Как устроена флешка

• 7

  0

  2018-06-12T16:39:42+00:00

  На чем информация может храниться дольше всего? Имею ввиду действительно длительные сроки. Например домашний архив с фото и документами, который хотелось бы передать правнукам. Облака не предлагать. Спасибо.

• 3

  0

  2018-03-05T08:55:25+00:00

  Очень полезная и понятная статья, спасибо

• 0

  0

  2015-01-04T12:27:55+00:00

  Да перезаписывайте сколько угодно. Ресурса флеш-накопителя хватит на много лет. А вот на производителя действительно стоит обращать внимание и это я уже описывал в одной из публикаций.

• 0

  0

  2015-01-04T12:19:27+00:00

  Согласна, как и при выборе любого другого продукта, при покупке USB-флэш-накопителя следует обратить внимание на фирму-изготовителя (переходите по ссылке и узнавайте имена лучших компаний). Уже исходя из этого станет ясно, прослужит флешка долго или в скором времени с ней будут проблемы. В любом случае, ее следует беречь и стараться не перезаписывать информацию множество раз.

Как устроена флешка

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.

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.

Подробнее: Как снять защиту от записи на флешке

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.

Читайте также: Как подключить флешку к смартфону на Android или iOS

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.

Помогла ли вам эта статья?

Как работает флешка? Устройство и принцип работы флешки

В настоящее время портативно-запоминающее устройство не удивит ни одного пользователя своим функционалом. Однако в свое время флеш-накопитель сделал по-настоящему технологический переворот в сфере устройств для хранения данных. Данное устройство пришло на смену гибким компакт-дискам, а также дискетам, постепенно вытесняя их с рынка.

В данном материале мы рассмотрим устройство флешки, принцип работы и подключения ее к персональному компьютеру либо к другому аппарату способному считывать информацию с портативного накопителя. Разберемся в том, как восстановить не рабочий флеш-накопитель, а также снять защиту от записи.

Общие сведения об портативном флеш-устройстве

USB-накопитель был изобретен ученными из Израиля, работающими на компанию M-Systems в 1999 году. Но само устройство было запатентовано в Соединенных Штатах Америки, также в 1999. Первая презентация флеш-накопителя прошла в 2000 году, где и получила свое первоначальное название DiskOnKey (диск на ключе). Объем первого портативного накопителя составлял 8 мегабайт, но вскоре появились устройства на 16 и 32 мб.

По тем временам флешку можно было назвать полноценным гаджетом, продавалась она за немалую цену 50 долларов, возросшую к концу года с появлением более объемных накопителей до $100 за одну штуку. Продажа осуществлялась под руководством компании IBM.

В настоящее время флеш-накопители почти полностью вытеснили с рынка портативных устройств устаревшие компакт-диски. Сейчас уже существуют накопители на два терабайта от таких производителей, как HyperX и Kingston. Вы только представьте себе размер в полтора спичечных коробка, на котором расположено два терабайта дискового пространства. Как работает флешка с двумя терабайтами? Точно так же, как и флешка с 16 гигабайтами, все очень просто и весьма эффективно.

Преимущества и недостатки USB-накопителя

Так как сегодня данные устройства являются незаменимыми портативными носителями информации, следует понять, в чем состоят их достоинства и потенциальные недостатки. Ведь именно два этих параметра сопутствуют прогрессу в различных технологиях и разработке новейших устройств. Незаменимость означает монополизм на любом рынке устройств. Итак, давайте выясним, чем так хороши USB-накопители, и в процессе косвенно ознакомимся с тем, как работает флешка.

Преимущества:

1. Портативность и малый вес устройства.
2. Бесшумность в работе и малая ресурсоемкость.
3. Низкое энергопотребление (в первую очередь благодаря отсутствию механических систем).
4. Возможность эксплуатации при высоких температурах.
5. Устойчивы к механическим воздействиям (в отличие от жестких и компакт дисков).
6. Защищены от воздействия окружающей среды (царапины, пыль, разрушение от пересыхания).
7. Длительное время хранения данных в автономном режиме в лучшем случае от 10 лет и выше, в худшем при некачественном устройстве от 3 до 6 месяцев.

