TRABAJOOO SEEEIIIII

 Avda. del Cardenal Herrera Oria, 242, 242, 28035 Madrid. Madrid. Teléfono 91 738 53 00 General. 91 739 13 00 Bachillerato, Ciclos y Garantía

TRABAJO DE MEMORIAS FLASH

David Ramos Labrador CFGM 1º EQUIPOS ELECTRÓNICOS DE CONSUMO MÓDULO: SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE INFORMACIÓN

1. Glosario de tecnologías en Memoria FLASH Existen las siguientes tecnologías de memoria Flash: Compact flash (CF)

Multimedia Card (MMC)

Memoria Secure Data (SD)

[AUTHOR NAME]

2

Memoria eXtreme Digital de Fuji® (xD)

Memorias USB – Pendrive

Memory Stick de Sony®

[AUTHOR NAME]

3

Microdrive

Smart Media, Solid State Drive (SSD)

2. Caracteristicas de la memoria flash La memoria Flash es similar a la Eeprom, es decir que se puede programar y borrar eléctricamente. Se caracteriza por tener alta capacidad para almacenar información y es de fabricación sencilla, lo que permite fabricar modelos de capacidad equivalente a las Eprom a menor costo que las Eeprom. Las celdas de memorias se encuentran constituidas por un transistor MOS de puerta apilada, el cual se forma con una puerta de control y una puerta aislada. [AUTHOR NAME]

4

La compuerta aislada almacena carga eléctrica cuando se aplica una tensión lo suficientemente alta en la puerta de control. De la misma manera que la memoria Eprom, cuando hay carga eléctrica en la compuerta aislada, se almacena un 0, de lo contrario se almacena un 1.

3. Principios del funcionamiento Las operaciones básicas de una memoria flash son la programación, la lectura y el borrado. La programación se efectúa con la aplicación de una tensión (generalmente de 12v) a cada una de las compuertas de control, correspondiente a las celdas en las que se desea almacenar 0`s. Para almacenar 1´s no es necesario aplicar tensión a las compuertas debido a que el estado por defecto de las celdas de memoria es 1. La lectura se efectúa aplicando una tensión positiva a la compuerta de control de la celda de memoria, en cuyo caso el estado lógico almacenado se deduce con base en el cambio de estado del transistor: Si hay un 1 almacenado, la tensión aplicada será lo suficiente para encender el transistor y hacer circular corriente del drenador hacia la fuente. Si hay un 0 almacenado, la tensión aplicada no encenderá el transistor debido a que la carga eléctrica almacenada en la compuerta aislada. Para determinar si el dato almacenado en la celda es 1 o un 0, se detecta la corriente circulando por el transistor en el momento que se aplica la tensión en la compuerta de control. El borrado consiste en la liberación de las cargas eléctricas almacenadas en las compuertas aisladas de los transistores. Este proceso consiste en la aplicación de una tensión lo suficientemente negativa que desplaza las cargas.

[AUTHOR NAME]

5

4. Memoria flash en la actualidad La demanda de memorias pequeñas, baratas y flexibles está en alza hoy en día. La miniaturización y densidad de memorias flash sigue evolucionando, aunque se ha de destacar la aparición del memristor. Las memorias flash, comparadas con otro tipo de memorias, han experimentado un desarrollo sorprendentemente rápido tanto en capacidad como en velocidad y prestaciones. Los estándares de comunicación de éstas, por el contrario, son notablemente inferior. Las empresas relacionadas con dispositivos de datos críticos ( material médico, telefonía), optan por tecnologías basadas en NOR u ORNAND, ya que buscan eficiencia. Sin embargo, la electrónica de consumo personal y entre ellos, las tecnologías multimedia, apuestan actualmente en memorias NAND, por su coste reducido y gran capacidad. La reducción del voltaje empleado, además de ofrecer un menor consumo, permitirá alargar la vida útil de los dispositivos aún más. Los nuevos retos con los que se tendrán que enfrentar las memorias flash son la miniaturización y las altas frecuencias de reloj de los

microprocesadores.

