¿Has oído hablar alguna vez de la memoria flash? ¿Cuál es la diferencia entre NOR y NAND? Si estás al tanto de las últimas novedades en hardware informático, es posible que hayas oído hablar de estas siglas al menos una vez. Sin embargo, si no estás seguro de lo que significan o cómo funcionan, este artículo es para ti. Sigue leyendo para obtener más información sobre estos dos tipos diferentes de almacenamiento en memoria flash y cómo funcionan.
Definición de memoria flash
La memoria flash es un tipo de memoria no volátil que se puede borrar y reprogramar en bloques, en lugar de un byte cada vez. Se utiliza generalmente como medio de almacenamiento en cámaras digitales, ordenadores portátiles, MP3, unidades flash USB y otros productos digitales pequeños. Mientras que la memoria flash es reprogramable, otros tipos de memoria no volátil, como la memoria programable una sola vez (OTP), están diseñados para una única programación.
Estructura de la memoria flash
La memoria flash consiste en una matriz de celdas que se pueden programar y borrar individualmente. Las celdas pueden almacenar un determinado número de bits de datos. Además, cada celda contiene un transistor de puerta flotante con una puerta de control y un drenaje. La puerta de control controla el flujo de electrones entre la fuente y el drenaje. La puerta flotante almacena la carga eléctrica, que representa los datos almacenados.
¿Cómo funciona la memoria flash?
Para explicar el principio de almacenamiento de la memoria flash, todavía tenemos que empezar por EPROM y EEPROM. Porque la memoria flash combina las ventajas de la alta densidad de EPROM y la flexibilidad de la estructura EEPROM.
Memoria programable borrable de solo lectura
EPROM significa que su contenido puede borrarse mediante medios especiales y, a continuación, reescribirse. Su circuito básico se muestra en la siguiente figura. A menudo se utilizan circuitos MOS de inyección de avalancha de puerta flotante, denominados FAMOS. Es similar al circuito MOS. Se cultivan dos regiones de tipo P de alta concentración en el sustrato de tipo N, y la fuente S y el drenaje D se extraen respectivamente a través de contactos óhmicos.
Hay una puerta de polisilicio flotando en la capa aislante entre la fuente y el drenaje, y no tiene conexión eléctrica directa con el entorno. Este circuito utiliza si la puerta flotante está cargada para indicar el almacenamiento de 1 o 0. Cuando la puerta flotante está cargada (por ejemplo, con una carga negativa), se induce un canal conductor positivo entre la fuente y el drenaje, y el transistor MOS se activa, lo que significa que se almacena un «0». Si la puerta flotante no está cargada, no se puede formar un canal conductor y el transistor MOS no se activa, es decir, se almacena un «1».
Memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente
El principio de funcionamiento del circuito de la unidad de almacenamiento básica EEPROM se muestra en la siguiente figura. Al igual que la EPROM, regenera una puerta flotante sobre la puerta flotante del circuito de la unidad básica EPROM. La primera se denomina puerta flotante de primer nivel y la segunda, puerta flotante de segundo nivel. Se puede extraer un electrodo a la puerta flotante de segundo nivel, de modo que esta se conecte a un voltaje. Si el valor del voltaje es positivo, se producirá un efecto túnel entre la primera puerta flotante y el drenaje. Esto provoca que se inyecten electrones en la primera puerta flotante, es decir, se programa. Si el valor del voltaje es negativo, esto provocará que se pierdan los electrones de la primera puerta flotante, es decir, se borren. Los electrones se pueden reescribir después de borrarlos.
Memoria flash
El circuito básico de la memoria flash es similar al de la EEPROM y también está compuesto por transistores MOS de puerta flotante de doble capa. Sin embargo, la primera capa dieléctrica de la puerta es muy fina, como una capa de óxido túnel.
El método de escritura de la memoria flash es el mismo que el de la EEPROM, y se aplica un voltaje positivo a la puerta flotante de segundo nivel para que los electrones entren en la puerta flotante de primer nivel. Su método de lectura es el mismo que el de la EPROM. Además, el método de borrado consiste en aplicar un voltaje positivo a la fuente y utilizar el efecto túnel entre la puerta flotante de primera etapa y el drenaje para atraer las cargas negativas inyectadas en la puerta flotante hacia la fuente.
Cuando se retira el campo eléctrico, conecte 0 V a la puerta. Si el transistor MOS está activado, se trata de una celda de borrado, que se define como «1» lógico. Si el tubo MOS no está activado, se trata de una celda de programa, que se define como «0» lógico. Es equivalente a almacenar «permanentemente» 1 bit de información en esta unidad. La magnitud de este voltaje umbral es coherente con el número de electrones en la puerta flotante.
Dado que se aplica voltaje positivo a la fuente para el borrado, las fuentes de cada celda se conectan entre sí. De esta manera, el borrado no se puede realizar por bytes, sino que se borra todo el chip o bloque. Con la mejora de la tecnología de semiconductores, la memoria flash también ha logrado un diseño de un solo transistor, principalmente añadiendo puertas flotantes y puertas de selección a los transistores originales. Al programar estos dispositivos de memoria, los datos se organizan a menudo en formatos como el formato de archivo HEX.
Célula de memoria flash
La magnitud de este voltaje umbral es coherente con el número de electrones en la puerta flotante. Según el número de electrones inyectados en la puerta flotante, las celdas de la memoria flash se pueden dividir en varios estados:
SLC: celda de un solo nivel, 1 bit, 2 estados;
MLC: celda de varios niveles, 2 bits, 4 estados;
TLC: celda de tres niveles, 3 bits, 8 estados;
QLC: celda de cuatro niveles, 4 bits, 16 estados.
