Делу — флешка, потехе — хард!
Народная мудрость

⇡ Чините это немедленно!

Ремонт нынешних гаджетов — занятие неблагодарное и зачастую невыгодное. Заменяемых деталей в них всё меньше, компоновка всё плотнее, а цены между тем (при равной функциональности) — всё ниже. Кустарю тягаться с промышленными технологиями не под силу. Тем не менее ремонтники мобильных телефонов и ноутбуков на жизнь особо не жалуются (см. статьи 2011 года — и ). Причина, как они сами объясняют, в недолговечности комплектующих — экранов, корпусов, цепей питания, ряда микросхем, а также в ненадёжных соединениях. Флеш-накопители — «USB-свистки» и в меньшей степени карты памяти — уверенно идут по тому же пути.

Практически каждый пользователь уже пережил минимум одну поломку флешки, и многие наверняка задумывались: а можно ли её починить самому? В старые времена, когда модный гаджет обходился в треть зарплаты, это подсказывала небезызвестная жаба, позже — простое любопытство. Действительно, что касается неисправных «брелоков», то не менее 50-60% случаев лечится простыми методами, не требующими специальной подготовки и оборудования. Почему бы и не попробовать?

Сегодня ремонт вновь становится актуальным с ростом ёмкости (а стало быть, и стоимости) флешек, а главное — с падением их надёжности. На рынке флеш-накопителей царит жёсткая конкуренция с регулярными ценовыми войнами. Производители экономят каждый цент себестоимости и не слишком заботятся о качестве своей продукции (некоторое исключение — дорогие флагманские модели). Им проще заложить в цену некий процент брака и менять отказавшие устройства по гарантии. Что будет с флешкой потом — «шерифа не волнует».

Увы, зачастую гарантийные услуги для пользователя недоступны: или документы утеряны (многие ли помнят о них, хотя бы хранят чек?), или место покупки далеко, или флешка имеет внешние повреждения — явно негарантийный случай. Что уж говорить о сером импорте и откровенных подделках (интернет-барахолки ими полны — недобросовестный бизнес, увы, процветает). В подобных случаях самостоятельный ремонт может исправить дело и вернуть к жизни забарахливший брелок.

Все флешки, за исключением монолитных конструкций, устроены однотипно и довольно просто: USB-разъём, печатная плата, на ней — десяток-другой элементов обвязки, контроллер и от одного до восьми чипов памяти (на моделях большой ёмкости они часто припаяны попарно, этакими «бутербродами»). Ремонтные технологии несложны и доступны каждому, у кого есть паяльник и мультиметр. Минимальные навыки обращения с электроникой тоже не будут лишними.

Успешный ремонт приносит не только законное моральное удовлетворение, но и материальную выгоду. Появившийся «лишний» накопитель позволяет более гибко управлять своими данными (например, дублировать) и вообще чувствовать себя спокойнее. По наблюдениям, реанимированные девайсы живут даже дольше новых — слабые места уже устранены, да и хозяин обращается с ними аккуратнее.

Очень часто владельца сломанной флешки интересует не она сама, а записанные на неё данные. Технологии восстановления данных (DR) имеют принципиальные отличия от ремонта как такового, поскольку заботиться о работоспособности всего устройства не требуется. Микросхемы флеш-памяти, на которых и хранится информация, выходят из строя весьма редко (1-2% аварийных случаев). От превратностей судьбы они защищены как механически — корпусом и самой конструкцией флешки (чипы обычно удалены от USB-разъёма, самого напряженного узла), так и электрически — контроллером и обвязкой. Последние берут на себя все риски взаимодействия по интерфейсу, в том числе переполюсовку, броски напряжения или разряды статики. То же справедливо и для карт памяти.

Поэтому «сырые» данные на чипах, как правило, сохраняются, и самый надёжный путь — отпаять все чипы, вычитать их на физическом уровне с помощью специального устройства (программатора, или считывателя) и собрать из полученных дампов образ файловой системы. Последний этап — самый сложный, поскольку требуется воспроизвести алгоритм работы контроллера. Производители вовсе не горят желанием раскрывать подобные вещи, так что приходится проводить обратную инженерную разработку — пресловутый reverse engineering.

