Какие бывают флешки: виды, характеристики, объем памяти, назначение и фукнционал

Применение флешек

Любого пользователя, кто знает, что такое флешка, не удивит тот факт, что с появлением CD, DVD и Blu-ray-дисков утратили свою актуальность дискеты, хотя не до конца. Но несмотря на свой закат, они пока еще не ушли из обихода полностью, и по сей день каждый год продается несколько миллионов экземпляров. Согласно мнению большинства аналитиков эти носители информации будут использоваться на протяжении еще нескольких лет. По крайней мере, до той поры, пока стоимость флешек и дискет не сравняется.

USB-накопителям это не грозит! И дело не в том, что у каждого компьютера или любого другого подобного устройства имеется соответствующий разъем. Флешку можно использовать не только для переноса или хранения различных файлов, ее легко применять и для других целей. К примеру, с ее помощью можно установить операционную систему. О том, как это сделать, и пойдет речь.

Преимущества и недостатки

Сравнение размеров 3,5-дюймовой дискеты и USB-флеш-накопителя

Картридер имеет вид флешки и позволяет читать карты памяти различных форматов

Преимущества

• Малый вес, бесшумность работы и портативность.
• Универсальность: современные компьютеры, телевизоры, DVD- и медиа-проигрыватели имеют USB-порты.
• Низкое энергопотребление (благодаря отсутствию механических систем, в отличие от CD, DVD, BD и жёстких дисков)
• Работоспособность в широком диапазоне температур.
• Более устойчивы к механическим воздействиям (вибрации и ударам), а также к воздействию магнитных полей по сравнению с жёсткими дисками.
• Не подвержены воздействию царапин и пыли, которые были проблемой для оптических носителей и дискет.
• Способны сравнительно длительно хранить данные в автономном режиме (не требуя питания), от единиц до 10 лет. В худшем случае (дешевый накопитель с большим износом) хранение данных обеспечивается в течение 3—5 месяцев.

Недостатки

• Ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя. Чипы памяти, сделанные по технологии MLC (большинство), чаще всего выдерживают не более 5000 циклов перезаписи. Кроме этого ограничен ресурс USB-коннектора — около 1500 подключений
• Скорость записи и чтения ограничены пропускной способностью USB, что особенно сильно проявляется для USB 2.0 (не более 35 МБ/с)
• В отличие от компакт-дисков, имеют недостатки, свойственные любой электронике:
  • чувствительны к электростатическому разряду — обычное явление в быту, особенно зимой;
  • чувствительны к радиации.
• Несимметричность интерфейса при симметрично выглядящем разъёме, отчего подключить сразу получается не всегда. Недостаток многих разъёмов, проявившийся для USB вообще, а для флешек особенно — из-за частого подключения-отключения. Похожий недостаток у ключей, устранённый симметричной бородкой. Однако данная проблема в будущем будет устранена благодаря симметричному разъему USB Type-C.

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.

Самый емкостный… «Коллектор»

И последнее изобретение в среде флэш-накопителей. Погоня за флешкой максимального объема кажется бесконечной. Поэтому один производитель задумался: не изобрести ли такое устройство, которое поможет каждому пользователю стать владельцем хранителя информации подходящего для него индивидуального максимального объема? Так в общих словах можно описать концепт накопителя Collector.

Представим важное уточнение. «Коллектор» — это более не флеш-накопитель, а комплекс из карт microSD

Идея принадлежит дизайнеру из Кореи Fang-Chun Tsai. Он задался целью сделать объем флэш-накопителя максимальным. «Коллектор» — это своеобразная площадка, на которой имеются гнезда для трех карт microSD. Тех самых, что широко применяются для смартфонов и фототехники.

Соответственно, владелец «Коллектора» может купить несколько флэш-карт и в результате стать владельцем накопителя, совмещающего этот тройной объем. Карточки могут быть объемом и 2, и 32 и 200 Гб. Отсюда суммарная емкость: 6, 96, 600 Гб. Все на рассмотрение владельца, как и планировал создатель. Также не обязательно подбирать карточки, равные друг другу по объему. В одном «Коллекторе» можно сочетать устройства microSD емкостью и 2, и 32 и 200 Гб.

Самая большая флешка в мире

Sandisk, дочерняя компания американской Western Digital, специализирующаяся на разработке и производстве носителей информации на базе флеш-памяти, в рамках международной выставки потребительской электроники CES 2019 представила прототип флеш-накопителя рекордного объема в 4 ТБ. Устройство оборудовано разъемом стандарта USB Type-C.