Недостатки:

1. Ограниченное число записи и стирания данных до выхода из строя. Порядка 5000 циклов перезаписи.
2. Ограниченное число подключения USB-коннектора насчитывается порядка 1500 раз.
3. Ограниченная скорость записи, которая весьма ощутима для порта USB 2.0 (не более 35 мегабайт в секунду).
4. Чувствительны к электрическому замыканию и радиации, как и любая другая электроника.
5. Недостаток в форме разъема и подключаемом накопителе, вследствие которого увеличивается износ порта и коннектора. Данная проблема была решена с выходом USB Type-C.

Таким образом из вышеприведенного маркированного списка вы смогли узнать о достоинства и недостатках флеш-накопителя. Исходя из этой информации можно сделать вывод, что данное устройство по факту имеет мало недостатков, которые при желании можно исправить и доработать.

Принцип работы USB-накопителя

Принцип работы флешки основывается на подключении ее к USB-порту персонального компьютера и последующей эксплуатации по загрузке и удалению данных с нее. В основе USB-устройства лежит флеш-память следующих типов: NAND или NOR. Флеш-память в своем составе содержит кристаллы кремния, на базе которого размещены полевые транзисторы с изолированными или плавающими затворами. Последние, в свою очередь, могут удерживать заряд, иными словами, электроны. Следует отметить тот факт, что полевые транзисторы имеют сток и исток.

Во время произведения записи на флешку на управляющий затвор контроллером подается положительное напряжение, тем самым некоторая часть заряда двигается от стока к истоку с отклонением к плавающему затвору. Некоторая часть электронов после отклонения преодолевает малый слой изолятора и затем проникает в плавающий затвор, где, в свою очередь, остается на длительный срок (хранение). Время хранения приведено выше, в разделе о достоинствах и недостатках, однако эти данные будут различными для разных производителей и объемов памяти флеш-устройства.

Устройство Flash-накопителя

Устройство USB-накопителя приведено на изображении. Стоит сказать, что когда пользователь осуществляет подключение USB-флешки и затем ее эксплуатирует в своих целях, в этот момент непосредственно в самом портативном носителе протекают весьма сложные процессы управляемые контроллером памяти.

На приведенном выше изображении присутствуют все основные элементы "флешки", однако далеко не все. На изображении расположенном ниже представлены остальные элементы устройства съемного носителя информации.

1. Разъем USB для приема и передачи данных.
2. Контрольные точки платы.
3. Кварцевый резонатор.
4. Светодиод для сигнализации о работе устройства.
5. Переключатель защищающий от записи.
6. Место для подключения контроллера памяти.

Вот, что представляет из себя портативное переносное устройства в разобранном виде и разложенном на отдельные компоненты цепи. Из вышеприведенной информации становится более ясным, как работает флешка. А если она неисправна?

Не работает флешка: как восстановить и что делать

Данное руководство будет кратким по причине того, что если ваше съемное устройство вышло из строя по причине физических неисправностей либо же из-за износа функционала, восстановить его будет дороже, ежели купить новое. Как работает флешка, вам известно, также вам известно из представленной информации выше из чего она состоит. Вручную отремонтировать ее без должных навыков вы, к сожалению, не сумеете, поэтому в крайнем случае отнесите девайс в сервисный центр.

Для того чтобы проверить работоспособность флеш-накопителя, достаточно его подключить поочередно в разные порты на своем компьютере или же считывающем устройстве. В случае если ни один из портов не распознает флешку, попробуйте подключить ее к другому компьютеру или устройству, имеющему возможность считать информацию с носителя. Если устройство рабочее, то оно обязательно откроется. Также для распознавания девайса на вашем компьютере вы можете попробовать обновить драйвер USB-портов.