Результаты трудоёмких раскопок попадают в базу данных, называемую иногда системой решений . Коллективными усилиями накоплено более 3000 решений, позволяющих эмулировать почти любой контроллер. Для сборки применяется специализированное ПО, весьма недешёвое (порядка 1 000 евро) и непростое в освоении. На территории бывшего СССР, а также во многих других странах наибольшую популярность завоевали два программно-аппаратных комплекса: Flash Extractor от московской компании «Софт-Центр» и PC-3000 Flash SSD Edition от ACE Lab (этот ростовский разработчик известен также своим инструментарием для ремонта жёстких дисков).

Считыватель от комплекса Flash Extractor. Сменные панельки позволяют подключать микросхемы всех основных типов

Понятно, что подобные технологии — прерогатива специалистов. Но это единственный вариант в тех случаях, когда сгорел контроллер или повредилась служебная информация на чипах. Флешка тогда вообще не опознаётся либо не даёт доступа к данным, причём даже замена контроллера заведомо исправным не помогает (эффективность этой устаревшей технологии — всего 15-20%).

Если же аппаратные проблемы не затрагивают контроллер и микропрограмму, то после ремонта данные вновь становятся доступными — одним выстрелом удаётся убить двух зайцев. Правда, столь выгодный «дуплет» возможен лишь в простейших случаях, вроде сгоревшего предохранителя или другого элемента обвязки. Погнутый разъём USB или надломленная плата (типовые поломки, с которыми флешки приносят в ремонт) к ним, увы, не относятся. Зачастую в таких ситуациях слетает прошивка, и, даже починив плату, до файлов не доберёшься.

Причина в самих пользователях: с повреждённой флешкой они пытаются работать, прижимая разъём рукой. И зря — стабильного контакта так всё равно не добиться, зато от дребезга (он равносилен многократному подключению и отключению) блокируется контроллер. Флешка перестаёт определяться, после чего простые решения уже не проходят.

Приходится выбирать — нужна ли «инфа» или сам накопитель. В первом случае пользователя ждёт профессиональное восстановление данных (если они того стоят…), а во втором — ремонт, скорее всего самостоятельный. Он приводит флешку к состоянию «как новая», уничтожая всё ранее записанное. Так что ремонтные и DR-технологии в целом несовместимы.

Как же ломаются флешки и карты памяти? Рассмотрим основные виды неисправностей, их причины и методы устранения.

⇡ Популярная механика

Механические неисправности трудно не заметить. Применительно к флешкам — это дефекты корпуса, поломки колпачка и других подвижных деталей, повреждения разъёма USB (самый частый случай), трещины и сколы печатной платы и радиоэлементов на ней. Флеш-накопители не любят влаги, и, если их утопить либо залить, не работают.

Исключение — дорогие и более редкие защищённые модели, где внутренний объём залит силиконом (они часто носят маркетинговые названия Extreme, Voyager и т.п.). Между прочим, этот же силикон изрядно затрудняет отпайку чипов при аппаратном ремонте или восстановлении данных — очищать скальпелем приходится каждый вывод. Отдельно стоят монолитные конструкции: к воде и (несильным) ударам они сравнительно стойки, зато серьёзные повреждения однозначно фатальны.

Эту флешку Corsair, пришедшую «на дату», пришлось буквально выдирать из силикона

Сломанный корпус, отсутствующий колпачок, заклиненные подвижные части могут не влиять на работоспособность флешки, но пользоваться ей становится неудобно и даже затруднительно, её срок службы резко сокращается. При погнутом, мятом, отломанном разъёме USB (как и при других нарушениях контактов) флешка либо вовсе неработоспособна, либо опознаётся через раз и долго не проживёт. Повреждённая плата однозначно требует ремонта, но он не всегда приводит к успеху — внутренние дорожки многослойной структуры восстановить затруднительно.

Треснувший колпачок флешки — одна из частых поломок. В дешёвых моделях это случается через месяц-другой эксплуатации

В отличие от флешек, для карт памяти механические повреждения обычно бывают фатальны: за ремонт можно и не браться. Печатная плата бумажной толщины страдает при любом серьёзном воздействии — в ней рвутся токопроводящие дорожки и нарушается контакт с микросхемами памяти. Да и сами чипы могут треснуть с потерей всей «инфы». Так что к устранить получается лишь мелкие неисправности.

