Устройство и принцип работы флеш-накопителя

Принцип работы и устройство USB-флешки

В этой статье мы с Вами рассмотрим принцип работы и устройство USB-флешки, а также я расскажу об особенности USB-флэш-накопителя перед другими запоминающими устройствами. C появление USB-флэшки произошел некий переворот в ПЗУ устройствах и большое количество людей по всему миру оценило удобство транспортировки данных в компактном и емком флэш-накопителе, который к тому же устойчив к воздействиям окружающей среды.

Первым делом, я хотел бы дать определение флэш-накопителю, а уж потом рассказать о его особенности перед другими запоминающими устройствами.

USB-Flash Drive (флешка, флэшка) — устройство для накопления и хранения информации. Переданные устройству данные располагаются и хранятся во флэш-памяти. Для получения информации usb флешку необходимо подключить к телевизору (Smart), компьютеру, планшету или любому другому считывающему устройству.

К основным недостаткам USB флэш-накопителя можно отнести ограниченный цикл записи/стирания, но хранящуюся в устройстве можно считать бесконечное количество раз. Цикл перезаписи современными стандартами на сегодняшний день ограничен от 10000 и до 100000 раз. Если взять во внимание минимальный цикл перезаписи (10000) то может показаться, что для эксплуатации такое количество более чем достаточно. Но на самом деле это не так.

Представьте себе ситуации, когда вы интенсивно используете флэшку перезаписывая на ней данные по нескольку раз в день. Согласитесь, что при такой эксплуатации, такое количество циклов (10000) для обновления информации уже не кажется таким уж большим. Хотя, справедливости ради, стоит сказать, что для рядового пользователя флэш-накопитель с минимальным ограничением перезаписи прослужит немало времени.

К сожалению не все USB накопители отрабатывают свой положенный срок честно. Как правило, виной этому производители мало известных фирм и компании с неизвестным происхождением, которые не соблюдают технологических норм при создании постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Очень часто наши китайские «друзья», которые любят делать подделки именитых брендов, не соблюдают технологию (не качественные детали) и создают дешевые накопительные устройства, которые раньше положенного времени выходят из строя.

На что нужно обратить внимание при выборе USB-флэш-накопителя.

  • Производитель (компания). Чтобы свести к минимуму преждевременный выход из строя USB-флэш-накопителя , делайте свой выбор в пользу зарекомендовавших себя компаний, которые работаю на рынке не один год. Например, это могут быть такие компании как: Kingston, Transcend, Corsair, Apacer…
  • Так же при выборе usb-флэш-накопителя обратите внимание на каком типе памяти она построена. Хорошо если в ней установлена флэш-память типа NAND, потому что именно этот тип памяти может выполнить около 100000 циклов записи/стирания информации.

В основе USB флэш-накопителя находиться флэш-память типа NAND и небольшой микроконтроллер со встроенным ROM или RAM. Флэш-память (Flash Memory) относится к классу EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электрически стираемое перепрограммируемое запоминающее устройство ПЗУ или ЭСППЗУ.

Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимо, а значит ему не нужно электричество для хранения данных. Стоит сказать, что основная особенность EEPROM в том, что хранящуюся информацию в устройстве (mini SD, MMC, SD, USB-флешка…) можно считать бесконечное количество раз, а вот количество записи к сожалению ограничено (мы уже с вами говорили о том как выбрать SD карту).

Как правило на упаковке указывают и то и другое. Но и не редки случай, когда указывают только число циклов или тип памяти.

  • Тип ячеек памяти. В рядовых флэшках (USB-Flash-Drive) используют два типа ячеек памяти MLC и SLC. Как правило более дешевые модели USB флэш-накопителей комплектуют MLC (Multi-level cell — многоуровневые ячейки памяти)ячейками, которые могут выдержать около 10 тысяч циклов. Ну и как вы уже догадались SLC (Single-level cell — одноуровневые ячейки памяти) ячейками комплектуют более дорогие модели, которые выдерживают до 100000, а то и более циклов записи/стирания.

Если вы в ближайшее время планируете покупать такой накопитель (USB-Flash-Drive), то рекомендую прочитать статью о том как выбрать надежную USB флешку.

Принцип работы USB -флеш-накопителя и его компоненты.

Как я уже писал выше, что в основе USB-накопителя лежит флэш-память типа NAND или NOR. В свою очередь флэш-память содержит в себе кристалл кремния на котором размещены полевые транзисторы с плавающими и управляющими изолированными затворами. Стоит сказать, что полевые транзисторы имеют сток и исток. Так вот плавающий затвор транзистора способен удерживать заряд (электроны).

Во время записи данных на управляющий затвор подается положительное напряжение и некоторая часть электронов направляется (двигается) от стока к истоку, отклоняясь к плавающему затвору. Часть электронов преодолевает тонкий слой изолятора и проникают в плавающий затвор, где и остаются на продолжительный срок хранения. Время хранения информации измеряется годами, но так или иначе оно ограничено.