Флешка защищена от записи: как снять защиту

Снять защиту от записи с флешки можно несколькими простыми способами. Первым способом является физическая защита, установленная на корпусе накопителя. Снять ее можно, переведя ключ в другое положение (для записи). Вторым способом будет одно из самых распространенных решений проблемы, это форматирование устройства в другую файловую систему (NTFS и FAT32). Альтернативным методом является решение проблемы через командную строку. Для этого запустите системную службу DiskPart через интерпретатор консоли "Выполнить", затем пропишите команду "attributes disk clear readonly", без кавычек.

Как правильно подключить флешку к компьютеру

Правильным подключением съемного накопителя к компьютеру является подключение разъема флешки в USB-порт, который соответствуют скорости модели коннектора устройства и скорости передачи данных. Соответственно, это порт 2.0 или 3.0, а также это может быть способ подключения через новейший порт Type C, который на данный момент широко используется компанией Apple на свои макбуках. В некоторых случаях бывает так, что из-за несовместимости порта и флешки, компьютер ее не распознает. Поэтому выполните подключение верно.

Заключение

Из вышеприведенной информации в данной статье вы узнали о истоках появления съемного накопителя, его достоинства и недостатках, а также полном устройстве и принципе работы съемного Flash-накопителя. В статье было рассмотрено, как работает флешка и как правильно ее подключить к считывающему устройству. Также смогли ознакомиться с тем, как снять защиту от записи.

Flash-память и RAM / Хабр

Предисловие

Теоретическая часть

Какая память бывает?

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)?

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?!

Что такое DRAM?

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

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» < 2 диаметров человеческого волоса, так что всё в мире относительно:

СЭМ-изображения контактов, питающих чип памяти

Если говорить о самой памяти, то тут нас тоже ждёт успех. Удалось отснять отдельные блоки, границы которых выделены стрелочками. Глядя на изображение с максимальным увеличением, постарайтесь напрячь взгляд, этот контраст реально трудно различим, но он есть на изображении (для наглядности я отметил отдельную ячейку линиями):

Ячейки памяти 1. Границы блоков выделены стрелочками. Линиями обозначены отдельные ячейки

Мне самому сначала это показалось как артефакт изображения, но обработав все фото дома, я понял, что это либо вытянутые по вертикальной оси управляющие затворы при SLC-ячейке, либо это несколько ячеек, собранных в MLC. Хоть я и упомянул MLC выше, но всё-таки это вопрос. Для справки, «толщина» ячейки (т.е. расстояние между двумя светлыми точками на нижнем изображении) около 60 нм.

Чтобы не лукавить – вот аналогичные фото с другой половинки флешки. Полностью аналогичная картина:

Ячейки памяти 2. Границы блоков выделены стрелочками. Линиями обозначены отдельные ячейки

Конечно, сам чип – это не просто набор таких ячеек памяти, внутри него есть ещё какие-то структуры, принадлежность которых мне определить не удалось:

Другие структуры внутри чипов NAND памяти
 

DRAM

Однако по традиции начнём с контактов. Приятно было увидеть, как выглядит «скол» BGA и что собой представляет сама пайка:

«Скол» BGA-пайки

А вот и второй раз пора кричать: «Язь!», так как удалось увидеть отдельные твердотельные конденсаторы – концентрические круги на изображении, отмеченные стрелочками. Именно они хранят наши данные во время работы компьютера в виде заряда на своих обкладках. Судя по фотографиям размеры такого конденсатора составляют около 300 нм в ширину и около 100 нм в толщину.

Из-за того, что чип разрезан под углом, одни конденсаторы рассечены аккуратно по середине, у других же срезаны только «бока»:

DRAM память во всей красе

Если кто-то сомневается в том, что эти структуры и есть конденсаторы, то тут можно посмотреть более «профессиональное» фото (правда без масштабной метки).

Единственный момент, который меня смутил, что конденсаторы расположены в 2 ряда (левое нижнее фото), т.е. получается, что на 1 ячейку приходится 2 бита информации. Как уже было сказано выше, информация по мультибитовой записи имеется, но насколько эта технология применима и используется в современной промышленности – остаётся для меня под вопросом.