Так, у карт SD встречается расслоение половинок корпуса и (чаще всего) потеря ползунка, блокирующего запись. В последнем случае карта становится read-only, ничего записать на нее нельзя (ползунок сам не является переключателем, он просто механически размыкает цепь запрета записи в кардридере, так что на некоторых устройствах запись возможна). SD с расслоившимся или погнутым корпусом бывает трудно вставить в слот и, что важнее, извлечь из него. Применение силы (пинцеты, плоскогубцы и тому подобное) ситуацию только ухудшает. Также есть вероятность, что вся начинка карты рано или поздно выпадет из корпуса — это с большой вероятностью добьёт устройство.

В руках нетерпеливого пользователя карта SD долго не прожила

Причина механических повреждений — чаще всего небрежность пользователя. Флешки криво и резко вставляют в USB-порт компьютера или ноубука; уже вставленные задевают рукой, ногой, сумкой или шваброй. Вне компьютера «брелоки» роняют на пол, на них наступают, садятся, их переезжают колесиком кресла и так далее. Флешки попадают в стиральную машину, в уличную грязь и под пролитый кофе, их купают в морях и ваннах. Приходилось видеть накопители, побывавшие в собачьих зубах.

Модели со складными и выдвижными частями страдают от излишних усилий при трансформациях. Подвижные детали сами по себе не слишком долговечны и быстро истираются, если сделаны из дешёвого мягкого пластика. Особенно это касается различных фиксаторов — вставить такую «самоскладывающуюся» флешку в порт бывает непросто. Износ сильно ускоряется в грязной и агрессивной среде (например, в кармане рядом с ключами). В незащищённый колпачком разъём USB легко проникает пыль и влага, вызывая загрязнение и коррозию контактов (они далеко не всегда позолочены, как того требует стандарт).

Флешка Kingston норовит сложиться при подключении — стёрся фиксатор рабочего положения. Ползунок приходится удерживать рукой

Подкладывает свинью и политика производителей. К дешёвым флешкам они относятся как к одноразовому товару и экономят на всём. Отсюда — хлипкий корпус, трескающийся через неделю колпачок, тонкий текстолит платы, небрежная скупая пайка. Модели подороже обычно сделаны качественнее, и механически они более выносливы. При покупке стоит выбирать именно их. Правда, если деньги пошли на вычурный дизайн, то лучше поостеречься — в гламурном корпусе может стоять хилая и медленная начинка. Между прочим, таковы большей частью подарочные корпоративные флешки — использовать их для дела неразумно, проблемы начнутся очень быстро.

Ещё о выборе. По жизни самые крепкие флешки — яйцеобразной, не слишком компактной формы. Длинные и тонкие модели ломаются первыми. Чем больше металла в корпусе, тем лучше — металл даёт не только прочность, но и хороший теплоотвод. Колпачок надёжнее тот, что держится трением на всей площади разъёма USB — он не треснет в районе выступов-фиксаторов. Хорошо, когда колпачок застрахован от потери шнурком или тросиком. Иногда снятый колпачок можно надеть на тыльную сторону флешки — это не так удобно, но лучше, чем ничего.

Модный в последнее время открытый разъём (без металлического бандажа, четыре контактные пластины находятся на виду) в плане надёжности неудачен: легко ломается и царапается, а главное — подвержен губительной статике. К тому же он часто сочетается с монолитным дизайном — изящным и компактным, но неремонтопригодным. Если, к примеру, ноутбук упал со стола, то у вставленной обычной флешки просто выламывается разъём, зато монолит трескается пополам, огорчая и пользователя и ремонтника.

Сломанный разъём у обычной и монолитной флешек. В последнем случае о ремонте говорить не приходится и даже снять данные — большая проблема. Обведённые контакты здесь не помогут

Механический ремонт преследует цель восстановить функционирование и надёжность флешки, его содержание довольно очевидно. На уровне «сделай сам» — это склейка или замена корпуса, подбор подходящего колпачка и тому подобное. Во многих случаях выручает цианакрилатный суперклей, особенно с активатором (гексаном), позволяющим склеивать любой пластик, в том числе «неподдающиеся» полиэтилен и полипропилен. У расшатанного либо погнутого разъёма USB следует пропаять крепления, особенно ушки по бокам (они принимают изгибающую нагрузку и отрываются первыми), а потом и сами контакты. Грубое выправление разъёма в обратную сторону — не лучший метод: часто при этом рвутся близлежащие дорожки на плате, и ремонт сильно осложняется, если вообще остаётся возможным.

