نمودار شماتیک یک درایو فلش 2g. تعمیر را نمی توان دور انداخت، یا چیزی در مورد تعمیر درایوهای فلش. مشکلات سخت افزاری برای اینکه فلش مموری بدون خرابی کار کند چه باید کرد

فلش درایو یک دستگاه ذخیره سازی است که از فلش مموری استفاده می کند. فلش مموری غیر فرار است. می توان آن را با برق پاک کرد و دوباره برنامه ریزی کرد.

بنابراین، این یک نوع حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی با قابلیت پاک کردن الکتریکی است که به نام EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) - ROM قابل برنامه ریزی قابل پاک شدن الکتریکی است. این نوع حافظه را می توان تا یک میلیون بار پاک و با داده پر کرد. درایوهای فلش مشابه هارد دیسک های معمولی هستند و می توانند جایگزین آنها شوند. فلش مموری برای ذخیره سازی و انتقال آسان و سریع اطلاعات استفاده می شود.

در مورد فلش مموری

درایوهای فلش اغلب در محصولاتی که با قدرت کم کار می کنند و آنهایی که ممکن است نیاز به کار در محیط های سخت داشته باشند استفاده می شود. فلش مموری غیر فرار است و بنابراین نیازی به پشتیبان گیری از درایوهای فلش با باتری ندارند. فلش مموری حالت جامد است. این بدان معنی است که هیچ چیز مکانیکی در آن وجود ندارد. همه چیز کاملا الکترونیکی است. حافظه فلش دارای شبکه ای از ستون ها و ردیف ها است، هر سلول دارای دو ترانزیستور در هر نقطه تقاطع شبکه است. یک لایه اکسید نازک ترانزیستورها را در هر جفت جدا می کند. یکی از ترانزیستورهای این جفت به نام گیت شناور و دیگری به عنوان گیت کنترل شناخته می شود. دروازه شناور می تواند بار الکتریکی را نگه دارد. این بار در عایق الکتریکی لایه اکسیدی است که آن را از گیت کنترل جدا می کند. بنابراین، هر الکترونی که روی دروازه شناور قرار می گیرد، روی آن باقی می ماند. این باعث می شود فلش مموری غیرفرار باشد. وظیفه فلش مموری دقیقاً اضافه کردن و حذف الکترون ها از دروازه های شناور است.

فلش مموری چگونه کار می کند؟

باید در پورت USB کامپیوتر وارد شود. سیستم عامل های امروزی می توانند درایوهای فلش را شناسایی کرده و درایورهای لازم را به تنهایی نصب کنند. هنگامی که یک دستگاه کشف شد، می توان از آن برای ذخیره داده ها استفاده کرد. درایو فلش را فقط پس از اتمام کار می توان از رایانه حذف کرد. سیستم به شما می‌گوید چه زمانی می‌توانید آن را پاک کنید و پس از آن می‌توان آن را به صورت فیزیکی حذف کرد.

درایو فلش از یک برد مدار چاپی تشکیل شده است و در یک محفظه پلاستیکی یا لاستیکی پوشانده شده است که باعث دوام آن می شود. کانکتور USB که بیرون می‌آید با یک درپوش قابل جابجایی بسته می‌شود. اکثر درایوهای فلش از یک اتصال USB نوع A استفاده می کنند که آنها را با کانکتورهای استاندارد رایانه سازگار می کند. از این رو، آنها می توانند مستقیماً به پورت رایانه شما متصل شوند.

درایوهای فلش به هیچ درایور دستگاه اضافی نیاز ندارند. هنگامی که یک درایو فلش به رایانه ای متصل می شود که دارای سیستم عامل واحد منطقی بلوکی است، این انتزاع از جزئیات پیاده سازی دستگاه های ذخیره سازی فلش پیچیده به دست می آید و سیستم عامل می تواند از هر سیستم فایل یا سیستم آدرس دهی بلوکی استفاده کند. به طور خلاصه، سیستم عامل با آن مانند یک هارد دیسک رفتار می کند. هنگام اتصال، درایو فلش وارد حالت شبیه سازی می شود، به این معنی که عملکرد یک هارد دیسک را در آینده شبیه سازی می کند. این کار انتقال داده ها بین فلش مموری و کامپیوتر را بسیار آسان تر می کند.

درایوهای فلش در مدیریت سیستم عامل ها به منظور تبدیل رایانه های شخصی به شبکه ای از لوازم الکتریکی استفاده می شوند. در چنین مواردی، آنها حاوی سیستم عامل هستند و برای بوت کردن سیستم استفاده می شوند. درایوهای فلش به دلیل مصرف انرژی کم و میزان خرابی پایین نسبت به سایر دستگاه ها برتری دارند. علاوه بر این، درایوهای فلش دارای اندازه کوچک قابل حمل هستند. آنها انتقال سریع داده را با دردسر کمتر امکان پذیر می کنند. در اصل، آنها دستگاه های Plug-and-Play هستند. آنها برای استفاده از آنها نیازی به آموزش خاصی از طرف شما ندارند. آنها حافظه بزرگی دارند، حافظه بیشتری نسبت به فلاپی دیسک یا سی دی دارند.