Конечно, кроме самих ячеек памяти внутри модуля есть ещё и какие-то вспомогательные структуры, о предназначении которых я могу только догадываться:

Другие структуры внутри чипа DRAM-памяти

Послесловие

К сожалению, большого количества видео на тему производства Flash и RAM найти не удалось, поэтому довольствоваться придётся лишь сборкой USB-Flash-накопителей:

P.S.: Ещё раз всех с наступающим Новым Годом чёрного водяного дракона!!!
Странно получается: статью про Flash хотел написать одной из первых, но судьба распорядилась иначе. Скрестив пальцы, будем надеяться, что последующие, как минимум 2, статьи (про биообъекты и дисплеи) увидят свет в начале 2012 года. А пока затравка — углеродный скотч:

Углеродный скотч, на котором были закреплены исследуемые образцы. Думаю, что и обычный скотч выглядит похожим образом

Вскрытие чипа Nvidia 8600M GT, более обстоятельная статья дана тут: Современные чипы – взгляд изнутри
Взгляд изнутри: CD и HDD
Взгляд изнутри: светодиодные лампочки
Взгляд изнутри: Светодиодная промышленность в России
Взгляд изнутри: Flash-память и RAM
Взгляд изнутри: мир вокруг нас
Взгляд изнутри: LCD и E-Ink дисплеи
Взгляд изнутри: матрицы цифровых камер
Взгляд изнутри: Plastic Logic
Взгляд изнутри: RFID и другие метки
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 1
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 3
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 4
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 1
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 2
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 3
Взгляд изнутри: IKEA LED наносит ответный удар
Взгляд изнутри: а так ли хороши Filament-лампы?

и 3DNews:
Микровзгляд: сравнение дисплеев современных смартфонов

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»

Yandex.Money 41001234893231
WebMoney (R296920395341 или Z333281944680)

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

Макет первого транзистора Бардина и Браттейна

Всё изменилось в 1948 году. Американские физики Уолтер Браттейн и Джон Бардин (единственный человек, дважды получивший Нобелевку по физике) представили миру совершенно новый электронный прибор, предназначенный для усиления тока. Это был прообраз транзистора, которому предстояло задать вектор технологического развития нашей цивилизации по крайней мере на столетие. В 1954 году, всего через 6 лет после появления экспериментального образца, в мире уже был произведён целый миллион транзисторов!

Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн в стенах Bell Labs, 1948

В 1956 году все трое были удостоены Нобелевской премии по физике за изобретение транзистора. Позднее Шокли получил скандальную известность — из-за своего авторитаризма, расистских взглядов и приверженности евгенике он был фактически изгнан из научного сообщества.

Первыми массовыми пользователями новой технологии стали автоматизированные телефонные станции, но с каждым месяцем областей применения транзисторов становилось всё больше. Особенно новые приборы приглянулись военным: ничтожное энергопотребление (нет нити накала, которую надо держать раскалённой), надёжность (нет хрупкого стеклянного баллона и многочисленных контактных соединений внутри) и долговечность (в принципе, в транзисторе нет ничего изнашивающегося). Ну и конечно, без транзисторов была бы невозможна космонавтика, в которой вопросам компактности и надёжности оборудования всегда уделялось первостепенное внимание.

Отцы интегральной микросхемы

Джек Килби из Texas Instruments решил первую проблему микроэлектроники — ­интеграцию компонентов, создав прототипы и доведя до серийного выпуска интегральные схемы. Так он заложил основы будущей революции в отрасли.

Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor предложил способ электрического соединения компонентов интегральных схем и надёжный способ их изоляции, решив тем самым две другие фундаментальные задачи микроэлектроники.

За считаные годы инженеры и учёные разработали много разных транзисторов. Первым массовым стал транзистор с выращенными переходами, для производства которого пришлось разработать технологии получения сверхчистых кристаллов (зонные очистка и выравнивание, диффузионные технологии и т. д.).