На SD вместо потерянного ползунка легко вклеивается кусочек спички — правда, уже без возможности блокировки, но ей мало кто пользуется. Контакты чистятся ватной палочкой со специальным средством «Контактол» или, на худой конец, спирто-бензиновой смесью. Желательно при этом соблюдать антистатическую гигиену (заземляющий браслет на руке, проводящее покрытие стола и пола и так далее) или хотя бы коснуться заземлённого предмета перед работой. Помните, что карты чувствительны к статике.

Нелишне проверить под лупой контактные площадки — их золочение бывает весьма условным или вообще отсутствует. Истёртые, корродированные, изменившие цвет контакты (не редкость на дешёвых картах, хранящихся во влажной среде) — сигнал к выводу из эксплуатации, надёжно работать такая карта не будет. Переходников microSD→SD это тоже касается.

⇡ Сгорела на работе

Электрические неисправности флешек — это в первую очередь выход из строя контроллера («выгорание»), а также различные дефекты SMD-элементов обвязки: фильтров, предохранителей, резисторов, конденсаторов, стабилизатора, кварца. У этих деталей наблюдается обрыв, пробой, ухудшение параметров (к примеру, снижение выходного напряжения стабилизатора с 3,3 до 2,5-2,6 В, при которых контроллер уже не запускается). Сюда же можно отнести и проблемы с платой, в том числе повреждение токоведущих дорожек и плохой контакт деталей. Нередко в ходе эксплуатации проявляются дефекты заводской сборки (не до конца пропаянные соединения, холодная пайка, коррозия от неотмытого флюса).

Этот фильтр (обведён белым) сгорел от броска напряжения. Лечение стандартное — замена аналогичным или попросту напайка перемычки

Контактных проблем стало заметно больше после введения директивы Евросоюза RoHS (она направлена на вывод из оборота свинца, ртути и других вредных веществ). Экологичные бессвинцовые припои оказались капризными в применении: они хуже растекаются и смачивают контактные площадки, имеют повышенную температуру плавления, менее прочны. Качественная пайка ими требует высокой производственной культуры, а мелкие китайские фабрики этим как раз не отличаются…

В подобных случаях флешка чаще всего не подаёт признаков жизни, но иногда определяется в компьютере как «Неизвестное USB-устройство». В частности, это бывает при ненадёжном контакте микросхем флеш-памяти с платой (частый случай в последнее время — чуть изогнётся флешка в неловких руках, и одна из ножек отходит). При плохой пайке устройство может работать лишь в определённом положении, и то если нажимать рукой на корпус (обычно в районе разъёма USB). Случается, что дефекты проявляются лишь с прогревом, а холодная флешка работает нормально. Со временем интервалы работоспособности всё сужаются и в конце концов дело доходит до полного отказа.

К электрическим повреждениям флешек и карт памяти можно причислить и попадание внутрь воды — проблемы чаще всего вызывает не она сама, а недостаточная просушка устройства перед использованием. Стоит подать питание на отсыревшую флешку, и контроллер легко выходит из строя, причина — токи утечки между выводами. Конечно, длительное воздействие воды, особенно морской, может вызвать и банальную коррозию, но это не фатально: сообщалось, что карта памяти из фотоаппарата-«утопленника» заработала после года пребывания на морском дне.

Причины электроповреждений — нестабильное питание, разряды статического электричества с тела пользователя или корпуса ПК, а также перегрев деталей накопителя, в первую очередь контроллера (чипы памяти выдерживают до 100-120 °C и «горят» редко). Перегреву способствуют плохое охлаждение в тесном пластиковом корпусе, длительная активная работа или даже просто холостой ход. Совет: неиспользуемую флешку вынимайте из USB-порта, а карту памяти из слота кардридера — в зависимости от драйвера ОС они могут греться довольно сильно, и это слабо прогнозируемо.

Особенно опасно сочетание нескольких факторов риска. Например, при повышенном напряжении 5 В флешка греется значительно сильнее, и интенсивный поток данных, особенно на запись, легко может её добить. Чем производительнее (и дороже) модель, тем больше в этих условиях риск перегрева. Карт памяти это тоже касается — были сообщения о порче скоростных SD во время серийной фотосъёмки или сброса фильмов.