در سال‌های اولیه تکامل خود، درایوهای فلش نمی‌توانستند چرخه‌های پاک کردن زیادی را تحمل کنند. این باعث شد که درایوهای فلش اولیه برای داده هایی که نیاز به به روز رسانی مکرر دارند نامناسب باشند. برای پر کردن این شکاف، سازندگان یک روش هم ترازی ایجاد کرده اند که داده ها را به صورت فیزیکی در تمام مکان های حافظه توزیع می کند. درایوهای فلش مدرن می توانند تا یک میلیون چرخه را تحمل کنند.

درایوهای فلش USB

درایو فلش یو‌اس‌بی امروزه یکی از واژه‌های مهم در فناوری رایانه است. این یک حافظه فلش یا دستگاه ذخیره سازی نوع NAND است. اجزای اصلی فلش مموری شامل یک کانکتور USB نوع A، یک کنترلر ذخیره سازی، یک تراشه فلش NAND و یک نوسانگر کریستالی است. رابط USB به عنوان رابط بین دستگاه و رایانه عمل می کند. کنترلر ذخیره سازی از یک پردازنده RISC کوچک تشکیل شده است. همچنین مقداری حافظه روی تراشه دارد (می تواند رام و رم باشد). تراشه فلش مموری کار واقعی ذخیره سازی داده ها را انجام می دهد. نوسان ساز کریستالی سیگنال های ساعت تولید می کند و خروجی داده ها را از دستگاه کنترل می کند. LED ها که به عنوان نشانگر عمل می کنند، محافظت از نوشتن را فراهم می کنند و برخی از اجزای دیگر را که ممکن است بخشی از درایوهای فلش باشند تغییر می دهند.

با استفاده از درایو فلش

• درایو فلش خود را به رایانه خود وصل کنید.
• رایانه به شما نشان می دهد که دستگاه خارجی را شناسایی کرده است.
• سیستم عامل با آن مانند هر دیسک سخت دیگری رفتار می کند. هیچ درایور دستگاه خاصی مورد نیاز نیست. هیچ سیستم فایل خاصی مورد نیاز نیست.
• به منوی "رایانه من" بروید و فلش درایو را در بین درایوهای دیگر خواهید دید.
• شما قادر خواهید بود آن را مانند هر دیسک سخت دیگری باز کنید.

مزایای درایوهای فلش

• آنها سبک وزن و قابل حمل هستند.
• قابل اعتماد هستند. آنها ضد خش هستند و تحت تأثیر میدان های مغناطیسی قرار نمی گیرند.
• فلش مموری غیر فرار است.
• آنها دستگاه های plug-and-play هستند، بنابراین استفاده از آنها آسان است.
• کامپیوتر با آنها مانند هر دیسک سخت دیگری رفتار می کند و انتقال داده ها را آسان می کند.

معایب درایوهای فلش

• اندازه آنها کوچک است. بنابراین به راحتی می توان آن را از دست داد.
• استفاده مکرر باعث ساییدگی و پارگی می شود، به خصوص در نقطه اتصال آنها به کامپیوتر.
• محدودیتی برای تعداد چرخه های نوشتن و پاک کردن آنها وجود دارد.
• استفاده از درایو فلش در رایانه های مختلف آن را مستعد ابتلا به عفونت می کند. یک ویروس روی دیسک می تواند داده ها را از بین ببرد یا آنها را غیرقابل خواندن کند.

درایوهای فلش مدرن مجهز به اقدامات امنیتی مانند رمزگذاری یا حتی بیومتریک هستند. آنها مجهز به یک پوشش محافظ هستند که آنها را قابل اعتماد می کند. اگرچه ممکن است تعداد چرخه های پاک کردن و نوشتن محدود باشد. آنها دارای مزیت اضافه شده در ظرفیت، سرعت، قابلیت حمل و مصرف کم انرژی هستند. واضح است که نقاط ضعف درایوهای فلش در مقایسه با سهولت استفاده آنها ناچیز است. درایوهای فلش امروزه یکی از محبوب ترین دستگاه های ذخیره سازی هستند. آنها می توانند نرم افزار را دانلود کنند، اسناد مهم، پروژه ها و تکالیف را ذخیره کنند و موسیقی، فیلم و تصاویر را ذخیره کنند.

اخیراً حامل های اطلاعات مبتنی بر تراشه های حافظه فلش محبوبیت زیادی به دست آورده اند. از نظر محبوبیت در زمان ما، آنها هیچ برابری ندارند: کارت های حافظه در دوربین ها، تلفن های همراه، پخش کننده ها، کلیدهای فلش USB و اخیراً درایوهای SSD. بسیاری از دستگاه ها مجهز به اسلات کارت حافظه هستند، مانند چاپگرها، پخش کننده های DVD ثابت، رادیو ماشین و بسیاری از دستگاه های چند رسانه ای دیگر.

و چنین محبوبیتی تصادفی نیست: از نظر عملی، "درایوهای فلش" نیز برابری ندارند. یک حجم بزرگ و دائماً در حال رشد که قبلاً در گیگابایت و ده ها گیگابایت محاسبه شده است ، سرعت نسبتاً بالا و همچنین قابلیت اطمینان و دوام اعلام شده (ما در چارچوب این مقاله با جزئیات بیشتری در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد).

ابتدا دستگاه فلش درایو را در نظر بگیرید.

فلش مموری نام خود را از نحوه نوشتن و پاک کردن آن گرفته است.