Абстрактные физика твёрдого тела и квантовая механика нашли воплощение в полевых транзисторах со структурой «металл-оксид-полупроводник» (МОП) и «металл-диэлектрик-полупроводник» (МДП). Учёные также обнаружили, что кроме германия и кремния в качестве полупроводников могут выступать интерметаллические соединения, например арсенид галлия.

Транзистор оказался весьма удобным логическим элементом, как будто специально созданным для решения двоичных задач. Схемотехникам было достаточно просто заставить транзистор работать не в режиме плавного усиления слабых токов, а в режиме «ключа», ­когда он либо закрыт, либо ­открыт (фактически готовые «0» и «1»). Поэтому для устройств автоматики и вычислительной техники транзисторы стали (и остаются) естественным элементным фундаментом.

В ряду титанов полупроводниковой индустрии следует упомянуть Джека Килби, инженера компании Texas Instruments, и Роберта Нойса, одного из основателей Intel. Они предложили революционную концепцию — интег­ральную схему, ставшую основой современной электронной схемотехники. От германиевой 5‑компонентной планки длиной 1 см до многоядерных процессоров с миллиардами (!) элементов — вот путь, который прошла микроэлектроника за неполные 60 лет.

Как работает USB-накопитель?

обеспечивают пользователям огромное удовлетворение и доступность благодаря большой емкости хранения, низкой стоимости и небольшому размеру. USB-накопители играют важную роль в нашем обществе и имеют приоритет перед другими средствами передачи данных. Если раньше компьютеры имели дисководы для гибких дисков, а также USB-порты, большинство современных компьютеров теперь имеют только USB-порты, что полностью исключает использование дискет.

- это в основном небольшие внешние жесткие диски, для работы которых не требуется внешний источник питания, потому что они получают питание от компьютера, к которому они подключены. Поскольку они в основном представляют собой просто тип жесткого диска, они выглядят именно так. экран. Они представляют собой простой и недорогой способ передачи данных с одного компьютера и последующего доступа к ним на другом компьютере.

Как использовать USB-накопитель

Чтобы использовать USB-накопитель, просто вставьте его в розетку, и компьютер будет подключен к источнику питания и данных. После подключения к компьютеру вы должны увидеть диалоговое окно с предложением просмотреть файлы на флеш-накопителе. На компьютерах со старыми операционными системами вы можете получить предупреждение об установке нового оборудования в правом нижнем углу.

Чтобы перейти к флешке на вашем компьютере, откройте меню «Пуск» и нажмите «Компьютер». Это покажет вам список доступных жестких дисков. Обычно в компьютер встроены диски C: и D :. Если флеш-накопитель вставлен в порт USB, вы увидите, что доступен диск F: или G :.Дважды щелкните его, чтобы открыть и перенести в него файлы.

Откройте папку на вашем компьютере, содержащую файлы, которые вы хотите перенести на флэш-накопитель. Либо перетащите их, либо скопируйте и вставьте из папки компьютера на флешку. После завершения передачи вы можете закрыть папки.

Важно пока не отключать флешку. Как было сказано выше, флешка получает питание от компьютера. Если просто вытащить флешку, то рискуешь ее поджарить.Поэтому щелкните правой кнопкой мыши на флешке и выберите «извлечь» или «безопасно удалить оборудование». Это отключит от него питание. Как только появится сообщение «Вы можете безопасно удалить оборудование», извлеките диск.

Чтобы лучше объяснить, как на самом деле работают флэш-накопители USB, в этой статье также будут рассмотрены отдельные компоненты, из которых состоят флэш-накопители USB, а также преимущества и недостатки такой технологии.

Флэш-память
Флэш-память относится к типу компьютерной техники, которая хранит данные, не требует постоянного электричества и может быть электрически стерта и перепрограммирована.Флэш-память используется во многих различных устройствах, включая карты памяти, КПК, портативные компьютеры, MP3-плееры, цифровые камеры, мобильные телефоны, игровые консоли и, что наиболее важно, USB-накопители. Флэш-память быстро и легко доступна, а также устойчива к падению. Флэш-память - самый важный компонент USB-накопителя.

