Старт в науке
Научный журнал для школьников ISSN 2542-0186
О журнале Выпуски Правила Олимпиады Учительская Поиск Личный портфель

ФЛЭШ-НАКОПИТЕЛИ С ИНТЕРФЕЙСОМ USB

Аксентьев А.Ю. 1
1 г. Тверь, Тверской лицей, 10 класс
Наумова А.И. (Тверь, учитель информатики высшей квалификационной категории, г. Тверь, Тверской лицей)
1. Jewel J80 – http://www.overclockers.ru/
2. USB–флэш–накопитель – https://ru.wikipedia.org.
3. Организация flash–памяти – http://www.support17.com.
4. Основные характеристики USB–флэш–накопителей – http://www.compbegin.ru.
5. Угринович Н.Д., Информатика и информационные технологии, учебник для 10–11 классов естественно-математического профиля. – Москва, 2007.

В настоящее время флэш–накопители с интерфейсом USB получили достаточно широкое применение. Технические характеристики и оптимальность формы позволили им занять лидирующие места среди переносных носителей информации, и практически заменить собой оптические диски и дискеты.

Цель данной работы заключается в том, чтобы обобщить и систематизировать знания по теме «Flash–накопители с интерфейсом USB» и получить новые сведения: более полно раскрыть понятие flash–накопителей, их характеристики, производители, структуру и, несомненно, места и способы использования.

понятие Flash – памяти

Flash–память – особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.

Энергонезависимая – не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи);

Перезаписываемая – допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных;

Полупроводниковая (твердотельная) – не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC–Chip).

Flash–память исторически происходит от ROM (Read Only Memory) памяти, и функционирует подобно RAM (Random Access Memory). Данные хранятся в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В отличие от DRAM, при отключении питания данные из flash–памяти не пропадают.

Надёжность/долговечность: информация, записанная на flash-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков).

организация Flash – памяти

Ячейки flash–памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах. В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью («плавающим» затвором – floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации.

Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический «0», а его отсутствие – как логическая «1». Современная flach–память обычно изготавливается по 0,13– и 0,18–микронному техпроцессу.

aks1.tif

Рис. 1. Ячейка флэш – памяти на полевом транзисторе

Что такое флэш – накопитель?

Флэш–накопителем называют запоминающее устройство с интерфейсом подключения USB, в котором для хранения информации используется энергонезависимая флэш–память. Основным назначением USB-накопителей является хранение, обмен и перенос данных. При этом флэш–диски, могут быть подключены не только к компьютеру, но и к различной бытовой технике, например, телевизорам, проигрывателям, имеющим разъемы USB.

история создания флэш – дисков

Самые первые USB–флеш-накопители появились в 2000 году. Их изобрели сотрудники израильской компании M–Systems Амир Баном, Дов Моран и Оран Огдан. В апреле 1999 года в США был зарегистрирован патент на данное изобретение, а в сентябре 2000 года был представлен и сам накопитель (DiskOnKey).

Одновременно с этим сингапурская компания Trek Technology представила свою разработку, повторяющую патент от M-Systems. Свое детище ThumbDrive объёмом 8 Мб они презентовали в феврале 2000 года на выставке CeBIT в Германии.

Схема флэш – накопителя

aks2.tif

Рис. 2. Схема флэш – накопителя: 1 – USB-разъём; 2 – микроконтролер; 3 – контрольные точки; 4 – микросхема флэш-памяти; 5 – кварцевый резонатор; 6 – светодиод; 7 – переключатель «защита от записи»; 8 – место для дополнительной микросхемы памяти

Микроконтролер

Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) – микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер. На рис. 3 микроконтролер европейской фирмы STMicrotltctronic.

aks3.tif

Рис. 3. Микроконтроллер

Микросхема флэш – памяти

На переднем плане видна микросхема NAND флэш–памяти, на заднем – её контроллер.

aks4.tif

Рис. 4. Микросхема NAND и контролер

Кварцевый резонатор

Кварцевый резонатор – прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонанса используются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы.

aks5.tif

Рис. 5. Кварцевый резонатор в кристаллодержателе

Светодиод

Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД; англ. Light–emitting diode, LED) – полупроводниковый прибор с электронно – дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Тип – активный элемент. Принцип работы – Электролюминесценция.

aks6.tif

Рис. 6. Элемент – Светодиод

Ключ (электротехника)

Ключ (переключатель, выключатель) – электрический коммутационный аппарат, служащий для замыкания и размыкания электрической цепи.