یک درایو فلش USB معمولی، و همچنین اکثر انواع کارت های حافظه و درایوهای SSD، به صورت زیر مرتب شده اند:

• هیئت مدیره دارد میکروکنترلر، که یک رابط درایو فلش فراهم می کند، دستورات را پردازش می کند و عملیات حافظه را انجام می دهد.
• یک یا چند تراشه حافظه؛
• و "تسمه" الکترونیکی آنها از عناصر غیرفعال.

برخی از کارت های حافظه فاقد کنترلر داخلی هستند و در اصل یک تراشه حافظه بسته بندی شده در یک کیس هستند.

بیایید اجزای اصلی یک درایو فلش را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.

تراشه های حافظه فلش درایو

همه درایوهای فلش مدرن مبتنی بر تراشه های حافظه غیر فرار NAND هستند. مخفف NAND از عبارت NOT-AND (عملکرد منطقی AND-NOT) گرفته شده است که زیربنای سازماندهی یک سلول منطقی ابتدایی است که این حافظه بر روی آن ساخته شده است. سلول های حافظه ابتدایی در این ریزمدارها در صفحات و صفحات در بلوک ها ترکیب می شوند.

با چنین سازمانی، دسترسی به یک سلول حافظه جداگانه غیرممکن است، شما فقط می توانید کل صفحه را بخوانید و فقط کل بلوک را پاک و بازنویسی کنید. از ویژگی های چنین سازمانی می توان به سرعت بالا و تراکم بالای قرارگیری روی یک تراشه اشاره کرد.

اما معایبی هم دارد.

به عنوان مثال، اگر هنگام ایجاد تغییرات در یک بلوک داده خاص، برق دستگاه به طور ناگهانی خاموش شود، احتمال از دست رفتن داده ها در این بلوک وجود دارد، زیرا می تواند در بافر خوانده شود، در ماتریس حافظه اصلی پاک شود و بلوک تغییر یافته هنوز در حافظه نوشته نشده است. این یک علت رایج فساد به اصطلاح "منطقی" است.

مشخص است که سیستم عامل های خانواده ویندوز دارای حالت "نوشتن" هستند. این زمانی است که داده ها مستقیماً بدون تأخیر روی درایو نوشته می شوند و جدول تخصیص فایل در RAM ذخیره می شود و پس از مدتی یا زمانی که اتفاقات خاصی رخ می دهد در رسانه به روز می شود.

در نتیجه، اغلب اوقات موقعیتی پیش می آید که با داشتن داده های نوشته شده در یک درایو فلش USB، کاربر بلافاصله بدون استفاده از عملکرد خاموش کردن ایمن، آن را از کانکتور حذف می کند، که فقط جداول تخصیص فایل را در رسانه به روز می کند و "به درستی" به روز می کند. آن را از سیستم جدا می کند.

در نتیجه، در بهترین حالت، داده ها به صورت فیزیکی روی درایو وجود دارند، اما در درخت فایل نمایش داده نمی شوند و در بدترین حالت، ساختار منطقی درایو آسیب می بیند و درایو ممکن است دیگر به درستی "تشخیص داده شود". همانطور که در چنین مواردی می گویند، "کامپیوتر درایو فلش USB را نمی بیند."

در همه این موارد، با تماس با مرکز بازیابی اطلاعات ما، می توان داده ها را به سرعت بازیابی کرد.

مشکل اصلی فلش مموری فرسودگی سلول های حافظه است.

واقعیت این است که هر فلش مموری دارای تعداد محدودی چرخه بازنویسی برای هر سلول است (از 100000 تا 1000000 چرخه).

اگر در دوربین یا پخش کننده ای که داده ها اغلب به روز نمی شوند، چنین محدودیتی حیاتی نیست، به عنوان مثال، هنگام کار با پایگاه های داده روی یک درایو فلش، این منبع می تواند بسیار سریع استفاده شود، زیرا تغییرات اغلب اتفاق می افتد. ، در نتیجه بلوک های یکسانی از داده ها.

از این نظر، استفاده از فلش مموری برای کار، دسترسی مداوم به داده ها و همچنین نصب سیستم عامل بر روی آن توصیه نمی شود، زیرا منبع چنین فلش مموری خیلی سریع تمام می شود و فلش مموری غیر قابل استفاده شدن

هرگز از درایو فلش USB برای کار در برنامه های حسابداری استفاده نکنید!

کنترلر فلش درایو

پیچیده ترین و مرموزترین بخش فلش مموری، البته کنترل کننده آن است.

کارکردهای اصلی آن کار با تراشه های حافظه (انجام عملیات صفحه بندی، واکشی داده ها، نوشتن بلوک، قرار دادن و آدرس دهی داده ها در چندین تراشه حافظه و همچنین سایر عملکردهای ویژه) و ارائه یک رابط برای دستگاه میزبان است.

هنگامی که دستوری برای خواندن یک سلول داده خاص دریافت می شود، کنترل کننده باید تعیین کند که این سلول در کدام تراشه، در کدام بلوک این تراشه، در کدام صفحه از بلوک و سپس آدرس واقعی سلول در صفحه قرار دارد. از آنجایی که فقط کل صفحه قابل خواندن است، کنترلر آن را در بافر خود می خواند، سلول مورد نظر را در آن پیدا می کند و محتوای آن را به دستگاه میزبان ارسال می کند.