Интерфейс USB
Интерфейс USB на флэш-накопителе USB - это то, что позволяет подключить устройство к компьютеру. Интерфейс USB подключается к порту USB, который встроен в «башню» рассматриваемого компьютера и может быть легко удален, не повредив устройство.Как признак растущей популярности USB-накопителей, как настольные, так и портативные компьютеры имеют многочисленные USB-порты, встроенные в оборудование. Настоящий металлический проводник, из которого состоит интерфейс USB, обычно прикрепляется к скользящей планке, благодаря которой флэш-накопитель USB лучше помещается в вашем кармане, но не все модели имеют эту функцию.

MOSFET
MOSFET, или полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, представляет собой небольшое устройство, которое способно как усиливать, так и переключать электронный сигнал.МОП-транзистор включает в себя металлический «затвор», который может создавать токопроводящий канал между двумя другими контактами при приложении к нему тока. МОП-транзисторы способны обрабатывать 2000 Вт электроэнергии и используются почти во всех аналоговых и цифровых схемах. Однако полевые МОП-транзисторы важны в USB-накопителях, поскольку они используют очень похожую технологию, называемую транзистором с плавающим затвором.

Транзистор с плавающим затвором
Транзистор с плавающим затвором очень похож на технологию MOSFET, но вместо одного затвора у него два.Верхние ворота называются контрольными воротами, а нижние - плавающими. Плавающий затвор полностью изолирован оксидным слоем. Каждая ячейка памяти USB-накопителя представляет собой транзистор с плавающим затвором. Когда электрон присоединяется к плавающему затвору, он захватывается оксидным слоем и вызывает разницу в напряжении управляющего затвора. Когда это измеряется в целом, каждая ячейка памяти составляет 1 или 0 в двоичном коде, в зависимости от того, хранит ли она электрон или нет.

Стирание данных
Стирание данных с USB-накопителя фактически связано с использованием квантовой механики. Используется процесс, известный как «квантовое туннелирование», в котором сильный противоположный заряд прикладывается к управляющему затвору в транзисторе с плавающим затвором, что заставляет электрон фактически туннелировать через оксидную изоляцию, возвращая ячейку памяти к «1» в двоичный код, означающий, что он пуст. USB-накопители используются для того, чтобы требовать, чтобы все устройство было стерто сразу, но технология теперь позволяет нам просто удалить то, что нам больше не нужно или не нужно, и сохранить остальное.

Преимущества
Главное преимущество USB-накопителей в том, что они очень малы и могут поместиться в кармане. Другой важной особенностью является то, что USB-накопители не содержат движущихся частей, в отличие от жестких дисков, что делает их очень прочными и долговечными. По мере совершенствования технологий за последние годы, USB-накопители постоянно увеличивают свою емкость хранения при одновременном снижении их цены. Флэш-накопители USB также не требуют установки какого-либо программного обеспечения для работы с компьютером, поскольку все компьютеры с портом USB уже запрограммированы на распознавание USB-накопителя.

Недостатки
USB-накопители намного превосходят другие средства передачи данных, но у них есть несколько недостатков. Во-первых, USB-накопители настолько малы, что их часто теряют или забывают. Кроме того, на USB-флеш-накопителях часто нет программного обеспечения защиты от записи, чтобы вирусы не заразили USB-накопитель. Однако даже эти незначительные проблемы встречались во многих последних моделях флэш-накопителей USB.

КАК РАБОТАЕТ Флэш-накопитель?

Чип флеш-памяти NAND является ядром флеш-накопителя. На нем хранится наша информация. Чтобы оценить его технологию, мы должны понять несколько концепций.

