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!

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:

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.


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.

В современном компьютерном мире тяжело найти людей, которые бы не слышали о флэшках. Однако многие до сих пор не имеют полное представление об этих устройствах. В этом материале мы восполним этот пробел и расскажем об основных параметрах и характеристиках USB-накопителей.

Введение

В нынешнее время тяжело найти людей, которые не слышали бы о таких электронных устройствах, как флэш-накопители или по-простому «флешки». Технические характеристики и оптимальность формы позволили им занять лидирующие места среди переносных носителей информации, и практически заменить собой оптические диски и дискеты.

Однако, несмотря на популярность флэш-дисков, далеко не все пользователи имеют полное представление об этих устройствах. В этом материале мы постараемся восполнить эти пробелы для того, чтобы вы смогли самостоятельно выбрать для себя подходящий флэш-накопитель в любом компьютерном магазине.

Как и в случае с другими носителями информации, флэшки имеют ряд основных технических характеристик, по которым происходит их выбор. Давайте рассмотрим главные из них и разберемся, на что в первую очередь стоит обращать внимание при покупке флэш-накопителя.

Что такое флэш-накопитель

Флэш-накопителем называют запоминающее устройство с интерфейсом подключения USB, в котором для хранения информации используется энергонезависимая флэш-память. К основным достоинствам флэш-памяти можно отнести ее дешевизну, компактность, бесшумность, механическую прочность, скорость работы и низкое энергопотребление. Благодаря всем этим достоинствам и простоте эксплуатации, флэш-дискам удалось в довольно короткое время завоевать популярность среди пользователей и вытеснить с рынка другие конкурирующие решения.

Основным назначением компактных USB-накопителей является хранение, обмен и перенос данных не слишком большого объема. Помимо этого флэшки можно использовать для хранения резервных копий и загрузки операционных систем. При этом флэш-диски, могут быть подключены не только к компьютеру, но и к различной бытовой технике, например, телевизорам, плеерам, проигрывателям и другим, имеющим разъемы USB.

Несмотря на все свои преимущества, флэш-память все же имеет и ряд определенных недостатков. В первую очередь это ограниченное число циклов записи/перезаписи информации (до 10 тысяч раз для памяти MLC, которая устанавливается в большинстве устройств и до 100 тысяч для памяти типа SLC). Так же флэш-диски имеют ограниченный срок хранения информации. И хотя большинство производителей заявляет, что их изделия могут хранить данные 10-20 лет, на деле, фирменная гарантия на подобного рода носители составляет не более 5 лет.

Как и любая низковольтная электроника, флэш-память очень чувствительна к электростатическим разрядам, которые являются вполне обычным явлением в быту. Еще одной причиной недолговечности флэшки может стать USB-разъем, который из-за частого подключения/отключения носителя может попросту сломаться.

Правда, все эти недостатки, не мешают флэш-накопителям оставаться уже многие годы одними из самых распространённых носителей информации и любимых средств переноса данных среди обычных пользователей.

Объем флэш-накопителей

Объем является одной из ключевых характеристик любого накопителя данных, так как от него напрямую зависит, сколько информации сможет поместиться на носителе. Именно поэтому большинство рядовых пользователей при покупке носителя информации в первую очередь акцентируют свое внимание именно на этом параметре.

Первые флэшки имели довольно скромные объемы, которые исчислялись десятками или сотнями мегабайт. Современные же флэш-диски в этом плане ушили далеко вперед своих предшественников и на сегодняшний день минимальным объемом дешевого USB-накопителя можно считать величину в 4 Гб или даже 8 Гб, так как разницы в цене между ними практически нет. Наиболее популярными объёмами на данный момент считаются 16 и 32 Гб, так как стоимость таких флэшек остается все еще не высокой и составляет менее 1000 рублей.

Как вы уже наверное заметили, объем флэш-памяти, как и оперативной памяти, является числом, полученным из двойки возведенную в n-ую степень (2 n). То есть каждое его последующее значение получается путем удвоения предыдущего. Поэтому уже после 32 Гб, объемы флэш-накопителей начинают стремительно расти, и вмести с ними, начинает очень существенно расти их стоимость. Так если USB-накопители размером 64 Гб и стоимостью около 1500 рублей еще пользуются активным спросом, то уже флэшки 128 Гб могут иметь цену свыше 3000 рублей, что резко снижает к ним потребительский интерес.

