Memòria flaix

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Memòria FLASH de 1MB, clàssic support dels Flash Bios d'una dècada
Dues memòries FLAIX de 1GB cada una

La memòria flash o flaix, és una classe de memòria EEPROM que permet esborrar posicions de memòria amb una operació programable. Amb unes altres paraules, és un xip de memòria que manté el seu contingut sense tensió d'alimentació. És molt utilitzat en càmeres digitals, ordinadors personals portàtils i PDA's, telèfons, reproductors de música, videoconsoles, i més aplicacions electròniques. Tenen una gran capacitat de re-gravabilitat, emmagatzematge, mida petita, i compleix els requisits de medi ambient.

Resumint, la memòria flaix és una forma "evolucionada" de la memòria EEPROM (al començament va rebre el nom de "Flash EPROM) i és pin-a-pin compatible (en lectura) amb una EPROM de la mateixa mida.

Permet que múltiples posicions de memòria siguin escrites o esborrades amb la mateixa operació mitjançant uns senyals a certes potes (el models més recents ho fan amb una sequència d'ordres), mentre que les anteriors només permetien escriure o esborrar una cel·la cada vegada. Per això, la memòria flaix permet funcionar a velocitats molt superiors. Sovint porten protecció contra esborrament/escriptura tant "hardware" com "software".

Avui dia, la seva aplicació més popular són les targetes de memòria, que porten una o més memòries flash amb un control·lador per escriure i llegir les dades, encarregant-se de tot el protocol d'adreçament, lectura i sobretot esborrat/escriptura de les dades, que no és pas senzill.

Taula de continguts

Generalitats[modifica]

PhoenixBIOS D686. Aquest BIOS resideix a una memòria flash en empaquetat PLCC.

Al 2011 se'n poden trobar al voltant de 8€ per a dispositius de 8GB, d'uns 20€ per a dispositius de 16GB, i d'uns 35€ per a dispositius de 32GB, anant augmentant per a marques de renom o de millors prestacions (velocitat de transferència). El cost per MB dels discs durs és una mica més baix, a més a més els discs durs de gama alta encara tenen una capacitat molt superior a la de les memòries flaix de gama alta.

Són de mida molt petita, tenen molta resistència als cops, baix consum i són silencioses perquè no tenen cap part mòbil. Però només permeten un nombre limitat d'escriptures i esborrats, generalment entre 10.000 i un milió, depenent de la cel·la, del procés de fabricació i del voltatge fet servir per esborrar. Està feta de portes lògiques NOR i NAND. Ara es comencen a fer servir portes ORNAND.

Els sistemes de fitxers per a aquestes memòries estan en ple desenvolupament encara que ja en funcionament com per exemple JFFS originalment per NOR, evolucionat a JFFS2 per suportar més NAND o YAFFS, ja en la seva segona versió, per NAND. Però a la pràctica es fa servir un sistema de fitxers FAT per compatibilitat, sobretot amb les targetes de memòria.

Una altra característica apareguda el 2004 ha estat la resistència tèrmica d'alguns encapsulats de targetes de memòria orientades a les càmeres digitals de gamma alta. Això permet funcionar amb condicions extremes de temperatura com deserts o glaceres, des dels -25 º C fins als 85 º C. Hi ha diversos estàndards de encapsulats.

Les aplicacions més habituals són:

  • El clauer USB que, a més de l'emmagatzematge, solen incloure altres serveis com ràdio FM, gravació de veu i, sobretot com a reproductors portàtils de MP3 i altres formats d'àudio.
  • Les PC Card
  • Les targetes de memòria flaix que són el substitut del rodet en la fotografia digital, ja que en les mateixes s'emmagatzemen les fotos.

Funcionament[modifica]

Memòria flaix -programació.
Memòria flaix -esborrat.

flaix, com a tipus de EEPROM que és, conté una matriu de ceŀles amb un transistor evolucionat amb dues portes a cada intersecció. Tradicionalment només emmagatzemen un bit d'informació. Les noves memòries flaix, anomenades també dispositius de ceŀla multi-nivell, poden emmagatzemar més d'un bit per ceŀla variant el nombre d'electrons que emmagatzemen.