Принцип работы транзисторного ключа, включающего ток на нагрузку R2. S1 – логические элементы или микроконтроллеры.

aks7.tif

Рис. 7. Схема подключения

Объём флэш – накопителей

Объем является одной из основных характеристик любого накопителя данных, так как от него напрямую зависит, сколько информации сможет поместиться на носителе. Первые флэш–диски имели довольно скромные объемы, которые исчислялись десятками или сотнями мегабайт. Современные же флэш–диски в этом плане ушли далеко вперед своих предшественников и на сегодняшний день минимальным объемом USB–накопителя можно считать величину в 4 Гб или даже 8 Гб. Наиболее популярными объёмами на данный момент считаются 16, 32 и 64 Гб.

На сегодняшний день на рынке существуют флэш-накопители с объем 256 ГБ, и даже 512 Гб, которые, по сути, являются твердотельными накопителями (SSD), заключенными в компактный корпус.

Скорость обмена данными

Одним из важнейших параметров любого накопителя является скорость его обмена данными с тем устройством, к которому он подключен. В случае флэш–накопителями эта характеристика формируется из трех составляющих: скорости чтения, скорости записи и интерфейса подключения.

Для обмена или переноса файлов небольшого размера достаточно максимальной скорости чтения от 10 до 15 Мб/с, а скорости записи – от 3 до 8 Мб/с.

Флэш-накопитель, имеющий скорости чтения выше 20–25 Мб/с и записи более 10–15 Мб/c считаются универсальными.

Как правило, максимальные показатели скорости влияют на интерфейс подключения флэш–накопителя, который может быть двух видов – USB 2.0 и USB 3.0.

вспомогательные функции

В современных USB–накопителях могут быть интегрированы индикатор активности устройства, что даст возможность показывать период безопасного извлечения накопителя из USB–порта, электронные часы и даже фонарик. Здесь может присутствовать функция, обеспечивающая защиту от перезаписи данных и возможность аппаратного шифрования информации. Также можно встретить накопитель со встроенным сканером отпечатков пальцев или картридером.

aks8.tif

Рис. 8. Современный USB – накопитель

безопасность

Вследствие включенной по умолчанию OS Windows, флэш–накопители способствуют распространению вирусов при обмене информацией. Аппаратные решения этой проблемы: использование флэш–накопителей с определением отпечатка пальца, блокировка с помощью специального ПО, система защиты от записи, применение криптографического ПО (например. FreeOTFE).

дизайнерское оформление

Флэш–накопители по виду разъемов можно разделить на четыре группы:

1. Классические. Разъем закрывается колпачком. Хороший и надежный вариант. Единственное неудобство – возможность потери колпачка.

2. С выдвижным разъемом. Имеют один недостаток. Со временем механизм, фиксирующий разъем, разбалтывается, что значительно затрудняет установку флэшки в конечное устройство.

3. С поворотным механизмом. Достаточно надежный вариант, в дополнение придающий флэшке оригинальный вид.

4. С открытым разъемом. Практичный и надежный вариант. Главным недостатком здесь можно назвать возможность загрязнения разъема и попадание на него влаги.

Классические

С выдвижным разъёмом

aks9a.tif

aks9b.tif

С поворотным механизмом

С открытым разъёмом

aks9c.tif

aks9d.tif

Рис. 9. Разъёмы флэш-накопителей

корпус устройства

Корпуса этих устройств бывают пластикового, металлического и прорезиненного типа.

Пластиковые корпуса можно назвать самыми ненадежными.

Флэш–накопители с металлическими корпусами надежны.

Что же качается прорезиненных корпусов, то они противодействуют ударам, сотрясениям и препятствуют попаданию влаги внутрь этого технического устройства.

aks10.tif

Рис. 10. Новый флэш–накопитель Jewel J80

новый флэш-накопитель – Jewel j80

9 сентября 2014 года, Тайбей – Мировой лидер в разработке и производстве продуктов цифровой памяти, компания Silicon Power, представляет Jewel J80 – новый флеш–накопитель с интерфейсом передачи USB 3.0 и изысканным оригинальным внешним дизайном. Благодаря высокоскоростному порту передачи данных USB 3.0, Jewel J80 способен считывать и записывать информацию на огромных скоростях.

Заключение

Производители продолжают разрабатывать все новые форматы дисков. Самыми широко представленными на российском рынке являются фирмы TRANSCEND, KINGSTON, SANDISK и SILICON POWER. Не менее популярна продукция компаний A-DATA, CORSAIR, KINGMAX, VERBATIM, EMTEC, SMART BUY и некоторых других.

При выборе накопителей необходимо руководствоваться техническими характеристиками и внешними параметрами флэш–накопителя.


Библиографическая ссылка

Аксентьев А.Ю. ФЛЭШ-НАКОПИТЕЛИ С ИНТЕРФЕЙСОМ USB // Старт в науке. – 2016. – № 2. – С. 52-55;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id=39 (дата обращения: 18.11.2018).