Но на этом производители не остановились. 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. Их стоимость уже настолько велика, что называть их обычными флэшками просто некорректно.

Скорость обмена данными

Несмотря на то, что объем действительно имеет значение, 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.

Скорость чтения у всех флэшек всегда выше скорости записи. При этом в некоторых случаях разница может быть очень большой. Поэтому, перед выбором USB-накопителя лучше определиться с тем, как он будет использоваться. Если информация на нем будет обновляться редко, то на скорость записи конечно можно закрыть глаза. В самых бюджетных моделях максимальная скорость чтения обычно колеблется от 10 до 15 Мб/с, а скорость записи - от 3 до 8 Мб/с. Такой вариант лучше выбирать, если флэшка предназначается для обмена или переноса файлов небольшого размера, например документов.

А вот флэш-накопитель, имеющий скорости чтения выше 20-25 Мб/с и записи более 10-15 Мб/c можно назвать не очень дорогим, но при этом универсальным решением, которое подойдет для любых задач. Существуют флэшки и с более привлекательными скоростными характеристиками, превращающие работу с ними в настоящее удовольствие. Правда, цена на такие продукты устанавливается соответствующая.

Как правило, максимальные показатели скорости влияют на интерфейс подключения флэш-накопителя, который может быть двух видов - USB 2.0 и USB 3.0. В первом случае (2.0) мы имеем дело с максимальной пропускной способностью равной 480 Мбит/с. Таким образом, максимальная скорость чтения или записи флэшки с интерфейсом USB2.0 не может превышать 60 Мб/c. На практике же производители не стремятся достичь этого потолка и наделяют свои продукты скоростями, едва превышающими величину в 30 Мб/c.

Что же касается интерфейса USB 3.0, то здесь пропускная способность достигает до 5 Гбит/c, что делает возможным осуществлять передачу данных на скорости 640 Мб/с. Конечно для флэш-накопителей это заоблачная цифра. Тем не менее, даже если не брать в расчет устройства с объемом 256 и 512 Гб, уже сейчас некоторые решения предлагают пользователям скорости чтения свыше 220 Мб/с, а скорости запаси свыше 130 Мб/c.

В то же время наличие у флэш-накопителя интерфейса USB 3.0 не является залогом того, что он будет обладать высокими скоростными характеристиками. Покупка флэшки с USB 3.0 наиболее целесообразна в том случае, если накопитель имеет скорости чтения/записи выше 60 Мб/c. Если же это не так, то флэш-диск с интерфейсом USB 2.0 может оказаться более выгодной покупкой, как с точки зрения цены, так и своих характеристик. Так что в некоторых ситуациях переплачивать за новомодный интерфейс нет никакого смысла.

И последний нюанс. Важно понимать, что флэшка с разъёмом USB 3.0 для реализации всего своего скоростного потенциала должна вставляться в устройство так же в разъем USB 3.0. Если таковых у вашей техники не имеется, то стоит опять же задуматься о целесообразности покупки накопителя с таким интерфейсом.

Дизайнерское оформление

В классическом варианте флэшка имеет вид вытянутого прямоугольника или приплюснутого цилиндра длинной от 5 до 8 см со съемным колпачком, который прикрывает разъем USB. Тем не менее, современные флэш-накопители могут иметь самые разнообразные формы и размеры, а так же способы защиты разъема.

В общем случае, флэшки по виду разъемов можно разделить на четыре группы:

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

С выдвижным разъемом . Имеют одну общую болезнь. Со временем механизм, фиксирующий разъем, разбалтывается, что значительно затрудняет установку флэшки в конечное устройство.

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

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

Еще одним немаловажным внешним качеством флэшки является материал, из которого она изготовлена. Подбирать его надо с учетом частоты использования и степени бережного отношения к ней. Корпуса этих устройств бывают пластикового, металлического и прорезиненного типа. Пластиковые корпуса можно назвать самыми ненадежными. Особенно это касается флэшек с выдвижным разъемом. Флэш-накопители с металлическими корпусами надежны, и часто выглядят солидно. Хотя кому-то их вес может показаться избыточным. Что же качается прорезиненных корпусов, то они призваны создать оптимальные условия, противодействующие ударам, сотрясениям и препятствующие попаданию влаги внутрь этого технического устройства.

