Memoria flash para niños

La memoria flash es un tipo de memoria electrónica que se usa en computadoras y otros aparatos. Es una memoria no volátil, lo que significa que guarda la información incluso cuando el aparato está apagado. Además, se puede borrar y volver a grabar muchas veces usando electricidad.

Existen dos tipos principales de memoria flash: NOR y NAND. Sus nombres vienen de cómo están organizadas internamente, como si fueran puertas lógicas. La tecnología flash es muy rápida porque puede leer y escribir en varias partes de la memoria al mismo tiempo. Esto la hace mucho más veloz que otras memorias antiguas.

Hoy en día, la memoria flash se usa en muchos dispositivos que conoces, como las memoria USB, las unidades de estado sólido (SSD) que reemplazan a los discos duros, las tarjetas de memoria de cámaras y teléfonos, y también en el sistema de inicio de las computadoras, llamado BIOS y UEFI.

¿Cómo surgió la memoria flash?

Dispositivos comunes para guardar y llevar datos.

La historia de la memoria flash comenzó con el desarrollo de un tipo especial de transistor llamado MOSFET de puerta flotante. Un transistor es como un pequeño interruptor electrónico. El transistor original fue inventado en 1959 por Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng. Más tarde, en 1967, Dawon Kahng y Simon Min Sze desarrollaron el MOSFET de puerta flotante, que fue un paso clave para la memoria flash.

La memoria flash siempre ha estado conectada con el avance de otras tecnologías que la usan, como los aparatos para conectarse a internet (routers y módems), los sistemas de inicio de las computadoras y las conexiones inalámbricas.

Invención y primeros usos

En 1984, un inventor llamado Fujio Masuoka, que trabajaba para la empresa Toshiba, creó la memoria flash. Él propuso una nueva forma de memoria que permitía borrar grandes secciones de datos de manera rápida y sencilla. Esto fue una mejora importante sobre las memorias que existían antes.

Según Toshiba, un colega de Masuoka, Shōji Ariizumi, sugirió el nombre "flash" porque el proceso de borrar la memoria le recordaba al flash de una cámara de fotos. Masuoka y su equipo presentaron sus inventos de memoria flash NOR en 1984 y NAND en 1987. Aunque Intel intentó atribuirse la invención, Toshiba fue la primera en desarrollarla. Sin embargo, Intel sí fue la primera en vender memorias flash para el público.

Entre 1994 y 1998, se crearon los principales tipos de tarjetas de memoria, como SmartMedia y CompactFlash. Esta tecnología pronto se usó en muchos otros campos. En 1998, una empresa coreana lanzó el primer reproductor de música digital sin partes móviles, usando memoria flash. Este producto cambió la industria de la música y llevó a la creación de nuevos reproductores como el iPod, que finalmente reemplazaron a los reproductores de casetes y CD.

En 1994, la empresa SanDisk empezó a vender tarjetas de memoria basadas en estos circuitos. Desde entonces, la memoria flash se ha usado en pequeños dispositivos electrónicos como reproductores de MP3, tarjetas para videoconsolas y teléfonos móviles. Incluso se ha usado en la tecnología espacial.

El presente y el futuro de la memoria flash

Hoy en día, la memoria flash es muy exitosa. Como cada vez hay más computadoras y aparatos inteligentes en todas partes, la necesidad de memorias pequeñas, económicas y flexibles sigue creciendo. Se espera que la demanda siga alta hasta que aparezcan nuevas tecnologías que la superen.

El desarrollo de las memorias flash es muy rápido, mejorando su capacidad y velocidad. Sin embargo, la forma en que estas memorias se comunican con las computadoras a veces es más lenta. Para solucionar esto, se están creando nuevos estándares como USB 3.0 y NVM Express, que permiten una comunicación más rápida.

Grandes empresas como Samsung Electronics, Kioxia, SK Hynix, Micron e Intel son los principales fabricantes de memoria flash. Aunque la industria ha tenido algunos desafíos recientes, el uso de la memoria flash sigue siendo muy común.

Actualmente, la memoria flash se usa mucho en teléfonos celulares para guardar el sistema operativo, las aplicaciones y otros archivos. También es la opción preferida en tabletas y relojes inteligentes por su tamaño pequeño y su utilidad.

Los dispositivos que guardan información muy importante suelen usar memorias flash de tipo NOR o ORNAND, porque son muy confiables. Sin embargo, para los aparatos de uso diario como teléfonos o reproductores de DVD portátiles, se usan más las memorias NAND porque son mucho más baratas y tienen gran capacidad.

