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ⓘ Memoria flash

La memoria flash permite la lectura y escritura de múltiples posiciones de memoria en la misma operación. Gracias a ello, la tecnología flash, mediante impulsos eléctricos, permite velocidades de funcionamiento superiores frente la tecnología EEPROM primigenia, que sólo permitía actuar sobre una única celda de memoria en cada operación de programación.

Se trata de la tecnología empleada en las memoria USB, unidades de estado sólido y las actuales BIOS.

                                     

1. Historia

La historia de la memoria flash siempre ha estado muy vinculada con el avance del resto de las tecnologías a las que presta sus servicios como routers, módems, BIOS de las PC, wireless, etcétera. En 1984, fue Fujio Masuoka quien inventó este tipo de memoria como evolución de las EEPROM existentes por aquel entonces. ​ Intel intentó atribuirse la creación de esta sin éxito, aunque sí comercializó la primera memoria flash de uso común.{{sin referencias) En los periféricos se encuentran el: {{fax-Módem,tarjeta de red. Entre los años 1994 y 1998, se desarrollaron los principales tipos de memoria conocidas, como la SmartMedia o la CompactFlash. La tecnología pronto planteó aplicaciones en otros campos. En 1998, la compañía Río comercializó el primer reproductor de audio digital sin piezas móviles aprovechando el modo de funcionamiento de la memoria flash. Este producto inauguraría una nueva clase de reproductores que causarían una revolución en la industria musical llevando al escándalo Napster, el lanzamiento del iPod y el eventual reemplazo de los reproductores de cinta y CD.

En 1994, SanDisk comenzó a comercializar tarjetas de memoria CompactFlash basadas en estos circuitos, y desde entonces la evolución ha llegado a pequeños dispositivos de mano de la electrónica de consumo como reproductores de MP3 portátiles, tarjetas de memoria para videoconsolas y teléfonos móviles, capacidad de almacenamiento para las PC Card que permiten conectar a redes inalámbricas y un largo etcétera, incluso llegando la aeronáutica espacial.

                                     

2. Generalidades

Económicamente hablando, el precio en el mercado cumple la ley de Moore aumentando su capacidad y disminuyendo el precio.

Algunas de sus ventajas son una gran resistencia a los golpes, tiempos de acceso más rápidos, bajo consumo de energía y un funcionamiento silencioso, ya que no contiene actuadores mecánicos ni partes móviles comparados con un disco duro convencional. Su pequeño tamaño también es un factor determinante la hora de escoger para un dispositivo portátil, así como su ligereza y versatilidad para todos los usos hacia los que está orientado. En vista de ello, comienzan a popularizarse las unidades SSD que usan memoria flash en lugar de platos.

Sin embargo, todos los tipos de memoria flash solo permiten un número limitado de escrituras y borrados, generalmente entre 10.000 y un millón, dependiendo de la celda, de la precisión del proceso de fabricación y del voltaje necesario para su borrado. Además su relación costo capacidad es menos favorable respecto a otros medios como los discos ópticos y los discos duros.

Este tipo de memoria está fabricado con puertas lógicas NOR y NAND para almacenar los ceros 0 o unos 1 correspondientes.

Los sistemas de ficheros para estas memorias están en pleno desarrollo aunque ya en funcionamiento como por ejemplo JFFS originalmente para NOR, evolucionado a JFFS2 para soportar además NAND o YAFFS, ya en su segunda versión, para NAND. Sin embargo, en la práctica se emplea un sistema de ficheros FAT por compatibilidad, sobre todo en las unidades de memoria extraíble.

Otra característica ha sido la resistencia térmica de algunos encapsulados de tarjetas de memoria orientadas a las cámaras digitales de gama alta. Esto permite funcionar en condiciones extremas de temperatura como desiertos o glaciares ya que el rango de temperaturas soportado abarca desde los –25 °C hasta los 85 °C.

Las aplicaciones más habituales son:

  • Las PC Card descontinuado.
  • Las tarjetas de memoria flash que son usadas para almacenar fotos y videos en las cámaras digitales. También son comunes en los teléfonos móviles y tabletas para ampliar la capacidad de almacenamiento.
  • Las memorias USB que, además del almacenamiento, puede incluir otros servicios como, lector de huella digital, radio FM, grabación de voz y, sobre todo como reproductores portátiles de MP3 y otros formatos de audio.

Existen varios estándares de encapsulados promocionados y fabricados por la mayoría de las multinacionales dedicadas la producción de hardware. Los más comunes hoy en día son Secure Digital, Compact Flash y Memory Stick.

