Что внутри флешки usb
Устройство и принцип работы флеш-накопителя
На сегодняшний день флешки являются самыми популярными внешними носителями данных. В отличие от оптических и магнитных дисков (CD/DVD и винчестеры соответственно), флеш-накопители более компактны и устойчивы к механическим повреждениям. А за счет чего были достигнуты компактность и устойчивость? Давайте же разберемся!
Из чего состоит и как работает флешка
Первое, что следует отметить — внутри flash-накопителя нет движущихся механических частей, которые могут пострадать от падений или сотрясений. Это достигается за счет конструкции — без защитного корпуса флешка представляет собой печатную плату, к которой припаян USB-разъем. Давайте рассмотрим её составляющие.
Основные компоненты
Составные части большинства флешек можно разделить на основные и дополнительные.
К основным относятся:
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.
Уникальные компоненты
К таковым можно отнести, например, наличие разъемов Lightning, microUSB или Type-C: флешки с наличием таковых предназначены для использования в том числе на смартфонах и планшетах.
Существуют и накопители с максимальной защитой записанных данных — в них встроена клавиатура для ввода цифрового пароля. 
По сути, это более продвинутый вариант упомянутого выше переключателя защиты от перезаписи.
Достоинства флешек:
Недостатки флешек:
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.
Помимо этой статьи, на сайте еще 12551 инструкций.
Добавьте сайт Lumpics.ru в закладки (CTRL+D) и мы точно еще пригодимся вам.
Отблагодарите автора, поделитесь статьей в социальных сетях.
Оказывается, флешки нужно заряжать. Это не шутка
Вы заряжаете свои флешки? Конечно нет, что за глупость. Это же шутка для далёких от электроники людей.
Я тоже не заряжал, пока один очень умный человек, занимающий серьезный пост на заводе, производящем электронные компоненты, не показал пару интересных статей. Заодно напомнил, что память работает по тем же принципам, что и любые другие проводники.
Смешно. Но совсем не долго: теория подсказывает, что без подзарядки данные на флеш-накопителях должны портиться. А практика это подтверждает.
Как же так? Что делать? Заряжать флешки – вопреки удивлению гуманитариев.
Вспоминаем: как хранится информация и типы накопителей
Как известно, хранение данных может производиться на 2 типах запоминающих устройств:
С первыми более-менее понятно даже начинающим гикам: принципы их работы отлично изложены в энциклопедиях.
Если совсем кратко: есть питание — данные на месте; нет питания — данные утеряны, поскольку все ячейки памяти, работающие по принципу транзистора, обнулены.
Энергонезависимые носители предполагают длительное хранение данных, основанное на самых разнообразных способах.
До недавнего времени наиболее надёжными считалась модульная память в виде разнообразных флешек, SSD-накопителей.
Считается, что ячейки такой памяти не подвержены старению, а единократно записанная на них информация не повреждена. Увы, это не так.
Магнитный HDD может через пару лет уйти в отказ из-за размагниченных блоков, оптические диски подвержены старению отражающего слоя, магнитная лента становится хрупкой и размагничивается.
А если записать на флешку данные и положить в шкаф, все будет в порядке.
Длительно хранящиеся без питания твердотельные накопители способны не только терять данные, но и портиться целиком. Причем, чем теплее, тем быстрее идёт процесс. И вот почему.
SSD-диски и флеш-накопители не так просты, как кажется
Обычная USB-флешка, вне зависимости от формата и разъемов, которыми она оборудована, имеет определенную структуру.
Будь то microSD для фотоаппарата, крошечный Lightning-накопитель или современный стик с USB 3.0, внутри находится контроллер и NAND-flash память в виде отдельных микросхем.
1. Память этого типа разделена на блоки по несколько мегабайт.
2. Блок, в свою очередь, состоит из страниц в десятки килобайт каждый.
3. Перед каждой записью данных блок постранично стирается (перезаписывается определенным значением).
4. Внутри блока каждая страница должна записываться строго в порядке возрастания номера.
5. Каждая страница может быть записана целиком, но только единожды до следующего стирания.
Так задача записи данных на флешку для разработчиков превращается в головоломку. Не самую увлекательную.
Принципиальная схема работы памяти на всех уровнях. Контроллер реализует тот самый FTL
Чтобы записывать данные быстро и без проблем для пользователя, контроллер USB-флешки превратился в полноценный процессор, который
1) строит таблицу адресов (аналогичную используемой в жестких дисках),
2) собирает мусор, размечая его для последующего стирания,
3) оптимизирует износ памяти, записывая данные максимально равномерно по всем блокам,
4) отслеживает «битые» блоки, «забывая» их номера в таблице адресов или подменяя их более «живыми».
Чтобы он выполнил эту рутинную работу, нужно питание. Но это — далеко не самая главная проблема и не отвечает на вопрос, почему флешки нужно заряжать.
Для того, чтобы разобраться, придётся копать ещё глубже.