На данный момент новинка не имеет названия. Сроки появления накопителя на рынке компания не называет, как и не раскрывает вероятную цену изделия. Нельзя исключать возможность того, что прототип и вовсе никогда не выйдет в серию.

Напомним, в начале 2018 г. Sandisk продемонстрировала прототип «самого маленького флеш-накопителя в мире» емкостью 1 ТБ с интерфейсом USB Type-C, который до сих пор не появился на прилавках магазинов электроники.

Прототип самого вместительного USB-накопителя в мире, представленный Sandisk

В 2017 г. Kingston, другой крупный американский игрок на рынке флеш-памяти, начал продажи устройств серии Datatraveler Ultimate GT объемом 1 ТБ и 2 ТБ, самых емких на тот момент накопителей в мире. Изделия оснащены интерфейсом USB 3.0, обладают заявленными производителем скоростью чтения 300 МБ/сек и скоростью записи – 200 МБ/сек. На старте продаж в США цена изделия составляла $925 и $1 625 за модели вместимостью 1 ТБ и 2 ТБ соответственно.

NAND

NAND Флеш память

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.

Широкий ассортимент

Современный рынок может предложить великое многообразие флэш-накопителей от самых разных производителей. При этом корпус носителей информации может быть изготовлен из разных материалов:

• пластика;
• резины;
• металла.

Металлические накопители стоят дороже, но в то же время, в отличие от пластиковых аналогов, отличаются высокой надежностью. Чтобы повредить корпус, нужно хорошо постараться.

Резиновые флешки могут прийтись по вкусу активным пользователям. Такие устройства отличаются высокими ударопрочными и водонепроницаемыми свойствами. Пластиковые накопители могут стать прекрасным подарком на какое-нибудь торжество – день рождения, Новый год и прочие приятные поводы.

1.6. Заводская маркировка плохих блоков

Единственное что более или менее стандартизовано, так это заводская маркировка плохих блоков.

• Плохие блоки маркируются на 0-й или 1-й странице для микросхем с размером страницы менее 4К.
• Для страниц 4К и более, маркировка может находиться на последней странице блока.
• Сам маркер плохих блоков располагается в запасной области страницы в 5-м байте для маленьких страниц (512 байт) и в 0-м байте для больших (2K).
• Маркер плохого блока может иметь значение 0x00 или 0xF0 для маленьких страниц и 0x00 для больших.
• Хорошие блоки всегда маркируются 0xFF.
• В любом случае значение отличное от 0xFF программатор воспринимает как маркер плохого блока.
• Как правило, в современных NAND плохой блок полностью заполнен значением 0x00.

Есть одна проблема: плохой блок можно стереть. Таким способом можно потерять информацию о плохих блоках микросхемы.

Однако, если микросхема уже работала в устройстве, далеко не всегда используется такая методика маркировки плохих блоков. Иногда даже информация о плохих блоках не хранится в памяти NAND. Но, чаще всего, если даже разработчик программного обеспечения устройства использует иную схему управления плохими блоками, заводскую разметку предпочитает не стирать.

Разъемы флешек

Флешки с одним и тем же интерфейсом могут иметь различные разъемы, отличающиеся размером и формой. Разъем флешки определяет к каким устройствам вы сможете ее подключать.

Существуют следующие разъемы флешек:

• USB Type-A (компьютеры, ноутбуки, плееры, телевизоры, магнитолы)
• Micro-USB (большинство смартфонов и планшетов)
• USB Type-C (современные смартфоны и планшеты)
• Lightning (устройства Apple – iPhone, iPad, MacBook)

Основная масса флешек имеет обычный разъем USB (Type-A).

Многим пользователям этого достаточно, так как позволяет подключать флешку к компьютерам и к большинству остальных устройств, где это может понадобиться. Но есть также флешки с дополнительным разъемом уменьшенного формата для подключения к различным мобильным устройствам.

Если у вас есть смартфон или планшет с разъемом Micro-USB и вы чувствуете необходимость в подключении к нему флешки (например, чтобы смотреть с нее фильмы в дороге), то удобно если флешка будет компактной и иметь соответствующий разъем.

Это удобнее, чем использование OTG-переходника, но оправдано в основном в том случае, когда нет возможности установить карту памяти.

Также с помощью такой флешки можно легко и быстро перебрасывать объемные файлы с одного смартфона или планшета на другой и обмениваться ими с другими людьми в любом месте.

Многие современные смартфоны и планшеты оснащаются разъемом USB Type-C.