                                     

2.1. Generalidades Acceso a bajo nivel

Flash, como tipo de ​

Un grupo de proveedores formaron el grupo de trabajo NVM Express Non-Volatile Memory Host Controller Interface. El objetivo del grupo es proporcionar software estándar e interfaces de programación hardware para los subsistemas de memoria no volátil, incluido el dispositivo "flash caché", conectado al bus PCI Express.

                                     

3. Sistemas de ficheros flash

Diseñar un sistema de ficheros eficiente para las memorias flash se ha convertido en una carrera vertiginosa y compleja, porque aunque ambos son tipos de memoria flash NOR y NAND, tienen características muy diferentes entre sí la hora de acceder a esos datos. Esto es porque un sistema de ficheros que trabaje con memorias de tipo NOR incorpora varios mecanismos innecesarios para NAND y, a su vez, NAND requiere mecanismos adicionales, innecesarios para gestionar la memoria de tipo NOR. Llavero usb

Un ejemplo podría ser un "recolector de basura". Esta herramienta está condicionada por el rendimiento de las funciones de borrado que, en el caso de NOR es muy lento y, además, un recolector de basura NOR requiere una complejidad relativa bastante alta y limita las opciones de diseño del sistema de ficheros. Comparándolo con los sistemas NAND, que borran mucho más rápidamente, estas limitaciones no tienen sentido.

Otra de las grandes diferencias entre estos sistemas es el uso de bloques erróneos que pueden existir en NAND pero no tienen sentido en los sistemas NOR que garantizan la integridad. El tamaño que deben manejar unos y otros sistemas también difiere sensiblemente y por lo tanto es otro factor a tener en cuenta. Se deberá diseñar estos sistemas en función de la orientación que se le quiera dar al sistema.

Los dos sistemas de ficheros que se disputan el liderazgo para la organización interna de las memorias flash son JFFS Journaling Flash File System y YAFFS Yet Another Flash File System, ExFAT tabla extendida de asignación de ficheros es la opción de Microsoft.



                                     

4. Antecedentes de la memoria flash

Las memorias han evolucionado mucho desde los comienzos del mundo de la computación. Conviene recordar los tipos de memorias de semiconductores empleadas como memoria principal y unas ligeras pinceladas sobre cada una de ellas para enmarcar las memorias flash dentro de su contexto.

Organizando estos tipos de memoria conviene destacar tres categorías si las clasificamos en función de las operaciones que podemos realizar sobre ellas, es decir, memorias de sólo lectura, memorias de sobre todo lectura y memorias de lectura/escritura.

  • ROM Read Only Memory: se usan principalmente en microprogramación de sistemas. Los fabricantes las suelen emplear cuando producen componentes de forma masiva.
  • PROM Programmable Read Only Memory: el proceso de escritura es electrónico. Se puede grabar posteriormente la fabricación del chip, a diferencia de las anteriores que se graba durante la fabricación. Permite una única grabación y es más cara que la ROM.
  • Memorias de sólo lectura.
  • Memorias de sobre todo lectura.
  • Memoria flash: está basada en las memorias EEPROM pero permite el borrado bloque a bloque y es más barata y densa.
  • EPROM Erasable Programmable Read Only Memory: se puede escribir varias veces de forma eléctrica, sin embargo, el borrado de los contenidos es completo y a través de la exposición a rayos ultravioletas de esto que suelen tener una pequeña ventanita’ en el chip.
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: se puede borrar selectivamente byte a byte con corriente eléctrica. Es más cara que la EPROM.
  • SRAM Static Random Access Memory: los datos se almacenan formando biestables, por lo que no requiere refresco. Igual que DRAM es volátil. Son más rápidas que las DRAM y más caras.
  • Memorias de Lectura/Escritura RAM.
  • DRAM Dynamic Random Access Memory: los datos se almacenan como en la carga de un condensador. Tiende a descargarse y, por lo tanto, es necesario un proceso de refresco periódico. Son más simples y baratas que las SRAM.
                                     

5. Tarjetero flash

Un tarjetero flash o lector de tarjetas de memoria es un periférico que lee o escribe en memoria flash. Actualmente, los instalados en computadoras incluidos en una placa o mediante puerto USB, marcos digitales, lectores de DVD y otros dispositivos, suelen leer varios tipos de tarjetas.