Устройство USB flash довольно компактны, мобильны и дают возможность подключиться к любому компьютеру, который имеет USB-разъем. На что только не идут производители чтобы угодить потенциальным покупателям совмещая USB накопитель со всевозможными брелками, украшениями, игрушками и авторучками…

Устройство USB Flash накопителя состоит из следующих электронных компонентов:

  1. Разъем USB.
  2. Микроконтроллер.
  3. Контрольные точки.
  4. Чип (микросхема) флэш-памяти.
  5. Кварцевый резонатор.
  6. Светодиод.
  7. Переключатель (защита от записи).
  8. Место для микросхемы памяти (дополнительное место).

Далее я хотел бы более подробно остановиться на основных компонентах usb flash накопителя и описать некоторые характерные симптомы нестабильной работы USB Flash накопителя.

Компоненты и симптомы нестабильной работы USB Flash накопителя.

  1. PCB — это многослойная печатная плата, которая служит основой для всех размещенных (распаянных) деталей электроники. Имеет следующие типичные неисправности: некачественно выполненный монтаж деталей электроники при деформации (изгибы, удары) платы приводит к внутренним разрывам около проводников и нестабильной работе usb-флэш накопителя.
  2. USB разъем — предназначен для подключения флэш-накопителя к устройствам чтения. При некачественном монтаже разъем отрывается от дорожек и в месте пайки. Не так давно я сталкивался с данным явлением.
  3. Микроконтроллер — микросхема, в обязанности которой входит управление памятью типа NAND и передача информации. Содержит в себе данные о производителе и типе памяти, а также хранит в себе необходимую служебную информацию для правильного функционирования флэш-накопителя. По вине контроллера чаще всего происходит выход из строя флэш-накопителя.
  4. Симптомы характеризующие его выход из строя: флэш-накопитель определяется как «неизвестное устройство», показывает не правильный размер (объем) накопителя или просит вставить чистый диск в устройство чтения. Причиной выхода из строя контроллера (сгорает) — служит некачественное питание, плохая работа стабилизатора и неправильное извлечение флэш-накопителя.
  5. Микросхема памяти типа NAND — это энергонезависимая память, которая отвечает за хранение информации. По истечении N-го количества времени, при сбое или повреждении в памяти могут образоваться поврежденные блоки (бэд блоки). Возможны и другие причины появления испорченных блоков, в которые больше не представляется возможным записывать/считывать информацию. Устранить такую неисправность можно с помощью узкоспециализированных программ, что в конечном итоге уменьшит объем памяти, но восстановит работоспособность.
  6. Кварцевый резонатор — используется для построения опорной частоты, которая необходима для функционирования логики контроллера и флэш-памяти. При выходе из строя, USB флэш-накопитель определяется как «неизвестное устройство» или не определяется вовсе(не видит считывающее устройство).

Преимущества USB-флешек:

  • Небольшой размер, вес, портативность.
  • Накопитель можно подключить к любому устройству считывания (практически везде есть USB).
  • Практически нет влияния от внешней окружающей среды (пыль, царапины, загрязненность).
  • USB флешка может работать в широком диапазоне температур.
  • Малые габариты позволяют хранить большой объем информации.
  • Низкое энергопотребления.
  • В сравнении с жестким дискам, она устойчивее к внешним воздействиям, вибрациям и ударам.
  • Удобство подключения к устройству.
  • Высокая скорость доступа к данным.

Недостатки USB-флешек:

  • Ограниченное число циклов записи и стирания перед выходом из строя.
  • Ограниченный срок автономного хранения данных.
  • Скорость записи и чтения ограничены пропускной способностью шины USB и самой флеш-памяти.
  • Чувствительны к радиации и электростатическому разряду (обычно наблюдается в быту, чаще всего зимой).

В заключении статьи предлагаю Вам посмотреть тематическое видео по производству USB Flash накопителей на заводе Kingston Production.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Устройство и принцип работы флеш-накопителя

На сегодняшний день флешки являются самыми популярными внешними носителями данных. В отличие от оптических и магнитных дисков (CD/DVD и винчестеры соответственно), флеш-накопители более компактны и устойчивы к механическим повреждениям. А за счет чего были достигнуты компактность и устойчивость? Давайте же разберемся!

Из чего состоит и как работает флешка

Первое, что следует отметить — внутри flash-накопителя нет движущихся механических частей, которые могут пострадать от падений или сотрясений. Это достигается за счет конструкции — без защитного корпуса флешка представляет собой печатную плату, к которой припаян USB-разъем. Давайте рассмотрим её составляющие.

Основные компоненты

Составные части большинства флешек можно разделить на основные и дополнительные.


