Apa itu Flash Memory? Bagaimana Cara Kerjanya?

Apa itu Flash Memory? Bagaimana Cara Kerjanya? - Bayangkan jika otak kamu bekerja hanya ketika kamu terjaga. Setiap pagi ketika bangun, pikiran kamu akan benar-benar kosong! Kamu harus mempelajari kembali segala sesuatu yang Kamu pernah tahu sebelum Kamu bisa melakukan hal apapun.

Kedengarannya seperti mimpi buruk, tapi itu persis seperti “masalah” yang dimiliki oleh komputer. Chip komputer biasa "lupa" segala sesuatu (kehilangan seluruh isinya) ketika listrik dimatikan. Chip ini biasa disebut dengan RAM (Random Access Memory).

Selain RAM, PC saat ini juga memiliki memory penyimpanan lain yang tetap akan menyimpan data apapun walau komputer dimatikan. Memori ini biasa disebut dengan hard drive atau hard disk yang terpasang pada CPU.

Namun, pada perangkat portable yang lebih kecil seperti kamera digital atau smartphone kamu, diperlukan chip khusus yang lebih kecil ukuran fisiknya, namun tetap memiliki kapasitas yang besar untuk menyimpan data permanen. Chip khusus ini disebut dengan flash memory.

Nah, kok bisa ya Flash Memory ini mampu menyimpan data dan tidak kehilangan data tersebut walau daya listrik dimatikan? Apa sih yang membuat Flash Memory ini mampu menyimpan data-data tersebut? Yuk kita bahas ^^

Bagaimana komputer menyimpan informasi?

Komputer adalah mesin elektronik yang memproses informasi dalam format digital. Alih-alih memahami kata-kata dan angka, seperti yang dilakukan manusia, komputer mengubah kata-kata dan angka menjadi “nol” dan “satu” biasa disebut biner (kadang-kadang disebut sebagai "kode biner").

Di dalam komputer, satu huruf "A" disimpan sebagai delapan angka biner: 0100 0001. Bahkan, semua karakter dasar pada keyboard (huruf A-Z baik huruf kapital maupun huruf kecil, angka 0-9, dan simbol-simbol ) dapat direpresentasikan dengan kombinasi yang berbeda dari hanya delapan angka biner.

Kita bisa lihat, simbol tanda tanya (?) Disimpan sebagai 0011 1111,

angka desimal 7 disimpan dengan kode biner 0011 0111,

dan braket kiri ([) sebagai 0101 1011

Semua komputer tahu cara mengkonversi alfabet, angka-angka, maupun simbol-simbol tersebut kedalam bentuk biner, karakter encoding ini disebut ASCII (American Standard Code for Information Interchange).

Mesin komputer dapat mengerti informasi dengan pola nol dan satu, tapi bagaimana sebenarnya informasi tersimpan dalam chip memori komputer?

Kita ambil contoh sederhana, misalkan Kamu sedang berdiri agak jauh, dan Saya ingin mengirim pesan kepada Kamu, Saya hanya diberi delapan buah bendera untuk mengirimkan pesan tersebut.

Yang bisa saya lakukan adalah membuat sebuah garis lurus dan mengatur bendera tepat di garis tersebut.

Kemudian saya akan mengatur posisi bendera berada di atas garis atau di bawah garis untuk membuat sebuah pola. Jika kita berdua memahami kode ASCII, maka kamu akan langsung mengerti bahwa saat saya mengangkat bendera di atas garis, itu merupakan tanda untuk angka 1, dan jika saya menurunkan bendera di bawah garis, Kamu dapat mengasumsikan bahwa yang saya maksud adalah angka 0. Jadi jika saya menunjukkan pola ini:

Kamu dapat segera paham bahwa saya mengirimkan pesan berupa bilangan biner 0011 0111, setara dengan angka desimal 55, dan yang berarti karakter "7" di ASCII Code.

Apakah seperti ini yang dilakukan oleh memori computer? Ya, kurang lebih seperti itu, kamu dapat membayangkan, memori menyimpan, atau mewakili, karakter seperti "7" dengan sesuatu seperti bendera yang dapat berada di dua posisi, di atas(1) atau di bawah(0).

