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.

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“.

Как устроена флешка

Что такое флешка? Это устройство для записи и хранения информации с интерфейсом USB, выполненное на модулях памяти типа flash. В этом крохотном корпусе умещаются интегральные схемы с миллионами элементов. Но как именно в эти схемы влезают гигабайты и гигабайты информации?

Эта статья была опубликована в журналеOYLA №5(33). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Компьютер «видит» мир как электрические импульсы. Нам проще представить этот поток в виде нулей и единиц — соответственно, есть заряд и его нет. Но как этот поток получается и как хранит информацию? Начнём с простого. Нужен элемент, который может сохранять хотя бы электрический заряд. Например, конденсатор. В электрической цепи он накапливает заряд, но как только вы замкнёте внешнюю цепь — разрядится. Теоретически конденсатор мог бы служить вместилищем информации, но только до первого считывания. Чтобы зафиксировать исходное состояние, устройство пришлось бы окружить целым электронным «лесом». Так что, несмотря на все свои замечательные свойства, обычный конденсатор для хранения данных не подходит.

Как работает конденсатор

Конденсатор (от лат. condensatio — накопление) — устройство для накопления заряда, состоящее из двух пластин проводников (обкладок), пространство между которыми заполнено диэлектриком. Прототипом современного конденсатора можно считать лейденскую банку, созданную в 1745 году Питером ван Мушенбруком, жителем голландского города Лейден.

Принцип работы: между металлическими обкладками находится небольшой толщины диэлектрик, благодаря чему конденсатор и накапливает заряд. Положительные и отрицательные заряды на обкладках удерживают друг друга, взаимодействуя через тонкий непроводящий слой.

Следующий кандидат — радиолампа. Но сперва давайте вспомним, что такое диод. Это электронное устройство, которое пропускает ток только в одном направлении. Улучшенной версией диода стал триод — лампа с тремя электродами (анодом, катодом и управляющей сеткой), которая обладает свойством диода и может регулировать ток, идущий через лампу.

Как работает радиолампа

Электровакуумный триод — электронная лампа, которая с помощью входного сигнала управляет током в цепи. При подаче напряжения катод в лампе накаливается и начинает светиться. Чтобы предотвратить его окисление, конструкцию помещают в вакуумный стеклянный баллон. Между катодом и анодом устанавливают управляющую сетку и, подавая напряжение на неё, регулируют поток электричества.

Принцип работы: при свечении катод испускает электроны, которые притягиваются анодом. Из-за этого ток течёт только в одном направлении (свойство диода). Между катодом и анодом имеется тонкая сетка, на которую подаётся напряжение (отрицательные электроны). Часть электронов на пути к аноду будет отталкиваться от сетки — регулируя напряжение на ней, можно контролировать поток электронов.

Электронные лампы чаще всего классифицируют по количеству активных электродов: диод, триод, тетрод и так далее

Не вдаваясь в технические подробности, отметим, что из триодов можно собрать электрическую схему, известную сегодня как триггер. Он-то и стал прообразом ячейки памяти благодаря свойству сохранять одно из нескольких возможных состояний сколь угодно долго.

Но радиолампа — вещь ненадёжная. Простой пример: представьте ЭВМ всего с одним мегабайтом памяти. Приставка «мега-» означает миллион, то есть один миллион байт. Учитывая, что 1 байт равен 8 битам, нам потребуется более 8 мил­лионов ячеек памяти. Только памяти, а ведь есть ещё и ЭВМ! Каждый триггер — это пара триодов, так что речь идёт о паре десятков миллионов ламп. Фактически это значит, что компьютер на базе радиоламп с памятью такого объёма неработоспособен.

Ламповый монстр ENIAC

На момент запуска в 1946 году суперкомпьютер ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) был самым сложным вычислительным устройством в мире. На его создание было потрачено более 200 000 человеко-часов, он состоял из 17 468 ламп, 7200 диодов и 70 000 резисторов. И весил при этом 27 тонн.

Система оказалась невероятно сложной и хрупкой, ведь выход из строя одной лампы или резистора мог остановить работу всего компьютера. Специалисты подсчитали, что отказ может про­изойти каждую секунду по 1,8 млрд причин.