Aquestes memòries estan basades en el transistor FAMOS (Floating Gate Avalanche-Injection Metal Oxide Semiconductor) que és, essencialment, un transistor NMOS amb un conductor (basat en un òxid metàŀlic) addicional entre la porta de control (CG - Control Gate) i els terminals font/drenador continguts en una altra porta (FG - Floating Gate) o bé que envolta FG i és qui conté els electrons que emmagatzemen la informació.

Memòria flaix de tipus NOR[modifica]

En les memòries flaix de tipus NOR, quan els electrons es troben en FG, modifiquen (pràcticament anul.len) al camp elèctric que generaria CG en cas d'estar actiu. D'aquesta manera, depenent de si la cel està a 1 o a 0, el camp elèctric de la cel existeix o no. Llavors, quan es llegeix la cel posant un determinat voltatge en CG, el corrent elèctric flueix o no en funció del voltatge emmagatzemat a la cel. La presència/absència de corrent es detecta i interpreta com un 1 o un 0, reproduint així la dada emmagatzemat. En els dispositius de cel multi-nivell, es detecta la intensitat del corrent per controlar el nombre d'electrons emmagatzemats en FG i interpretar-los adequadament.

Per programar una cel de tipus NOR (assignar un valor determinat) es permet el pas del corrent des del terminal font al terminal claveguera, llavors es col loca en CG un voltatge alt per absorbir els electrons i retenir-los en el camp elèctric que genera. Aquest procés s'anomena hot-electró injection . Per esborrar (posar a "1", l'estat natural de l'transistor) el contingut d'una cel la, expulsar aquests electrons, es fa servir la tècnica de Fowler-Nordheim tunnelling , un procés de tuneladora mecànic - quàntic. És a dir, aplicar un voltatge invers bastant alt a l'empleat per atraure els electrons, convertint el transistor en una pistola d'electrons que permet, obrint el terminal embornal, que els electrons abandonin el mateix. Aquest procés és el que provoca el deteriorament de les cel, en aplicar sobre un conductor tan prim un voltatge tan alt.

Cal destacar que les memòries flaix estan subdividides en blocs (de vegades anomenats sectors) i per tant, per a l'esborrat, es netegen blocs sencers per agilitzar el procés, ja que és la part més lenta del procés. Per aquesta raó, les memòries flaix són molt més ràpides que les EEPROM convencionals, ja que esborren byte a byte. No obstant, per reescriure una dada és necessari netejar el bloc primer per després reescriure el seu contingut.

Memòries flaix de tipus NAND[modifica]

Les memòries flaix basades en portes lògiques NAND funcionen de forma lleugerament diferent: utilitzen un túnel d'injecció per a l'escriptura i per a l'esborrat un túnel de 'deixat anar'. Les memòries basades en NAND tenen, a més de l'evident base en un altre tipus de portes, un cost força inferior, unes deu vegades de més resistència a les operacions però només permeten accés seqüencial (més orientat a dispositius d'emmagatzematge massiu), enfront de les memòries flaix basades en NOR que permeten lectura d'accés aleatori. No obstant això, han estat les NAND les que han permès l'expansió d'aquest tipus de memòria, ja que el mecanisme d'esborrat és més senzill (tot i que també s'esborri per blocs) el que ha proporcionat una base més rendible per a la creació de dispositius de tipus targeta de memòria. Les populars memòries USB o també anomenades Pendrives, utilitzen memòries flaix de tipus NAND.

Comparació de memòries flaix basades en NOR i NAND[modifica]

Per comparar aquests tipus de memòria es consideren els diferents aspectes de les memòries tradicionalment valorats.

