Las memorias Flash son memorias evolucionadas de las EEPROM (chips de memorias programables y borrables eléctricamente), a las que se accede la información por bloques. Para grabar un bloque en una memoria Flash, primero es necesario borrarlo completamente, y luego escribir los unos, donde los haya. Los bloques pueden ser desde 256 KB hasta 8 o 16 GB. Y su velocidad ya esta hasta 512KB/sg. En esencia las EEPROM son similares la RAM. La diferencia está en que cada celda del transistor contiene una capa material aislante (Puerta flotante), en la que con una relativamente alta tensión se pueden inyectar electrones que quedan allí indefinidamente atrapados, manteniendo la información (Cero o Uno) de la celda, a pesar de que se desconecte la alimentación del circuito. Durante la grabación se cargan o descargan de electrones de las puertas flotantes de cada celda (esto depende si se escribe 0 o un 1). La operación de lectura es más rápida y sencilla necesitándose niveles de tensión menores.
¿Qué es la memoria Flash?
La memoria Flash consiste en una pequeña tarjeta destinada a almacenar grandes cantidades de información en un espacio muy reducido. Usualmente es posible encontrarlas guardando las fotos de una cámara digital, los programas de calles y rutas de un GPS, la agenda de contactos de un teléfono celular o los archivos, correos y direcciones de una agenda PDA.
Este tipo de tarjetas son denominadas no volátiles, ya que conservan los datos aún cuando no se encuentran conectadas a la corriente eléctrica. Los primeros dispositivos de este tipo fueron fabricados en 1971 y eran denominadas EPROM por el inglés Erasable Programmable Read-Only Memory. Estos aparatos también eran capaces de almacenar los datos al cortar el flujo eléctrico, sin embargo, para volver a grabar información era necesario borrar a través de rayos ultravioleta.
Las tarjetas de memoria flash están hechas de muchísimas celdas microscópicas que acumulan electrones con diferentes voltajes a medida que la electricidad pasa a través de ellas, creando así un mapa de diferentes cargas eléctricas. De este modo la tarjeta logra guardar la información que el usuario requiere. Mientras más compacta esté distribuida su estructura, mayor información almacena, y asimismo también aumentan los costos en la fabricación de estos dispositivos.
La otra forma de almacenar toda esta información es a través de un disco duro, y la gran diferencia que tienen con las tarjetas de memoria Flash, es que estas últimas no cuentan con partes móviles (como el lector del disco), sino que están formadas por una sola pieza fabricada en un material semiconductor. De este modo se configura como un dispositivo de tamaño muy reducido que no pierde los datos cuando sufre de movimientos fuertes y/o golpes. Generalmente son de forma cuadrada o rectangular y se pueden conectar al computador a través de un puerto USB, por lo tanto, es posible intuir que se trata también de los famosos Pendrive o llaveros USB.
En comparación con los discos duros convencionales, las tarjetas de memoria Flash resultan ser bastante caras, ya se eleva la relación precio-capacidad de almacenaje. Sin embargo, vale la pena el gasto debido a lo cómodas que son, ocupando muy poco espacio y teniendo un peso bastante menor. Por otra parte estos precios disminuyen a medida que la tecnología avanza, y hoy es posible encontrar a precios muy convenientes memorias de más de 1 giga, tamaño de almacenamiento hace algunos años disponible únicamente para discos duros.
Funcionamiento de Memoria Flash
Las celdas de memoria Flash pueden gastarse al cabo de un determinado número de ciclos de escritura, que se cifran generalmente entre 100.000 y un millón, dependiendo del diseño de la celda y de la precisión del proceso de fabricación. El principal mecanismo de destrucción lo constituye el daño acumulativo que se produce sobre la puerta de flotación de la celda, debido a los elevados voltajes empleados, de forma repetitiva, para borrar la celda, o la capa de oxido se rompe o los electrones se acumulan en la puerta de flotación. Los fabricantes de memoria Flash tienen en cuenta este fenómeno e incorporan celdas adicionales que pueden sustituir a las gastadas. Además, muchos fabricantes de sistemas de memoria Flash destinados al almacenamiento de datos utilizan una técnica denominada de nivelación que consiste en desplazar los datos alrededor del chip para que cada celda se "gaste" lo más uniformemente posible.