Memori komputer ibarat kotak raksasa dengan miliaran bendera, yang masing-masing dapat naik atau turun. Bendera-bendera itu sebenarnya merupakan switch mikroskopis yang disebut transistor yang dapat berada pada kondisi on atau off.

Dibutuhkan delapan transistor untuk menyimpan karakter seperti A, 7, atau [. Dan satu transistor digunakan untuk menyimpan setiap digit biner (yang disebut bit).

Dalam kebanyakan komputer, delapan bit setara dengan 1 byte.

Apa itu Memori Flash?

Transistor adalah switch elektronik yang bisa diaktifkan atau dinonaktifkan oleh listrik (seperti saklar lampu).

Dengan menggunakan transistor sebagai wadah penyimpan tiap bit, ada keuntungan maupun kerugian yang bisa kita dapatkan.

Keuntungannya adalah, komputer dapat menyimpan informasi hanya dengan melewatkan pola listrik di sirkuit memori.

Namun hal tersebut juga menjadi kelemahan yang dimiliki transistor. Karena begitu listrik dimatikan, semua transistor akan kembali ke kondisi awal alias kosong. Dan kamu bisa menebak, computer kehilangan semua informasi yang telah disimpan. Jika diibaratkan, komputer kamu saat ini sedang mengalami amnesia akut.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, memori pelupa ini disebut dengan RAM, Berbeda dengan RAM, ROM (ingat:RAM bukanlah antonim dari ROM) atau Read-Only Memory tidak kehilangan data yang disimpan saat daya listrik dimatikan. Data pada ROM disimpan saat proses produksi hardware dilakukan oleh pabrik. Namun, sekali ditulis, ROM tidak bisa ditulis ulang.

Lalu seiring berkembangnya teknologi, munculah EEPROM, yaitu ROM yang bisa ditulis ulang dengan teknologi khusus yang biasa disebut Fowler–Nordheim tunneling dengan memanfaatkan emisi elektron .

Teknologi EEPROM inilah yang digunakan untuk membuat flash memory, dimana kamu bisa menyimpan data yang besar namun data itu tetap akan tersimpan walau listrik dimatikan?

Tapi tapi tapi, tunggu dulu, kalau ada EEPROM, kenapa tidak menggunakan EEPROM saja untuk menyimpan data yang besar itu? Bukankah tujuaanya sama? Untuk menyimpan data yang tidak akan hilang walau tidak ada daya listrik?

Nah, sebenarnya mengapa kita tidak menggunakan EEPROM?

Karena, dalam prakteknya, komputer menggunakan berbagai jenis memori untuk tujuan yang berbeda.

ROM digunakan untuk menyimpan data-instruksi yang akan dikerjakan oleh mesin ketika komputer pertama kali dinyalakan, kamu biasa mengenal kumpulan instruksi ini dengan sebutan BIOS. Karena instruksi ini harus dilaksanakan pertama kali, maka mesin harus mampu melaksanakannya dalam waktu yang cepat. Jika ingin memproses data dengan cepat, maka ukuran dari data itu haruslah kecil. Maka dari itu, agar proses loading BIOS cepat, data yang tersimpan di ROM harus berukuran kecil.

RAM digunakan untuk menyimpan instruksi saat kamu sedang bekerja dengan komputer, bisa dibilang, RAM digunakan jika proses di ROM telah selesai. Contoh mudahnya, saat kamu baru saja menyalakan komputer, saat komputermu sudah siap digunakan, kamu membuka aplikasi Ms. Word, maka akan terjadi proses loading bukan?

Nah saat proses loading itu, sebenarnya aplikasi Ms. Word yang tersimpan pada Hard Drive sedang mengirim instruksi-instruksi (data) ke RAM (secara sederhana seperti ini). Instruksi-instruksi ini lah yang membuat komputer bisa mengerti apa yang kamu ketikkan melalui keyboard dan menampilkannya pada layar komputer.

Kenapa ini dilakukan? Karena instruksi-instruksi pada Ms.Word itu harus dijalankan oleh Processor, agar kamu bisa mengetik dengan nyaman. Namun hard drive tidak punya jalan untuk mengirimkan instruksi tersebut ke processor secara langsung, maka instruksi ini dikirim ke RAM, disimpan disana selama komputer menyala dan dikirimkan ke Processor.