Сейчас стало модным делать сувенирные флэшки, чьи корпуса имеют нестандартный вид, например, в виде каких-нибудь фигурок или различных предметов обихода. Но вся эта «красота» может обернуться вам боком, так как есть вариант, что воспользоваться таким USB-накопителем вы в большинстве случаев не сможете из-за габаритов его корпуса. Учтите, что когда вы покупаете флэшку неправильной формы или большой толщины, она может попросту не поместится рядом с другими устройствами, установленными в соседние USB-разъемы.

Вспомогательные функции USB -накопителей

Мы рассмотрели основные параметры выбора накопителей, теперь перейдем к рассмотрению вспомогательных функций данных устройств. Для того что бы расширить рынок сбыта и увеличить популярность своей продукции, некоторые производители пытаются наделять флэшки дополнительными возможностями. Так в современные USB-накопители 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.

Кстати, сразу после покупки нового накопителя, не спешите его форматировать, так как он может содержать полезное вспомогательное программное обеспечение. Это могут быть как утилиты форматирования, такие приложения для организации резервного копирования данных.

Заключение

Итак, теперь вам известны основные параметры, согласно которым теперь вы можете самостоятельно подобрать USB-накопитель для тех или иных целей. Единственное, о чем мы не упомянули в этом материале, так это о фирмах-производителях данных девайсов. На самом деле их много, и даже очень много, особенно если брать в расчет множество мелких неизвестных китайских производителей, объединённых под общим названием NONAME.

Тем не менее, в заключении мы назовем несколько ведущих игроков этого рынка, дабы вам было проще ориентироваться среди многочисленных иностранных названий. Самыми широко представленными и раскрученными 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. Но в любом случае, при покупке, в первую очередь руководствуйтесь техническими характеристиками и внешними параметрами флэшки, если не хотите испортить себе настроение, и под громким именем получить продукт, который не будет удовлетворять вашим ожиданием.

В последнее время широчайшую популярность приобрели носители информации на основе микросхем флеш-памяти. По популярности в наше время им нет равных: карты памяти в фотоаппаратах, сотовых телефонах, плеерах, USB флеш брелоки, а с недавнего времени ещё и SSD диски. Разъемами для карт памяти оснащены многие устройства, такие как принтеры, стационарные DVD проигрыватели, автомагнитолы, и многие другие мультимедийные устройства.

И такая популярность не случайна: по практичности «флешкам» тоже нет равных. Большой, постоянно растущий объем, который исчисляется уже гигабайтами и десятками гигабайт, достаточно высокое быстродействие, а также заявленная надежность и долговечность (на этом вопросе остановимся подробнее в рамках этой статьи).

Для начала рассмотрим устройство флешки.

Flash -память получила свое название благодаря тому, как производится стирание и запись данного вида памяти.

Типовая USB флешка, а также большинство типов карт памяти и SSD диски, устроены следующим образом:

• на плате имеется микроконтроллер , который предоставляет интерфейс флешки, обрабатывает команды и производит операции с памятью;
• одна или несколько микросхем памяти;
• и их электронная «обвязка» из пассивных элементов.

Некоторые карты памяти не имеют встроенного контроллера, и являются по сути микросхемой памяти, упакованной в корпус.

Давайте рассмотрим основные составляющие флешки чуть подробнее.

Микросхемы памяти флеш накопителей

Все современные флеш-накопители построены на основе микросхем энергонезависимой NAND памяти. Сокращение NAND – произошло от словосочетания NOT-AND (логическая функция И-НЕ), лежащая в основе организации элементарной логической ячейки, на которой построена эта память. Элементарные ячейки памяти в этих микросхемах объединены в страницы, а страницы в блоки.

При такой организации обращение к отдельной ячейке памяти невозможно, прочитать можно только страницу целиком, а стереть и перезаписать только целый блок. Из особенностей такой организации можно отметить высокое быстродействие и высокую плотность размещения на кристалле.

Но есть и недостатки.

Например, если во время внесения изменений в определенный блок данных внезапно отключить питание устройства, существует вероятность утери данных в этом блоке, так как он мог быть считан в буфер, стерт в основной матрице памяти, а измененный блок в память записаться, ещё не успел. Это распространенная причина так называемых «логических» повреждений накопителя.

Известно, что операционные системы семейства Windows имеют режим «отложенной записи». Это когда данные записываются на накопитель напрямую без задержек, а таблица размещения файлов храниться в оперативной памяти, и обновляется на носителе через некоторое время или при возникновении определенных событий.