                                     

6. Futuro

El futuro del mundo de la memoria flash es bastante alentador, ya que se tiende la ubicuidad de las computadoras y electrodomésticos inteligentes e integrados y, por ello, la demanda de memorias pequeñas, baratas y flexibles seguirá en alza hasta que aparezcan nuevos sistemas que lo superen tanto en características como en costo. En apariencia, esto no parecía muy factible ni siquiera a medio plazo ya que la miniaturización y densidad de las memorias flash estaba todavía lejos de alcanzar niveles preocupantes desde el punto de vista físico. Pero con la aparición del memristor el futuro de las memorias flash comienza a opacarse.

El desarrollo de las memorias flash es, en comparación con otros tipos de memoria sorprendentemente rápido tanto en capacidad como en velocidad y prestaciones. Sin embargo, los estándares de comunicación de estas memorias, de especial forma en la comunicación con los PC es notablemente inferior, lo que puede retrasar los avances conseguidos.

La apuesta de gigantes de la informática de consumo, como AMD y Fujitsu, en formar nuevas empresas dedicadas exclusivamente a este tipo de memorias, como Spansion en julio de 2003, auguran fuertes inversiones en investigación, desarrollo e innovación en un mercado que en 2005 seguía creciendo y que registró en 2004 un crecimiento asombroso hasta los 15.000 millones de dólares después de haber superado la burbuja tecnológica del llamado "boom punto com" según el analista de la industria Gartner, que avala todas estas ideas.

Es curioso que esta nueva empresa, concretamente, esté dando la vuelta la tortilla respecto a las velocidades con una técnica tan sencilla en la forma como compleja en el fondo de combinar los dos tipos de tecnologías reinantes en el mundo de las memorias flash en tan poco tiempo. Sin duda se están invirtiendo muchos esfuerzos de todo tipo en este punto.

Sin embargo, la memoria flash se seguirá especializando fuertemente, aprovechando las características de cada tipo de memoria para funciones concretas. Supongamos una Arquitectura Harvard para un pequeño dispositivo como un PDA; la memoria de instrucciones estaría compuesta por una memoria de tipo ORNAND empleando la tecnología MirrorBit de segunda generación dedicada a los programas del sistema, esto ofrecería velocidades sostenidas de hasta 150 MB/s de lectura en modo ráfaga según la compañía con un costo energético ínfimo y que implementa una seguridad por hardware realmente avanzada; para la memoria de datos podríamos emplear sistemas basados en puertas NAND de alta capacidad a un precio realmente asequible. Solo quedaría reducir el consumo de los potentes procesadores para PC actuales y dispondríamos de un sistema de muy reducidas dimensiones con unas prestaciones que hoy en día sería la envidia de la mayoría de las computadoras de sobremesa. Y no queda mucho tiempo hasta que estos sistemas tomen, con un esfuerzo redoblado, las calles.

Cualquier dispositivo con datos críticos empleará las tecnologías basadas en NOR u ORNAND si tenemos en cuenta que un fallo puede hacer inservible un terminal de telefonía móvil o un sistema médico por llegar a un caso extremo. Sin embargo, la electrónica de consumo personal seguirá apostando por las memorias basadas en NAND por su inmensamente reducido costo y gran capacidad, como los reproductores portátiles de MP3 o ya, incluso, reproductores de DVD portátiles. La reducción del voltaje empleado actualmente en 1.8 V la más reducida, además de un menor consumo, permitirá alargar la vida útil de estos dispositivos sensiblemente. Con todo, los nuevos retos serán los problemas que sufren hoy en día los procesadores por su miniaturización y altas frecuencias de reloj de los microprocesadores.

Los sistemas de ficheros para memorias flash, con proyectos disponibles mediante CVS Concurrent Version System y código abierto permiten un desarrollo realmente rápido, como es el caso de YAFFS2, que, incluso, ha conseguido varios patrocinadores y hay empresas realmente interesadas en un proyecto de esta envergadura.

La integración con sistemas inalámbricos permitirá unas condiciones propicias para una mayor integración y ubicuidad de los dispositivos digitales, convirtiendo el mundo que nos rodea en el sueño de muchos desde la década de 1980. Pero no sólo eso, la Agencia Espacial Brasileña, por citar una agencia espacial, ya se ha interesado oficialmente en este tipo de memorias para integrarla en sus diseños; la NASA ya lo hizo y demostró en Marte su funcionamiento en el Spirit rover de la NASA, gemelo de Opportunity, donde se almacenaban incorrectamente las órdenes como bien se puede recordar. Esto solo es el principio. Y más cerca de lo que creemos. Intel asegura que el 90 % de los PC, cerca del 90 % de los móviles, el 50 % de los módems, etc., en 1997 ya contaban con este tipo de memorias.