Saat komputer dimatikan, instruksi-instruksi pada RAM akan hilang. Namun tidak dengan instruksi pada Hard Drive. Jika esok hari kamu akan menggunakan Ms. Word lagi, hal yang sama akan terjadi.

Lalu kenapa tidak dibuat saja akses langsung hard drive ke processor? Hal itu bisa saja dilakukan, namun proses untuk mengirim data dari hard drive ke processor akan sangat lama, karenanya RAM yang memiliki speed lebih baik dari hard drive digunakan untuk proses ini. (Hard Drive menyimpan data pada sebuah lepengan magnetik/disk, berbeda dengan RAM yang datanya disimpan dalam transistor)

Lalu bagaimana dengan flash drive?

Pada gadget portable seperti kamera digital, flash memory digunakan sebagai pengganti hard drive.

Flash Drive disini memiliki keunggulan ROM, yang mampu menyimpan data walau tidak ada listrik, dan juga memilki keunggulan RAM, yang bisa dihapus-dan dan ditulis ulang tanpa harus menggunakan teknologi serumit EEPROM. Dan yang paling penting, ukuran fisiknya kecil.

Bagaimana memori flash bekerja - Penjelasan Sederhana

Transistor pada flash memory berbeda dengan transistor biasa yang digunakan pada RAM. Transistor pada RAM memiliki tiga kaki: gate, drain, dan source.

Kamu bisa membayangkan transistor sebagai pipa air, source diibaratkan sebagai keran. Diantara source dan drain, ada gerbang yang akan memblokir pipa. Jika gerbang itu ditutup, tidak ada air yang mengalir. Ketika gerbang dibuka, maka air akan mengalir.

Begitu juga pada transistor, dimana saat gerbang ditutup, listrik tidak dapat mengalir sehingga transistor menjadi tidak aktif. Dalam keadaan tidak aktif transistor menyimpan nol.

Ketika gerbang dibuka, listrik mengalir sehingga transistor aktif dan menyimpan satu.

Transistor pada flash memiliki gerbang tambahan di atas gerbang pertama.

Gerbang ini menyimpan listrik yang dialirkan, sehingga walau arus listrik dimatikan, didalam komponen transistor masih ada listrik yang “terjebak” di antara dua gerbang tersebut. Dalam keadaan ini transistor menyimpan informasi “satu”.

Bagaimana memori flash bekerja - Penjelasan yang lebih kompleks

Transistor pada Flash Memory, memiliki dua gerbang yang posisinya bisa kamu lihat pada gambar dibawah. Gerbang yang berada di”luar” disebut dengan gerbang control. Gerbang yang posisinya lebih dalam disebut dengan gerbang floating. Kedua gerbang ini dipisahkan oleh lapisan oksida.

Source dan drain merupakan daerah yang kaya akan elektron (keduanya terbuat dari silikon tipe-n). namun, elektron tersebut tidak dapat mengalir dari source ke drain karena bahan tipe-p yang kurang elektron diantara keduanya.

Namun, jika tegangan positif diterapkan pada drain (bitline) dan gate (wordline), elektron akan “ditarik” dengan cepat dari source ke drain. Beberapa elektron juga terbebas dari lapisan oksida dengan proses yang disebut tunneling dan elektron terjebak pada gerbang floating.

Adanya elektron pada gerbang floating lah yang menyebabkan transistor menyimpan nilai 1.

Elektron pada gerbang floating akan tetap disana tanpa batas waktu, walaupun jika tegangan positif dikeluarkan, tidak ada arus listrik yang mengaliri kapasitor.

Berapa lama memori flash bertahan?

Beberapa sumber menyebutkan bahwa gerbang floating akan berkurang kecepatan nya jika telah digunakan dalam kurun waktu yang cukup lama. Disebutkan bahwa flash memory akan terdegradasi setalah ditulis sebanyak 10.000 kali. Namun hal itu tidaklah benar.

Dalam praktiknya, komputer mengabaikan bagian yang rusak pada chip flash memory dan melompati bagian tersebut, seperti komputer mengabaikan sektor yang rusak pada hard drive.

Sehingga masa guna flash drive jauh lebih tinggi, antara 10.000 sampai 1 juta siklus bahkan lebih.