Вследствие чего, довольно часто встречается ситуация, когда, записав данные на флешку, пользователь сразу же вынимает её из разъема, не воспользовавшись функцией безопасного отключения, которая как раз обновляет таблицы размещения файлов на носителе, и «правильно» размонтирует его из системы.

В результате, в лучшем случае данные физически будут присутствовать на накопителе, но не будут отображаться в дереве файлов, а в худшем случае логическая структура накопителя будет повреждена, и накопитель может перестать корректно «определяться». Как говорят в подобных случаях, «компьютер не видит флешку».

Во всех подобных случаях данные можно оперативно восстановить, обратившись в наш центр восстановления информации.

Основная проблема флеш-памяти — износ ячеек памяти.

Дело в том, что любая флеш-память имеет ограниченное количество циклов перезаписи каждой ячейки (от 100 000 до 1 000 000 циклов).

Если в фотоаппарате или плеере, где данные обновляются не слишком часто, такое ограничение не критично, то, например, при работе с базами данных на флеш носителе этот ресурс можно выработать достаточно быстро, так как очень часто происходят изменения, в результате которых многократно перезаписываются одни и те-же блоки данных.

В связи с этим не рекомендуется использовать флеш память для работы, постоянного обращения к данным, а также для установки на неё операционной системы, так как ресурс такой флешки будет выработан очень быстро, и флешка придет в негодность.

Никогда не используйте usb флешку для работы в бухгалтерских программах!

Контроллер флешки

Наиболее сложной и загадочной частью флешки является, безусловно, её контроллер.

Основные его функции - работа с микросхемами памяти (выполнение операций постраничного чтения, выборки данных, поблочной записи, размещение и адресация данных в нескольких микросхемах памяти, а также другие специальные функции) и предоставление интерфейса к хост-устройству.

Когда поступает команда на чтение определенной ячейки данных, контроллер должен определить в какой микросхеме находится данная ячейка, в каком блоке этой микросхемы, в какой странице блока, и затем собственно адрес ячейки в странице. Поскольку считывание возможно только страницы целиком, контроллер считывает её в свой буфер, находит в ней нужную ячейку, и отправляет её содержимое хост-устройству.

При поступлении команды на запись также находится нужный блок, но, на этот раз, он считывается не постранично, а – целиком. Затем в буфере производятся необходимые изменения, блок из микросхемы целиком стирается и вновь записывается измененный блок из буфера контроллера.

Кроме того, для выравнивания износа блоков, контроллер периодически переназначает их (по сути - меняет местами). В результате чего достигается достаточно равномерный износ по циклам записи, и микросхемы памяти, таким образом, служат дольше. Контроллер следит за состоянием каждого блока в отдельности, и если какой-либо из блоков превысил допустимое количество циклов перезаписи - контроллер переходит в режим «только чтение» - данные считать с него можно, а записать уже нельзя. Такие накопители не пригодны для дальнейшего использования.

В этом случае следует скопировать данные с носителя, и заменить его.

Контроллер имеет в себе прошивку, таблицы конфигурации, а также некоторые модели хранят внутри себя таблицы износа блоков памяти, а также множество другой служебной информации. Разнообразие контроллеров очень велико, а их версий просто бесчисленное множество. В связи с этим, при любом повреждении контроллера, искать ему замену для восстановления информации бессмысленно.

Для восстановления в таком случае выпаиваются микросхемы памяти, считываются на специальном оборудовании, и данные собираются вручную как мозаика.

Электронная обвязка нужна для питания микросхем и согласования логических уровней. И хотя здесь нет ничего сложного, не редки случаи выхода из строя именно этой самой электронной обвязки, особенно стабилизатора питания. Восстановление данных в таком случае зависит от степени повреждений: либо электроника восстанавливается прямо на флешке, и данные вычитываются в штатном режиме, либо как в случае со сгоревшим контроллером — данные снимаются непосредственно с микросхем памяти и собираются вручную.

Последнее время встречаются флешки у которых контроллер, память и вся электроника упакована в один чип. Это флешки монолиты. Такая конструкция значительно компактнее классической, но имеет множество недостатков: меньшую надежность, более слабое охлаждение и невозможность получить доступ к микросхеме памяти минуя контроллер.

В случае выхода из строя контроллера, или электронной обвязки в подобной флешке, сложность работ по восстановлению данных увеличивается на порядок.