К основным относятся:

  1. чипы NAND-памяти;
  2. контроллер;
  3. кварцевый резонатор.
  4. USB-разъем

NAND-память
Накопитель работает благодаря NAND-памяти: полупроводниковым микросхемам. Чипы такой памяти, во-первых, весьма компактны, а во-вторых — очень ёмкие: если на первых порах флешки по объему проигрывали привычным на тот момент оптическим дискам, то сейчас превышают по ёмкости даже диски Blu-Ray. Такая память, ко всему прочему, еще и энергонезависимая, то есть для хранения информации ей не требуется источник питания, в отличие от микросхем оперативной памяти, созданных по похожей технологии.

Однако у НАНД-памяти есть один недостаток, в сравнении с другими типами запоминающих устройств. Дело в том, что срок службы этих чипов ограничен определенным количеством циклов перезаписи (шагов чтения/записи информации в ячейках). В среднем количество read-write cycles равно 30 000 (зависит от типа чипа памяти). Кажется, это невероятно много, но на самом деле это равно примерно 5 годам интенсивного использования. Впрочем, даже если ограничение будет достигнуто, флешкой можно будет продолжать пользоваться, но только для считывания данных. Кроме того, вследствие своей природы, NAND-память очень уязвима к перепадам электричества и электростатическим разрядам, так что держите её подальше от источников подобных опасностей.

Читайте также  Способы решения ошибки 4014 в iTunes

Контроллер
Под номером 2 на рисунке в начале статьи находится крохотная микросхема — контроллер, инструмент связи между флеш-памятью и подключаемыми устройствами (ПК, телевизорами, автомагнитолами и пр.).

Контроллер (иначе называется микроконтроллер) представляет собой миниатюрный примитивный компьютер с собственным процессором и некоторым количеством RAM, используемыми для кэширования данных и служебных целей. Под процедурой обновления прошивки или BIOS подразумевается как раз обновление ПО микроконтроллера. Как показывает практика, наиболее частая поломка флешек — выход из строя контроллера.

Кварцевый резонатор
Данный компонент представляет собой крохотный кристалл кварца, который, как и в электронных часах, производит гармонические колебания определенной частоты. Во флеш-накопителях резонатор используется для связи между контроллером, NAND-памятью и дополнительными компонентами.

Эта часть флешки также подвержена риску повреждения, причем, в отличие от проблем с микроконтроллером, решить их самостоятельно практически невозможно. К счастью, в современных накопителях резонаторы выходят из строя относительно редко.

USB-коннектор
В подавляющем большинстве случаев в современных флешках установлен разъем USB 2.0 типа A, ориентированный на прием и передачу. В самых новых накопителях используется USB 3.0 типа А и типа C.

Дополнительные компоненты

Кроме упомянутых выше основных составляющих запоминающего flash-устройства, производители нередко снабжают их необязательными элементами, такими как: светодиод-индикатор, переключатель защиты от записи и некоторые специфические для определенных моделей особенности.

Светодиодный индикатор
Во многих flash-накопителях присутствует небольшой, но довольно яркий светодиод. Он предназначен для визуального отображения активности флешки (запись или считывание информации) или же просто является элементом дизайна.

Этот индикатор чаще всего не несет никакой функциональной нагрузки для самой флешки, и нужен, по сути, только для удобства пользователя или для красоты.

Переключатель защиты от записи
Этот элемент характерен скорее для SD-карт, хотя порой встречается и на запоминающих устройствах USB. Последние нередко используются в корпоративной среде как носители разнообразной информации, в том числе важной и конфиденциальной. Чтобы избежать инцидентов со случайным удалением таких данных, производителями флеш-накопителей в некоторых моделях применяется переключатель защиты: резистор, который при подключении в цепь питания запоминающего устройства не дает электрическому току добираться к ячейкам памяти.

При попытке записать или удалить информацию с накопителя, в котором включена защита, ОС выдаст такое вот сообщение.

Подобным образом реализована защита в так называемых USB-ключах: флешках, которые содержат в себе сертификаты безопасности, необходимые для корректной работы некоторого специфического ПО.

Этот элемент тоже может сломаться, в результате чего возникает досадная ситуация — девайс вроде работоспособен, но пользоваться им невозможно. У нас на сайте есть материал, который может помочь решить эту проблему.

Уникальные компоненты

К таковым можно отнести, например, наличие разъемов Lightning, microUSB или Type-C: флешки с наличием таковых предназначены для использования в том числе на смартфонах и планшетах.

Существуют и накопители с максимальной защитой записанных данных — в них встроена клавиатура для ввода цифрового пароля.

По сути, это более продвинутый вариант упомянутого выше переключателя защиты от перезаписи.

Достоинства флешек:

  • надежность;
  • большая ёмкость;
  • компактность;
  • устойчивость к механическим нагрузкам.

Недостатки флешек:

  • хрупкость составляющих компонентов;
  • ограниченный срок службы;
  • уязвимость к перепадам напряжения и статическим разрядам.