Стремясь повысить надёжность машины, инженеры пошли на ряд ухищрений. Во-первых, чтобы уменьшить риск перегорания ламп, рабочее напряжение снизили с 6,3 до 5,7 В. Во‑вторых, лампы старались держать тёплыми, ведь, как известно, на их износ сильно влияют перепады температур. В-третьих, очень высокие требования предъявлялись к качеству радиодеталей. Благодаря всему этому ENIAC работал без поломок в среднем 20 ­часов, но этого хватало, чтобы выполнить месячный объём механических вычислений.

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

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.

По утверждениям фирм-производителей, устройства флеш-памяти допускают около 100 тысяч циклов стирания/записи (некоторые замахиваются аж на миллион). На первый взгляд этого более чем достаточно. Если в день проводить десяток-другой таких операций, одной флешки хватит почти на 30 лет. На деле всё куда хуже: интенсивность использования различных областей памяти неодинакова. Например, зона, в которой записана таблица размещения файлов (FAT — File Allocation Table), подвергается перезаписи гораздо чаще, чем другие области хранения данных.

Эти проблемы возникают из-за потока «горячих» электронов, что для изолирующей подложки транзистора является достаточно суровым испытанием. С одной стороны, повышается её температура, а в сильных электрических полях разрушается кристаллическая структура. С другой — электроны своим полем тоже способствуют «выбиванию» атомов из слоя диэлектрика. Вывод неутешителен: каждая операция перезаписи данных сокращает ресурс полевого транзистора.

Для борьбы с неравномерным износом ячеек инженеры применяют разные способы, самый популярный из них — плавающее резервирование некоторого объёма памяти, не распознаваемого операционной системой. Помечаются и выводятся из оборота ячейки, вышедшие из строя, подобно дефектным кластерам на жёстких дисках. Есть и другие ухищрения.

Устройства нового типа появились в 1984 году стараниями инженеров фирмы Toshiba. По одной из версий, старший инженер-исследователь в отчёте написал, что запись происходит in a flash (англ. — в мгновение ока). В 1988‑м к технологии flash приложил руку Intel, но и этот выстрел остался холостым, ибо не пришло ещё время…

Оно наступило в конце 1990‑х, когда на рынок широким фронтом вышли цифровые фотоаппараты, нуждавшиеся в компактных и ёмких устройствах хранения данных. Вслед за ними в роли активных потребителей flash-памяти выступили MP3‑плейеры, мобильные телефоны, наладонные компьютеры и прочие гаджеты — процесс приобрёл лавинообразный характер.

Центральное место во флеш-накопителях занимает двумерный массив из проводников: на пересечении строк и столбцов установлено по одному транзистору.

Когда говорят о высокотехнологичном производстве, то чаще всего имеют в виду что-то вроде фабрик Intel. И в самом деле, «выше» уже некуда — ни по затратам (средняя стоимость современного завода полного цикла — не менее 2 млрд долларов), ни по конечному продукту. Размеры элементов гигантских интегральных схем поражают воображение: так, ячейка кэш-памяти процессора в 100 раз меньше эритроцита, а транзистор чуть больше вируса гриппа!

Создание заготовки с модулями памяти — это техно­­логический процесс из трёх сотен шагов, включающих массу операций с использованием химических ­реактивов, газов и света (а также фундаментальной технологии — фотолитографии).

Заводов, специализирующихся на производстве флеш-памяти, немного (среди них — фабрики в Юте и Сингапуре, принадлежащие консорциуму Intel/Micron, корейские Hynix и Samsung, американо-японский SanDisk/Toshiba). Но производительность их так велика, что дефицита многочисленных инкарнаций флеш-памяти опасаться не надо. Люди, несмотря на кризисы и санкции, не перестанут фотографировать, снимать видео и слушать музыку (и уж точно не выбросят смартфоны). Это значит, что век флешек продолжается. А ведь мы ничего не сказали о твердотельных дисках!

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 находится 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.

Принцип работы и устройство флеш-памяти

В этой статье мы с Вами поговорим о том, что положено в основу создания и по какому принципу работает устройство флэш-памяти (не путайте с USB флэш-накопителями и картами памяти). Кроме этого, вы узнаете о ее преимуществах и недостатках перед другими типами ПЗУ (постоянно запоминающими устройствами) и познакомитесь с ассортиментом самых распространенных накопителей, которые содержат в себе флэш-память.

Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи к сожалению ограничено.

Флэш-память (flash memory) — относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, не высокой стоимости, большому объему, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флэш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации.

У флэш-памяти перед другими накопителями (жесткие диски и оптические накопители) типа ПЗУ есть как свои преимущества, так и свои недостатки, с которыми вы можете познакомиться из таблицы расположенной ниже.

• Флэш-память с MLC (Multi-level cell — многоуровневые ячейки памяти)ячейки более емкие и дешевые, но они с большим временем доступа и меньшим количеством циклов записи/стирания (около 10000).
• Флэш-память, которая содержит в себе SLC (Single-level cell — одноуровневые ячейки памяти) ячейки имеет максимальное количество циклов записи/стирания(100000) и обладают меньшим временем доступа.

Изменение заряда (запись/стирание) выполняется приложением между затвором и истоком большого потенциала, чтобы напряженность электрического поля в тонком диэлектрике между каналом транзистора и карманом оказалась достаточна для возникновения туннельного эффекта. Для усиления эффекта тунеллирования электронов в карман при записи применяется небольшое ускорение электронов путем пропускания тока через канал полевого транзистора.

Принцип работы флеш-памяти основан на изменении и регистрации электрического заряда в изолированной области («карман») полупроводниковой структуры.

Чтение выполняется полевым транзистором, для которого карман выполняет роль затвора. Потенциал плавающего затвора изменяет пороговые характеристики транзистора, что и регистрируется цепями чтения. Эта конструкция снабжается элементами, которые позволяют ей работать в большом массиве таких же ячеек.

Теперь рассмотрим более подробно ячейки памяти с одним и двумя транзисторами…

Ячейка памяти с одним транзистором.

Если на управляющий затвор подать положительное напряжения (инициализация ячейки памяти) то он будет находиться в открытом состоянии, что будет соответствовать логическому нулю.

А если на плавающий затвор поместить избыточный отрицательный заряд (электрон) и подать положительное напряжение на управляющий затвор ,то он компенсирует создаваемое управляющим затвором электрическое поле и не даст образовываться каналу проводимости, а значит транзистор будет находиться в закрытом состоянии.

Вот так, наличие или отсутствие заряда на плавающем затворе точно определяет состояние открыт или закрыт транзистор, когда подается одно и тоже положительное напряжения на управляющий затвор. Если мы будем рассматривать подачу напряжения на управляющий затвор, как инициализацию ячейки памяти, то по тому, какое напряжение между истоком и стоком можно судить о наличии или отсутствии заряда на плавающем затворе.

Таким образом получается своеобразная элементарная ячейка памяти, способная сохранять один информационный бит. Ко всему этому очень важно, чтобы заряд на плавающем затворе (если он там имеется) мог сохраняться там долго, как при инициализации ячейки памяти, так и при отсутствии напряжения на управляющем затворе. Только в этом случае ячейка памяти будет энергонезависимой.

Так каким же образом в случае необходимости на плавающий затвор помещать заряд (записывать содержимое ячейки памяти) и удалять его оттуда (стирать содержимое ячейки памяти) когда это необходимо.

Поместить заряд на плавающий затвор (процесс записи) можно методом инжекции горячих электронов (CHE-Channel Hot Electrons) или методом туннелирования Фаулера-Нордхейма.

Если используется метод инжекции горячих электронов, то на сток и управляющий затвор подается высокое напряжение, что придаст электронам в канале энергии, достаточной чтобы преодолеть потенциальный барьер, который создается тонким слоем диэлектрика, и направить (туннелировать) в область плавающего затвора (во время чтения на управляющий затвор подается меньшее напряжение и эффект туннелирования не происходит).

Чтобы удалить заряд с плавающего затвора (выполнить стирания ячейки памяти) на управляющий затвор подается высокое отрицательное напряжение (около 9 В), а на область истока подается положительное напряжение. Это приводит к тому, что электроны туннелируют из области плавающего затвора в область истока. Таким образом происходит квантовое туннелирование Фаулера — Нордхейма (Fowler — Nordheim).