Сокращают жизнь флешкам и дешёвые корпуса десктопов: в них порты USB на передней панели подключены к материнской плате неэкранированным шлейфом, собирающим все наводки. Это даёт лишнюю нагрузку на подключённое устройство, что сказывается на его работе — сбои, замедления и повышенный нагрев. Выход из строя в таких условиях вполне вероятен, особенно при незаземленной электропроводке.

Проявлению дефектов пайки способствуют повышенные механические нагрузки, особенно знакопеременные (согнул-разогнул), а также падения и удары. Хотя флешки и считаются ударопрочными накопителями, в их схеме обычно присутствует кварцевый резонатор. А это (в типовых SMD-корпусировках) — довольно хрупкая деталь, не выдерживающая даже падения с метровой высоты. При треснувшем или отошедшем от контактов кварце флешка опознаётся как «Неизвестное USB-устройство» с нулевыми кодами VID/PID и к работе непригодна. Плохие контакты контроллера проявляются точно так же; нередки и чисто программные глюки (подробности см. ниже).

Здесь уже требуется аппаратный ремонт. Без мультиметра, паяльника на 25-30 Вт с тонким жалом и технического фена не обойтись: следует прозвонить соединения, укрепить пайку (часто помогает прогрев платы горячим воздухом), восстановить повреждённые контакты или токоведущие дорожки — в первую очередь те, что примыкают к USB-разъему. Вышедшие из строя детали заменяются. Речь идёт об элементах обвязки — чаще всего резисторах (включая нулевые номиналы, играющие роль перемычек), кварце и стабилизаторе 3.3 В.

Раньше у флешек часто обрывались предохранители по питанию и индуктивные фильтры помех в сигнальных цепях. Это лечилось подбором аналогов или даже банальными шунтами, а пробитый дискретный стабилизатор менялся без проблем (цена вопроса 20 руб.). Правда, иногда при включении плата дымилась — значит, первым вышел из строя контроллер, а заменённая деталь сработала как предохранитель.

В современных моделях таких элементов уже нет — производители их «оптимизировали». Все удары принимает на себя контроллер. Туда же интегрирован и стабилизатор, так что его пробой (опознаётся по моментальному и нестерпимому нагреву чипа) требует замены контроллера, причём на точно такую же модель с той же версией прошивки (второй-третий ряды маркировки чипа). Нерабочий кварц опознаётся по отсутствию генерации 12 МГц; для этого нужен хотя бы простенький осциллограф типа памятного радиолюбителям C1-94.

Приятное исключение — новые модели флешек с интерфейсом USB 3.0. Скоростное устройство потребляет значительный ток (до 900 мА по стандарту, в реальности 150-250 мА в простое и 300-600 мА под нагрузкой), так что конструкторы вернулись к дискретному стабилизатору, на сей раз импульсного типа, а также дроссельным фильтрам. С такой элементной базой флешки стали более ремонтопригодными.

Чипы флеш-памяти в большинстве случаев заменять нецелесообразно — они сравнительно дороги, а после перепайки флешке требуется полноценный программный ремонт, который может и не получиться, если нет достаточного опыта или нужного софта. Контроллер тоже штука своеобразная: в розницу такие микросхемы не продаются (не будете же вы заказывать партию из 1000 штук), так что добыть исправные экземпляры можно только из доноров. Разбирать рабочий накопитель довольно глупо, так что остаются флешки, умершие по другой причине. Учитывая нынешнее разнообразие контроллеров (каждая модель выпускается в нескольких модификациях, которые часто несовместимы по прошивке), доноров потребуется немало — минимум несколько десятков. Вряд ли у непрофессионального ремонтника найдутся подобные залежи.

Сгоревший контроллер физически повредился, но это редкий случай. Обычно аппаратные неисправности внешне незаметны

Не забудем и про технологические сложности — для любителя они бывают существенными. Аккуратно, без перекоса, «соплей» и неконтактов припаять 64 или 48 выводов с шагом в 0,4-0,5 мм (типовая корпусировка контроллеров и чипов памяти соответственно) с ходу не так уж просто, особенно если инструменты не лучшие. Ещё и поэтому аппаратный ремонт в большинстве случаев ограничивается заменой элементов обвязки.