Подведем итоги — flash-накопитель, с технической точки зрения, устроен довольно сложно. Однако вследствие твердотельной конструкции и миниатюрности компонентов достигается большая устойчивость к механическим нагрузкам. С другой стороны, флешки, особенно с важными данными, необходимо обезопасить от влияния перепадов напряжения или статического электричества.

Принцип работы и устройства флешки

Флеш-память принцип действия

Мы привыкли пользоваться благами цивилизации и в последнее время их даже не замечаем. Но многие задаются вопросом, как работает тот или иной механизм. Эта статья написана для любознательных людей, которые задаются вопросом, как работает флешка? По восстановлению флеш-накопителей можете почитать здесь.

Для хранения информации используются ячейки памяти. Одна ячейка способна сохранить в себе только один бит. На этот бит записывается элемент двоичного кода 0 или 1.

В одной флешке находятся миллиарды ячеек, которые готовы запоминать для Вас информацию. Из восьми бит получается один байт. Так накопитель на один гигабайт состоит из 8 589 934 592 ячеек памяти, а эта статья вмещается приблизительно в 20 000 ячеек.

Подробнее о ячейках памяти

Ячейки памяти являются транзисторами. Транзистор имеет два полупроводника n-типа, они находятся у него по бокам. Эти полупроводники имеют множество свободных электронов. При движении этих частиц проходит ток.

Посредине полупроводников n-типа размещён полупроводник p-типа, который характеризуется недостатком электронов. По нему ток переносится по дырках, в которых недостаёт электронов.

Из-за различающегося типажа проводимости этих полу проводимых материалов, ток не имеет возможности пройти между ними.

Транзисторная конструкция предусматривает наличие управляющего затвора, который расположен над p-полупроводником. Он является электродом и на него подаётся напряжение. При подаче положительного напряжения он отодвигает дырки р-полупроводника и притягивает частицы. Это обосновано притягиванием противоположных зарядов.

С этого получается так званый n-переход. Он нужен для перехода электричества с одного n-полупроводника на другой, в результате чего транзистор пропускает ток.

Управляющий затвор имеет разделение с p-полупроводником, которое называется плавающий затвор (пластина из поликристаллического кремния). При отрицательном заряде пластины ток не будет проводиться транзистором, не завися от заряда управляющего затвора, что может помешать его работе в дальнейшем.

Чтение данных

Процесс считывания информации с флешки происходит следующим образом. На управляющий затвор подаётся напряжение. Это необходимо для определения ноля или единицы, которые находятся в этой ячейке памяти. Сочетание нулей и единиц дает представление машине, которая считывает информацию, о закодированных символах.

При избытке электронов на управляющем затворе ток не идёт. Это свидетельствует о единице.

При нехватке электронов на управляющем затворе ток идёт. Это свидетельствует о нуле.

Запись данных

Для записи информации необходимо наполнить плавающий затвор электронами. Но это сложная задача из-за слоя диэлектрика, который окружает его и не даёт пройти току.

Электроны в плавающую ячейку помещаются подачей положительного заряда, выше того что подаётся при чтении, при котором они и запрыгивают, проходя слой диэлектрика.

При стирании информации на плавающий затвор подаётся отрицательное напряжение, и электроны спадают с плавающего затвора.

Именно так и работает та маленькая вещица, которая облегчает нам обмен информации.

Предлагаю в качестве подарка скачать бесплатную книгу: причины зависаний на ПК, восстановление данных, компьютерная сеть через электропроводку и много других интересных фишек.
Еще больше интересных новостей, а главное общение, решений ваших проблем! Добавляйтесь в телеграм — https://t.me/mycompplus

Понравилась полезная статья? Подпишитесь на RSS и получайте больше нужной информации!

Как устроена флешка

Как восстановить удаленные файлы с flash накопителя? В чем отличие флешек от внешних жестких дисков? Как восстановить данные?

Мы предоставляем услуги по восстановлению данных с флешек и карт памяти при любых неисправностях. Если у вас флешка не определяется и не открывается, даже если она просто сломалась – мы поможем восстановить ценную информацию.

Специалисты по восстановлению флешек:

Схема работы

Компания Data Recovery — восстановление данных с флешек и карт памяти при любых неисправностях. У нас есть специализированное оборудование и штат первоклассных специалистов. Мы умеем решать любые проблемы при любых повреждениях flash носителей.

Описание USB Flash накопителей

USB-флеш накопитель (флешка, флэшка, флеш-драйв) — небольшое внешнее запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память и подключаемое по интерфейсу USB.

У классической flash карты (как usb flash, так и карты памяти Compact Flash, SD, MMC и т.п.) нет механических частей, она не нуждается ни в батарейках, ни в аккумуляторах, флешка это набор микросхем, в чипах которых способна хранится цифровая информация. Это устройство компактное, быстрое, дешёвое и не самое надёжное. В этом счастье и беда его обладателей.

Каждая из микросхем флешки состоит из своего рода гнёзд (NAND Flash). При перезаписи информация записывается в одно и то же гнездо, и через некоторое время сектор может начать сбоить, что зачастую и приводит к потере данных — это самая большая проблема флешек, обратная сторона удобства и дешевизны.

