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.

Основные составляющие компоненты флешки
К основным относятся:

  1. чипы NAND-памяти;
  2. контроллер;
  3. кварцевый резонатор.
  4. USB-разъем

NAND-память
Накопитель работает благодаря NAND-памяти: полупроводниковым микросхемам. Чипы такой памяти, во-первых, весьма компактны, а во-вторых — очень ёмкие: если на первых порах флешки по объему проигрывали привычным на тот момент оптическим дискам, то сейчас превышают по ёмкости даже диски Blu-Ray. Такая память, ко всему прочему, еще и энергонезависимая, то есть для хранения информации ей не требуется источник питания, в отличие от микросхем оперативной памяти, созданных по похожей технологии.
Чипы оперативной памяти
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.).
Микроонтроллер флешки на печатной плате
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.
Резонатора на печатной плате флешки
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.

Типы разъемов USB

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.
Световой индикатор у флешек
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.
Переключатель защиты от записи накопителя
При попытке записать или удалить информацию с накопителя, в котором включена защита, ОС выдаст такое вот сообщение.

Пример сообщения о защите от записи

Подобным образом реализована защита в так называемых USB-ключах: флешках, которые содержат в себе сертификаты безопасности, необходимые для корректной работы некоторого специфического ПО.

Этот элемент тоже может сломаться, в результате чего возникает досадная ситуация — девайс вроде работоспособен, но пользоваться им невозможно. У нас на сайте есть материал, который может помочь решить эту проблему.

Подробнее: Как снять защиту от записи на флешке

Уникальные компоненты

К таковым можно отнести, например, наличие разъемов Lightning, microUSB или Type-C: флешки с наличием таковых предназначены для использования в том числе на смартфонах и планшетах.

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

Существуют и накопители с максимальной защитой записанных данных — в них встроена клавиатура для ввода цифрового пароля.
Пример флешки с защитой паролем
По сути, это более продвинутый вариант упомянутого выше переключателя защиты от перезаписи.

Достоинства флешек:

  • надежность;
  • большая ёмкость;
  • компактность;
  • устойчивость к механическим нагрузкам.

Недостатки флешек:

  • хрупкость составляющих компонентов;
  • ограниченный срок службы;
  • уязвимость к перепадам напряжения и статическим разрядам.

Подведем итоги — flash-накопитель, с технической точки зрения, устроен довольно сложно. Однако вследствие твердотельной конструкции и миниатюрности компонентов достигается большая устойчивость к механическим нагрузкам. С другой стороны, флешки, особенно с важными данными, необходимо обезопасить от влияния перепадов напряжения или статического электричества.

Помогла ли Вам статья?
Да Нет
Задайте вопрос или оставьте мнение
Получить ответ на Email
Уведомить о

6 ответов
По рейтингу
Новые Старые
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Аноним
18 февраля 2019 04:02

По моему, здесь слишком мало информации. Я имею ввиду, что можно было бы описать как работает каждый компонент(подробно), сразу же включить в статью информацию о том, что конкретно может ломаться на флэшке и как это исправить(программно и/или физически). И самое главное- в названии статьи стоит флэш накопитель, а не флэшка, а к флэш накопителям можно отнести и ssd и карты памяти.

Аноним
30 августа 2019 19:47

Было бы интересно почитать как именно работает, то есть в целом как работает понятно, но как именно информация записывается не понятно, есть камень как него 0 и 1 записываются не гвоздем же царапается, а если царапается то как потом стирается, в жестких дисках ок лазер, а в ssd как

RINTARO
2 октября 2021 23:42
Ответить на  Аноним

Там специальный транзистор вроде как с плавающим затвором и изолятор так вот сдыхает помоему потому что происходит разрушение изолятора постепенно после каждой записи/стирания и чтения почитать про это можно в Википедии про NAND и NOR память

RINTARO
2 октября 2021 23:43
Ответить на  Аноним

В жёстких дисках нет лазера там магнитная головка и металлические диски напоминает устройство дискет ток круче

Аноним
21 июля 2022 17:38

Очень мало информации о принципах работы устройств составляющих флешку. Типа, при ответе на вопрос как работает трансформатор, студент отвечает — ууууууу-уууууууу-уууууу… . Здесь тоже самое… .

Аноним
9 января 2021 12:20

Очень хорошая статья. Нам материала хватило 🙂

Инструкции по операционным системам:
AndroidAndroid iOSiOS Windows 11Windows 11 Windows 10Windows 10 Windows 7Windows 7 Windows 8Windows 8 Windows XPWindows XP Общее по компьютерамОбщее по компьютерам LinuxLinux macOSmacOS
Инструкции по мессенджерам и соц.сетям:
ВконтактеВконтакте ОдноклассникиОдноклассники TelegramTelegram ViberViber WhatsAppWhatsApp SkypeSkype ZoomZoom InstagramInstagram
Инструкции по работе в программах:
WordWord ExcelExcel PowerPointPowerPoint OutlookOutlook DirectXDirectX PhotoshopPhotoshop LightroomLightroom Premiere ProPremiere Pro Google ChromeGoogle Chrome Яндекс БраузерЯндекс Браузер Mozilla FirefoxMozilla Firefox OperaOpera Internet ExplorerInternet Explorer Уроки по остальным браузерамПо остальным браузерам Расширения для браузеровРасширения браузеров Уроки по антивирусамПо антивирусам AvastAvast AudacityAudacity Apple IDApple ID AutoCADAutoCAD BandicamBandicam BlueStacksBlueStacks DAEMON ToolsDAEMON Tools DiscordDiscord Epic GamesEpic Games FL StudioFL Studio HamachiHamachi iСloudiСloud iTunesiTunes OBSOBS OriginOrigin Play MarketPlay Market Sony VegasSony Vegas SpotifySpotify SteamSteam TeamViewerTeamViewer The Bat!The Bat! TikTokTikTok TunngleTunngle UltraISOUltraISO uTorrentuTorrent VirtualBoxVirtualBox Торрент клиентыТоррент клиенты Яндекс ДискЯндекс Диск Яндекс.КартыЯндекс.Карты Яндекс.НавигаторЯндекс.Навигатор В остальных программахВ остальных программах Драйвера для устройствДрайвера Подборки программПодобрать программу Остальные программыСкачать программы
Инструкции по онлайн-сервисам:
ЯндексЯндекс GoogleGoogle ДзенДзен YouTubeYouTube FacebookFacebook TwitterTwitter AliExpressAliExpress AvitoAvito ChatGPTChatGPT QiwiQiwi Другие онлайн-сервисыДругие сервисы Все о почтеВсе о почте Яндекс почтаЯндекс почта GmailGmail Почта Mail.ruПочта Mail.ru Рамблер почтаРамблер почта
Инструкции по телефонам:
SamsungSamsung XiaomiXiaomi HuaweiHuawei Прошивки устройствПрошивки телефонов ТелефонОбщие по телефонам
Инструкции по периферийным устройствам:
МышкаМышка КлавиатураКлавиатура ПринтерПринтер РоутерРоутер ФлешкаФлешка Карта памятиКарта памяти HDMIHDMI Игровые консолиИгровые консоли Яндекс СтанцияЯндекс Станция AirPodsAirPods
Инструкции по комплектующим:
Материнская платаМатеринская плата ПроцессорПроцессор ВидеокартаВидеокарта SSD дискиSSD диски Жесткий дискЖесткий диск BIOSBIOS