                                     

6.1. Futuro Memoria flash como sustituto del disco duro

En la actualidad TDK está fabricando discos duros con memorias flash NAND de 320 Gb o más con un tamaño similar al de un disco duro de 2½ pulgadas, similares a los discos duros de los portátiles con una velocidad de 33.3 Mb/s. El problema de este disco duro es que, al contrario de los discos duros convencionales, tiene un número limitado de accesos. Samsung también ha desarrollado memorias NAND de hasta 32 Gb.

Apple presentó el 20 de octubre de 2010 una nueva versión de la computadora portátil MacBook Air en el evento denominado De vuelta al Mac’ Back to the Mac, en su sede general de Cupertino, en California Estados Unidos. Una de las características más resaltantes de este nuevo equipo es que no tiene disco duro, sino una memoria flash, lo que la hace una máquina más rápida y ligera.

Según David Cuen, un especialista consultado por la BBC Mundo," la memoria flash es una apuesta interesante pero arriesgada. La pregunta es: ¿está el mercado preparado para deshacerse de los discos duros? Apple parece pensar que sí”. ​ La fuente muestra una foto del dispositivo que se parece a una tarjeta PCI-Express, soportada por el driver correspondiente.

De manera similar el sistema operativo Windows desde Windows Vista ofrece la prestación ReadyBoost para usar las memorias USB y tarjetas de memoria como caché para ayudar la computadora a ser más rápida.

                                     

7. Cuidados

  • Evitar el agua: muchas tarjetas son razonablemente resistentes al agua. Por seguridad, guardar las tarjetas sobrantes y el dispositivo también en una bolsa plástica al estar cerca del agua. Y si alguna tarjeta se moja, asegurarse que esté completamente seca antes de usarla. Los interiores de los dispositivos no son resistentes al agua.
  • Rayos X: hasta ahora nadie ha podido confirmar de que los rayos X de los aeropuertos dañen las tarjetas de memoria, pero por si acaso, no llevar las tarjetas con usted al viajar.
  • Extraer correctamente la tarjeta del dispositivo: es importante que el dispositivo haya terminado de usar la tarjeta antes de extraerla. Si se extrae mientras está en uso, se podría dañar la tarjeta, provocando la pérdida de información.
  • Formato: formatear las tarjetas en un formato que el dispositivo pueda manejar usualmente: FAT para tarjetas de hasta 2 GB; FAT 32 para tarjetas de 4 a 32 GB; exFAT para capacidades mayores. En caso de dudas, revisar el manual del fabricante. Nunca retirar la tarjeta durante el proceso de formateo.
  • Cambiar o recargar las baterías del dispositivo cuando estén descargadas o bajas de carga: la descarga de las baterías es una de las causas frecuentes de daños y pérdida de datos en las tarjetas de memoria. Si la batería se acaba mientras el dispositivo está guardando algo en la tarjeta no sólo podría dañarse el archivo sino toda la tarjeta.
  • Almacenar correctamente las tarjetas en sus estuches plásticos: a pesar de ser confiables, las tarjetas de memoria pueden sufrir daños al caer sobre superficies duras. Guarde las tarjetas en sus estuches cuando no las use.
  • Realizar copias de seguridad: las tarjetas no son perfectas y pueden fallar por los problemas mostrados anteriormente. Hacer copias de seguridad en medios diferentes y hasta guardar la información en disco duro externo o grabarla en discos DVD o BD para guardarla a largo plazo. No guarde información importante únicamente en las tarjetas de memoria.
  • Al introducir la tarjeta, no forzarla: las tarjetas están hechas para encajar solo de una forma. Si se introduce de forma equivocada y se la fuerza, se podrían dañar las tarjetas o las ranuras de los dispositivos. Para saber cómo insertarlas, revisar el manual del dispositivo.
  • Calor: a diferencia de los discos CD, DVD y BD, las tarjetas son resistentes al calor. Tratar de no dejarlas en un auto estacionado bajo el sol, pero sino posiblemente sigan bien. Si las necesidades lo exigen, considerar las tarjetas reforzadas para condiciones extremas.
  • Electricidad estática: la mayoría de las tarjetas de hoy son fabricadas para tolerar la electricidad estática, pero las descargas fuertes pueden causarles daños.
  • Servicio postal: no enviar las tarjetas por el servicio postal, puesto que las revisiones con radiación podrían dañarlas. En vez de eso usar un servicio de mensajería o paquetería privados.