وقتی دستور نوشتن دریافت می شود، بلوک مورد نیاز نیز پیدا می شود، اما این بار صفحه به صفحه خوانده نمی شود، بلکه به طور کامل خوانده می شود. سپس تغییرات لازم در بافر انجام می شود، بلوک از ریز مدار کاملاً پاک می شود و بلوک تغییر یافته دوباره از بافر کنترلر نوشته می شود.

علاوه بر این، برای یکسان کردن سایش بلوک ها، کنترل کننده به طور دوره ای آنها را مجدداً اختصاص می دهد (در واقع آنها را تعویض می کند). در نتیجه، سایش نسبتاً یکنواخت در طول چرخه‌های نوشتن حاصل می‌شود و تراشه‌های حافظه طولانی‌تر دوام می‌آورند. کنترل کننده وضعیت هر بلوک را به طور جداگانه نظارت می کند و اگر هر یک از بلوک ها از تعداد چرخه های بازنویسی مجاز فراتر رفته باشد، کنترل کننده به حالت فقط خواندنی تغییر می کند - داده ها را می توان از آن خواند، اما دیگر نمی توان آنها را نوشت. چنین درایوهایی برای استفاده بیشتر مناسب نیستند.

در این صورت باید داده ها را از رسانه کپی کرده و جایگزین کنید.

این کنترلر دارای یک سیستم عامل، جداول پیکربندی است و برخی از مدل ها جداول سایش بلوک های حافظه و همچنین بسیاری از اطلاعات خدمات دیگر را ذخیره می کنند. تنوع کنترلرها بسیار زیاد است و نسخه های آنها به سادگی بی شمار است. با توجه به این، در صورت آسیب به کنترلر، جستجوی جایگزین برای بازیابی اطلاعات بی معنی است.

برای بازیابی در این مورد، تراشه های حافظه لحیم می شوند، روی تجهیزات ویژه خوانده می شوند و داده ها به صورت دستی به عنوان موزاییک جمع آوری می شوند.

اتصال الکترونیکی برای تغذیه ریز مدارها و مطابقت با سطوح منطقی مورد نیاز است. و اگرچه هیچ چیز پیچیده ای در اینجا وجود ندارد، اما غیر معمول نیست که این مهار الکترونیکی خاص، به ویژه تثبیت کننده قدرت، از کار بیفتد. بازیابی اطلاعات در این مورد به میزان آسیب بستگی دارد: یا قطعات الکترونیکی مستقیماً بر روی درایو فلش بازیابی می شوند و داده ها در حالت عادی خوانده می شوند یا، مانند کنترل کننده سوخته، داده ها مستقیماً از تراشه های حافظه گرفته شده و به صورت دستی جمع آوری می شود.

اخیراً درایوهای فلش وجود دارند که در آنها کنترلر، حافظه و تمام وسایل الکترونیکی در یک تراشه بسته بندی شده اند. اینها درایوهای فلش یکپارچه هستند. این طراحی بسیار فشرده تر از مدل کلاسیک است، اما دارای معایب بسیاری است: قابلیت اطمینان کمتر، خنک کننده ضعیف تر و عدم دسترسی به تراشه حافظه با عبور از کنترلر.

در صورت خرابی کنترلر، یا مهار الکترونیکی در یک فلش مموری مشابه، پیچیدگی کار بازیابی اطلاعات به ترتیبی افزایش می یابد.

سوالی که اغلب در بین خریداران بالقوه مطرح می شود این است که کدام فلش مموری را انتخاب کنیم و چگونه فلش مموری را انتخاب کنیم؟

بسیاری از آنها توسط مارک های معروف هدایت می شوند، به این امید که محصولات یک شرکت شناخته شده بهتر و قابل اعتمادتر باشند، اما در اینجا همه چیز کمی متفاوت است. به عنوان یک قاعده، علامت تجاری که تحت آن یک فلش مموری خاص تولید می شود هیچ ارتباطی با تولید دستگاه ندارد، بلکه فقط یک دسته از درایوهای فلش آماده با آرم و بسته بندی خاص خود را سفارش می دهد و کیفیت محصول نیز این کار را انجام می دهد. به هیچ وجه به علامت تجاری وابسته نیست.

به عنوان یک قاعده، انتخاب درایو فلش توسط یک کنترلر یا تراشه های حافظه خاص غیرممکن است - حتی در درایوهای فلش با ظاهر یکسان از دسته های مختلف، می توان از ریز مدارهای مختلف استفاده کرد.

بنابراین، معیارهای انتخاب درایو فلش بسیار ذهنی است.- ساختار محکم، اتصال سفت و سخت کانکتور USB، بدون قطعات متحرک، ترجیحاً یک قاب فلزی (برای خنک کردن بهتر و محافظت در برابر استاتیک) و معماری کلاسیک چند تراشه.

ساده ترین راه برای تشخیص یک فلش درایو با طراحی کلاسیک از یک تراشه تک تراشه، توسط کانکتور USB است - درایوهای فلش معمولی دارای یک رابط فلزی هستند، مانند هر کابل USB، کانکتورهای تک تراشه معمولاً نازک هستند، به اندازه نصف اندازه یک پورت، بدون قطعه فلزی در اطراف محیط.

همانطور که می بینید، با وجود تمام مزایا، درایوهای فلش دارای معایب کافی هستند که با توجه به آنها، ارزش اعتماد به درایوهای فلش با اطلاعات ارزشمند در یک نسخه را ندارد.