Чем больше объем flash памяти, тем больше внутри микросхем. Все вместе они выстроены в рейд-массив, но алгоритм их сборки и взаимодействия значительно сложней, чем классический рейд-массив из жестких дисков в компьютере. Более того, на каждой из микросхем для ускорения работы и повышения надёжности применяются алгоритмы схожие с принципами действия рейд-массивов. Вдобавок к этим сложностям во флешке существует самая главная микросхема — контролер, управляющий всеми данными на flash, запоминающий какие секторы флешки уже начали сбоить, считающий контрольные суммы. При загрузке обычной фотографии на flash информация не выкладывается единым куском, а распространяется по многим «хранилищам» довольно причудливым образом. Контролер «знает» о том, куда и какие части файла были положены.

Читайте также  Удаление Xbox в ОС Виндовс 10

Флешки получили большую популярность так как компактны, имеют большой объем. Активно используются для хранения и переноса данных. На сегодняшний день модельный ряд выпускаемых флешек огромен, они отличаются производителем, объемом памяти и скоростью доступа и записи.

В чем отличие флешек от внешних USB дисков?

Большинство переносных внешних USB дисков содержат внутри жесткий диск, а в жестких дисках есть движущиеся части, которые могут легко сломаться. Флешки в этом смысле более надежны, так как в них вся информация находится во флеш-памяти.

И там нет движущихся частей, в большинстве случаев с вашими данными ничего не случится даже после падения флешки. Хотя и флешки тоже ломаются, например, из-за некорректной работы контроллера или чипов памяти, поэтому обязательно делайте резервную копию ценных данных.

Если вас интересует больший объем данных, то на сегодняшний день у внешних жестких дисков доступный объем данных больше и стоимость 1GB получается дешевле, чем у флешек.

А еще флешки просто меньше по размеру, чем внешние жесткие диски 2,5″, поэтому их удобней носить с собой.

Насколько быстры флешки?

Скорость флешек и карт памяти во многом зависит от того когда был сделан flash накопитель, какая флеш-память и какого производителя использовалась. Флешки день за днем бьют рекорды скорости, и если еще недавно наиболее быстрые флэш накопители, работающие на USB 2.0, были способны читать до 34MB/с и записывать до 28MB/с, то сегодня это далеко не предел. А с появлением USB 3.0 они работают еще быстрее, и их становится все больше.

Производители обычно указывают скорость передачи небольшого количества больших по размеру файлов, в то время как если передается много файлов даже небольшого размера, скорость может значительно упасть. Реальная скорость передачи информации так же сильно зависит от USB контроллера на вашей материнской плате, от файловой системы на флешке и даже от того как много USB устройств одновременно подключено к компьютеру.

В старых скоростных USB flash устройствах до 16GB использовалась память с одноуровневыми ячейками (SLC, single-level cell) вместо более популярной многоуровневой (MLC, multi-level cell). SLC-устройства дольше служат и быстрее работают, а MLC-приборы дешевле и более емкие. Поэтому производители придумывают всякие хитрости для MLC флешек, например, четырех канальный контроллер как в Corsair Flash Voyager GTR.

В общем случае, чем быстрее ваша флешка, тем меньше придется ждать при передаче файлов.

Какая файловая система используется на флешках?

Большинство флешек поставляются уже отформатированными в FAT32 для совместимости с Windows, Mac и Linux. Но файловая система FAT32 имеет существенный недостаток – размер одного файла не может быть больше 4GB, поэтому вы не сможете записать на такую флешку HD-видео или какой-нибудь большой файловый контейнер TrueCrypt.

Вы можете отформатировать вашу флешку в NTFS, тогда вы сможете записывать файлы значительно большего размера и значительно увеличиться надежность. Файловая система NTFS по умолчанию поддерживается всеми версиями Windows, начиная с NT/2000, так же частично поддерживается в Mac и в Linux. В тоже время большинство домашних медиа-центров и телевизоров не поддерживают систему NTFS.

Еще есть файловая система exFAT, созданная компанией Microsoft специально для flash накопителей. В exFAT уменьшено количество перезаписей одного и того же сектора, что продлит жизнь флешкам, и нет проблемы с 4GB файлами. Поддержка файловой системы exFAT есть в Windows XP с Service Pack 2 и 3 после установки обновления KB955704, и во всех версиях Windows старше Vista SP1, а также в Mac OS X Snow Leopard начиная с версии 10.6.5.

Как зашифровать данные на флешке?

Вероятно, лучшим решением будет использование флеш накопителей со встроенным шифрованием, в то же время и обычную флешку можно защитить с помощью бесплатной программы с открытым кодом TrueCrypt. TrueCrypt поддерживает разные алгоритмы шифрования, включая 256-bit AES, Serpent, TwoFish, программа доступна для операционных систем Windows, Mac и Linux.