  • La densitat d'emmagatzematge dels xips és actualment bastant més gran en les memòries NAND.
  • El cost de NOR és molt més gran.
  • L'accés NOR és aleatori per a lectura i orientat a blocs per a la seva modificació. No obstant això, NAND ofereix tan sol accés directe per als blocs i lectura seqüencial dins dels mateixos.
  • En l'escriptura de NOR podem arribar a modificar un sol bit. Això destaca amb la limitada reprogramació de les NAND que han de modificar blocs o paraules completes.
  • La velocitat de lectura és molt superior en NOR (50-100 ns) davant NAND (10 µs de la recerca de la pàgina + 50 ns per byte).
  • La velocitat d'escriptura per NOR és de 5 µs per byte a 200 µs per pàgina en NAND.
  • La velocitat d'esborrat per NOR és d'1 s per bloc de 64 KB davant els 2 ms per bloc de 16 KB en NAND.
  • La fiabilitat dels dispositius basats en NOR és realment molt alta, és relativament immune a la corrupció de dades i tampoc té blocs erronis davant l'escassa fiabilitat dels sistemes NAND que requereixen correcció de dades i hi ha la possibilitat que quedin blocs marcats com erronis i inservibles.

En resum, els sistemes basats en NAND són més barats i ràpids però no tenen una fiabilitat que els faci eficients, cosa que demostra la necessitat imperiosa d'un bon sistema d'arxius. Depenent de quin sigui el que es busqui, valdrà la pena decantar-se per un o altre tipus.

Targeter flaix[modifica]

Un targeter flaix és un perifèric que llegeix o escriu en memòria flaix. Actualment, els instal.lats a ordinadors (inclosos en una placa o mitjançant port USB), marcs digitals, lectors de DVD i altres dispositius, solen llegir diversos tipus de targetes.

Sistemes de fitxers per Memòries flaix[modifica]

Dissenyar un sistema de fitxers eficient per a les memòries flaix s'ha convertit en una carrera vertiginosa i complexa, ja que, encara que tots dos (NOR i NAND) són tipus de memòria flaix, tenen característiques molt diferents entre si a l'hora d'accedir a aquestes dades . Això és perquè un sistema de fitxers que treballi amb memòries de tipus NOR incorpora diversos mecanismes innecessaris per NAND i, al seu torn, NAND requereix mecanismes addicionals, innecessaris per gestionar la memòria de tipus NOR.

Un exemple podria ser un recol · lector d'escombraries . Aquesta eina està condicionada pel rendiment de les funcions d'esborrat que, en el cas de NOR és molt lent i, a més, un recol · lector d'escombraries NOR requereix una complexitat relativa bastant alta i limita les opcions de disseny del sistema d'arxius. Comparant-lo amb els sistemes NAND, que esborren molt més ràpidament, aquestes limitacions no tenen sentit.

Una altra de les grans diferències entre aquests sistemes és l'ús de blocs erronis que poden existir en NAND però no tenen sentit en els sistemes NOR que garanteixen la integritat. La mida que han de manejar uns i altres sistemes també difereix sensiblement i per tant és un altre factor a tenir en compte. Caldrà dissenyar aquests sistemes en funció de l'orientació que se li vulgui donar al sistema

Els dos sistemes de fitxers que es disputen el lideratge per a l'organització interna de les memòries flaix són JFFS (journaling Flash File System) i YAFFS (Yet Another Flash File System), ExFAT és l'opció de Microsoft.

Antecedents de la Memòria flaix[modifica]

Les memòries han evolucionat molt des dels inicis del món de la computació. Convé recordar els tipus de memòries de semiconductors emprades com a memòria principal i unes lleugeres pinzellades sobre cadascuna d'elles per emmarcar les memòries flash dins del seu context.

Organitzant aquests tipus de memòria convé destacar tres categories si les classifiquem en funció de les operacions que podem realitzar sobre elles, és a dir, memòries de només lectura, memòries de sobretot lectura i memòries de lectura/escriptura.