این مقاله به طور خلاصه مزایای فلش مموری های مدرن را شرح می دهد و تراشه کنترلی را که می توان برای ساخت درایوهای فلش USB استفاده کرد، مورد بحث قرار می دهد. علاوه بر این، نویسنده این مقاله نسخه خود را از اجرای عملی چنین دستگاهی ارائه می دهد.

معرفی

در حال حاضر، دستگاه های فلش مموری بسیار محبوب شده اند و به رسمیت شناخته شده جهانی کاربران رایانه های شخصی را به دست آورده اند. این به دلیل کیفیت درایوهایی از این نوع مانند فشرده بودن، مصرف انرژی کم، ظرفیت حافظه زیاد، عدم وجود قطعات متحرک، قابلیت اطمینان بالا و سهولت استفاده امکان پذیر شد. پرکاربردترین نسخه "Memory Stick" - یک کارت حافظه (شکل 1).

علاوه بر این، درایوهای فلش به شکل حلقه کلید، خودکار، چاقو تاشو، فندک، کارت پلاستیکی، ساعت و غیره موجود است (شکل 2).

چنین انواعی از اجراها به خاطر سهولت استفاده ظاهر می شوند، به طوری که حافظه فلش همیشه در دسترس بود و به طور محتاطانه در اشیاء معمول زندگی روزمره ما قرار می گرفت. همه این دستگاه ها دارای یک رابط USB داخلی هستند که به فلش مموری اجازه می دهد با کامپیوتر برای نوشتن و خواندن داده ها ارتباط برقرار کند. درایوهای فلش بسیار راحت‌تر و کاربردی‌تر از فلاپی دیسک‌های معمولی هستند، اما از نظر اخلاقی منسوخ شده‌اند، بدون اینکه به حافظه و قابلیت اطمینان ذخیره‌سازی اطلاعات بسیار بیشتر از دومی اشاره کنیم.

همچنین یک گروه جداگانه از فلش مموری ها به شکل کارت وجود دارد که رسانه های قابل جابجایی هستند و در دوربین های دیجیتال، دوربین های فیلمبرداری و حتی تلفن های همراه قرار می گیرند. اینها عبارتند از کارتهایی مانند CF (Flash Compact)، MMC (Multi Media Card)، SD (Secure Digital)، XD (XD-Picture Card) و غیره. کامپیوتر از رابط دستگاهی که در آن گنجانده شده است استفاده می کند. به عنوان یک قاعده، این همان رابط USB یا FireWire است. علاوه بر این، برای راحتی استفاده از چنین کارت هایی، آداپتورهای مختلفی قبلا ایجاد شده اند که دارای یک رابط USB برای اتصال به کامپیوتر و کانکتورهایی برای اتصال کارت های فلش هستند (شکل 3).

به لطف چنین آداپتورهایی، فلش کارت ها را می توان به عنوان رسانه ذخیره سازی مستقل مینیاتوری با ظرفیت حافظه صدها مگابایت استفاده کرد.

علیرغم اینکه در حال حاضر تولیدکنندگان زیادی درایوهای فلش و انواع آداپتورهای فلش کارت در دنیا وجود دارد، توسعه انواع و نسخه های جدید این دستگاه ها همچنان ادامه دارد. و دلایل خوبی برای آن وجود دارد. افراد بیشتری باید با اطلاعات کار کنند. اینها اسناد الکترونیکی معمولی ایجاد شده در ویرایشگرها و داده های مرجع و اطلاعات محرمانه مختلف در قالب نام های منطقی و رمز عبور برای صندوق های پست الکترونیکی و غیره هستند. علاوه بر اطلاعات، درایوهای فلش می توانند برنامه های مفید مختلف، اسناد اسکن شده، عکس های الکترونیکی را ذخیره کنند. موسیقی و حتی فیلم و وجود رابط USB در تقریبا تمام رایانه های مدرن و سرعت بالای انتقال داده آن، انتقال اطلاعات با استفاده از درایوهای فلش را به یک عملیات ساده، راحت و سریع تبدیل می کند.

بسیاری از شرکت های داخلی که در زمینه توسعه و تولید تجهیزات الکترونیکی فعالیت می کنند می توانند تولید خود را از چنین درایوهای فلش راه اندازی کنند یا آنها را در محصولات خود معرفی کنند. در واقع، در حال حاضر، هزینه اجزای یک درایو فلش 128 مگابایتی در حال حاضر حدود 10 دلار است، در حالی که قیمت بازار چنین محصولی می تواند بیش از 20 دلار باشد. علاوه بر این، ارتش بزرگی از علاقه مندان به الکترونیک ممکن است به طور مستقل ساده ترین نسخه فلش درایو را برای نیازهای خود تولید کنند.

نمای کلی کنترلر

در حال حاضر، چندین تولید کننده کنترلرهای فلش مموری USB 2.0 (USB 2.0 Flash Drive Controller) وجود دارد. برای مثال Genesys Logic کنترلر GL814E را می سازد و SMSC USB97C242 را می سازد. در اوایل سال 2004، Sigmatel یک کنترلر جدید فلش مموری STBD2010 را معرفی کرد. برخلاف موارد فوق، این کنترلر حداکثر یکپارچه است و شامل تمام اجزای لازم برای ساخت یک دستگاه فلش مموری آماده با حداقل مجموعه عناصر خارجی است. علاوه بر این، دارای یک مورد مدرن با اندازه کوچک (شکل 4) است که امکان ایجاد دستگاه های حافظه کوچک بر اساس آن را فراهم می کند.