Вопрос, который часто возникает у потенциальных покупателей - какую флешку выбрать, и как выбрать флешку?

Многие ориентируются на именитые бренды, в надежде что продукция известной фирмы будет лучше и надежнее, но тут дела обстоят несколько иначе. Как правило, торговая марка под которой выпускается тот или иной флеш-накопитель, вообще не имеет отношения к производству устройства, а лишь заказывает партию готовых флешек со своими логотипами и упаковкой, и от торговой марки никоим образом не зависит качество продукции.

Выбрать флешку по конкретному контроллеру или чипам памяти как правило невозможно - даже в одинаковых с виду флешках из разных партий могут применяться различные микросхемы.

Поэтому критерии выбора флешки исключительно субъективные - крепкая конструкция, жесткое крепление разъема USB, отсутствие движущихся частей, желательно металлический корпус (для лучшего охлаждения и защиты от статики) и классическая многочиповая архитектура.

Отличить флешку классической конструкции от одночиповой проще всего по USB разъему - у обычных флешек разъем металлический, как на любом USB кабеле, у однокристальных разъем как правило тонкий, размером в половину порта, без металлической части по периметру.

Как видите не смотря на все плюсы, у флеш-накопителей хватает и недостатков, в свете которых доверять флешкам ценную информацию в единственном экземпляре не стоит.

USB флешка

В данной статье кратко описаны преимущества современных флэш-дисков и рассматривается микросхема контроллера, на основе которой можно создавать устройства флэш-памяти с интерфейсом USB. Кроме того, автор данной статьи предлагает собственный вариант практической реализации такого устройства.

Обзор контроллеров

В настоящее время существует несколько производителей контроллеров флэш-памяти с интерфейсом USB 2.0 (USB 2.0 Flash Drive Controller). Например, компания Genesys Logic производит контроллер GL814E, а фирма SMSC - USB97C242. В начале 2004 года фирма Sigmatel анонсировала новый контроллер флэш-памяти STBD2010. В отличие от вышеназванных, данный контроллер максимально интегрирован и включает в себя все необходимые компоненты для построения готового устройства флэш-памяти с минимальным набором внешних элементов. Кроме того, он имеет современный малогабаритный корпус (рис. 1), что позволяет создавать на его основе миниатюрные устройства памяти.

При этом цена микросхемы составляет всего $1,7. Единичные образцы данного контроллера можно заказать на сайте компании-производителя (www.sigmatel.com).

Контроллер имеет две модификации: STBD2010 и STBD2011. Последняя модификация имеет некоторые преимущества перед первой. Поскольку обе модификации контроллеров имеют одинаковую структуру и полностью совместимы по выводам корпуса, здесь приводится обзор для обеих моделей контроллера с указанием отличий.

Вначале рассмотрим основные характеристики контроллера. Контроллер STBD2010/2011 имеет встроенный интерфейс USB и полностью совместим со спецификацией USB 2.0 для высокоскоростных операций. Он обеспечивает управление микросхемами флэш-памяти с архитектурой NAND. Имея очень маленький размер корпуса, контроллер позволяет создавать устройства с миниатюрными размерами. Встроенный в контроллер интерфейс внешней флэш-памяти обеспечивает обслуживание от одной до четырех микросхем памяти с 8- и 16-битной организацией шины данных. Объем каждой из четырех микросхем памяти может достигать 2 Гбит. Таким образом, суммарный объем поддерживаемых контроллером микросхем памяти может достигать 8 Гбит. Контроллер обладает свойством автоматического конфигурирования типа памяти и обеспечивает поддержку следующих типов микросхем флэш-памяти:

• флэш-память NAND с технологией Binary или SLC (Single Level Cell);
• флэш-память NAND с технологией MLC (Multi-Level Cell) (только STBD2011);
• флэш-память AG-AND (только STBD2011).

К числу изготовителей подобных типов микросхем памяти относятся такие известные фирмы, как Samsung, Toshiba, SanDisk, ST Microelectronics и др.

Контроллер обладает блоком аппаратной коррекции ошибок (ECC), что обеспечивает достоверность переносимых данных без необходимости дополнительной программной обработки данных.

Встроенный в контроллер регулятор напряжения обеспечивает подключаемые микросхемы флэш-памяти необходимым для них напряжением питания 3,3 и 1,8 В без использования внешних стабилизаторов напряжения и других дополнительных элементов. Входным источником питания для контроллера служит источник напряжения 5 В интерфейса USB.