Por otro lado, los sistemas de ficheros para memorias flash permiten un desarrollo realmente rápido, ya que disponen de código abierto. Existen ejemplos de empresas que realizan proyectos realmente ambiciosos en este campo y aportan cada vez más información.

[AUTHOR NAME]

6

Hay espacio para futuras innovaciones en el mundo de esta memoria, se tiende a ubicarlas cada vez más en todos los dispositivos, electrodomésticos inteligentes e integrados, y por ello la demanda de memorias más pequeñas y más baratas y flexibles seguirá en alza hasta que aparezcan sistemas que lo superen, tanto en características como

en

coste.

En la actualidad, las memorias flash se han centrado en desbancar a los sistemas de almacenamiento magnético, como los discos duros, con opciones muy ambiciosas, por ejemplo, los discos duros SSD. El coste de 1 Gigabyte de esta memoria aún es alto frente a los de un disco duro magnético. Se han propuesto arquitecturas híbridas en las que parte sería magnético y una gigantesca “caché” de memoria Flash, que almacenaría los archivos de uso frecuente.

5. ¿Qué son los discos duros SSD?

SSD es el acrónimo de Solid State Disk, disco de estado sólido en castellano. Este es el nombre que se usó en principio para denominar a la nueva generación de dispositivos de almacenamiento para PCs aunque debido a que no llevan discos en su interior en la actualidad es más correcto usar Solid State Drive, es decir unidad de estado sólido. En estos al contrario que ocurre con los discos duros convencionales se utiliza una memoria formada por semiconductores para almacenar la información, muy parecida a la que puedes encontrar en otros dispositivos como los pinchos USB o las tarjetas de memoria de las cámaras digitales. Para entender mejor esta nueva tecnología voy a explicarte de manera sencilla como funciona un disco duro convencional. En estos tenemos una serie de platos sobre los que para escribir la información se utilizan campos magnéticos. Para acceder a los datos, al igual que ocurre en un tocadiscos, se utilizan varias cabezas que se encargan de las l ecturas y las escrituras. Este modo de funcionamiento hace que un disco duro convencional tenga varios inconvenientes: Tiempos de lectura/escritura diferidos. Los discos deben de girar continuamente mientras las cabezas se mueven angularmente. Esto implica que no se acceda a toda la información a la misma velocidad. El tiempo depende de lo alejados que estén los datos en el momento que quieras acceder a ellos. [AUTHOR NAME]

7

Esto que puede parecer un problema trivial, no lo es. Si un archivo no está almacenado de manera contigua en el disco se deberán de realizar varios saltos para conseguir leer toda la información. Por esto las prestaciones de los discos convencionales sufren tanto si no realizas de vez en cuando una desfragmentación, que no es más que poner los datos de cada uno de los archivos de forma contigua. Fiabilidad. Su funcionamiento hace que estos discos duros sean vulnerables a los movimientos. Incluso en las unidades más antiguas había que aparcar, es decir dejar fijas, las cabezas si no se iba a usar el disco duro para evitar que estas dañaran los platos. Esto ya no es necesario pero aun así siguen teniendo problemas con golpes y vibraciones. Los SSDs vienen a solucionar muchos de estos problemas al no contener elementos móviles en su interior. ¿Cómo funciona un disco duro SSD? Estos poseen dos zonas de memoria, una en la que se guarda toda la información aunque deje de tener corriente eléctrica y otra, de mucho menor tamaño, que actúa de cache acelerando los accesos. Esta última es muy parecida a la memoria RAM. Todo este sistema es gobernado por un controlador que actúa coordinando los distintos elementos. En realidad, nos encontramos con varios bloques de memoria que actúan como un RAID en miniatura el cual nos ofrece tanto aumentar la velocidad al poder realizar varias lecturas y escrituras al mismo tiempo como hacer que el dispositivo sea más resistente a fallos. ¿Qué obtengo al adquirir un disco duro SSD? Las ventajas respecto a un disco duro tradicional son varias: Rapidez. Tanto en la búsqueda de los datos como en las lecturas posteriores. En una unidad de este tipo el tiempo que tienes que esperar hasta obtener el flujo de datos es siempre el mismo. No es necesario desfragmentar. Mayor resistencia. Al no tener componentes móviles responden mejor tanto a las vibraciones como a los golpes. Menor consumo. Necesitan menos potencia para funcionar. Esto los hace ideales para dispositivos portátiles. Su menor consumo también significa que se desgastan menos debido al calor y por lo tanto su vida útil aumenta. Menor ruido. Otra ventaja más de no tener partes móviles. Es posible usar configuraciones hibridas, con un disco duro SSD que actúa de memoria cache de un disco duro convencional. Esto se denomina SSD [AUTHOR NAME]