Если TrueCrypt уже установлен на компьютере, то можно на флешку положить только зашифрованный файл-контейнер, который затем подключать по мере необходимости. В программе TrueCrypt есть возможность сделать запуск самой программы для расшифровки и зашифровки с той же флешки, где храните защищенный контейнер.

При использовании шифрования имейте в виду, что даже мы, не зная пароль от защищенного контейнера, не сможем восстановить ваши данные в случае каких-то сбоев флешки, а случаи бывают разные.

Что делать если я случайно удалил файлы с флешки?

Остановитесь! Чтобы вы не делали дальше, ни в коем случае ничего не записывайте на эту флешку. После этого вы должны оценить насколько важны ваши данные, чтобы попробовать восстановить данные самостоятельно. Если вы решите, что данные очень ценные, чтобы ими рисковать, то лучше отнесите флешку в профессиональную компанию по восстановлению данных.

Если же вы хотите попробовать восстановить данные самостоятельно, то посмотрите раздел нашего сайта “Программы для восстановления флешек“.

Взгляд изнутри: Flash-память и RAM

Предисловие

Новый Год – приятный, светлый праздник, в который мы все подводим итоги год ушедшего, смотрим с надеждой в будущее и дарим подарки. В этой связи мне хотелось бы поблагодарить всех хабра-жителей за поддержку, помощь и интерес, проявленный к моим статьям (1, 2, 3, 4). Если бы Вы когда-то не поддержали первую, не было и последующих (уже 5 статей)! Спасибо! И, конечно же, я хочу сделать подарок в виде научно-популярно-познавательной статьи о том, как можно весело, интересно и с пользой (как личной, так и общественной) применять довольно суровое на первый взгляд аналитическое оборудование. Сегодня под Новый Год на праздничном операционном столе лежат: USB-Flash накопитель от A-Data и модуль SO-DIMM SDRAM от Samsung.

Теоретическая часть

Постараюсь быть предельно краток, чтобы все мы успели приготовить салат оливье с запасом к праздничному столу, поэтому часть материала будет в виде ссылок: захотите – почитаете на досуге…

Какая память бывает?

На настоящий момент есть множество вариантов хранения информации, какие-то из них требуют постоянной подпитки электричеством (RAM), какие-то навсегда «вшиты» в управляющие микросхемы окружающей нас техники (ROM), а какие-то сочетают в себе качества и тех, и других (Hybrid). К последним, в частности, и принадлежит flash. Вроде бы и энергонезависимая память, но законы физики отменить сложно, и периодически на флешках перезаписывать информацию всё-таки приходится.

Тут можно подробнее ознакомиться с ниже приведённой схемой и сравнением характеристик различных типов «твердотельной памяти». Или тут – жаль, что я был ещё ребёнком в 2003 году, в таком проекте не дали поучаствовать…


Современные типы «твердотельной памяти». Источник

Единственное, что, пожалуй, может объединять все эти типы памяти – более-менее одинаковый принцип работы. Есть некоторая двумерная или трёхмерная матрица, которая заполняется 0 и 1 примерно таким образом и из которой мы впоследствии можем эти значения либо считать, либо заменить, т.е. всё это прямой аналог предшественника – памяти на ферритовых кольцах.

Что такое flash-память и какой она бывает (NOR и NAND)?

Начнём с flash-памяти. Когда-то давно на небезызвестном ixbt была опубликована довольно подробная статья о том, что представляет собой Flash, и какие 2 основных сорта данного вида памяти бывают. В частности, есть NOR (логическое не-или) и NAND (логическое не-и) Flash-память (тут тоже всё очень подробно описано), которые несколько отличаются по своей организации (например, NOR – двумерная, NAND может быть и трехмерной), но имеют один общий элемент – транзистор с плавающим затвором.


Схематическое представление транзистора с плавающим затвором. Источник

Итак, как же это чудо инженерной мысли работает? Вместе с некоторыми физическими формулами это описано тут. Если вкратце, то между управляющим затвором и каналом, по которому ток течёт от истока к стоку, мы помещаем тот самый плавающий затвор, окружённый тонким слоем диэлектрика. В результате, при протекании тока через такой «модифицированный» полевой транзистор часть электронов с высокой энергией туннелируют сквозь диэлектрик и оказываются внутри плавающего затвора. Понятно, что пока электроны туннелировали, бродили внутри этого затвора, они потеряли часть энергии и назад практически вернуться не могут.

NB: «практически» — ключевое слово, ведь без перезаписи, без обновления ячеек хотя бы раз в несколько лет Flash «обнуляется» так же, как оперативная память, после выключения компьютера.

Там же, на ixbt, есть ещё одна статья, которая посвящена возможности записи на один транзистор с плавающим затвором нескольких бит информации, что существенно увеличивает плотность записи.

В случае рассматриваемой нами флешки память будет, естественно, NAND и, скорее всего, multi-level cell (MLC).

