Você já ouviu falar em memória flash? Qual é a diferença entre NOR e NAND? Se você acompanha os últimos desenvolvimentos em hardware de computador, provavelmente já ouviu falar dessas siglas pelo menos uma vez. No entanto, se você não tem certeza do que elas significam ou como funcionam, este artigo é para você. Continue lendo para saber mais sobre esses dois tipos diferentes de armazenamento em memória flash e como eles funcionam.
Definição de memória flash
A memória flash é um tipo de memória não volátil que pode ser apagada e reprogramada em blocos, em vez de um byte de cada vez. É geralmente utilizada como meio de armazenamento em câmaras digitais, computadores portáteis, MP3, unidades flash USB e outros pequenos produtos digitais. Enquanto a memória flash é reprogramável, outros tipos de memória não volátil, como a memória One-Time Programmable (OTP), são concebidos para uma única programação.
Estrutura da memória flash
A memória flash consiste em uma matriz de células que podem ser programadas e apagadas individualmente. As células podem armazenar um determinado número de bits de dados. Além disso, cada célula contém um transistor de porta flutuante com uma porta de controle e um dreno. A porta de controle controla o fluxo de elétrons entre a fonte e o dreno. A porta flutuante armazena a carga elétrica, que representa os dados armazenados.
Como funciona a memória flash?
Para explicar o princípio de armazenamento da memória flash, ainda temos que começar com EPROM e EEPROM. Porque a memória flash combina as vantagens da alta densidade da EPROM e a flexibilidade da estrutura EEPROM.
Memória de leitura apenas programável apagável
EPROM significa que o conteúdo nela pode ser apagado por meios especiais e, em seguida, reescrito. Seu circuito básico é mostrado na figura abaixo. Circuitos MOS de injeção avalanche de porta flutuante são frequentemente usados, conhecidos como FAMOS. É semelhante ao circuito MOS. Duas regiões do tipo P de alta concentração são cultivadas no substrato do tipo N, e a fonte S e o dreno D são respectivamente extraídos através de contatos ôhmicos.
Há uma porta de polissilício flutuando na camada isolante entre a fonte e o dreno, sem conexão elétrica direta com o entorno. Esse circuito usa a carga da porta flutuante para indicar o armazenamento de 1 ou 0. Quando a porta flutuante é carregada (por exemplo, com uma carga negativa), um canal condutor positivo é induzido entre a fonte e o dreno, e o transistor MOS é ativado, o que significa que "0" é armazenado. Se a porta flutuante não estiver carregada, um canal condutor não pode ser formado e o transistor MOS não é ativado, ou seja, "1" é armazenado.
Memória de leitura apenas programável e apagável eletricamente
O princípio de funcionamento do circuito da unidade de armazenamento básica EEPROM é mostrado na figura abaixo. Semelhante ao EPROM, ele regenera uma porta flutuante sobre a porta flutuante do circuito da unidade básica EPROM. A primeira é chamada de porta flutuante de primeiro nível e a segunda é chamada de porta flutuante de segundo nível. Um elétrodo pode ser estendido até a porta flutuante de segundo nível, de modo que a porta flutuante de segundo nível seja conectada a uma tensão. Se o valor da tensão for positivo, ocorrerá um efeito túnel entre a primeira porta flutuante e o dreno. Isso faz com que elétrons sejam injetados na primeira porta flutuante, ou seja, programação. Se o valor da tensão for negativo, isso fará com que os elétrons da primeira porta flutuante sejam perdidos, ou seja, apagados. Os elétrons podem ser reescritos após o apagamento.
Memória Flash
O circuito básico da memória flash é semelhante ao da EEPROM e também é composto por transistores MOS de porta flutuante de camada dupla. Mas a primeira camada do dielétrico da porta é muito fina, como uma camada de óxido de túnel.
O método de gravação da memória flash é o mesmo que o da EEPROM, e uma tensão positiva é aplicada ao portão flutuante de segundo nível para fazer com que os elétrons entrem no portão flutuante de primeiro nível. Seu método de leitura é o mesmo que o da EPROM. Além disso, o método de apagamento consiste em aplicar uma tensão positiva à fonte e usar o efeito túnel entre o portão flutuante de primeiro estágio e o dreno para atrair as cargas negativas injetadas no portão flutuante para a fonte.
Quando o campo elétrico é retirado, conecte 0 V ao gate. Se o transistor MOS estiver ligado, é uma célula de apagamento, definida como lógica "1". Se o tubo MOS não estiver ligado, é uma célula de programa, definida como lógica "0". É equivalente a armazenar "permanentemente" 1 bit de informação nesta unidade. A magnitude dessa tensão de limiar é consistente com o número de elétrons na porta flutuante.
Como a tensão positiva é aplicada à fonte para apagar, as fontes de cada célula são conectadas entre si. Dessa forma, o apagamento não pode ser feito por byte, mas sim em todo o chip ou bloco. Com o aprimoramento da tecnologia de semicondutores, a memória flash também realizou um projeto de transistor único, principalmente adicionando portas flutuantes e portas de seleção aos transistores originais. Ao programar esses dispositivos de memória, os dados são frequentemente organizados em formatos como o formato de arquivo HEX.