Что касается подмокших флешек, включая и «утопленников», то к ним применима трёхэтапная технология, разработанная для мобильных телефонов. Плата вначале отмывается от солей и грязи в чистой, желательно дистиллированной воде, затем погружается в изопропиловый спирт (он имеет концентрацию 99,7% и активно вытесняет воду из капиллярных щелей, имеющихся, например, под микросхемами) и наконец, сушится тёплым воздухом. Аналогично поступают с деталями корпуса. Окончательная просушка перед сборкой должна длиться несколько часов.

Кстати, первым, кто применил абсолютированный спирт в качестве эксикатора, был Д.И. Менделеев. В 1890 г. он предложил заменить сушку пироксилина (основы бездымного пороха) обезвоживанием его спиртом, что является совершенно безопасным. С тех пор во всем мире эта стадия производства пороха проводится только по способу Менделеева.

Естественно, всем подобным работам предшествует разборка флешки, что в ряде случаев требует последующего механического ремонта (встречаются конструкции, собранные на клею или на хрупких одноразовых защёлках). Разнообразие моделей затрудняет их классификацию. В большинстве случаев корпус состоит из двух половинок либо имеет вид гильзы, куда вставляется начинка. Детали удерживаются винтом (лучше), трением или скрытыми защёлками (хуже). Во всяком случае, если вам не удаётся получить доступ к плате, то дальнейший ремонт противопоказан.

Вычурные, необычные модели разбираются сложнее, чем их рядовые собратья

Во второй части этого материала мы познакомим вас с программными проблемами флеш-накопителей и методами их решения, а также дадим несколько советов, как избежать поломки флешки. Скоро на ваших экранах!

Флэш-накопитель - это запоминающее устройство, использующее флэш-память. Флэш-память является энергонезависимой. Она может быть электрически стерта и перепрограммирована.

Таким образом, это тип электрически стираемой программируемой постоянной памяти, именуемый EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) - электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ. Память такого типа может стираться и заполняться данными до миллиона раз. Флэш-диски схожи с обычными жесткими дисками и могут их заменить. Флэш-память используется для легкого и быстрого хранения и передачи информации.

О флэш-памяти

Флэш-диски часто используются в продуктах, которые работают на низкой мощности и те, которым, возможно, придется работать в суровых условиях. Флэш-память является энергонезависимой, а следовательно, флэш-накопители не должны быть подкреплены батареей. Флэш-память твердотельная. Это означает, что в ней нет ничего механического. Все чисто электронное. Флэш-память имеет сетку из столбцов и строк, каждая клетка имеет два транзистора в каждой точке пересечения в сетке. Тонкий оксидный слой отделяет транзисторы в каждой паре. Один транзистор в паре называется плавающим затвором, а другой известен как регулирующий затвор. Плавающий затвор может удерживать электрический заряд. Этот заряд заключается в электрической изоляции оксидного слоя, отделяющего его от ворот управления. Таким образом, любые электроны, помещенные на плавающий затвор, остаются на нем. Это делает флэш-память энергонезависимой. Работа флеш-памяти заключается именно в добавлении и удалении электронов из плавающих затворов.

Как работает флешка?

Она должна быть вставлена в порт USB на компьютере. Сегодняшние операционные системы могут обнаруживать флэш-накопители и устанавливать необходимые драйверы самостоятельно. Как только устройство будет обнаружено, оно может быть использовано для хранения данных. Флешка может быть извлечена из компьютера только после того как ее работа будет окончена. Система подскажет, когда можно будет безопасно ее удалить, после чего она может быть удалена физически.

Флэш-накопитель состоит из печатной платы и покрыт в пластиковый или резиновый кожух, который делает его прочным. Разъем USB, который торчит наружу закрывается съемной крышкой. Большинство флэш-накопителей используют подключение USB Типа A, это делает их совместимыми со стандартными разъемами компьютера. Следовательно, они могут быть подключены непосредственно к порту на вашем компьютере.

Флэш-накопители не требуют каких-либо дополнительных драйверов устройств. Когда флэш-накопитель подключен к компьютеру, на котором установлена операционная система блочной логической единицы, при этом достигается абстрагирование от деталей реализации сложных устройств флэш-памяти и операционная система может использовать любую файловую систему или адресацию блоков системы. Короче говоря, Операционная система рассматривает его как жесткий диск. При подключении флэш-накопитель переходит в режим эмуляции, который означает, что он эмулирует работу жесткого диска в дальнейшем. Это делает передачу данных между флэш-накопителем и компьютером намного проще.