Наверно вы уже поняли, что транзистор с плавающим затвором это элементарная ячейка флэш-памяти. Но ячейки с одним транзистором имеют некоторые недостатки, основным из которых является плохая масштабируемость.

Так как при создании массива памяти, каждая ячейка памяти (то есть транзистор) подключается к двум перпендикулярным шинам. Управляющие затворы подключаются к шине, которую называют линией слов (Word Line), а стоки соединяют с шиной, ее называют битовой линией (Bit Line). В следствии чего в схеме находится высокое напряжение и при записи методом инжекции горячих электронов все линии — слов, битов и истоков нужно разместить на большом расстоянии друг от друга. Это даст нужный уровень изоляции, но отразится на ограничении объема флэш-памяти.

Еще одним недостатком такой ячейки памяти является присутствие эффекта избыточного удаления заряда с плавающего затвора, а он не может компенсироваться процессом записи. В следствии этого на плавающем затворе образуется положительный заряд, что делает неизменным состояние транзистора и он всегда остается открытым.

Ячейка памяти с двумя транзисторами.

Двухтранзисторная ячейка памяти, это модифицированная однотранзисторная ячейка, в которой находится обычный КМОП-транзистор и транзистор с плавающим затвором. В этой структуре обычный транзистор выполняет роль изолятора транзистора с плавающим затвором от битовой линии.

Имеет ли преимущества двухтранзисторная ячейка памяти? Да, ведь с ее помощью можно создавать более компактные и хорошо масштабируемые микросхемы памяти, потому что здесь транзистор с плавающим затвором изолируется от битовой линии. Ко всему прочему, в отличии от однотранзисторной ячейки памяти, где информация записывается методом инжекции горячих электронов, в двухтранзисторной ячейки памяти для записи и стирания информации используется метод квантового туннелирования Фаулера — Нордхейма. Такой подход дает возможность снизить напряжение, которое необходимо для операции записи. Забегая наперед скажу, что двухтранзисторные ячейки применяются в памяти со структурой NAND.

Устройство флэш-памяти с архитектурой NOR.

Тип этой памяти является источником и неким толчком в развитии всей EEPROM. Ее архитектура была разработана компанией Intel в далеком 1988 году. Как было написано ранее, чтобы получить доступ к содержимому ячейки памяти (инициализировать ячейку), нужно подать напряжение на управляющий затвор.

Поэтому разработчики компании все управляющие затворы подсоединили к линии управления, которая называется линией слов (Word Line). Анализ информации ячейки памяти выполняется по уровню сигнала на стоке транзистора. Поэтому разработчики все стоки транзисторов подсоединили к линии, которая называется линией битов (Bit Line).

Архитектура NOR получила название благодаря логической операции ИЛИ — НЕ (в переводе с английского NOR). Принцип логической операции NOR заключается в том, что она над несколькими операндами (данные, аргумент операции…) дает единичное значение, когда все операнды равны нулю, и нулевое значение во всех остальных операциях.

В нашем случае под операндами подразумевается значение ячеек памяти, а значит в данной архитектуре единичное значение на битовой линии будет наблюдается только в том случае , когда значение всех ячеек, которые подключены к битовой линии, будут равны нулю (все транзисторы закрыты).

В этой архитектуре хорошо организован произвольный доступ к памяти, но процесс записи и стирания данных выполняется относительно медленно. В процессе записи и стирания применяется метод инжекции горячих электронов. Ко всему прочему микросхема флеш-памяти с архитектурой NOR и размер ее ячейки получается большим, поэтому эта память плохо масштабируется.

Флеш-память с архитектурой NOR как правило используют в устройствах для хранения программного кода. Это могут быть телефоны, КПК, BIOS системных плат…

Устройство флэш-памяти с архитектурой NAND.

Данный тип памяти был разработан компанией Toshiba. Эти микросхемы благодаря своей архитектуре применяют в маленьких накопителях , которые получили имя NAND (логическая операция И-НЕ). При выполнении операция NAND дает значение нуль только, когда все операнды равны нулю, и единичное значение во всех других случаях.