  • Memòries de només lectura.
    • Memòria ROM: (Read Only Memory): Es fan servir principalment en microprogramació de sistemes. Els fabricants les solen emprar quan produeixen components de forma massiva.
    • PROM: (Programmable Read Only Memory): El procés d'escriptura és electrònic. Es pot gravar posteriorment a la fabricació del xip, a diferència de les anteriors que es grava durant la fabricació. Permet una única gravació i és més cara que la ROM.
  • Memòries d'sobretot lectura.
    • EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Es pot escriure diverses vegades de forma elèctrica, però, l'esborrat dels continguts no és complet ia través de l'exposició a raigs ultraviolats (d'això que solen tenir una petita 'finestreta' al xip).
    • EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Es pot esborrar selectivament byte a byte amb corrent elèctric. És més cara que la EPROM.
    • Memòria flaix: Està basada en les memòries EEPROM però permet l'esborrat bloc a bloc i és més barata i densa.
  • Memòries de Lectura/Escriptura ( RAM)
    • DRAM (Dynamic Random Access Memory): Les dades s'emmagatzemen com en la càrrega d'un condensador. Tendeix a descarregar i, per tant, és necessari un procés de refresc periòdic. Són més simples i barates que les SRAM.
    • SRAM (Static Random Access Memory): Les dades s'emmagatzemen formant biestables, per la qual cosa no requereix refresc. Igual que DRAM és volàtil. Són més ràpides que les DRAM i més cares.

Història de la memòria flaix[modifica]

La història de la memòria flaix sempre ha estat molt vinculada amb l'avanç de la resta de les tecnologies a les quals presta els seus serveis com router s, mòdem s, BIOS dels PC, wireless, etc. Va ser Fujio Masuoka el 1984, qui va inventar aquest tipus de memòria com a evolució de les EEPROM existents en aquell temps. Intel va intentar atribuir-se la creació d'aquesta sense èxit, encara que si va comercialitzar la primera memòria flaix d'ús comú.

Entre els anys 1994 i 1998, es van desenvolupar els principals tipus de memòria que coneixem avui, com la SmartMedia o la CompactFlash. La tecnologia aviat va plantejar aplicacions en altres camps. El 1998, la companyia Rio va comercialitzar el primer 'Walkman' sense peces mòbils aprofitant el mode de funcionament de SmartMedia. Era el somni de tot esportista que hagués patit els salts d'un discman a la butxaca.

El 1994 SanDisk va començar a comercialitzar targetes de memòria (CompactFlash) basades en aquests circuits, i des de llavors l'evolució ha arribat a petits dispositius de mà de l'electrònica de consum com reproductors de MP3 portàtils, targetes de memòria per a vídeo consoles, capacitat d'emmagatzematge per a les PC Card que ens permeten connectar a xarxes sense fils i un llarg etcètera, fins i tot arribant a l'aeronàutica espacial. L'espectre és gran.

Futur[modifica]

El futur del món de la memòria flaix és força encoratjador, ja que es tendeix a la ubiqüitat de les computadores i electrodomèstics intel ligents i integrats i, per això, la demanda de memòries petites, barates i flexibles seguirà en alça fins que apareguin nous sistemes que el superin tant en característiques com en cost. En aparença, això no semblava molt factible ni tan sols a mitjà termini ja que la miniaturització i densitat de les memòries flaix estava encara lluny d'assolir nivells preocupants des del punt de vista físic. Però amb l'aparició del memristor el futur de les memòries flaix comença a opaques.

El desenvolupament de les memòries flaix és, en comparació amb altres tipus de memòria sorprenentment ràpid tant en capacitat com en velocitat i prestacions. No obstant això, els estàndards de comunicació d'aquestes memòries, d'especial manera en la comunicació amb els PC és notablement inferior, el que pot retardar els avenços aconseguits.

L'aposta de gegants de la informàtica de consum com AMD i Fujitsu a formar noves empreses dedicades exclusivament a aquest tipus de memòries com Spansion el juliol de 2003 auguren fortes inversions en recerca, desenvolupament i innovació en un mercat que el 2005 segueix creixent en un mercat que ja va registrar el 2004 un creixement sorprenent fins als 15.000 milions de dòlars (després d'haver superat la bombolla tecnològica de l'anomenat boom punt com) segons l'analista de la indústria Gartner, avala totes aquestes idees.