در عین حال، قیمت میکرو مدار فقط 1.7 دلار است. نمونه های تکی این کنترلر را می توان در سایت سازنده (www.sigmatel.com) سفارش داد.

این کنترلر دارای دو تغییر است: STBD2010 و STBD2011. آخرین اصلاح نسبت به اولی مزایایی دارد. از آنجایی که هر دو تغییر کنترلرها ساختار یکسانی دارند و از نظر پین های کیس کاملاً سازگار هستند، در اینجا یک نمای کلی برای هر دو مدل کنترل کننده ارائه شده است که نشان دهنده تفاوت ها است.

ابتدا ویژگی های اصلی کنترلر را در نظر بگیرید. کنترلر STBD2010/2011 دارای یک رابط USB داخلی است و به طور کامل با مشخصات USB 2.0 برای عملیات با سرعت بالا مطابقت دارد. کنترل تراشه های حافظه فلش با معماری NAND را فراهم می کند. با اندازه بدنه بسیار کوچک، کنترلر به شما امکان می دهد دستگاه هایی با ابعاد مینیاتوری ایجاد کنید. رابط حافظه فلش خارجی تعبیه شده در کنترلر از یک تا چهار تراشه حافظه با سازماندهی گذرگاه داده 8 و 16 بیتی پشتیبانی می کند. هر یک از چهار تراشه حافظه می تواند تا 2 گیگابیت بر ثانیه باشد. بنابراین، مقدار کل تراشه های حافظه پشتیبانی شده توسط کنترلر می تواند به 8 گیگابیت برسد. این کنترلر قابلیت پیکربندی خودکار نوع حافظه را دارد و از انواع تراشه های فلش مموری زیر پشتیبانی می کند:

• حافظه فلش NAND با فناوری Binary یا SLC (Single Level Cell)؛
• فلاش NAND با فناوری MLC (Multi-Level Cell) (فقط STBD2011)؛
• حافظه فلش AG-AND (فقط STBD2011).

از تولیدکنندگان این گونه تراشه های حافظه می توان به شرکت های معروفی مانند سامسونگ، توشیبا، سن دیسک، ST Microelectronics و ... اشاره کرد.

کنترلر دارای بلوک تصحیح خطای سخت افزاری (ECC) است که قابلیت اطمینان داده های منتقل شده را بدون نیاز به پردازش داده های نرم افزاری اضافی تضمین می کند.

تنظیم کننده ولتاژ تعبیه شده در کنترلر، ولتاژ تغذیه لازم 3.3 و 1.8 ولت را بدون استفاده از تثبیت کننده های ولتاژ خارجی و سایر عناصر اضافی به تراشه های حافظه فلش متصل می دهد. منبع تغذیه ورودی برای کنترلر یک منبع ولتاژ 5 ولت رابط USB است.

برای همگام سازی تمام فرآیندهای داخل کنترلر، یک سینت سایزر فرکانس داخلی وجود دارد که در ارتباط با یک تشدید کننده کوارتز خارجی کار می کند که فرکانس ساعت را 24 مگاهرتز تنظیم می کند.

کنترلر STBD2010/2011 در عملکرد خود به هیچ نرم افزار اضافی نیاز ندارد و می تواند در رایانه های دارای سیستم عامل MAC، Windows ME/2000/XP استفاده شود. علاوه بر این، برای نسخه قبلی ویندوز 98 SE، درایور کنترلر STBD2010/2011 به صورت رایگان در وب سایت شرکت www.sigmatel.com در دسترس است.

بلوک دیاگرام کنترلر را در نظر بگیرید (شکل 5).

همانطور که از ساختار کنترلر مشخص است، شامل بلوک هایی برای پشتیبانی از رابط USB و کار با فلش مموری است. پروتکل رابط USB و حافظه فلش توسط میکروکنترلر داخلی High Performance Microcontroller پشتیبانی می شود که از ROM و RAM روی تراشه برای عملکرد خود استفاده می کند. رابط USB توسط واحد فرستنده گیرنده USB2.0 Hi-Speed ​​و کنترلر دستگاه USB2.0 Hi-Speed ​​پشتیبانی می شود. سینت سایزر داخلی فرکانس PLL با استفاده از یک تشدید کننده کوارتز خارجی 24 مگاهرتز، هماهنگ سازی لازم برای عملکرد تمام دستگاه های داخلی را فراهم می کند. بلوک GPIO کنترل خارجی و نشان دادن حالت عملکرد کنترلر را فراهم می کند. کنترلر از طریق رابط فلش ​​مموری با فلش مموری ارتباط برقرار می کند. تنظیم کننده ولتاژ داخلی تنظیم کننده ولتاژ ولتاژهای تغذیه 3.3 و 1.8 ولت لازم برای عملکرد هسته کنترلر و تراشه های حافظه خارجی را از ولتاژ ورودی 5 ولتی که از رابط USB می آید تولید می کند.

این کنترلر در یک بسته مدرن 48 پین QFN با اندازه کوچک تنها 77 میلی متر موجود است.