Как было написано ранее, нулевое значение это открытое состояние транзистора. В следствии этого в архитектуре NAND подразумевается, что битовая линия имеет нулевое значение в том случае, когда все подключенные к ней транзисторы открыты, и значение один, когда хотя бы один из транзисторов закрыт. Такую архитектуру можно построить, если подсоединить транзисторы с битовой линией не по одному (так построено в архитектуре NOR) , а последовательными сериями (столбец из последовательно включенных ячеек).

Данная архитектура по сравнению с NOR хорошо масштабируется потому, что разрешает компактно разместить транзисторы на схеме. Кроме этого архитектура NAND производит запись путем туннелирования Фаулера — Нордхейма, а это разрешает реализовать быструю запись нежели в структуре NOR. Чтобы увеличить скорость чтения, в микросхемы NAND встраивают внутренний кэш.

Как и кластеры жесткого диска так и ячейки NAND группируются в небольшие блоки. По этой причине при последовательном чтении или записи преимущество в скорости будет у NAND. Но с другой стороны NAND сильно проигрывает в операции с произвольным доступом и не имеет возможности работать на прямую с байтами информации. В ситуации когда нужно изменить всего несколько бит, система вынуждена переписывать весь блок, а это если учитывать ограниченное число циклов записи, ведет к большому износу ячеек памяти.

В последнее время ходят слухи о том, что компания Unity Semiconductor разрабатывает флэш-память нового поколения, которая будет построена на технологии CMOx. Предполагается, что новая память придет на смену флеш-памяти типа NAND и преодолеет ее ограничения, которые в памяти NAND обусловлены архитектурой транзисторных структур. К преимуществам CMOx относят более высокую плотность и скорость записи, а также более привлекательную стоимость. В числе областей применения новой памяти значатся SSD и мобильные устройства. Ну, что же правда это или нет покажет время.

Чтобы более детально донести до Вас всю необходимую информацию я разместил видео ролик по теме.

P.S. Объяснить простым языком технический материал людям которые не представляют как построена архитектура компьютера… очень сложно, но я надеюсь у меня это получилось. Для полной и достоверной информации в этой статье я частично использовал учебную литературу. Надеюсь эта статья была для вас полезной и познавательной. Пока!

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

Восстановление флешки Transcend: пошаговая инструкция

Сегодня невозможно представить себе более удобного инструмента для оперативного сохранения информации, нежели флешка. В силу многих причин, главной из которых все так же является техническое несовершенство Flash-накопителей, удобное во всех отношениях запоминающее устройство в виде брелока все же может выйти из строя. Восстановление флешки Transcend и станет темой нашего повествования. Впрочем, приведенный ниже алгоритм электронной «реинкарнации» действенен и для миниатюрных «хранилищ» других брендов.

Введение: интересная теория

Прежде чем проводить восстановление флешки Transcend, необходимо понимать, с чем вообще нам придется иметь дело. Знание технической части устройства невероятным образом облегчит общий процесс поиска и устранения неисправности. Однако углубляться в технические тонкости и забивать голову различными технологическими терминами мы не будем. Нам нужно лишь понять главное — из чего состоит миниатюрный накопитель.

Как устроена флешка: взгляд изнутри

• Как правило, больше всего места на плате занимает микросхема NAND FLASH. В зависимости от технологичности готового изделия и его способности к запоминанию (номинальный объем хранимых данных), конкретный Flash Drive может иметь один или несколько таких элементов. Если вы будете производить восстановление флешки Transcend 16 gb, знайте, скорее всего, таких микросхем NAND там две. Стоит отметить, что выделяют три основных типа оговариваемой памяти: SLC, MLC и TLC.
• Вторая деталь по значимости — это контроллер. У разных производителей такой компонент может отличаться от себе подобных как по типовым, так и по программным признакам. Эта микросхема выполняет несколько функций: преобразует напряжение питания, управляет светодиодным индикатором (если таковой имеется) и осуществляет процесс обмена информацией с хостом компьютера. Также контроллер содержит специальную область памяти, в которой находится прошивка, — это микропрограмма, при помощи которой и происходит общее взаимодействие со всеми внутренними компонентами Flash-носителя.
• Еще на плате присутствуют SMD-элементы и кварцевый резонатор.