Otra consideración a tener en cuenta es que se tarda mucho más en borrar una celda de la memoria Flash que en borrar un bit de datos del disco duro.
Curiosamente, la operación de borrado no se efectúa a la velocidad que se suele atribuir a la palabra FLASH, sino que tarda mucho. Esto se debe a que el voltaje relativamente elevado que se necesita, supone una gran cantidad de corriente. Dado que existen limitaciones acerca de la cantidad de corriente que pueden manejar los chips, también existen limitaciones en cuanto al número de celdas que se pueden borrar de una sola vez. Esta es la razón por la que los procesos de borrado se efectúan por grupos de celda.
Una celda de una memoria Flash es como un transistor convencional pero con una puerta adicional. Entre la puerta de control y la fuente y el drenaje existe una segunda puerta, denominada de flotación que sirve a modo de mecanismo de carga.
La memoria Flash es todavía tan nueva que no existe un único método de fabricación. Los fabricantes utilizan unos doce enfoques diferentes para fabricar y organizar las celdas de memoria Flash sobre una oblea de silicio
NOR constituye la tecnología líder actual e Intel es su fabricante principal. Organiza las celdas de memoria en paralelo, con el drenaje de cada celda conectado a una línea de bits, agrupándose varias líneas de bits para constituir un grupo de E/S. NOR proporciona acceso aleatorio más rápido, pero su estructura en paralelo reduce la densidad de la memoria.
NAND es una tecnología utilizada por National Semiconductor, Samsung y otros fabricantes. Conecta las celdas en serie, con una puerta de selección para cada puerta de control inferior y conexiones en serie con las puertas de control de este grupo de puertas. NAND ofrece una velocidad de acceso aleatorio menos elevada, pero permite densidades mayores gracias a sus celdas de tamaño más pequeño.
Otras definiciones y significado de Memoria Flash
Chip de memoria que mantiene su contenido sin energía, pero que debe borrarse en bloques fijos, en lugar de bytes solos. Los tamaños de los bloques por lo general van de 512 bytes hasta 256KB. El término fue acuñado por Toshiba, por su capacidad para borrarse “en un flash” (instante). Derivados de EEPROM, los chips flash son menos costosos y proporcionan mayores densidades de bits. Además, el flash se está convirtiendo en una alternativa para los EPROM porque pueden actualizarse fácilmente.
Importancia de La memoria Flash
La mayoría de las aplicaciones actuales de memoria Flash en ordenadores, se centran en sustituir las EPROM y EEPROM (almacenamiento de código) en vez de almacenar datos.
Las memorias Flash quizás continúen utilizándose como almacén de BIOS, pero es muy probable que el empujón tan esperado de dichas memorias como almacenamiento de datos no provenga de los ordenadores.
Afortunadamente para los fabricantes de memoria Flash, la demanda ha superado a la oferta y todos han dispuesto un mercado seguro, con absoluta independencia de la tecnología emplea.
Configuración de las compuertas
Componentes internos de un llavero USB típico:
2 Dispositivo de control de almacenamiento masivo USB
3 Puntos de Prueba
4 Circuito de Memoria flash
5 Oscilador de cristal
6 LED
7 Interruptor de seguridad contra escrituras
8 Espacio disponible para un segundo circuito de memoria Flash
Las partes típicas de una memoria USB son las siguientes:
(1): Provee la interfaz física con la computadora.
(2): Implementa el controlador USB y provee la interfaz homogénea y lineal para dispositivos USB seriales orientados a bloques, mientras oculta la complejidad de la orientación a bloques, eliminación de bloques y balance de desgaste. Este controlador posee un pequeño microprocesador RISC y un pequeño número de circuitos de memoria RAM y ROM.
Oscilador de cristal (5): Produce la señal de reloj principal del dispositivo a 12 MHz y controla la salida de datos a través de un bucle de fase cerrado (phase-locked loop)
Componentes adicionales:
Un dispositivo típico puede incluir también:
· Puentes y Puntos de prueba (3): Utilizados en pruebas durante la fabricación de la unidad o para la carga de código dentro del procesador.