Память

С точки зрения непрофессионала, память - это объект, который позволяет нам «выборочно хранить или выборочно извлекать… биты информации» (Cressler 142). По сути, существует два основных типа из с электронной памяти (там же):

1. Память жесткого диска
2. Полупроводниковая память на базе транзисторов

Флешка относится ко второй категории памяти.Откуда нам это знать? По сути, жесткий диск содержит подвижные части. Вот почему жесткий диск нашего компьютера издает звуки, и мы чувствуем его движение, когда кладем руки на металлический корпус компьютера. Однако «транзисторы» работают электрически. Это означает, что нам не нужны движущиеся части, а флешки становятся более прочными и прочными. Подумайте об этом: вы можете уронить флешку, не беспокоясь о потере данных, по сравнению с падением ноутбука.

Есть также два электронных запоминающих устройства типа типа :

1. Неустойчивый (временный)
2. нелетучие (полупостоянные)

Энергозависимая память означает, что она временная.После отключения питания сохраненные данные исчезают. Энергонезависимость означает, что информация, сохраненная на микросхеме, не исчезнет, ​​если флеш-накопитель отключен от питания. (Подумайте о таких технологиях, как телевизор, которому для работы требуется постоянный источник питания. Если вы выключите источник питания, мы немедленно потеряем изображение и звук.)

По сути, флеш-память является транзисторной и энергонезависимой. Таким образом, флеш-накопитель не имеет движущихся частей, а информация, хранящаяся на микросхеме флеш-памяти NAND, остается полупостоянной (до тех пор, пока вы не удалите / не отредактируете файл).

Почему флэш-память NAND называется «NAND»?

Проще говоря, есть две формы флэш-памяти:

1. NOR Flash (расположены параллельно)
2. NAND Flash (расположены последовательно)

Флэш-память NAND получила свое название от способа организации ячеек памяти. Потому что ячейки памяти соединены последовательно. В результате NAND наименее гибок по сравнению с параллельным подключением флэш-памяти NOR. Несмотря на меньшую гибкость, NAND дешевле в производстве.Таким образом, в большинстве наших флеш-накопителей используется технология флэш-памяти NAND.

Ниже приведено изображение, на котором показано расположение флеш-памяти NAND на микросхеме:

Выглядит сложно, но обратите внимание на схему подключения. Как упоминалось выше, ячейки флэш-памяти NAND соединены последовательно. Для наших учебных целей достаточно знать, что ячейки флэш-памяти расположены последовательно. Более важная часть нашего понимания заключается в том, как функционирует ячейка флэш-памяти NAND.

Кредит: исходное изображение с http://en.wikipedia.org/wiki/File:Nand_flash_structure.svg

Чтобы понять, что происходит, когда мы сохраняем файл на флеш-накопитель, давайте увеличим масштаб ячейки флеш-памяти NAND на картинке ниже:

Кредит: Исходное изображение с http://en.wikipedia.org/wiki/File:Flash_cell_structure.svg

Кредит: Исходное изображение с http://en.wikipedia.org/wiki/File:Flash_cell_structure.svg

Вот еще одна перспектива ячейки флеш-памяти:

Кредит: Оригинальное изображение из http: // encyclopedia2.thefreedictionary.com/EEPROM

Чтобы оценить технологию флэш-памяти, мы должны понимать функцию двух транзисторов, известных как «управляющий затвор» и «плавающий затвор».

построена на поликремниевой структуре с плавающим затвором (MOSFET - Meta -ox-Semiconductor Field-Effect Transistor). MOSFET составляет основу многих устройств памяти, включая флэш-накопитель.

Floating Gate (где хранятся данные флэш-накопителя)

Плавающий гейт - это место, где записываются все наши данные.

Как следует из названия, плавает на над «кремниевой подложкой p-типа». Плавающий затвор изолирован от подложки тонким оксидным слоем толщиной около 10 нм. Эта изоляция необходима, чтобы позволить слою с плавающим затвором хранить заряды (или данные). (Хуршудов 231)

Контрольный шлюз

Управляющий вентиль, как следует из его названия, контролирует поток зарядов между «Источником» и «Стоком». Было бы полезно подумать о направлении - заряды текут из Источника в Сток (как следует из названия, «истощая» заряды).

