La memoria flash es una forma no volátil de memoria de computadora que recuerda toda la información incluso cuando el dispositivo está apagado. En esto, el usuario puede borrar o reprogramar electrónicamente los datos cuando sea necesario. Aunque se introdujo por primera vez en la década de 1980, su uso ha experimentado un rápido aumento en los últimos años. Esto se debe a que la producción de dispositivos portátiles y tecnológicamente avanzados ha crecido enormemente y casi todos estos dispositivos están equipados con memoria flash.
Hoy en día podemos encontrar la aplicación real de la memoria flash en multitud de dispositivos a nuestro alrededor. Esto incluye memorias USB, cámaras digitales, reproductores de MP3, teléfonos inteligentes, etc. Como podemos ver a nuestro alrededor, las tarjetas de memoria son las formas más comunes de memoria flash disponibles en el mercado masivo. Estos se han convertido en los últimos medios utilizados para almacenar y transmitir datos entre dispositivos de alta tecnología. Existen diferentes categorías de estas tarjetas dependiendo de sus aplicaciones y capacidad.
Aquí hablaremos del concepto básico de memoria Flash junto con todos los detalles importantes como su funcionamiento, tipos y ciclo de vida.
¿Qué significa memoria flash?
Hay dos tipos de memoria de computadora: RAM (memoria de acceso aleatorio) y ROM (memoria de solo lectura). El primero recuerda todo mientras el ordenador está encendido, mientras que el segundo ya tiene almacenada la información necesaria y por tanto no olvida ningún dato. Una computadora necesita una combinación de ambos, por eso se utilizan discos duros. Estas unidades utilizan una combinación de chips RAM y ROM, almacenando así información que se recuerda durante un período de tiempo indefinido, donde el usuario puede leer y escribir los datos.
Asimismo, los dispositivos pequeños y portátiles, como los reproductores MP3 y las cámaras digitales, están equipados con memoria flash. Estas tarjetas de memoria reflejan una combinación de funciones de RAM y ROM de tal manera que pueden almacenar datos durante un período de tiempo indefinido y los datos se pueden reescribir o borrar según sea necesario.
Tipos de memoria flash
Existen básicamente 2 tipos de memoria Flash, dependiendo de las aplicaciones. La tecnología utilizada en ambas categorías es similar, pero el enfoque para leer y escribir datos es diferente. Echemos un vistazo a estos:
• Memoria flash NAND
Toshiba introdujo la arquitectura flash NAND en 1989 para satisfacer la necesidad de un menor costo por bit y un mayor rendimiento. Ofrece altas densidades de células, lo que implica una gran capacidad de almacenamiento junto con velocidades rápidas de escritura y borrado. Además, la interfaz del sistema es muy consistente, lo que facilita las actualizaciones; sin embargo, también tiene requisitos especiales.
• Memoria flash NOR
Intel no introdujo ningún chip flash en 1988, lo que resultó ser un reemplazo adecuado para los chips ROM. Con NOR, los usuarios pueden ejecutar una aplicación directamente desde la memoria flash en lugar de utilizar el código de la aplicación en la RAM del sistema. Varios proveedores populares, como Microsoft e Intel, ofrecen un nivel superior de software para NOR. Es muy económico para capacidades inferiores, es decir, de 1 a 4 Mbytes, y ofrece un alto rendimiento de lectura, pero carece de velocidad en las funciones de escritura y eliminación.
Operación de memoria flash
Para entender cómo funciona la memoria Flash, primero veamos cómo funciona un transistor. Un transistor normal es similar a un tubo por el que fluye la electricidad como el agua. Sus dos extremos se llaman fuente y drenaje y hay una compuerta entre las cuales bloquea la electricidad. Cuando hay energía, la puerta está abierta y la electricidad fluye libremente, almacenando a. Pero cuando se corta la energía, la puerta también se cierra y bloquea el flujo de electricidad, almacenando cero. Ahora, la próxima vez que se encienda la energía, la puerta permanecerá cerrada y por lo tanto no podrá retener la información.
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En la memoria flash, el transistor tiene dos puertos, a saber: control y flotación. Los dos extremos, es decir, la fuente y el drenaje, son ricos en electrones pero están separados por un material tipo p que es deficiente en electrones. Entonces, para permitir que los electrones fluyan libremente entre los dos puertos, se aplica un voltaje positivo a los puntos de contacto (línea de palabras y línea de bits) que atrae los electrones rápidamente. Durante esto, algunos electrones quedan atrapados entre el control y la puerta flotante. Ahora, incluso cuando se corta la energía, los electrones filtrados permanecen allí por un período de tiempo indefinido. Por lo tanto, es capaz de retener todos los datos ya sea que la alimentación esté encendida o apagada.