Los fabricantes buscan constantemente formas de aumentar la capacidad de la memoria flash y reducir su costo. Se espera que para finales de la década de 2020 existan memorias flash con capacidades de cientos de Terabytes. Sin embargo, el crecimiento de las conexiones a internet y el almacenamiento en la nube (guardar archivos en servidores remotos) están cambiando el panorama para la memoria flash.

Símbolo de memristor.

Otro posible reemplazo para la memoria flash en el futuro es el memristor. Este es un componente electrónico que puede cambiar su resistencia según la corriente eléctrica que lo atraviesa. Fue propuesto en 1971, pero no fue hasta 2008 que se creó un prototipo funcional. Esta tecnología podría ser más rápida, consumir menos energía y durar más que los transistores actuales.

La memoria flash como reemplazo del disco duro

Comparación de un SSD tipo mSATA (izquierda) con uno M.2 (derecha).

La primera unidad de estado sólido (SSD) se presentó en 1976. Era muy grande y tenía una capacidad de 2 Megabytes. La primera SSD comercial basada en memoria flash fue lanzada por SanDisk en 1991 y se usó en una computadora IBM. Tenía una capacidad de 20 MB.

Las SSD se hicieron más comunes a partir de los años 2000. Al principio eran caras, pero su precio bajó mucho en la década de 2010. En 2010, Apple lanzó una nueva versión de su computadora portátil MacBook Air que no tenía disco duro, sino memoria flash. Esto la hizo más rápida y ligera. Desde entonces, muchos fabricantes han empezado a usar SSD en sus computadoras. Sin embargo, los discos duros tradicionales siguen siendo más económicos y ofrecen mayor capacidad de almacenamiento.

La memoria flash como memoria principal

Desde 2012, se ha intentado usar la memoria flash como la memoria principal de las computadoras, similar a la RAM. Aunque es más lenta que la RAM convencional, consume mucha menos energía y es más barata.

De manera similar, el sistema operativo Windows, desde la versión Vista, ofrece una función llamada ReadyBoost. Esta función permite usar memorias USB y tarjetas de memoria como una especie de "caché" para ayudar a que la computadora funcione más rápido.

Características generales

Tarjeta inteligente, tarjeta microSD y tres memorias USB.

El precio de la memoria flash ha ido bajando mientras su capacidad aumenta, siguiendo una tendencia conocida como la Ley de Moore. Esto se ha acelerado con nuevas tecnologías como la 3D NAND.

Algunas de sus ventajas son:

• Son muy resistentes a los golpes.
• Acceden a los datos más rápido.
• Consumen poca energía.
• Son silenciosas porque no tienen partes móviles, a diferencia de los discos duros o los CD/DVD.
• Son pequeñas y ligeras, ideales para dispositivos portátiles.

Por estas razones, las unidades SSD, que usan memoria flash, se han vuelto muy populares. Las consolas de videojuegos más nuevas también las usan como almacenamiento principal.

Sin embargo, las memorias flash tienen un límite en el número de veces que se pueden escribir y borrar, generalmente entre 10,000 y un millón de veces. Esto limita su vida útil a varios años. Además, su costo por capacidad es más alto que el de los discos duros y compiten con el almacenamiento en la nube.

La memoria flash está hecha con pequeñas "puertas lógicas" llamadas NOR y NAND, que guardan la información como ceros (0) o unos (1).

Los sistemas que organizan los archivos en estas memorias están en constante desarrollo. Aunque se suelen usar sistemas como FAT o NTFS por compatibilidad, especialmente en memorias USB y SSD, los dispositivos como consolas de videojuegos usan sistemas específicos de sus fabricantes.

Algunas tarjetas de memoria están diseñadas para soportar temperaturas extremas, desde -25°C hasta 85°C, lo que las hace útiles en cámaras digitales de alta gama y otros usos especiales.

Interior de una memoria USB. El chip negro más grande contiene la memoria flash.

Las aplicaciones más comunes de la memoria flash son:

• Las memorias USB, que no solo guardan información, sino que a veces también tienen funciones como lector de huellas digitales o reproductores de música.
• Las tarjetas de memoria flash, usadas en cámaras digitales, teléfonos móviles, tabletas y relojes inteligentes.

Existen varios tipos de tarjetas de memoria, siendo los más comunes Secure Digital (SD), Compact Flash y Memory Stick.

¿Cómo funciona la memoria flash?

La memoria flash, al igual que las EEPROM, tiene muchas celdas. Cada celda es como un pequeño interruptor que puede guardar un bit de información (un 0 o un 1). Las memorias flash más nuevas, llamadas de "celdas multinivel", pueden guardar más de un bit por celda al variar la cantidad de electrones que almacenan.