Если интересно продолжить знакомиться с технологиями Flash-памяти, то тут представлен взгляд из 2004 года на данную проблематику. А здесь (1, 2, 3) некоторые лабораторные решения для памяти нового поколения. Не думаю, что эти идеи и технологии удалось реализовать на практике, но, может быть, кто-то знает лучше меня?!

Читайте также  Узнаем объем оперативной памяти на ПК
Что такое DRAM?

Если кто-то забыл, что такое DRAM, то милости просим сюда.

Опять мы имеем двумерный массив, который необходимо заполнить 0 и 1. Так как на накопление заряда на плавающем затворе уходит довольно продолжительное время, то в случае RAM применяется иное решение. Ячейка памяти состоит из конденсатора и обычного полевого транзистора. При этом сам конденсатор имеет, с одной стороны, примитивное физическое устройство, но, с другой стороны, нетривиально реализован в железе:


Устройство ячейки RAM. Источник

Опять-таки на ixbt есть неплохая статья, посвящённая DRAM и SDRAM памяти. Она, конечно, не так свежа, но принципиальные моменты описаны очень хорошо.

Единственный вопрос, который меня мучает: а может ли DRAM иметь, как flash, multi-level cell? Вроде да, но всё-таки…

Часть практическая

Flash

Те, кто пользуется флешками довольно давно, наверное, уже видели «голый» накопитель, без корпуса. Но я всё-таки кратко упомяну основные части USB-Flash-накопителя:


Основные элементы USB-Flash накопителя: 1. USB-коннектор, 2. контроллер, 3. PCB-многослойная печатная плата, 4. модуль NAND памяти, 5. кварцевый генератор опорной частоты, 6. LED-индикатор (сейчас, правда, на многих флешках его нет), 7. переключатель защиты от записи (аналогично, на многих флешках отсутствует), 8. место для дополнительной микросхемы памяти. Источник

Пойдём от простого к сложному. Кварцевый генератор (подробнее о принципе работы тут). К моему глубокому сожалению, за время полировки сама кварцевая пластинка исчезла, поэтому нам остаётся любоваться только корпусом.


Корпус кварцевого генератора

Случайно, между делом, нашёл-таки, как выглядит армирующее волокно внутри текстолита и шарики, из которых в массе своей и состоит текстолит. Кстати, а волокна всё-таки уложены со скруткой, это хорошо видно на верхнем изображении:


Армирующее волокно внутри текстолита (красными стрелками указаны волокна, перпендикулярные срезу), из которого и состоит основная масса текстолита

А вот и первая важная деталь флешки – контроллер:


Контроллер. Верхнее изображение получено объединением нескольких СЭМ-микрофотографий

Признаюсь честно, не совсем понял задумку инженеров, которые в самой заливке чипа поместили ещё какие-то дополнительные проводники. Может быть, это с точки зрения технологического процесса проще и дешевле сделать.

После обработки этой картинки я кричал: «Яяяяязь!» и бегал по комнате. Итак, Вашему вниманию представляет техпроцесс 500 нм во всей свой красе с отлично прорисованными границами стока, истока, управляющего затвора и даже контакты сохранились в относительной целостности:


«Язь!» микроэлектроники – техпроцесс 500 нм контроллера с прекрасно прорисованными отдельными стоками (Drain), истоками (Source) и управляющими затворами (Gate)

Теперь приступим к десерту – чипам памяти. Начнём с контактов, которые эту память в прямом смысле этого слова питают. Помимо основного (на рисунке самого «толстого» контакта) есть ещё и множество мелких. Кстати, «толстый»
Во-первых, полный список опубликованных статей на Хабре:

Во-вторых, помимо блога на HabraHabr, статьи и видеоматериалы можно читать и смотреть на Nanometer.ru, YouTube, а также Dirty.

В-третьих, если тебе, дорогой читатель, понравилась статья или ты хочешь простимулировать написание новых, то действуй согласно следующей максиме: «pay what you want»

Флешка (USB накопитель). Виды и применение. Выбрать и особенности

Практически каждый человек, который работает за компьютером, знает о существовании девайса под названием «флешка» (USB накопитель). Изначально эти накопители стоили довольно дорого и считались экзотическими устройствами. Тогда они были мало распространены, а люди обменивались информацией при помощи дисков, винчестеров и дискет. Сегодня же эти накопители практически полностью вытеснили вышеперечисленные методы передачи информации.

USB накопитель представляет электронное устройство, которое применяется в качестве накопителя и носителя памяти. Он подключается к персональному компьютеру, ноутбуку и т.п. Главными преимуществами этого устройства являются простота эксплуатации, широкий модельный ряд и достаточно низкая цена. Среди его основных характеристик можно выделить компактность, значительный объем памяти, высокую скорость передачи данных. Накопитель является универсальным устройством и отлично защищен от механических воздействий. Его спокойно можно таскать в кармане, а при необходимости использовать.

