uygun önlemler alındığında, bir dahaki sefere kötü niyetli programların yayılmasını önlemeniz kolaylaşır. Ancak yalnızca bilgisayar virüslü değilse bu yöntem etkilidir.

Aksi takdirde, kötü amaçlı kod her silindiğinde bellekte yeniden oluşturulur. Unutmayın, enfekte cihazlar diğer bilgisayarları da kontamine edebilir. Yeniden enfeksiyon oluşması muhtemeldir.

Flash Belleğin Derin Sırları: SSS

Elimdeki bu minik hafıza kartıyla bilgisayarın RAM'i arasındaki temel kafa yapısı farkı ne?

Açıkçası bu ikisi tamamen farklı gezegenlerin teknolojisidir. RAM dediğimiz şey uçucudur, yani elektrik gitti mi tüm veriler anında kaybolur. Şimşek hızındadır ve işlemciyle anlık dans eder. Bu tür bellek ise kalıcıdır, tıpkı dijital bir kasa gibi veriyi yıllarca saklar.

Fiziksel yapısında hareketli parça yoktur. Elektronları bir transistörün içindeki yalıtılmış bir adaya hapsetmeye dayanır. Bu yalıtım sayesinde enerji kesilse bile veri olduğu yerde kalır.

Ancak yazma ve silme işlemi RAM’e kıyasla çoktan ağırdır. Blok blok temizlik yapmak zorundadır. Bir dosyayı güncellerken arka planda koca bir mahalleyi boşaltır. İşte bu yüzden ana bellek olarak değil, depolama olarak kullanırız.

USB belleğim neden bazen bir anda ölüyor? O meşhur 10 bin yazma sınırı gerçek mi?

Bu sınır ne yazık ki acı bir gerçektir. Her hücrenin bir ömrü vardır. Elektronları oksit tabakasından zorla tünellerle geçirirsiniz. Bu işlem zamanla yalıtkan malzemeyi fiziksel olarak yıpratır. 10 bin ile 100 bin döngü arasında hücreler pes eder.

Mesela ucuz bir pendrive’da sürekli taşınabilir uygulama çalıştırırsanız geçici dosyalar deli gibi yazma yapar. Kontrolcü yıpranan bölgeyi işaretler ve devre dışı bırakır. Gün gelir yedek alan tükenir ve sürücünüz salt okunur hale gelir.

Bununla birlikte modern cihazlarda aşınma dengeleme algoritmaları vardır. Sistem yazma işlemlerini yüzeye eşit dağıtarak ömrü uzatır.

Madem temelde aynı şey, SSD ile USB bellek arasında neden devasa bir performans farkı var?

Arkasındaki fark tamamen beyin ve paralel işlem gücünde yatıyor. Standart bir USB sürücüde genelde tek bir NAND çipi ve basit bir kontrolcü bulunur. Veri tek şeritli yoldan akmaya çalışır. SSD’de ise aynı anda yazabilen çok kanallı bir ordu vardır.

Düşünün ki bir SSD’de 8 veya 16 kanal aynı anda veri pompalar. Bu yüzden saniyede gigabaytları aşan hızlara çıkabilirsiniz. Ayrıca içindeki DRAM tampon bellek, harita işlemlerini anlık çözer. USB bellekler ise haritayı yavaş NAND’dan okur, sürekli takılır kalır.

Sonuçta ikisi de aynı silikon temele dayansa da SSD tam bir otoban, basit bir flash sürücü ise patika yoldur.

Telefonlara takılan kartlar neden 85 derecede bile çalışırken eski disketler hemen bozuluyordu?

Dayanıklılığın sırrı tamamen katı hal fiziğinde gizli. Bu bellekler mekanik bir aktüatör veya dönen bir tabla içermez. Disketlerde manyetik katman nemden ve tozdan anında etkilenirdi. Dijital kameralar için tasarlanan üst düzey hafıza kartları ise -25 ila 85 derece arasını kaldırır.

Üreticiler bu geniş termal aralığı endüstriyel lehim ve sağlam kristal yapılarla garantiler. Çölde timelapse çekimi yapan bir fotoğrafçı için bu hayatidir. Buzullarda çalışan bir bilim insanı da kameradaki karta güvenir.

Zira manyetik depolamanın aksine içeride bozulacak bir yüzey kimyası yoktur. Sadece temiz bir silikon zar ve hapsolmuş elektronlar vardır.

Bu cihazları virüs bulaşmadan kullanmanın en garantici yolu nedir?

Kesin çözümü otorun zımbırtısını kökünden kesmekten geçer. Windows’ta regedit ile NoDriveTypeAutoRun anahtarını onaltılık tabanda 95 değerine çektiğiniz an rahatlarsınız. Bu işlem harici sürücülerin takılır takılmaz kod çalıştırmasını durdurur.

Yine de bu sadece bir bariyerdir. Explorer üzerinden içine çift tıklayıp girerseniz kötü niyetli kod tetiklenebilir. O yüzden alışkanlığınızı değiştirin. Sürücüye sol paneldeki klasör ağacından erişin.

Ayrıca autorun.inf dosyasının gizlenip gizlenmediğini düzenli kontrol edin. Eğer sisteminiz temizse bu yöntem yeniden bulaşmayı sıfıra indirir.

NAND ve NOR arasındaki bu kavga ne? Hangisi daha iyi?

Bu bir iyi kötü meselesi değil, tamamen amaç meselesidir. NOR tıpkı bir ansiklopedi gibidir. Rastgele bir sayfayı anında açar ve tek bir harfi bile değiştirmenize izin verir. Veri bütünlüğü inanılmazdır, asla hatalı blok üretmez.

Öte yandan NAND bir makara teyp gibidir. Veriyi sıralı olarak okur ve blok halinde siler. Güvenilirliği daha düşüktür, mutlaka hata düzeltme kodları ister. Fakat depolama yoğunluğu inanılmazdır ve üretimi çok ucuzdur.

Dolayısıyla mikrodenetleyiciler ve BIOS çipleri güvenilir NOR’u tercih eder. USB bellekler, SSD’ler ve MP3 çalarlar ise ucuz ve bol depolamalı NAND’ı kullanır.