Флеш-накопители используются в управлении операционных систем для того, чтобы превратить персональные компьютеры в сеть электроприборов. В таких случаях они содержат операционную систему и используется для загрузки системы. Флэш-диски имеют преимущество над другими устройствами из-за их низкого энергопотребления и низкого уровня отказов. Кроме того, флэш-накопители имеют небольшой портативный размер. Они дают возможность быстрой передачи данных с меньшими трудностями. В основном, они являются Plug-и-Play устройствами. Они не требуют какой-либо специальной подготовки с вашей стороны, чтобы иметь возможность их использовать. У них большой магазин памяти, объем памяти больше, чем у дискет или компакт-дисков.

В течение первых лет их эволюции, флэш-накопители не могли выдержать, слишком много циклов стирания. Это сделало ранние флэш-накопители непригодными для данных, нуждающихся в частых обновлениях. Чтобы заполнить этот пробел, производители разработали метод выравнивания, который физически распределяет данные по всем ячейкам памяти. Современные флешки могут выдержать до миллиона циклов.

USB флэш-накопители

USB флэш-накопитель модное сегодня слово в компьютерных технологиях. Это флэш-память или устройство хранения памяти NAND-типа. Основные компоненты флеш-накопителя включают разъем USB Типа A, контроллер хранения, чип флэш-памяти NAND и кварцевый генератор. Разъем USB действует как интерфейс между устройством и компьютером. Контроллер запоминающего устройства состоит из крошечного RISC-процессора. Он также имеет некоторый объем памяти на микросхеме (она может быть ПЗУ и ОЗУ). Чип флеш-памяти делает фактическую работу по хранению данных. Кварцевый генератор вырабатывает тактовые сигналы и управляет выводом данных из устройства. Светодиоды, действующие в качестве индикаторов, осуществляют защиту от записи и переключают некоторые другие компоненты, которые могут быть частью флешек.

Использование флэш-накопителя

Подключите флэш-накопитель к компьютеру.
Компьютер укажет вам, что он обнаружил внешнее устройство.
Операционная система будет воспринимать его как любой другой жесткий диск. Никакие специальные драйверы устройству не нужны. Никакой конкретной файловой системы не требуется.
Зайдите в меню "Мой компьютер" и вы увидите флэш-накопитель среди других дисков.
Вы сможете открыть его, как любой другой жесткий диск.

Преимущества флешек

Они легкие и портативные.
Они надежны. Они устойчивы к царапинам и не подвержены влиянию магнитных полей.
Флэш-память является энергонезависимой.
Они являются устройствами «plug-and-play», таким образом, их легко использовать.
Компьютер воспринимает их как любой другой жесткий диск, тем самым делая передачу данных легким.

Недостатки флэш-накопителей

Они имеют небольшой размер. Так что могут быть легко потеряны.
Частое использование приводит к износу, особенно в точке их соединения с компьютером.
Существует ограничение на количество циклов записи и стирания, которые они могут выдержать.
Использование флешки на различных компьютерах, делает ее восприимчивой к инфекциям. Вирус на диске может уничтожить данные или сделать их нечитаемыми.

Современные флэш-накопители оснащены мерами безопасности, такими как шифрование или даже биометрические данные. Они оснащены защитным кожухом, который делает их надежными. Хотя число циклов стирания и записи может быть ограничено. Они имеют дополнительное преимущество, поскольку обладают емкостью, скоростью, портативностью и низким энергопотреблением. Понятно, что недостатки флэш-накопителей ничтожно малы по сравнению с простотой использования, которое они предлагают. Флэш-накопители сегодня являются одними из самых популярных устройств хранения данных. Они могут выполнять загрузки программ, в них можно хранить важные документы, проекты и домашние задания, они могут хранить музыку, фильмы и изображения.

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.

Введение

В настоящее время устройства флэш-памяти приобрели большую популярность и завоевали всеобщее признание пользователей персональных компьютеров. Это стало возможно благодаря таким качествам накопителей данного типа, как компактность, малое энергопотребление, большой объем памяти, отсутствие движущихся частей, высокая надежность и простота использования. Самое широкое распространение получил вариант исполнения «memory stick» - память-палочка (рис. 1).