В таком случае вам понадобится флешка с аналогичным разъемом, но для обмена файлами с устройствами оснащенными более распространенным разъемом Micro-USB придется использовать OTG-кабель, искать редкий переходник «Micro-USB to USB Type-C» или «Micro-USB to USB».

Гораздо более распространенным является переходник «USB Type-C to Micro-USB».

При выборе флешки для мобильных устройств ориентируйтесь на разъем устройства, к которому вы будете подключать флешку чаще всего, чтобы обойтись без переходника.

Если вы являетесь счастливым обладателем девайсов от Apple, таких как iPhone, iPad или MacBook, то вам не обойтись без флешки с разъемом Lightning.

Но стоят такие уже заметно дороже и вместо них можно использовать обычную флешку и переходник «Lightning to USB», который вам скорее всего все равно понадобится.

Есть переходники с Lightning на полноразмерный USB (Type-A), на Micro-USB, USB Type-С, разные совмещенные варианты и компактные решения.

Приобретайте флешку с несколькими разъемами только если вам это действительно нужно, так как они обычно более медленные и менее надежные, а в случае необходимости можно использовать переходник.

Что такое флеш накопитель?

Это запоминающее устройство, которое используется для хранения цифровой информации. Флеш накопитель – приспособление, в основе которого расположен модуль памяти и USB интерфейс, используемый для физического соединения к техникой. Предназначение такое же, как у устаревших дискет и оптических дисков. Однако в отличие от них флешки имеют меньшие размеры и быстрее работают. USB флеш-накопители поддерживаются всеми современными операционными системами.

Устройство флеш накопителей

Данные девайсы компактные и благодаря мобильности дают возможность подключения к разным устройствах с USB-разъемом. Для повышения внимания к своим товарам производители идут на разные уловки, одной из них является создание оригинального дизайна, однако при этом все модели имеют практически одинаковую «начинку». Usb flash состоит из следующих частей:

• штекер, обеспечивающий с помощью USB интерфейса соединение с компьютером;
• микроконтроллер с ОЗУ и ПЗУ;
• чипы NAND флеш-памяти;
• кварцевый генератор;
• корпус;
• светодиоды.

Принцип работы флеш накопителя

Флэш-память внутри содержит кристалл кремния с размещенными на нем полевыми транзисторами с изолированными затворами. Они могут удерживать заряд электронов. USB накопитель работает следующим образом:

• на затвор подается положительное напряжение;
• некоторая часть отклоняется, направляясь к плавающему затвору;
• часть электронов проводят слой изолятора и проникают в плавающий затвор;
• там они и сохраняются.

Флешка – характеристики

К самым важным параметрам данных устройств можно отнести:

1. Скорость записи информации. Показатель варьируется от 0,6 Мб/сек до 175 Мб/сек. Средний показатель 45 Мб/сек.
2. Скорость чтения информации. Показывает, насколько быстро данные будут перенесены с флешки в выбранное место. Диапазон колеблется от 0,8 Мб/сек до 225 Мб/сек. Стандартный показатель 35 Мб/сек.
3. Тип памяти. ЮСБ флеш накопитель может иметь следующие виды: MLC обеспечивает до 10 000 циклов, а SLC – до 100 000.

В завершение

Чтобы выбор флешки не обернулся головной болью, необходимо грамотно подойти к выбору устройства. Не стоит руководствоваться лишь громким именем какого-нибудь популярного бренда. Вне всякого сомнения, многие фирмы могут предложить качественную продукцию. Но доверия заслуживают лишь те производители, которые прошли проверку временем. В этом случае можно быть уверенным в том, что приобретенный накопитель прослужит долгое время.

Также стоит учесть, что через флешку можно заразить свой компьютер. А чтобы этого избежать, необходимо пользоваться лицензионным антивирусным программным обеспечением!

Технологическое масштабирование

Из-за своей высокорегулярной структуры и высокого спроса на большие объёмы техпроцесс при изготовлении флеш-памяти NAND уменьшается более быстро, чем для менее регулярной DRAM-памяти и почти нерегулярной логики (ASIC). Высокая конкуренция между несколькими ведущими производителями лишь ускоряет этот процесс. В варианте закона Мура для логических микросхем удвоение количества транзисторов на единицу площади происходит за три года, тогда как NAND-флеш показывала удвоение за два года. В 2012 году 19 нм техпроцесс был освоен совместным предприятием Toshiba и SanDisk. В ноябре 2012 года Samsung также начала производство по техпроцессу 19 нм (активно используя в маркетинговых материалах фразу «10нм-класс», обозначавшую какой-то процесс из диапазона 10—19 нм).