8

caching y por ejemplo lo puedes encontrar en las placas base con chipset Z68 de Intel. Existen otro tipo implementaciones, como por ejemplo la Fusión de Apple, en la cual el sistema operativo decide si los archivos se encuentran en el disco duro convencional o en el SSD. De esta forma no se pierde tamaño de disco como si ocurre en las configuraciones hibridas. ¿Tienen algún inconveniente estos discos duros? La tecnología de fabricación usada en los discos duros tradicionales lleva usándose durante décadas, lo cual ha permitido crear dispositivos muy económicos. Los discos SSDs aparecen como la solución a muchos problemas pero tienen el inconveniente de que son muy caros. Su único problema aparte de su precio. Es que los discos duros SSDs debido a su modo de funcionamiento tienden a ser más rápidos cuando se empiezan a usar y van perdiendo velocidad con el tiempo. Esto que era un grave problema en las primeras generaciones parece que ya no lo es tanto. ¿Son todos los discos duros SSD iguales? No, y además dada su variedad se pueden clasificar de varias formas. Aquí en concreto te comentare dos.  Atendiendo a su conexión a tu PC: PCIe SSD. En un disco PCIe SSD la unidad se conecta a un puerto PCI Express como si fuera una tarjeta interna adicional. De esta forma pueden funcionar mucho más rápido y no estar limitado por el estándar SATA. Sata SSD. Utiliza el mismo conector que un disco duro normal. Es tu única opción si quieres agregar un SSD a un portátil o laptop.  Atendiendo a la tecnología usada en su fabricación: La información en cualquier sistema informático se almacena como una ristra de unos y ceros. Cada uno de estos elementos es lo que se llama un bit de memoria. En los primeros SSDs cada uno de estos bits ocupaba una celda. Con cada nueva generación se intenta añadir más bits por celda reduciendo así el precio necesario para conseguir tener la misma capacidad. Esto tiene algunos efectos secundarios, estas memorias tienen un ciclo de vida más corto debido a que los niveles de tensión eléctricos en cada celda están más cercanos. Atendiendo a esta clasificación tenemos los siguientes modelos:

[AUTHOR NAME]

9

SLC. Acrónimo de Single Level Cell. Es la primera que se empleó. Tenemos un bit por celda. En la actualidad las podemos ver en entornos de servidor debido a su alto precio. MLC. Acrónimo de Multi Level Cell. Tenemos dos bits por celda. Pueden almacenar cuatro estados. TLC. Acrónimo de Triple Level Cell. Tenemos tres bits por celda. Pueden almacenar ocho estados.

6. ¿Qué es la degradación de memoria en los discos duros SSD? Los primeros discos SSD sí que sufrían por la degradación de su memoria, cuando su controladora no era capaz de conocer de antemano qué celdas estaban libres hasta volver a escribir de nuevo sobre ellas. Por este motivo se desarrolló TRIM, una tecnología que lo soluciona al permitir que el sistema operativo le proporcione la información necesaria y, de paso, evitar que el proceso de escritura se ralentice. Hoy por hoy, todos los discos SSD son compatibles con TRIM. Por otra parte, algunos ejecutan con menor precisión TRIM y pueden acabar requiriendo de un formateo a bajo nivel pasado un tiempo,

gracias

a

herramientas

que

los

propios

fabricantes

proporcionan, mientras que otros modelos son capaces de optimizar más si cabe el uso de celdas.

