A memória Flash é uma forma não volátil de memória de computador que lembra todas as informações mesmo quando o dispositivo está desligado. Neste, o usuário pode apagar ou reprogramar eletronicamente os dados como e quando necessário. Embora tenha sido introduzido pela primeira vez na década de 1980, seu uso testemunhou um rápido aumento nos últimos anos. Isso ocorre porque a produção de dispositivos portáteis e tecnologicamente avançados cresceu enormemente e quase todos esses dispositivos são equipados com memória flash.
Hoje em dia podemos encontrar a aplicação real da memória flash em tantos dispositivos que nos rodeiam. Isso inclui cartões de memória USB, câmeras digitais, reprodutores de MP3, smartphones e assim por diante. Como podemos ver ao nosso redor, os cartões de memória são as formas mais comuns de memória flash disponíveis no mercado de massa. Estes se tornaram os meios mais recentes usados para armazenar e transmitir dados entre os dispositivos de alta tecnologia. Existem diferentes categorias desses cartões, dependendo de suas aplicações e capacidade.
Aqui vamos falar sobre o conceito básico de memória Flash junto com todos os detalhes importantes como seu funcionamento, tipos e ciclo de vida.
O que significa memória Flash?
Existem dois tipos de memória de computador: RAM (memória de acesso aleatório) e ROM (memória somente leitura). O primeiro lembra de tudo desde que o computador esteja ligado, enquanto o segundo já está armazenado com as informações necessárias e, portanto, não esquece nenhuma informação. Um computador precisa de uma combinação de ambos, e é por isso que discos rígidos são usados. Essas unidades utilizam uma combinação de chips RAM e ROM, armazenando assim informações que são lembradas por um período de tempo indefinido, onde o usuário pode ler e gravar os dados.
Da mesma forma, dispositivos portáteis e de pequeno porte, como MP3 players e câmeras digitais, são equipados com memória flash. Esses cartões de memória refletem uma mistura de recursos de RAM e ROM de forma que podem armazenar dados por um período de tempo indefinido e os dados podem ser reescritos ou apagados conforme a necessidade.
Tipos de memória Flash
Existem basicamente 2 tipos de memória Flash, dependendo das aplicações. A tecnologia utilizada em ambas as categorias é semelhante, mas a abordagem para leitura e gravação dos dados é diferente. Vamos dar uma olhada nestes -:
• Memória Flash NAND
A arquitetura flash NAND foi introduzida pela Toshiba em 1989 para atender à necessidade de menor custo por bit e maior desempenho. Ele oferece altas densidades de células, o que implica uma grande capacidade de armazenamento, juntamente com taxas rápidas de gravação e apagamento. Além disso, a interface do sistema é bastante consistente, o que facilita atualizações; no entanto, também possui requisitos especiais.
• Memória Flash NOR
Nem o chip flash foi introduzido pela Intel em 1988, o que provou ser um substituto adequado para os chips ROM. Com o NOR, os usuários podem executar um aplicativo diretamente do flash em vez de usar o código do aplicativo na RAM do sistema. Um nível mais alto de software para NOR é oferecido por vários fornecedores populares como Microsoft e Intel. É altamente econômico para capacidades mais baixas, ou seja, 1-4 Mbytes, e oferece alto desempenho de leitura, mas carece de velocidade nas funções de gravação e exclusão.
Funcionamento da memória Flash
Para entender o funcionamento da memória Flash, vamos primeiro verificar como funciona um transistor. Um transistor normal é semelhante a um tubo através do qual a eletricidade flui como água. Suas duas extremidades são chamadas de fonte e dreno e há uma porta entre a qual bloqueia a eletricidade. Quando a energia está ligada, o portão está aberto e a eletricidade flui livremente, armazenando uma. Mas quando a energia é desligada, o portão também fecha e bloqueia o fluxo de eletricidade, armazenando zero. Agora, da próxima vez que a energia for ligada, o portão permanecerá fechado e por isso não consegue reter a informação.
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Na memória flash, o transistor possui duas portas, a saber: controle e flutuação. As duas extremidades, ou seja, fonte e dreno, são ricas em elétrons, mas são separadas por um material do tipo p que é deficiente em elétrons. Assim, para permitir que os elétrons fluam livremente entre as duas portas, uma tensão positiva é aplicada aos pontos de contato (linha de palavra e linha de bit) que puxam os elétrons rapidamente. Durante isso, alguns elétrons ficam presos entre o controle e a porta flutuante. Agora, mesmo quando a energia é desligada, os elétrons vazados permanecem lá por um período indefinido de tempo. Conseqüentemente, ele é capaz de reter todos os dados, esteja a energia ligada ou desligada.