Уменьшение техпроцесса позволяло быстро наращивать объёмы чипов памяти NAND-флеш. В 2000 году флеш-память по технологии 180 нм имела объём данных в 512 Мбит на кристалл, в 2005 — 2 Гбит при 90 нм. Затем произошёл переход на MLC, и в 2008 чипы имели объём 8 Гбит (65 нм). На 2010 год около 35 %—25 % чипов имели размер 16 Гбит, 55 % — 32 Гбит. В 2012—2014 годах в новых продуктах широко использовались кристаллы объёмом 64 Гбит, и начиналось внедрение 128 Гбит модулей (10 % на начало 2014 года), изготовленных по техпроцессам 24—19 нм.

По мере уменьшения техпроцесса и его приближению к физическим пределам текущих технологий изготовления, в частности, фотолитографии, дальнейшее увеличение плотности данных может быть обеспечено переходом на большее количество бит в ячейке (например, переход с 2-битной MLC на 3-битную TLC), заменой FG-технологии ячеек на CTF технологию или переходом на трёхмерную компоновку ячеек на пластине (3D NAND, V-NAND; однако при этом увеличивается шаг техпроцесса). Например, приблизительно в 2011—2012 годах всеми производителями были внедрены воздушные промежутки между управляющими линиями, позволившие продолжить масштабирование далее 24—26 нм, а Samsung с 2013—2014 года начала массовый выпуск 24- и 32-слойной 3D NAND на базе CTF технологии, в том числе, в варианте с 3-х битными (TLC) ячейками. Проявляющееся с уменьшением техпроцесса уменьшение износостойкости (ресурса стираний), а также увеличение темпа битовых ошибок потребовало применение более сложных механизмов коррекции ошибок и снижения гарантированных объёмов записи и гарантийных сроков. Однако, несмотря на принимаемые меры, вероятно, что возможности дальнейшего масштабирования NAND-памяти будут экономически не оправданы или физически невозможны. Исследуется множество возможных замен технологии флеш-памяти, в частности, FeRAM, MRAM, PMC, PCM, ReRAM и т. п.

Обзор

Флеш память — это тип памяти, которая может на длительное время сохранять определенную информацию на своей плате, совсем не используя питания. В дополнение можно сказать, что флеш память предлагает высокую скорость доступа к информации (хотя она не столь высока как в DRAM ) и лучший сопротивление к кинетического шока, чем в винчестерах. Эти характеристики объясняют популярность флэш памяти для приборов, которые зависят от батареек. Другой приманкой флэш памяти является то, что когда она сжатые в сплошную «карту памяти», становится почти невозможно разрушить ее стандартными физическими методами, что позволяет выдерживать высокоедавление и кипящую воду.

Что такое флеш-память?

Так называют разновидность полупроводниковой технологии создания электрически перепрограммируемой памяти. В схемотехнике так называют законченное с технологической точки зрения решение построения постоянных запоминающих устройств.

В быту словосочетание «флеш-память» используется для обозначения широкого класса твердотельных приборов хранения информации, выполненных с применением этой же технологии. Важными преимуществами, что обусловили их широкое распространение, являются:

1. Компактность.
2. Дешевизна.
3. Механическая прочность.
4. Большой объем.
5. Скорость работы.
6. Низкое энергопотребление.

Благодаря этому всему флеш-память можно найти во многих цифровых портативных устройствах, а также в ряде носителей информации. Увы, есть и недостатки, такие как ограниченный срок технической эксплуатации носителя и чувствительность к электростатическим разрядам. А вот какая емкость у флеш-памяти? Вряд ли сможете угадать, но попробуйте. Максимальная емкость флеш-памяти может достигать огромных размеров: так, несмотря на малые размеры, носители данных на 128 Гб в свободной продаже сейчас мало кого смогут удивить. Недалеко уже тот момент, когда 1 Тб слабо будет интересовать.

Тестирование скорости устройства

Какие самые большие по объему флешки? Это продукция компании «Кингстон» — модели объемом в 1 и 2 терабайта. Давайте проверим скорость записи и чтения данных на этих устройствах. Для тестов рекомендуем использовать приложения:

• Crystal Disk Mark 5.2.0. Данная программа хороша тем, что будет тестировать работу флэш-накопителя сразу в четырех режимах: линейная запись/чтение, запись/чтение по 4К, линейная запись/чтение по 32 команды и, наконец, запись/чтение блоков по 4К с глубиной очереди в 32 команды.
• NTFS.
• exFAT.