Estas memorias se basan en un transistor especial llamado FAMOS. Este transistor tiene una "puerta flotante" que atrapa electrones. La presencia o ausencia de estos electrones en la puerta flotante es lo que determina si la celda guarda un 0 o un 1.

Memoria flash tipo NOR

Cableado y estructura de la memoria flash NOR.

En las memorias flash NOR, cuando hay electrones atrapados en la puerta flotante, estos impiden que la corriente eléctrica pase. Así, al leer la celda, si la corriente pasa, se interpreta como un 1, y si no pasa, como un 0. En las memorias de celda multinivel, se mide la intensidad de la corriente para saber cuántos electrones hay y qué valor se guarda.

Para grabar un valor en una celda NOR, se aplica un voltaje alto para atraer electrones y atraparlos en la puerta flotante. Para borrar una celda (ponerla a "1"), se aplica un voltaje inverso muy alto para expulsar los electrones. Este proceso de borrado es el que puede desgastar las celdas con el tiempo.

Las memorias flash están divididas en bloques. Para borrar, se limpian bloques enteros, lo que hace el proceso más rápido que en otras memorias que borran byte a byte. Sin embargo, para reescribir un dato, primero hay que borrar todo el bloque y luego volver a escribir el contenido.

Memoria flash tipo NAND

Cableado y estructura de la memoria flash NAND.

Las memorias flash NAND funcionan de manera un poco diferente. Son más económicas y pueden soportar muchas más operaciones de escritura y borrado que las NOR. Sin embargo, solo permiten acceder a los datos de forma secuencial, lo que las hace más adecuadas para almacenar grandes cantidades de información. Las populares memorias USB usan memoria flash de tipo NAND.

El mecanismo de borrado en las NAND es más sencillo, aunque también se borra por bloques. Esto ha hecho que sean muy rentables para crear dispositivos como tarjetas de memoria.

Comparación entre memorias flash NOR y NAND

Aquí te mostramos las diferencias principales entre los tipos de memoria flash NOR y NAND:

• Capacidad: Las memorias NAND suelen tener una densidad de almacenamiento mucho mayor, es decir, pueden guardar más datos en el mismo espacio.
• Costo: Las memorias NOR son mucho más caras que las NAND.
• Acceso: Las NOR permiten leer datos de forma aleatoria (acceder a cualquier parte directamente), mientras que las NAND acceden a los datos de forma secuencial (uno tras otro).
• Escritura: En las NOR se puede modificar un solo bit, mientras que las NAND deben modificar bloques completos de datos.
• Velocidad de lectura: Las NOR son mucho más rápidas para leer (50-100 nanosegundos) que las NAND (10 microsegundos para buscar la página + 50 nanosegundos por byte).
• Velocidad de escritura: Las NOR son más rápidas para escribir (5 microsegundos por byte) que las NAND (200 microsegundos por página).
• Velocidad de borrado: Las NOR borran un bloque de 64 KB en 1 milisegundo, mientras que las NAND borran un bloque de 16 KB en 2 milisegundos.
• Fiabilidad: Las memorias NOR son muy fiables y rara vez tienen errores de datos. Las NAND son menos fiables y pueden tener bloques defectuosos, por lo que necesitan sistemas para corregir errores.

En resumen, las memorias NAND son más baratas y tienen mayor capacidad, pero las NOR son más rápidas y fiables para ciertas aplicaciones. La elección entre una u otra depende de lo que se necesite.

Estandarización

Tarjeta de memoria microSD, y adaptadores para miniSD y SD estándar.

Un grupo llamado Open NAND Flash Interface (ONFI) ha creado un estándar para los chips de memoria NAND. Esto permite que los dispositivos NAND de diferentes fabricantes funcionen juntos. El estándar ONFI 1.0 se lanzó en 2006 y define:

• Una forma física estándar para los chips NAND.
• Un conjunto de comandos para leer, escribir y borrar chips NAND.
• Un sistema para que los chips se identifiquen automáticamente.

Este grupo es apoyado por la mayoría de los fabricantes de memoria flash NAND, como Hynix, Intel y Micron Technology.

Otro grupo, NVM Express, trabaja en interfaces de software y hardware para memorias no volátiles, como la memoria flash, que se conectan a la computadora de forma muy rápida.

Sistemas de archivos para memoria flash

Crear un sistema de archivos eficiente para la memoria flash es un desafío, porque las memorias NOR y NAND tienen características muy diferentes. Un sistema de archivos diseñado para NOR no funciona igual de bien para NAND, y viceversa.

Por ejemplo, una herramienta que "limpia" la memoria (llamada "recolector de basura") funciona de manera diferente. En las memorias NOR, el borrado es lento, por lo que el recolector de basura es más complejo. En las NAND, el borrado es más rápido, así que las limitaciones son menores.