جدول 1 مشخصات عملیاتی و فنی اصلی این ریز مدار را نشان می دهد.

جدول 1. مشخصات عملیاتی و فنی ریز مدار

یک بلوک دیاگرام معمولی از اتصال تراشه های حافظه به کنترلر در شکل نشان داده شده است. 6.

پیاده سازی عملی

نمودار مدار دستگاه که توسط نویسنده این مقاله توسعه یافته است، در شکل نشان داده شده است. 7.

این مدار از تراشه کنترل کننده D1 که در بالا توضیح داده شد و فقط یک تراشه حافظه فلش D2 استفاده می کند.

فهرست عناصر دستگاه که نوع قطعات الکترونیکی مورد استفاده، رتبه بندی آنها و انواع موارد را نشان می دهد در جدول 2 آورده شده است.

جدول 2. فهرست عناصر

به جای چیپ حافظه فلش D2 می توان از یک تراشه حافظه کوچکتر استفاده کرد. هنگام استفاده از تمام 16 بیت کنترل کننده I / O در دستگاه، می توانید از تراشه های حافظه با یک گذرگاه داده 16 بیتی استفاده کنید. این باعث افزایش سرعت تبادل با ریز مدارها می شود، اما توپولوژی برد مدار چاپی را تا حدودی پیچیده می کند.

منبع تغذیه دستگاه از رابط USB از طریق کانکتور X1 تامین می شود. عناصر L1، CP1 و C1 فیلتر فرکانس بالا و پایین این ولتاژ را فراهم می کنند. کنترلر D1 از آن ولتاژهای تغذیه 3.3 و 1.8 ولت تولید می کند که برای تغذیه هسته خود کنترل کننده و همچنین برای تغذیه تراشه های حافظه ضروری است. فیلتر اضافی ولتاژهای تغذیه با مسدود کردن خازن های C4-C6 انجام می شود. سوئیچ SA1 که خروجی GP1 کنترلر را کنترل می کند، به شما اجازه می دهد تا نوشتن بر روی تراشه های حافظه را غیرفعال کنید تا از اطلاعات در برابر پاک شدن محافظت کنید. خروجی کنترلر GP0 LED HL1 را از طریق مقاومت محدود کننده R7 کنترل می کند، که مسئول نشان دادن حالت عملکرد کنترلر (دسترسی ذخیره سازی) است. مقاومت های R1 و R2 تطبیق ورودی های کنترلر با سیگنال های دیفرانسیل DM و DP رابط USB را فراهم می کنند. مقاومت‌های باقی‌مانده دستگاه به‌عنوان مقاومت‌های مرجع عمل می‌کنند و سطوح سیگنال‌های کنترل‌کننده را به ولتاژ تغذیه یا پتانسیل زمین بالا می‌برند. تشدید کننده کوارتز BQ1، همراه با خازن های C2 و C3، فرکانس حرکت کنترل کننده 24 مگاهرتز را فراهم می کند.

مدار نیازی به تنظیم ندارد و اگر به درستی مونتاژ شود، بلافاصله پس از اتصال دستگاه به رابط USB رایانه شروع به کار می کند. هنگامی که برای اولین بار متصل می شوید، سیستم عامل کامپیوتر یک دستگاه جدید را شناسایی کرده و درایورهای لازم برای عملکرد آن را در حالت خودکار نصب می کند. در آینده، این دستگاه به عنوان یک دیسک قابل جابجایی در رایانه گنجانده می شود، که با آن می توانید هر گونه عملیات خواندن، نوشتن و پاک کردن اطلاعات را مانند یک هارد دیسک معمولی انجام دهید.

امروزه درایوهای فلش محبوب ترین رسانه ذخیره سازی خارجی هستند. بر خلاف دیسک های نوری و مغناطیسی (به ترتیب CD / DVD و هارد دیسک ها)، درایوهای فلش فشرده تر و در برابر آسیب های مکانیکی مقاوم هستند. و با توجه به چه فشردگی و پایداری حاصل شد؟ بیایید دریابیم!

اولین چیزی که باید به آن توجه کنید این است که هیچ قطعه مکانیکی متحرکی در داخل فلش مموری وجود ندارد که در اثر سقوط یا ضربه آسیب ببیند. این به دلیل طراحی به دست می آید - بدون قاب محافظ، فلش درایو یک برد مدار چاپی است که یک اتصال USB به آن لحیم شده است. بیایید به اجزای آن نگاه کنیم.

اجزای اصلی

اجزای اکثر درایوهای فلش را می توان به پایه و اضافی تقسیم کرد.

اصلی ترین آنها عبارتند از:

1. تراشه های حافظه NAND؛
2. کنترل کننده؛
3. تشدید کننده کوارتز
4. کانکتور USB

حافظه NAND
درایو به لطف حافظه NAND: میکرو مدارهای نیمه هادی کار می کند. تراشه های چنین حافظه ای اولاً بسیار جمع و جور هستند و ثانیاً بسیار بزرگ هستند: اگر در ابتدا حجم درایوهای فلش به دیسک های نوری آشنا در آن زمان از دست می رفت ، اکنون حتی دیسک های Blu-Ray از ظرفیت فراتر می روند. چنین حافظه ای، در میان چیزهای دیگر، غیر فرار است، یعنی برخلاف تراشه های RAM که با استفاده از فناوری مشابه ایجاد شده اند، به منبع انرژی برای ذخیره اطلاعات نیاز ندارد.