Célula de memória flash
A magnitude dessa tensão limite é consistente com o número de elétrons na porta flutuante. De acordo com o número de elétrons injetados na porta flutuante, as células da memória flash podem ser divididas em vários estados:
SLC: célula de nível único, 1 bit, 2 estados;
MLC: célula de nível múltiplo, 2 bits, 4 estados;
TLC: célula de nível triplo, 3 bits, 8 estados;
QLC: célula de nível quádruplo, 4 bits, 16 estados.
Tipos de memória flash
A memória flash pode ser dividida em dois tipos: NOR flash e NAND flash. A NOR flash permite o acesso aleatório a células individuais, enquanto a NAND flash é normalmente utilizada em dispositivos de armazenamento em massa, tais como pen drives USB e cartões de memória.
Flash NOR
A memória flash NOR é uma estrutura "paralela" e cada célula tem uma linha de palavras e uma linha de bits separadas. A característica da NOR Flash é realizar operações no chip, para que o programa aplicativo possa ser executado diretamente na memória flash NOR Flash sem ter que ler o código na RAM do sistema.
Flash NAND
A memória flash NAND é uma estrutura do tipo "tandem", uma cadeia de células de memória flash conectadas de ponta a ponta, que compartilham uma linha de bits. A unidade básica de armazenamento da memória flash NAND é uma "página", semelhante a um setor de um disco rígido. Sua vantagem é que pode ser muito pequena e altamente integrada.
Flash NOR vs Flash NAND
A memória flash NOR é mais cara do que a memória flash NAND, mas tem uma maior resistência e é mais adequada para aplicações que requerem operações frequentes de leitura/gravação. A memória flash NAND é mais barata e tem uma resistência menor, mas é mais rápida e mais adequada para aplicações que requerem grandes quantidades de armazenamento de dados.
História da memória flash
Em comparação com muitas tecnologias de informação de curta duração, a memória flash tem uma história de muitos anos. Em 1984, a Toshiba propôs pela primeira vez o conceito de memória flash rápida. Nas décadas seguintes, a memória flash passou por contínuas iterações e desenvolvimentos.
A primeira memória NOR Flash - 1988
A Intel foi a primeira empresa do mundo a produzir memória flash e colocá-la no mercado. Em 1988, a empresa lançou um chip de memória flash de 256K bits. Ele está embutido em um gravador de fita. Posteriormente, esse tipo de memória flash inventado pela Intel passou a ser conhecido coletivamente como memória flash NOR. Ele combina duas tecnologias, EPROM e EEPROM, e possui uma interface SRAM.
Flash NAND - 1989
O segundo tipo de memória flash é chamado de memória flash NAND. Foi desenvolvido pela Hitachi em 1989 e considerado um substituto ideal para a memória flash NOR. Em primeiro lugar, o ciclo de gravação da memória flash NAND é 90% mais curto do que o da memória flash NOR, e sua velocidade de armazenamento e exclusão é relativamente rápida. Em segundo lugar, a unidade de armazenamento da NAND é apenas metade da NOR, em um espaço de armazenamento menor. Devido ao excelente desempenho, a NAND é frequentemente aplicada a cartões de memória como CompactFlash, SmartMedia, SD, MMC, xD e cartões PC, pen drives, etc.
Flash NAND 3D - 2021
Em 2021, a empresa chinesa YMTC lançou uma memória flash NAND 3D de 128 camadas. Ela tem a maior densidade de armazenamento por unidade de área, a maior velocidade de transmissão de E/S e a maior capacidade de um único chip de memória flash NAND.
Mercado de dispositivos de memória flash
No mercado, Samsung, Hitachi, Spansion e Intel são os quatro principais fabricantes de dispositivos de memória flash. Entre os dispositivos de memória flash, a maioria das pessoas deve estar familiarizada com o disco rígido de memória flash. Em comparação com os discos rígidos tradicionais, os discos rígidos de memória flash têm altas velocidades de leitura e gravação e baixo consumo de energia. Além das unidades flash, a memória flash também é usada em produtos eletrônicos, como BIOS em computadores, PDAs, câmeras digitais, gravadores de voz, telefones celulares, TVs digitais e consoles de jogos.
memória flash vs SSD
- Em comparação com o SSD, a memória flash é menor em tamanho e mais leve em qualidade;
- A estrutura da memória flash é mais resistente a quedas do que o SSD;
- A memória flash pode fornecer uma velocidade de leitura de dados mais rápida, enquanto o SSD é limitado pela velocidade de rotação;
- A memória flash armazena dados de forma mais segura do que o SSD;
- Sua estrutura não mecânica, portanto, o movimento não afetará sua leitura e gravação;
- A vida útil da memória flash é mais longa, enquanto o SSD é afetado pelo número de leituras e gravações e pela velocidade;
- O SSD é gravado por magnetismo, enquanto a memória flash é gravada por voltagem e os dados não serão apagados;
- Os materiais para fabricar a memória flash são escassos, por isso a sua capacidade de armazenamento unitária é mais cara do que a do SSD.
Conclusão
Neste blog, apresentamos a memória flash, sua estrutura, história de desenvolvimento, métodos de funcionamento e tipos. Ela possui muitas características melhores do que o SSD. Para a maioria das empresas, a memória flash continua sendo um bom investimento, apesar do surgimento de novas alternativas no mercado, como MRAM e OUM.
Perguntas frequentes
Todos os dados do computador podem ser armazenados, incluindo arquivos, programas, imagens, músicas, multimídia, etc.
O pen drive pode ser apagado e gravado 1.000.000 vezes.
Assim como todos os discos rígidos, os pen drives também podem ser infectados por vírus.
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