És curiós que aquesta nova empresa, concretament, estigui donant la volta a la truita respecte a les velocitats amb una tècnica tan senzilla en la forma com complexa en el fons de combinar els dos tipus de tecnologies regnants en el món de les memòries flaix en tan poc temps. Sens dubte s'estan invertint molts esforços de tot tipus en aquest punt.

No obstant això, la memòria flaix es seguirà especialitzant fortament, aprofitant les característiques de cada tipus de memòria per a funcions concretes. Suposem una Arquitectura Harvard per a un petit dispositiu com un PDA, la memòria d'instruccions estaria composta per una memòria de tipus ORNAND (emprant la tecnologia MirrorBit de segona generació) dedicada als programes del sistema, és oferiria velocitats sostingudes de fins a 150 MB/s de lectura en mode ràfega segons la companyia amb un cost energètic ínfim i que implementa una seguretat per maquinari realment avançada, per a la memòria de dades podríem emprar sistemes basats en portes NAND d'alta capacitat a un preu realment assequible. Només quedaria reduir el consum dels potents processadors per a PC actuals i disposaríem d'un sistema de molt reduïdes dimensions amb unes prestacions que avui en dia seria l'enveja de la majoria dels ordinadors de sobretaula. I no queda gaire temps fins que aquests sistemes prenguin, amb un esforç redoblat, els carrers.

Qualsevol dispositiu amb dades crítiques emprarà les tecnologies basades en NOR o ORNAND si tenim en compte que un error pot fer inservible un terminal de telefonia mòbil o un sistema mèdic per arribar a un cas extrem. No obstant això, l'electrònica de consum personal seguirà apostant per les memòries basades en NAND per la seva immensament reduït cost i gran capacitat, com els reproductors portàtils de MP3 o ja, fins i tot, reproductors de DVD portàtils. La reducció del voltatge emprat (actualment en 1,8 V la més reduïda), a més d'un menor consum, permetrà allargar la vida útil d'aquests dispositius sensiblement. Amb tot, els nous reptes seran els problemes que pateixen avui en dia els processadors per la seva miniaturització i altes freqüències de rellotge dels microprocessadors.

Els sistemes de fitxers per memòries flaix, amb projectes disponibles mitjançant CVS (Concurrent Version System) i codi obert permeten un desenvolupament realment ràpid, com és el cas de YAFFS2, que fins i tot ha aconseguit diversos patrocinadors i hi ha empreses realment interessades en un projecte d'aquesta envergadura.

La integració amb sistemes sense fil permetrà unes condicions propícies per a una major integració i ubiqüitat dels dispositius digitals, convertint el món que ens envolta en el somni de molts des de la dècada de 1980. Però no només això, l'Agència Espacial Brasilera, per citar una agència espacial, ja s'ha interessat oficialment en aquest tipus de memòries per integrar-la en els seus dissenys, la NASA ja ho va fer i va demostrar a Mart seu funcionament en el Spirit ( rover de la NASA, bessó de Opportunity), on es emmagatzemaven incorrectament les ordres com bé es pot recordar. Això només és el principi. I més a prop del que creiem. Intel assegura que el 90% dels PC, prop del 90% dels mòbils, el 50% dels mòdems, etc. el 1997 ja comptaven amb aquest tipus de memòries.

TDK està fabricant discs durs amb memòries flaix NAND de 32 GB amb una mida similar al d'un disc dur de 2,5 polzades, similars als discs durs dels portàtils amb una velocitat de 33.3 Mb/s.[cal citació] El problema d'aquest disc dur és que, al contrari dels discs durs convencionals, té un nombre limitat d'accessos. Samsung també ha desenvolupat memòries NAND de fins a 32 Gb

L'expansió de la memòria flaix és quasi infinita. En l'actualitat (31/08/09) Kingston ha llançat una memòria flaix (DATATRAVELER 300) d'una capacitat de 256 Gb la qual podria emmagatzemar 51.000 imatges , 54 DVD o 365 CD

Vegeu també[modifica]

Enllaços externs[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Memòria flaix Modifica l'enllaç a Wikidata
Obtingut de «http://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Memòria_flaix&oldid=11839229»