Виды

Флешка по своему исполнению может быть совершенно разной. В магазинах можно приобрести широкое разнообразие накопителей, которые будут отличаться по емкости, дизайну, типу интерфейса и возможностям.

  • По объему памяти накопители могут достигать 1 терабайта, то есть 1024 Gb. Однако сегодня наибольшее распространение получили устройства емкостью 4-32 Gb. Их стоимость варьируется в пределах 150-3000 рублей. Кратность объема памяти соответствует цифре 2, то есть 32, 64, 128 Gb. Устройства до 4 ГБ отлично подходят для хранения и перемещения текстовых файлов. С целью хранения музыки, фотографий или видео небольшого размера вполне хватит накопителя объем 16 Гб. Устройство объемом 32 Gb хорошо подходит для хранения видео.

  • По стандартам USB-интерфейса накопители могут быть следующих видов:

Главная отличительная особенность данных видов накопителей заключается в скорости передачи данных. Так USB 1.1 передает данные со скоростью 600-800 Кб в секунду. При этом запись поддерживается до 700 Кб в секунду. USB 2.0 более прогрессивны, они могут передавать данные со скоростью 480 Мбит в секунду. USB 3.0 представляет новый вид накопителей, которые позволяют передавать данные со скоростью до 5 Гбит в секунду. Устройства стандарта USB 3.1 способны передавать данные со скоростью до 10-12 Гбит в секунду.

Однако не стоит обольщаться желанием обладать самым совершенным устройством. На самом деле накопитель USB 3.1 вряд ли будет поддерживать большинство ваших устройств. Дело в том, что на самих приемниках USB в большинстве случаев установлены устройств стандарта USB 2.0. В результате при подключении к USB порту стандарта 2.0 или в обратном порядке накопитель будет работать в режиме передачи информации USB 2.0, то есть скорость будет существенно ограничена.

  • Сегодня можно приобрести невероятно число накопителей самого разного дизайна, которые выполнены из различных материалов. Это может быть пластик, дерево, стекло, силикон, кожа, металл, резина и так далее. На корпусе накопителя могут быть нанесены различные рисунки, гравировки и другие дизайнерские элементы. Однако использование того или иного дизайнерского эффекта никак не влияет на технические показатели в виде скорости и объема передачи данных.

  • Наличие дополнительных функций. К примеру, флешка может иметь устройство ввода кода. Поэтому, чтобы начать работать с ней, будет необходимо ввести верный код. Это позволяет защитить от кражи данных. Также могут быть накопители со сканером отпечатков пальцев. В данном случае для возможности работы с устройством придется приложить палец к сканеру, который находится на корпусе.

Также могут быть накопители, работающие с помощью голосового управления. Такое устройство распознает голос владельца, после чего она разблокирует возможность работы с данными. Бывают устройства с антибактериальным покрытием. Корпус такого накопителя выполнен с применением специальных антибактериальных материалов, благодаря чему на нём не размножаются микробы.

Бывают и двусторонние накопители. Флешка имеет два USB-коннектора. С помощью такого накопителя можно отдельно хранить рабочую информацию и личную. Это удобно в случае, когда можно случайно затереть важный документ. Продаются устройства, которые объединяют в себе накопитель и цифровую камеру.

Устройство
В большинстве случаев флешка состоит из следующих основных элементов:

Разъем USB позволяет подключиться к компьютеру или другому электронному устройству. При помощи стабилизатора происходит конвертация и стабилизация напряжения, которая поступает от ПК непосредственно в контроллер и флеш-память.

Контроллер представляет схему, которая управляет памятью, а также передачей данных. Он имеет микросхему, которая содержит всю информацию о памяти, производителе. В нем также хранится служебная информация, которая требуется для нормальной работы накопителя. В ряде моделей контроллер может быть встроенным либо отсутствовать вовсе.

При помощи кварцевого резонатора происходит создание опорной частоты работы flash памяти и логики контроллера. Корпус служит для защиты от механических повреждений и размещения всех элементов накопителя. Переключатель необходим для включения режима записи или защиты от записи. Светодиод, который мигает, демонстрирует пользователю, что накопитель работает. В это время крайне не рекомендуется вытаскивать накопитель из USB разъема. Это может привести к потере данных и даже выходу устройства из строя.

Применение

Флешка является универсальным устройством, на котором можно хранить любую информацию, перезаписывать, стирать и передавать ее. На накопитель можно записывать текстовые документы, фотографии, видео, музыку, в том числе на нем можно читать, стирать и редактировать информацию. Особенность накопителя в том, что его можно подключать бесконечное число раз.

Устройство можно даже подключать в момент, когда компьютер работает. Корпус устройства помогает хорошо защищать все элементы устройства. Благодаря этому накопитель практически не боится падения, длительного ношения в карманах брюк и других механических воздействий. Накопителю не нужен внешний источник питания, ведь ему вполне достаточно электроэнергии, которая поступает к нему через USB порт.