Programación de memoria flash
Anteriormente, programar la memoria Flash era bastante difícil debido al número limitado de ciclos de borrado de programas. Solían realizar unos cientos de ciclos principalmente debido a la ruptura destructiva de la fina capa de óxido de la puerta. Sin embargo, con el tiempo, se realizaron mejoras para mejorar la calidad de la capa de óxido, lo que a su vez ayudó a aumentar la vida útil de la memoria flash. Los chips ahora se programan sin preocuparse por su vida útil ni por el número de ciclos de programa.
Mecanismo de desgaste de la memoria flash.
Como se mencionó anteriormente, la vida útil de la memoria flash es una preocupación importante para garantizar que los datos almacenados no se pierdan. Este desgaste se produce principalmente porque la capa de óxido comienza a degradarse con el uso durante un largo periodo de tiempo. Los procesos utilizados para programar y borrar el ciclo de la memoria Flash se denominan inyección de electrones calientes y tunelización, respectivamente. Esto no sólo degrada las características de borrado sino que también conduce al cierre de la ventana límite de la celda de memoria.
Lidiando con el desgaste de la memoria Flash
Para resolver el problema de los ciclos de borrado limitados y la vida útil limitada, existe un procedimiento llamado nivelación de desgaste. El objetivo principal de esto es rastrear los bloques usados y luego distribuir el programa y borrar los ciclos de manera uniforme en la memoria. Esto ayuda a prevenir el uso excesivo de bloques y su falla prematura. Hay tres formas de abordar este problema, que se describen a continuación:
• Nivelación sin desgaste
En este, las direcciones lógicas de los sistemas operativos de los sistemas operativos a la dirección física de la memoria. Cuando la ubicación cambia, el contenido de ese bloque se borra y se reprograma. Esto lleva mucho tiempo y no ayuda mucho a resolver el problema del desgaste.
• Nivelación dinámica del desgaste
En este enfoque, se utiliza un mapa para vincular las direcciones lógicas del sistema operativo con la ubicación física de la memoria flash. Cuando se escriben nuevos datos, el bloque original se marca como no válido y el mapa se vincula a un nuevo bloque. Se llama dinámico porque solo recicla los datos modificados mientras que los bloques antiguos se marcan como no válidos y no se utilizan.
• Nivelación del desgaste estático
Es el enfoque más eficaz entre los dos mencionados anteriormente. Es similar al método dinámico excepto que mueve periódicamente los datos estáticos, es decir, sin cambios, y por lo tanto iguala el uso de la celda en la memoria.
Aplicaciones de memoria flash
La memoria flash se puede encontrar en casi todos los dispositivos portátiles que nos rodean. Básicamente, existen tres formas que son bastante comunes en la actualidad. Estas aplicaciones se describen a continuación:
• Memoria USB
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Estos dispositivos se conocen popularmente como pendrives y contienen una memoria flash con una interfaz USB integrada. Los datos contenidos en dichos dispositivos son extraíbles y reescribibles. La capacidad máxima de almacenamiento que puede soportar una unidad USB es de hasta 2 TB y se está planificando. Reemplazaron los disquetes porque tienen más capacidad de almacenamiento y transfieren datos a un ritmo mucho más rápido.
• Tarjeta de memoria
La tarjeta de memoria es un dispositivo de almacenamiento que se utiliza en casi todos los dispositivos hoy en día, incluidos reproductores de mp3, teléfonos móviles, ordenadores portátiles, cámaras digitales y consolas de videojuegos. Esta forma de memoria flash evolucionó desde tarjetas flash compactas en 1994 hasta tarjetas Secure Digital del tamaño de un sello postal en 2001. Hoy en día podemos encontrar las últimas tarjetas miniSD y microSD que están equipadas con mayores capacidades de almacenamiento y funcionan más rápido.
• Tarjeta SSD
SSD, también conocido como disco/unidad de estado sólido, es la última forma de memoria flash que ha reemplazado a los discos duros en las computadoras. Como no hay piezas móviles involucradas, las posibilidades de falla mecánica son insignificantes. Son mucho más pequeños, consumen menos energía, funcionan a menor temperatura y aun así responden a un ritmo mucho más rápido. La demanda de SSD está impulsada por la necesidad de un mayor rendimiento de E/S. Tienen menor acceso aleatorio y latencia de lectura, lo que los hace adecuados para cargas de trabajo pesadas.
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