Что же показывают результаты тестов? «Кингстон» остался честным с потребителями своей продукции/ Скорость записи и чтения информации не слишком отличается от заявленной изготовителями. Конечно, свое влияние оказывает конфигурация компьютера, характеристики материнской платы и прочее.

В последовательных операциях 2-терабайтная флешка даже обходит по скорости жесткий диск в несколько раз! На такое устройство вы со «скоростью света» запишите «тяжелые» фильмы, фотофайлы в RAW, музыку в lossless и другое.

За какое время можно полностью заполнить максимальный объем флешки «Кингстон»? Как говорят сами владельцы, понадобится всего 3,5 часа! Показатель зависит и от размера записываемых файлов. Как правило, большие документы помещаются на накопитель быстрее, чем папки с мелкими служебными файлами.

Срок хранения данных

Изоляция кармана неидеальна, заряд постепенно изменяется. Срок хранения заряда, заявляемый большинством производителей для бытовых изделий, не превышает 10—20 лет, хотя гарантия на носители даётся не более чем на 5 лет. При этом память MLC имеет меньшие сроки, чем SLC.

Специфические внешние условия, например, повышенные температуры или радиационное облучение (гамма-радиация и частицы высоких энергий), могут катастрофически сократить срок хранения данных.

У современных микросхем NAND при чтении возможно повреждение данных на соседних страницах в пределах блока. Осуществление большого числа (сотни тысяч и более) операций чтения без перезаписи может ускорить возникновение ошибки.

По данным Dell, длительность хранения данных на SSD, отключенных от питания, сильно зависит от количества прошедших циклов перезаписи (P/E) и от типа флеш-памяти и в худших случаях может составлять 3—6 месяцев.

1.2. Разновидности микросхем NAND FLASH

Первоначально NAND FLASH были только одного типа: обычные (RAW) NAND. И на сегодняшний день эти микросхемы составляют большинство микросхем типа NAND. Однако производители микросхем, быстро начали расширять возможности применения NAND. Это стало приводить к появлению новых разновидностей NAND. Наиболее распространенные на сегодня разновидности NAND и их основные отличия сведены в таблицу:

Примечание: * У некоторых видов микросхем внутренее исправление ошибок может быть отключено.

Основное отличие разных видов микросхем NAND сводится к различиям в трех факторах:

1. Физический интерфейс и система команд
2. Кто занимается генерацией кодов исправления ошибок: внешнее устройство (host) или сама микросхема
3. Кто должен управлять плохими блоками: внешнее устройство (host) или сама микросхема

В статье ниже описаны обычные микросхемы NAND или RAW NAND.

Микросхемы со встроенной генерацией кодов исправления ошибок (BENAND в терминологии Toshiba) отличаются от обычных NAND, только тем что сами исправляют некоторое количество одиночных ошибок, что несколько упрощает работу с ними: в большинстве случаев они могут быть считаны и записаны как обычная микросхема FLASH, однако если ошибок на странице окажется много весь блок содержащий страницу должен быть помечен как «плохой». Поэтому все что здесь написано о плохих блоках в полной мере относится и к ним.

О микросхемах c NAND с последовательным интерфейсом более подробно написано здесь.

О микросхемах eMMC NAND более подробно можно почитать в этой статье.

Мобильная помощь в лице Rufus

Для установки с флешки разных версий Windows может пригодиться утилита Rufus. Эту программу не нужно устанавливать на компьютер, она начинает работать сразу же после скачивания. Настроить с ее помощью загрузочный USB-накопитель не составит труда, для чего выполнить следующие действия:

Подключить флешку к компьютеру, а в поле утилиты «Устройство» она должна быть выбрана.
Обратить внимание, стоит ли ниже галочка «Создать загрузочный диск».
Можно при необходимости снять галочку с пункта «Быстрое форматирование», только в этом случае процесс займет некоторое время.
Нажать на значок дискеты и выбрать подготовленный образ операционной системы.
Нажать на кнопку «Старт».

Запустится форматирование, но перед этим программа уведомит о том, что все данные будут уничтожены. Нажать OK и ждать завершения создания загрузочного носителя.

Перечисленные способы, как установить с флешки операционную систему, легки в реализации. Однако USB-накопитель нуждается в правильном использовании. Тогда и Windows можно установить, и прочие файлы будут в сохранности.