7. SSD Versus HDD

Atributo Consumo/Energía

SSD HDD Menos consumo de Promedios entre 6 y energía, promedios 7 vatios. 2-3 vatios, lo que resulta en 30

[AUTHOR NAME]

1 0

impulso de la batería + minutos Costo

0,50€ por gigabyte

0,15 por gigabyte

Capacidad

512 GB para las unidades portátiles de tamaño;1TB máximo para equipos de sobremesa

500 GB y 2 TB

Tiempo de arranque 22 segundos promedio sistema operativo Ruido

Vibraciones

Calor producido

Porcentaje averías Velocidad escritura

máxima

las

unidades de tamaño portátil;4TB máximo para

equipos

de

sobremesa

de 40

No hay partes móviles no hay vibración No hay vibraciones ya que no hay partes móviles

para

segundos

de

promedio Hilado

y

clics

audibles Giro de los platos puede dar lugar a vibración.

Se produce poco Más calor que un calor al no tener SSD debido a las partes móviles partes móviles de Tiempo medio de Tiempo medio 2.0 millones de 1500000 de horas horas de Entre 200mB/s y Entre 50 y 120 mB/s 500mB/s

apertura Hasta un 30% mas rápido que un disco archivo duro convencional ¿Le afecta el Un SSD está a salvo de los efectos del magnetismo? magnetismo Velocidad

Más lento que un SSD Los imanes pueden borrar los datos

8. VENTAJAS DE LOS DISCOS SSD [AUTHOR NAME]

1 1

Los discos de estado sólido no tienen partes móviles y es esa característica la que les da la mayoría de las ventajas frente a los HDD. Los SSD no sufren el desgaste de los discos duros por no ser estructuras mecánicas con rozamientos, tampoco son susceptibles de roturas por caídas o golpes, lo que nos lleva a una durabilidad mucho mayor. También son más silenciosos y su consumo de energía es mucho más bajo porque generan menos calor. Y la última ventaja, y principal, es su rapidez, el acceso a la información almacenada o el almacenamiento de ésta se realiza en mucho menos tiempo. Además, su puesta en marcha es inmediata, los HDD requieren de un cierto tiempo hasta que entran en funcionamiento.

9. INCONVENIENTES DE LOS SSD El mayor inconveniente de los SSD frente a los HDD es el precio. Actualmente un SSD es entre 7 y 50 veces más caro que un HDD en cuanto a coste de almacenamiento por gigabyte. Como ejemplo, podemos encontrar discos SSD de un terabyte por alrededor de 600€, estando la misma capacidad de almacenamiento en HDD en unos 60€. El otro de los inconvenientes de los discos SSD, que ya hemos mencionado anteriormente, es que pierden velocidad de escritura según se va llenando el disco. Este problema va mejorando con la salida de nuevos controladores que gestionan mejor el vaciado de datos, pero de momento sigue estando ahí.

10.

SITUACION Y FUTURO DE LOS SSD

Teniendo en cuenta que los fabricantes se han decantado por la memoria Flash de tipo NAND MLC en vez de la SLC (que, si bien es más rápida a la hora de trabajar, su capacidad de almacenamiento es la mitad), el futuro de los discos SSD pasa por mejorar las controladoras y la lógica que los gestiona. Estos subsistemas, además de contribuir al aumento del rendimiento, también permiten incrementar su capacidad de almacenamiento. Por suerte, en este segmento de la industria hay jugadores muy importantes que son conocidos por desarrollar tecnologías de gran prestigio, como, por ejemplo, Intel (el gran animador de este mercado) y Kingston. Por lo tanto, los avances son solo cuestión de tiempo. Pero, ¿cuál es el estado actual del sector? La verdad es que su salud es inmejorable, ya que si se compara con los datos de hace un [AUTHOR NAME]