· LEDs (6): Indican la transferencia de datos entre el dispositivo y la computadora.
· Interruptor para protección de escritura (7): Utilizado para proteger los datos de operaciones de escritura o borrado.
· Espacio Libre (8): Se dispone de un espacio para incluir un segundo circuito de memoria. Esto les permite a los fabricantes utilizar el mismo circuito impreso para dispositivos de distintos tamaños y responder así a las necesidades del mercado.
· Tapa del conector USB: Reduce el riesgo de daños y mejora la apariencia del dispositivo. Algunas unidades no presentan una tapa pero disponen de una conexión USB retráctil. Otros dispositivos poseen una tapa giratoria que no se separa nunca del dispositivo y evita el riesgo de perderla.
·
Ayuda para el transporte: En muchos casos, la tapa contiene una abertura adecuada para una cadena o collar, sin embargo este diseño aumenta el riesgo de perder el dispositivo. Por esta razón muchos otros tiene dicha abertura en el cuerpo del dispositivo y no en la tapa, la desventaja de este diseño está en que la cadena o collar queda unida al dispositivo mientras está conectado. Muchos diseños traen la abertura en ambos lugares.
Desarrollos futuros:
Las empresas de semiconductores están haciendo un gran esfuerzo en reducir los costos de los componentes mediante la integración de varias funciones de estos dispositivos en un solo chip, esto produce una reducción de la cantidad de partes y, sobre todo, del costo total.
Actualmente se está tratando de desarrollar en dichos lugares los dispositivos flash a una velocidad mayor gracias al futuro puerto USB 3.0.
Sin embargo, este dispositivo flash USB 3.0. está mejorado y alcanza una buena velocidad de transmisión debido a su nueva tecnología.
USB 3.0
Presentado en el año 2008. Aunque está listo para su uso, es probable que pase entre uno o dos años, para ser incluido en dispositivos de uso masivo, lo que sitúa la aparición de productos con esta nueva especificación a partir del año 2009]] o 2010.
La principal novedad técnica del puerto USB 3.0. será que eleva a 4.8 gigabits/s la capacidad de transferencia que en la actualidad es de 480 Mb/s. Se mantendrá el cableado interno de cobre para asegurarse la compatibilidad con las tecnologías USB 1.0 y 2.0.
Si en USB 2.0 el cable dispone de cuatro líneas, un par para datos, una de corriente y una de toma de tierra, en USB 3.0 se añade cinco líneas. Dos de ellas se usarán para el envío de información y otras dos para la recepción, de forma que se permite el tráfico bidireccional, en ambos sentidos al mismo tiempo. El aumento del número de líneas permite incrementar la velocidad de transmisión desde los 480 Mb/s hasta los 4,8 Gb/s. De aquí se deriva el nombre que también recibe esta especificación: USB Superspeed.
La cantidad de energía que transporta un cable USB 1.x y 2.0 resulta insuficiente en muchas ocasiones para recargar algunos dispositivos, especialmente si utilizamos concentradores donde hay conectados varios de ellos. En USB 3.0, se aumenta la intensidad de la corriente de 100 miliamperios a 900 miliamperios, con lo que pueden ser cargados más dispositivos o hacerlo más rápido. Este aumento de la intensidad podría traer consigo un menor rendimiento energético. Pero pensando en ello, USB 3.0 utiliza un nuevo protocolo basado en interrupciones, al contrario que el anterior que se basaba en consultar a los dispositivos periódicamente.
El aumento de líneas en USB 3.0 provoca que el cable sea más grueso, un inconveniente importante. Si hasta ahora los cables eran flexibles, con el nuevo estándar estos tienen un grueso similar a los cables que se usan en redes Ethernet, siendo por tanto más rígidos.
Afortunadamente, igual que pasa entre USB 1.1 y USB 2.0 la compatibilidad está garantizada entre USB 2.0 y USB 3.0, gracias al uso de conectores similares, cuyos contactos adicionales se sitúan en paralelo, de forma que no afectan en caso de usar algún puerto que no sea del mismo tipo.
Video ¿Cómo se fabrican las memorias USB?
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