Otra diferencia importante es que las memorias NAND pueden tener bloques defectuosos, algo que no ocurre en las NOR. El tamaño de los bloques que manejan también es distinto. Por eso, los sistemas de archivos deben diseñarse pensando en el tipo de memoria flash que van a usar.

Los dos sistemas de archivos más importantes para la organización interna de la memoria flash son JFFS y YAFFS. Microsoft también tiene su propia opción, llamada ExFAT.

Tipos de memoria antes de la flash

Las memorias han evolucionado mucho. Para entender mejor la memoria flash, es útil conocer otros tipos de memorias de semiconductores que se usaban antes:

• Memorias de solo lectura:
  • ROM (Read Only Memory): Se usan principalmente para guardar programas básicos en los aparatos. Los fabricantes las usan cuando producen muchos componentes.
  • PROM (Programmable Read Only Memory): Se pueden grabar una sola vez después de fabricar el chip, a diferencia de las ROM que se graban durante la fabricación. Son más caras que las ROM.

• Memorias que se leen mucho y se escriben poco:
  • EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Se pueden escribir varias veces, pero para borrar su contenido hay que exponerlas a rayos ultravioleta. Por eso, suelen tener una pequeña "ventana" en el chip.
  • EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Se pueden borrar partes específicas (byte a byte) usando corriente eléctrica. Son más caras que las EPROM.
  • Memoria flash: Está basada en las EEPROM, pero permite borrar bloques enteros de datos. Es más económica y puede guardar más información en menos espacio.

• Memorias de lectura y escritura (RAM):
  • DRAM (Dynamic Random Access Memory): Guardan los datos como una carga eléctrica en un condensador. Necesitan ser "refrescadas" constantemente para no perder la información. Son más simples y baratas que las SRAM.
  • SRAM (Static Random Access Memory): Guardan los datos de forma más estable y no necesitan ser refrescadas. Son más rápidas que las DRAM, pero también más caras.

Lector de tarjetas flash

Tarjeta inteligente, tarjeta microSD y tres memorias USB.

Un lector de tarjetas flash, o lector de tarjetas de memoria, es un aparato que sirve para leer o grabar información en las tarjetas de memoria flash. Hoy en día, muchos computadores, marcos digitales y reproductores de DVD ya traen uno incorporado. También se pueden comprar como aparatos separados. La mayoría de estos lectores pueden leer varios tipos de tarjetas.

Consejos para cuidar tu memoria flash

Interior de una memoria NAND Flash.

Para que tus memorias flash duren más y no pierdas tus datos, sigue estos consejos:

• Baterías: Asegúrate de que el dispositivo tenga suficiente batería. Si la batería se agota mientras se está guardando algo, podrías dañar el archivo o incluso la tarjeta.
• Extracción segura: Siempre espera a que el dispositivo termine de usar la tarjeta antes de sacarla. Si la quitas mientras está en uso, podrías perder información.
• Almacenamiento: Guarda tus tarjetas en sus estuches de plástico cuando no las uses. Aunque son resistentes, pueden dañarse si se caen.
• Electricidad estática: La mayoría de las tarjetas modernas están hechas para resistir la electricidad estática, pero una descarga muy fuerte podría dañarlas.
• Formato: Formatea las tarjetas con el formato que tu dispositivo pueda usar (generalmente FAT, FAT32 o exFAT). Consulta el manual de tu dispositivo si tienes dudas. Nunca quites la tarjeta mientras se está formateando.
• Agua: Muchas tarjetas son un poco resistentes al agua, pero es mejor mantenerlas secas. Si una tarjeta se moja, asegúrate de que esté completamente seca antes de usarla.
• Rayos X: Aunque no hay pruebas definitivas de que los rayos X de los aeropuertos dañen las tarjetas, por precaución, es mejor llevarlas contigo en el equipaje de mano en lugar de enviarlas por correo.
• No forzar: Las tarjetas solo encajan de una manera. Si no entra fácilmente, no la fuerces, podrías dañar la tarjeta o la ranura del dispositivo.
• Calor: Las tarjetas son bastante resistentes al calor, pero intenta no dejarlas expuestas al sol directo por mucho tiempo, como dentro de un coche.
• Copias de seguridad: Las tarjetas pueden fallar. Siempre haz copias de seguridad de tu información importante en otros lugares, como un disco duro externo o en la nube. No guardes tus únicos archivos importantes solo en una tarjeta de memoria.

Ver también

• Memoria EPROM
• Memoria reprogramable
• USB mass storage device class
• Nivelación del desgaste
• Controlador de memoria flash

Véase también

En inglés: Flash memory Facts for Kids