Для упрощения, когда я говорю о «Зарядах» - думайте об этом как о «данных» наших программ / файлов / изображений и т.д., которые мы хотим сохранить на нашей флеш-памяти.

Плавающие ворота, как уже упоминалось, являются местом, где записываются все наши данные / сборы. Он покрыт непроводящим материалом (тонкий оксидный слой), который служит для защиты данных, хранящихся на нем.

Сохранение данных на флешку [запись]:

Когда мы хотим сохранить файл на нашем флеш-накопителе, на управляющий вентиль подается напряжение, которое затем отправляет электроны от источника, чтобы начать течь к стоку.В процессе прохождения электроны получают энергию для проникновения через оксидный слой и накапливаются в плавающем затворе. В результате плавающий затвор образует отрицательный заряд (то есть данные записываются на затвор)

Помните, плавающий затвор покрыт непроводящим материалом, верно? Это означает, что даже когда мы отключаем флешку, данные надежно сохраняются на плавающем затворе. Также помните, мы говорили о флеш-накопителе с энергонезависимой памятью (или полупостоянной памятью)? Да, поскольку плавающий затвор покрыт непроводящей памятью, он образует защитный кокон вокруг наших данных.В результате данные не будут потеряны даже при отключении питания!

Удаление данных с флешки [стирание]:

Если заряженный плавающий затвор содержит наши данные, то удаление данных на флэш-накопителе достигается путем удаления заряда с плавающего затвора . Технология флэш-памяти NAND достигает этого: путем подачи высокого напряжения на источник. Положительный заряд на источнике заставляет отрицательно заряженные электроны перемещаться от отрицательно заряженного плавающего затвора к источнику.В результате заряженный плавающий затвор, хранящий наши данные, теряет свой заряд (и данные). Таким образом, наши данные на флешке стираются / удаляются.

Преимущества технологии флэш-памяти NAND:

1. Огромные объемы данных могут храниться на плавающем затворе.
2. Данные, хранящиеся в плавающем затворе, могут храниться в течение лет (некоторые могут длиться десять лет) [энергонезависимо]
3. NAND flash можно стирать и перезаписывать до 1 000 000 циклов (что больше, чем нужно среднему пользователю) Почему это важно? Думайте о флеш-памяти как о листе бумаги.Когда вы что-то пишете на нем и хотите это стереть, вам нужно использовать ластик и удалить отметки. Это постоянное повторение записи и стирания в конечном итоге приводит к износу бумаги. Итак, когда у вас будет 1000000 циклов, вы можете быть уверены, что ваши данные в безопасности!

Данные, хранящиеся на флэш-накопителе USB, защищены даже без источника питания благодаря оксидному слою плавающего затвора, который действует как кокон безопасности. Когда мы сохраняем данные, мы отправляем возбужденные электроны / данные в плавающий затвор для записи.Когда мы удаляем данные, мы привлекаем электроны / данные от плавающего затвора.

Цитируемых работ

Кресслер, Дж. Д. Кремниевая Земля: Введение в микроэлектронику и революцию в нанотехнологиях. США: Издательство Кембриджского университета. 2009. Печать.

Хуршудов А. Основное руководство по хранению компьютерных данных . США: Prentice-Hall PT. 2001. Печать

Нравится:

Нравится Загрузка ...

Основы Windows: Работа с флэш-накопителями

Урок 11: Работа с флэш-накопителями

/ ru / windowsbasics / открытие-файлов-с-разными-приложениями / контент /

Что такое флешка?

Флэш-накопитель - это небольшой съемный жесткий диск , который подключается к USB-порту на вашем компьютере. Вы можете приобрести флэш-накопитель менее чем за 20 долларов практически в любом розничном магазине с отделом электроники и даже в некоторых продуктовых магазинах и аптеках.Флэш-накопители - это удобный способ перенести файлы с собой и открыть их на другом компьютере. Вы также можете использовать флэш-накопитель для резервного копирования важных документов и других файлов. В этом уроке мы покажем вам, как использовать флешку с вашим компьютером.