Programação de memória Flash
Anteriormente, programar a memória Flash era bastante difícil devido ao número limitado de ciclos de apagamento do programa. Eles costumavam realizar algumas centenas de ciclos principalmente por causa da quebra destrutiva da fina camada de óxido da porta. No entanto, com o tempo, foram feitas melhorias para melhorar a qualidade da camada de óxido, o que por sua vez ajudou a aumentar a vida útil da memória flash. Agora os chips são programados sem preocupação com a vida útil ou com o número de ciclos do programa.
Mecanismo de desgaste de memória flash
Conforme mencionado acima, a vida útil da memória flash é uma grande preocupação para garantir que os dados armazenados não sejam perdidos. Este desgaste ocorre principalmente porque a camada de óxido começa a degradar-se com o uso durante um longo período de tempo. Os processos usados para programar e apagar o ciclo da memória Flash são denominados injeção de elétrons quentes e tunelamento, respectivamente. Isto não apenas degrada as características de apagamento, mas também leva ao fechamento da janela de limite da célula de memória.
Lidando com o desgaste da memória Flash
Para resolver o problema de ciclos de apagamento limitados e vida útil limitada, existe um procedimento denominado nivelamento de desgaste. O principal objetivo disso é rastrear os blocos usados e então distribuir o programa e apagar os ciclos uniformemente pela memória. Isso ajuda a evitar o uso excessivo de blocos e sua falha prematura. Existem três maneiras de lidar com esse problema, descritas abaixo:
• Sem nivelamento de desgaste
Neste, os endereços lógicos dos sistemas operacionais dos sistemas operacionais para o endereço físico da memória. Quando há mudança de localização, o conteúdo daquele bloco é apagado e reprogramado. Isso consome muito tempo e não ajuda muito a resolver o problema de desgaste.
• Nivelamento Dinâmico de Desgaste
Nesta abordagem, um mapa é usado para vincular os endereços lógicos do sistema operacional à localização física da memória flash. Quando novos dados são gravados, o bloco original é marcado como inválido e o mapa é vinculado a um novo bloco. É chamado de dinâmico porque apenas recicla os dados alterados enquanto os blocos antigos são marcados como inválidos e não são utilizados.
• Nivelamento de desgaste estático
É a abordagem mais eficaz entre as duas mencionadas acima. É semelhante ao método dinâmico, exceto que ele move os dados inalterados, ou seja, estáticos, periodicamente e, portanto, nivela o uso de células em toda a memória.
Aplicações de memória Flash
A memória flash pode ser encontrada em quase todos os dispositivos portáteis ao nosso redor. Basicamente, existem três formas bastante comuns hoje em dia. Essas aplicações são descritas abaixo -:
• Unidade flash USB
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Esses dispositivos são popularmente conhecidos como pen drives e contêm memória flash com interface USB integrada. Os dados contidos em tais dispositivos são removíveis e regraváveis. A capacidade máxima de armazenamento transportada por uma unidade USB é de até 2 TB e está sendo planejada. Eles substituíram os disquetes porque têm mais capacidade de armazenamento e transferem dados em uma taxa muito mais rápida.
• Cartão de memória
O cartão de memória é um dispositivo de armazenamento usado em quase todos os dispositivos hoje em dia, incluindo mp3 players, telefones celulares, laptops, câmeras digitais e consoles de videogame. Esta forma de memória flash evoluiu de cartões flash compactos em 1994 para cartões Secure Digital do tamanho de um selo postal em 2001. Hoje em dia podemos encontrar os mais recentes cartões miniSD e microSD que estão equipados com maiores capacidades de armazenamento e funcionam mais rapidamente.
• Cartão SSD
SSD, também conhecido como Solid State Drive/Disc, é a forma mais recente de memória flash que substituiu os discos rígidos nos computadores. Como não há nenhuma peça móvel envolvida, as chances de falha mecânica são insignificantes. Eles são muito menores em tamanho, consomem menos energia, funcionam mais frio e ainda respondem a uma taxa muito mais rápida. A demanda por SSDs é impulsionada pela necessidade de maior desempenho de E/S. Eles têm menor latência de acesso aleatório e de leitura, o que os torna adequados para cargas de trabalho pesadas.
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