Через некоторое время вы поймете, насколько облегчит вам восстановление флешки Transcend вышеизложенная информация.

Определяем причину неисправности

Как показывает практика, основным источником, вызывающим неработоспособность Flash-Drive-устройства, является банальный программный сбой, основными «симптомами» которого являются:

• Запоминающее устройство совсем не видится компьютером при вставке в USB-разъем, но реагирует на внедрение звуковым сигналом.
• Операционная система определяет лишь часть дискового пространства съемного носителя.
• Флешка распознается компьютерной ОС, но не «желает» с ней работать.

Даже в том случае, если вы не нарушали эксплуатационных правил, а некоторые из нас (пользователей) неосознанно злоупотребляют способом «на скоку» извлекать флешку из ПК, все же нередки случаи, когда миниатюрное устройство памяти частично либо полностью выходит из строя по не зависящим от нас с вами причинам. И все же было бы несколько опрометчиво с нашей стороны сбрасывать со счетов вероятность механического повреждения, но об этом несколько позже…

Шаг первый: всесторонний анализ действиями

Не спешите искать утилиты для восстановления флешек Transcend. Возможно, ваш компьютер неисправен либо причина неработоспособности съемного носителя кроется в одном из «капризов» ПК:

• Проверьте, работает ли «проблематичный» накопитель на другом компьютере.
• Отключите все периферийные устройства от вашего ПК.
• Подключите Flash Drive к одному из главных системных USB-разъемов (задняя часть блока).
• Зайдите в системный журнал событий и убедитесь, что конфликтов с драйверами за последнее время не было. В противном случае «слетевшее» ПО следует переустановить.
• Очистите систему от следов ранее подключенных Flash-устройств (утилита USBOblivion вам в помощь).

Если вышеуказанное не помогло, и носитель все же «не желает» полноценно работать, переходите к следующей части статьи.

Шаг второй: проверяем физическую целостность Flash-Drive-девайса

Аппаратное восстановление флешки Transcend — это не всегда сложный процесс (в плане его реализации):

• Осмотрите «нерабочую» флешку со всех сторон.
• Сколы, глубокие царапины должны вас насторожить.
• Загляните внутрь USB-разъема — возможно, один из контактов отогнулся либо и вовсе болтается, замыкая рядом расположенный коннектор.

В том случае, когда вы слышите, что внутри корпуса что-то отвалилось, либо визуальный осмотр требует более глубокого анализа, аккуратно демонтируйте корпусную оправу Flash-накопителя. Осмотрите целостность внутренней пайки, особенно в местах соприкосновения металлической части USB-разъема с основной электронной платой.

Шаг третий: диагностика устройства памяти и сбор данных о съемном накопителе

Корректное восстановление флешки Transcend 8gb (включая и другой номинал объема) возможно только тогда, когда пользователь знает точную информацию о своей модели.

• Какой тип памяти установлен на Flash-Drive-устройстве (его уникальный ID).
• Каким именно контроллером оснащен съемный носитель (его производитель, идентификатор модели и версия прошивки).

Узнать все эти данные можно, запустив на своем ПК утилиту ChipGenius, которую вы без труда сможете найти в сети, после чего останется лишь скачать нужный вам восстановитель и вернуть флешку к «цифровой жизни».

Шаг четвертый: непосредственный процесс восстановления Flash-Drive-устройства

В большинстве случаев помогает сервисная программа JetFlash Online Recovery. Скачайте ее последнюю версию и запустите у себя на компьютере. Кстати, в процессе использования данного софта необходимо постоянное интернет-подключение.

Итак, как только утилита для восстановления флешки Transcend будет запущена, а ваш неисправный съемный накопитель вставлен в USB-порт, нажмите правую крайнюю кнопку «Да» и подождите, пока программа произведет все «реанимационные» действия.

По окончании ремонтного процесса уберите накопитель из разъема и вновь подключите флешку.

С высокой долей вероятности ваш Flash-Drive снова станет работоспособным.

В заключение

Как видите, нет ничего невозможного! Все не так сложно, как вам, возможно, казалось раньше. Единственное, чего все-таки стоит остерегаться — это спешки и необдуманных действий. Не сомневайтесь в собственных силах, будьте уверены — и у вас все получится!