1 2

año las cifras son bastante esperanzadoras. Un ejemplo: las ventas a los distribuidores se han multiplicado por tres, algo que evidencian equipos como el Airlife de HP, que incluye un disco SSD de serie (eso sí, de 16 GB).  Además, los costes de fabricación se han reducido de forma considerable debido al empeño de la ya mencionada Intel, sin ir más lejos. Esto posiciona los discos SSD cerca de la línea de salida para desembarcar en el mercado doméstico de forma masiva. Todos los datos indican que la Navidad de 2010 puede ser la fecha clave. De todas formas, es importante tener muy claro que, actualmente, las opciones más interesantes a la hora de adquirir un disco duro de estado sólido son los modelos de entre 30 y 64 Gbytes (se sitúan en torno a los 100/200 euros). Si se desea mayor capacidad los precios se disparan de forma escandalosa. En lo que concierne al futuro más o menos inmediato de los discos SSD, estamos seguros de que pasa por mejorar y depurar los procesos de fabricación de los módulos flash. En la actualidad, la tecnología de fabricación más utilizada es 50 nm, de ahí las conocidas restricciones a la hora de ofrecer capacidades de almacenamiento superiores a los 256 Gbytes. Se espera que a lo largo de este mismo año se estandarice, al menos Intel así ya lo ha anunciado, la tecnología de 32 nm. Esto, además de reducir aún más la temperatura de funcionamiento, también posibilitará que estén disponibles en el mercado modelos de capacidades superiores a los 350 Gbytes. Además, y quizás más importante, se reducirán los costes de f abricación. En definitiva, los discos duros SSD son ya una opción viable para el mercado de consumo si se busca una baja capacidad de almacenamiento a cambio de un rendimiento superior al de las unidades magnéticas. Eso sí, su precio todavía no resulta tan competitivo como sería deseable. Esperemos que muy pronto lo sea.

11. SOFTWARE Y BANCOS DE PRUEBAS PARA DISCOS SSD Con estos softwares podremos verificar que el rendimiento de nuestro disco se corresponde a las especificaciones del fabricante y podemos ver además [AUTHOR NAME]

1 3

si tenemos sectores defectuosos o marcados. Unos test muy útiles para comparar modelo entre sí o por si queremos vender o comprar de segunda mano algún disco duro. CrystalDiskInfo Este es el programa estrella para comprobar el estado de nuestro disco duro tenemos en pantalla un indicador que nos dice si su e stado es bueno o no. Nos proporcionara información sobre las horas de trabajo, las veces que se ha encendido y nos indica que sectores pueden estar erróneos o marcados como defectuosos. Un software muy útil de cara a pedir un informe si queremos comprar un disco de segunda mano por ejemplo. Se puede descargar desde su web, una herramienta para t ener siempre a mano. CristalDiskMark El mismo desarrollador nos ofrece esta herramienta capaz de testear las propiedades de nuestro disco de forma sencilla y mostrarnos una información muy clara en pantalla. Tenemos test de carga secuencial, por bloques de 512K, 4K y 4K QD32 que nos teste la escritura usando múltiples hilos. Podemos descargarlo desde la web de este autor, una herramienta muy usada por todos los usuarios por sus datos claros y concisos.  ATTO Disk Benchmark Un software más detallado que el anterior en el que tenemos la opción de poder cambiar el rango de tamaño de ficheros con los que queremos hacer la prueba, esto nos puede ser útil si vamos a usar este disco duro con un tamaño concreto de ficheros y así podemos testear cómo se comporta en ese escenario concreto. El programa además cuenta con más opciones extra, lo tenemos disponible para descargar en la web del autor.  AS SSD Benchmark Un software parecido a CristalDiskInfo que nos muestra alguna información más como por ejemplo la lectura y escritura en modo 4K64Thrd multi hilo y tiempo de acceso a la información. Este software además genera un sistema de puntuación global que nos puede servir para comparar dispositivos entre sí de forma sencilla. Este pequeño programa se puede descargar desde el sitio web del autor.

[AUTHOR NAME]

1 4

[AUTHOR NAME]

1 5