Tipos de memoria flash
La memoria flash se puede dividir en dos tipos: flash NOR y flash NAND. La memoria flash NOR permite el acceso aleatorio a celdas individuales, mientras que la memoria flash NAND se utiliza normalmente para dispositivos de almacenamiento masivo, como unidades flash USB y tarjetas de memoria.
Memoria flash NOR
La memoria flash NOR tiene una estructura «paralela», y cada celda tiene una línea de palabras y una línea de bits independientes. La característica de la memoria flash NOR es que realiza operaciones en el chip, de modo que el programa de aplicación puede ejecutarse directamente en la memoria flash NOR sin tener que leer el código en la RAM del sistema.
memoria flash NAND
La memoria flash NAND es una estructura de tipo «tándem», una cadena de celdas de memoria flash conectadas entre sí y que comparten una línea de bits. La unidad básica de almacenamiento de la memoria flash NAND es una «página», similar a un sector de un disco duro. Su ventaja es que puede fabricarse en un tamaño muy reducido y con un alto grado de integración.
Memoria flash NOR frente a memoria flash NAND
La memoria flash NOR es más cara que la memoria flash NAND, pero tiene una mayor resistencia y es más adecuada para aplicaciones que requieren operaciones frecuentes de lectura/escritura. La memoria flash NAND es más barata y tiene una menor resistencia, pero es más rápida y más adecuada para aplicaciones que requieren el almacenamiento de grandes cantidades de datos.
Historia de la memoria flash
En comparación con muchas tecnologías de la información efímeras, la memoria flash tiene una larga trayectoria. En 1984, Toshiba propuso por primera vez el concepto de memoria flash rápida. En las décadas siguientes, la memoria flash ha sido objeto de continuas iteraciones y desarrollos.
La primera memoria flash NOR: 1988
Intel fue la primera empresa del mundo en producir memorias flash y comercializarlas. En 1988, la empresa lanzó al mercado un chip de memoria flash de 256 Kb. Este chip se integra en una grabadora de cinta. Más tarde, este tipo de memoria flash inventada por Intel se denominó colectivamente memoria flash NOR. Combina dos tecnologías, EPROM y EEPROM, y tiene una interfaz SRAM.
Memoria flash NAND - 1989
El segundo tipo de memoria flash se denomina memoria flash NAND. Fue desarrollada por Hitachi en 1989 y se consideró un sustituto ideal de la memoria flash NOR. En primer lugar, el ciclo de escritura de la memoria flash NAND es un 90 % más corto que el de la memoria flash NOR, y su velocidad de almacenamiento y eliminación es relativamente rápida. En segundo lugar, la unidad de almacenamiento de NAND es solo la mitad de la de NOR, en un espacio de almacenamiento más pequeño. Debido a su excelente rendimiento, la NAND se aplica a menudo a tarjetas de memoria como CompactFlash, SmartMedia, SD, MMC, xD y tarjetas PC, memorias USB, etc.
Flash NAND 3D - 2021
En 2021, la empresa china YMTC lanzó al mercado una memoria flash NAND 3D de 128 capas. Cuenta con la mayor densidad de almacenamiento por unidad de superficie, la mayor velocidad de transmisión de E/S y la mayor capacidad de un solo chip de memoria flash NAND.
Mercado de dispositivos de memoria flash
En el mercado, Samsung, Hitachi, Spansion e Intel son los cuatro principales fabricantes de dispositivos de memoria flash. Entre los dispositivos de memoria flash, la mayoría de la gente debería estar familiarizada con el disco duro de memoria flash. En comparación con los discos duros tradicionales, los discos duros de memoria flash tienen altas velocidades de lectura y escritura y un bajo consumo de energía. Además de las unidades flash, la memoria flash también se utiliza en productos electrónicos como BIOS en ordenadores, PDA, cámaras digitales, grabadoras de voz, teléfonos móviles, televisores digitales y consolas de videojuegos.
memoria flash frente a ssd
- En comparación con el SSD, la memoria flash es más pequeña y ligera.
- La estructura de la memoria flash es más resistente a las caídas que la del SSD.
- La memoria flash puede proporcionar una velocidad de lectura de datos más rápida, mientras que el SSD está limitado por la velocidad de rotación.
- La memoria flash almacena los datos de forma más segura que los SSD.
- Su estructura no mecánica hace que el movimiento no afecte a su lectura y escritura.
- La vida útil de la memoria flash es más larga, mientras que la SSD se ve afectada por el número de lecturas y escrituras y la velocidad.
- El SSD se escribe mediante magnetismo, mientras que la memoria flash se escribe mediante voltaje y los datos no se borran.
- Los materiales para fabricar la memoria flash son escasos, por lo que su capacidad de almacenamiento unitario es más cara que la de los SSD.
Conclusión
En este blog, presentamos la memoria flash: su estructura, historia de desarrollo, métodos de funcionamiento y tipos. Tiene muchas características que la hacen superior a las SSD. Para la mayoría de las empresas, la memoria flash sigue siendo una buena inversión a pesar de la aparición en el mercado de nuevas alternativas como MRAM y OUM.
Preguntas frecuentes
Se pueden almacenar todos los datos informáticos, incluidos archivos, programas, imágenes, música, multimedia, etc.
El disco flash se puede borrar y escribir 1 000 000 de veces.
Al igual que todos los discos duros, las unidades flash también pueden infectarse con virus.
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