Как устроена твердотельная флеш-память?
Причины утери данных лежат, как ни странно, в тех же физических законах, что отвечают за долговременное хранение данных на твердотельных накопителях.
Принцип хранения информации флеш-памяти использует стандартную схему хранения заряда в конденсаторе.
Смеха работы ячейки памяти
Реализовано это так, что каждый бит представляет собой ячейку-транзистор с плавающим затвором, в который инжектируется заряд.
Фактически, он является одной из обкладок конденсатора.
Современные флешки имеют очень большую плотность информации, поэтому их ячейки малы, а пограничный слой диэлектрика очень тонкий.
Чуть более подробное описание работы ячейки
Поэтому сохраняемый в них заряд легко преодолевает границы, что ведёт к большим токам утечки.
Чем выше температура, тем быстрее электроны и выше ток утечки. Соответственно, тем быстрее разряжается «ячейка-конденсатор», из-за чего информация теряется.
Ячейки при потере информации могут использоваться повторно, если записать на неё данные вновь. Однако только до истечения собственного ресурса и полной утери свободного заряда.
При этом серьезно теряется ресурс: процесс чем-то похож на полностью разряженный аккумулятор, который нужно перед использованием «толкнуть», зарядив повышенным током.
Контроллер спасает данные от потери. Но не всегда
Схема работы с ячейками с точки зрения контроллера
Контроллер хранит таблицу всех блоков flash-памяти в которой есть количество циклов перезаписи этого блока и когда была его последняя перезапись.
Если какой-то блок очень долго не обновляется в процессе обычной работы, то контроллер считает из него данные и переместит в другой блок, а этот пометит свободным для записи других данных.
Схема работы диска с точки зрения данных
Время операции и ожидания зависит от конкретного контроллера и от конкретной микросхем флэша — на усмотрение производителя.
Именно так выравнивается износ и предотвращается потеря пользовательских данных из-за утечки зарядов в ячейках.
В результате при адекватном контроллере и заложенных в нем алгоритмах вероятность потери данных из-за утечек заряда в ячейках флеш-памяти сведена к минимуму.
Но только в то время, когда диск в работе или хотя бы подключен к питанию.
Так куда пропадают данные?
Как только SSD-диск или флешка остаются на длительное время без питания, вероятность отказа начинает расти.
Дело в том, что переразметка и перезапись производится только во время простоя.
Больше того: чем старше и сильнее изношен диск, чем больше он прошел циклов записи, тем отказов больше.
Процесс не зависит от используемых модулей памяти, года выпуска и типа диска. Даже серверные отказоустойчивые накопители теряют данные.
Время жизни данных на изношенных дисках относительно температур – рабочей и хранения
Кстати, о них есть огромное аналитическое исследование, утверждающее, что при высокой температуре данные после выработки ресурса в некоторых случаях хранятся всего пару недель.
Скажете, статья старая? Вот только с тех пор модули памяти стали дешевле, проще, а плотность их ячеек — выше (можно почитать здесь). Поэтому процесс идёт ещё быстрее.
SSD-диски поддерживают команду TRIM, которая улучшает сохранность данных. Аналог есть у SD и microSD-карт памяти, в промышленных USB-накопителях.
Дешёвые флешки и устаревшие форматы карт памяти (например, CF) фишку не поддерживают, поэтому данные они стирают только при обращении к ячейке.
И часть блоков никогда не перезаписывается, «протухая».
Здесь показано схематичное уплотнение памяти. Сами понимаете, стенки толще не становятся
Известно, что SLC-память хранит данные несколько десятков лет, MLC — несколько лет без питания, TLC и вовсе около полугода, а многострадальные QLC может потерять все за пару недель.
По поводу выработки ресурса тоже есть неприятный момент: реальные цифры известны только производителю, а все тесты и замеры проводятся исключительно в рабочих режимах.
Поэтому ресурс может быть на порядок ниже предполагаемого.
Что нужно делать, чтобы флешки не теряли данные
Итак, что же нужно, чтобы данные с накопителей не пропадали? Ничего сложного: нужно оставлять их в USB без нагрузки.
Скопировали данные, поработали с флешки — оставьте её подключенной к включенному компьютеру хотя бы на полчаса.
Через некоторое время можно будет обратить внимание, что диск нагреется, а лампочки при наличии — загорятся, как во время работы.
Это и будет говорить о работе контроллера по переразметке данных. Хотя флагманские серии твердотельных дисков никак не выдают эти процессы.
Стоит учитывать, что работа проходит достаточно долго — ориентировочно, как при дефрагментации жестких дисков.
Поэтому короткие периоды подключения в простоя необходимо дополнять, оставляя диск подключенным на ночь, например.
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
Вам будет интересно: Как работает Wi-Fi роутер: описание, назначение и принцип действия
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.
Вам будет интересно: Буферная память: основные характеристики
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.
Вам будет интересно: Современные ПК: виды, характеристики и классификация
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.
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.