Для синхронизации всех процессов внутри контроллера имеется встроенный синтезатор частот, который работает совместно с внешним кварцевым резонатором, задающим тактовую частоту 24 МГц.

Контроллер STBD2010/2011 не требует никакого дополнительного программного обеспечения в своей работе и допускает использование на компьютерах с операционными системами MAC OS, Windows МE/2000/XP. Кроме того, для более ранней версии Windows 98 SE на сайте компании www.sigmatel.com свободно доступен драйвер контроллера STBD2010/2011.

Рассмотрим структурную схему контроллера (рис. 2).

Как видно из структуры контроллера, в его состав входят блоки для поддержки интерфейса USB и работы с флэш-памятью. Протокол интерфейса USB и флэш-памяти поддерживается встроенным микроконтроллером High Performance Microcontroller, который использует для своей работы встроенную постоянную память программ ROM и оперативную память RAM. Поддержка интерфейса USB осуществляется с помощью блока высокоскоростного приемопередатчика USB2.0 Hi-Speed Transceiver и устройства управления USB2.0 Hi-Speed Device Controller. Внутренний синтезатор частот PLL обеспечивает необходимую синхронизацию работы всех внутренних устройств с помощью внешнего кварцевого резонатора на 24 МГц. Блок GPIO обеспечивает внешнее управление и индикацию режима работы контроллера. Связь контроллера с флэш-памятью осуществляется через интерфейс памяти Flash Memory Interface. Встроенный регулятор напряжения Voltage Regulators формирует из входного напряжения 5 В, поступающего от интерфейса USB, необходимые для работы ядра контроллера и внешних микросхем памяти напряжения питания 3,3 и 1,8 В.

Контроллер выпускается в современном малогабаритном 48-выводном корпусе типа QFN размером всего 77 мм.

В таблице 1 приведены основные эксплуатационно-технические характеристики данной микросхемы.

Таблица 1.

Типовая структурная схема подключения микросхем памяти к контроллеру показана на рис. 3.

Практическая реализация

Принципиальная электрическая схема устройства, разработанная автором данной статьи, приведена на рис. 4.

В этой схеме используется описанная выше микросхема контроллера D1 и всего одна микросхема флэш-памяти D2.

Перечень элементов устройства с указанием типа применяемых электронных компонентов, их номиналов и типов корпусов приведен в таблице 2.

Таблица 2.

Вместо микросхемы флэш-памяти D2 может быть использована микросхема с меньшим объемом памяти. При использовании всех 16 разрядов ввода-вывода контроллера в устройстве можно применить микросхемы памяти с 16-разрядной шиной данных. Это повысит скорость обмена с микросхемами, но несколько усложнит топологию печатной платы.

Напряжение питания поступает на устройство от интерфейса USB через разъем X1. Элементы L1, CP1 и C1 обеспечивают фильтрацию этого напряжения по высокой и низкой частоте. Контроллер D1 формирует из него напряжения питания 3,3 и 1,8 В, необходимые для питания ядра самого контроллера, а также для питания микросхем памяти. Дополнительную фильтрацию напряжений питания осуществляют блокировочные конденсаторы C4–C6. Переключатель SA1, который управляет выводом GP1 контроллера, позволяет запретить запись в микросхемы памяти с целью защиты информации от стирания. Вывод контроллера GP0 управляет через ограничительный резистор R7 светодиодом HL1, отвечающим за индикацию режима работы контроллера (хранение-обращение). Резисторы R1 и R2 обеспечивают согласование входов контроллера с дифференциальными сигналами DM и DP интерфейса USB. Остальные резисторы устройства служат в качестве опорных сопротивлений, подтягивающих уровни сигналов контроллера к напряжению питания или к заземляющему потенциалу. Кварцевый резонатор BQ1 совместно с конденсаторами C2 и C3 обеспечивает формирование задающей частоты контроллера 24 МГц.

Схема не требует наладки и при правильной сборке начинает работать сразу при подключении устройства к интерфейсу USB компьютера. При первом подключении операционная система компьютера обнаружит новое устройство и произведет установку необходимых для его работы драйверов в автоматическом режиме. В дальнейшем устройство будет включено в состав компьютера в качестве сменного диска, с которым можно осуществлять любые операции чтения, записи и стирания информации, как с обычным жестким диском.