با این حال، حافظه NAND در مقایسه با انواع دیگر دستگاه های ذخیره سازی یک نقطه ضعف دارد. واقعیت این است که عمر مفید این تراشه ها با تعداد معینی از چرخه های بازنویسی (مراحل خواندن / نوشتن اطلاعات در سلول ها) محدود می شود. به طور متوسط ​​تعداد چرخه های خواندن و نوشتن 30000 (بسته به نوع تراشه حافظه) است. این مقدار باورنکردنی به نظر می رسد، اما در واقع معادل حدود 5 سال استفاده سنگین است. با این حال، حتی در صورت رسیدن به حد مجاز، درایو فلش می تواند همچنان استفاده شود، اما فقط برای خواندن داده ها. همچنین، حافظه NAND به دلیل ماهیت خود در برابر نوسانات الکتریکی و تخلیه های الکترواستاتیکی بسیار آسیب پذیر است، بنابراین آن را از منابع چنین خطراتی دور نگه دارید.

کنترل کننده
شماره 2 در شکل ابتدای مقاله یک ریز مدار کوچک است - یک کنترلر، یک ابزار ارتباطی بین حافظه فلش و دستگاه های متصل (کامپیوتر، تلویزیون، رادیو ماشین و غیره).


یک کنترلر (که در غیر این صورت میکروکنترلر نامیده می شود) یک کامپیوتر اولیه مینیاتوری با پردازنده خاص خود و مقداری رم است که برای ذخیره سازی داده ها و اهداف خدماتی استفاده می شود. روش به روز رسانی سیستم عامل یا BIOS به معنای به روز رسانی نرم افزار میکروکنترلر است. همانطور که تمرین نشان می دهد، شایع ترین خرابی درایوهای فلش خرابی کنترلر است.

تشدید کننده کوارتز
این جزء یک کریستال کوارتز کوچک است که مانند یک ساعت الکترونیکی، ارتعاشات هارمونیک با فرکانس مشخصی تولید می کند. در درایوهای فلش، رزوناتور برای برقراری ارتباط بین کنترلر، حافظه NAND و اجزای اضافی استفاده می شود.

این قسمت از درایو فلش نیز در معرض آسیب است و بر خلاف مشکلات میکروکنترلر، حل آنها به تنهایی تقریبا غیرممکن است. خوشبختانه، در درایوهای مدرن، رزوناتورها نسبتاً به ندرت از کار می افتند.

کانکتور USB
در اکثر موارد، درایوهای فلش مدرن دارای یک رابط USB 2.0 نوع A هستند که بر روی دریافت و ارسال متمرکز است. جدیدترین درایوها از USB 3.0 نوع A و نوع C استفاده می کنند.

اجزای اضافی

علاوه بر اجزای اصلی یک دستگاه ذخیره‌سازی فلش که در بالا ذکر شد، تولیدکنندگان اغلب عناصر اختیاری مانند: نشانگر LED، سوئیچ حفاظت از نوشتن و برخی ویژگی‌های خاص برای مدل‌های خاص را به آنها عرضه می‌کنند.

نشانگر LED
بسیاری از درایوهای فلش دارای یک LED کوچک اما نسبتاً روشن هستند. این برای نمایش بصری فعالیت یک درایو فلش (نوشتن یا خواندن اطلاعات) طراحی شده است یا به سادگی یک عنصر طراحی است.


این نشانگر اغلب هیچ بار عملکردی برای خود فلش درایو ندارد و در واقع فقط برای راحتی کاربر یا زیبایی مورد نیاز است.

سوئیچ محافظ را بنویسید
این عنصر بیشتر برای کارت های SD معمول است، اگرچه گاهی اوقات در دستگاه های ذخیره سازی USB یافت می شود. دومی اغلب در یک محیط شرکتی به عنوان حامل انواع اطلاعات از جمله مهم و محرمانه استفاده می شود. برای جلوگیری از حوادث با حذف تصادفی چنین داده‌هایی، سازندگان درایوهای فلش در برخی مدل‌ها از یک سوئیچ حفاظتی استفاده می‌کنند: مقاومتی که هنگام اتصال به مدار منبع تغذیه یک دستگاه ذخیره‌سازی، از رسیدن جریان الکتریکی به سلول‌های حافظه جلوگیری می‌کند.


هنگامی که می‌خواهید اطلاعاتی را از درایوی که محافظت فعال است بنویسید یا حذف کنید، سیستم عامل پیام زیر را نمایش می‌دهد.

به روشی مشابه، حفاظت در به اصطلاح کلیدهای USB اجرا می شود: درایوهای فلش که حاوی گواهی های امنیتی لازم برای عملکرد صحیح برخی از نرم افزارهای خاص هستند.

این عنصر همچنین می تواند شکسته شود و در نتیجه وضعیت ناخوشایندی ایجاد شود - به نظر می رسد دستگاه عملیاتی است، اما استفاده از آن غیرممکن است. ما مطالبی در سایت خود داریم که می تواند به حل این مشکل کمک کند.

اجزای منحصر به فرد

برای مثال، وجود اتصالات لایتنینگ، microUSB یا Type-C از جمله این موارد است: درایوهای فلش با این اتصالات برای استفاده از جمله در تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها طراحی شده‌اند.