Кроме того, флэш-диски выпускаются в виде брелоков, авторучек, складных ножей, зажигалок, пластиковых карточек, наручных часов и т. п. (рис. 2).

Подобные варианты исполнения появились ради удобства пользования, для того, чтобы флэш-память была всегда под рукой, скрытно размещаясь в привычных предметах нашего быта. Все эти устройства имеют встроенный интерфейс USB, который обеспечивает связь флэш-диска с компьютером для записи и чтения данных. Флэш-диски гораздо удобнее и практичнее привычных, но морально устаревающих дискет, не говоря уже о гораздо большем объеме памяти и надежности хранения информации, чем у последних.

Существует также отдельная группа флэш-памяти в виде карточек, которые являются сменными носителями информации и вставляются в цифровые фотоаппараты, видеокамеры и даже в сотовые телефоны. К их числу относятся такие карточки, как CF (Compact Flash), MMC (Multi Media Card), SD (Secure Digital), XD (XD-Picture Card) и др. Эти накопители информации не имеют встроенного интерфейса USB и поэтому для связи с компьютером используют интерфейс устройства, в которое они включаются. Как правило, это тот же интерфейс USB или FireWire. Кроме того, для удобства пользования такими карточками уже созданы различные адаптеры, имеющие интерфейс USB для подключения к компьютеру и соединители для подключения флэш-карточек (рис. 3).

Благодаря таким адаптерам флэш-карточки могут быть использованы как миниатюрные автономные носители информации с объемом памяти в сотни мегабайт.

Несмотря на то, что в настоящее время вмире существует множество производителей флэш-дисков и всевозможных адаптеров для флэш-карточек, продолжается разработка новых видов и вариантов исполнения данных устройств. И на то есть веские причины. Все чаще и все большему количеству людей приходится работать с информацией. Это и обычные электронные документы, создаваемые в редакторах, и справочные данные, и различная конфиденциальная информация в виде логических имен и паролей для электронных почтовых ящиков и т. п. Кроме информации, флэш-диски могут хранить разные полезные программы, сканированные документы, электронные фотографии, музыку и даже фильмы. А присутствие интерфейса USB практически во всех современных компьютерах и его высокая скорость передачи данных позволяют сделать перенос информации с помощью флэш-дисков простой, удобной и быстрой операцией.

Многие отечественные предприятия, занимающиеся разработкой и производством электронной техники, могут наладить собственное производство подобных флэш-накопителей или внедрять их в собственные изделия. Ведь в настоящее время стоимость комплектующих для флэш-диска объемом 128 Мбайт составляет уже около $10, в то время как рыночная цена такого изделия может превышать $20. Кроме того, многочисленная армия любителей электроники вполне может самостоятельно изготовить простейший вариант флэш-диска для собственных нужд.

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. 4), 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. 5).

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. Эксплуатационно-технические характеристики микросхемы

Типовая структурная схема подключения микросхем памяти к контроллеру показана на рис. 6.

Практическая реализация

Принципиальная электрическая схема устройства, разработанная автором данной статьи, приведена на рис. 7.

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. Перечень элементов

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.

Здравствуйте друзья мои. Сегодня мы не будем рассматривать какие-то схемы определенных конструкций, тема на сегодня так называемая самодельная флешка. Некоторые конечно могут не поверить, что это возможно в домашних условиях, и правильно делают, поскольку это достаточно сложно и сделать дома без специального оборудования практически не возможно. Но умные люди давно придумали карту памяти для мобильных телефонов. В магазинах легко можно найти переходник при помощи которого карту памяти можно подключить к компьютеру через usb порт. Такой адаптер стоит всего 2 доллара.

Работает устройство очень просто - всего лишь нужно поставить карту памяти в определенное место на адаптере, а сам адаптер выполнен в виде юсб штекера который только нужно подключить к юсб порту ПК. Для нашей самодельной флешки под рукой нужно иметь именно такой адаптер с картой памяти от мобильного телефона и еще один штекер или соответствующий пластмассовый корпус для юсб.

Затем адаптер помещаем в кожух штекера и закрываем крышку и смотрим что у нас получилось.

Теперь это похоже на обрезанный юсб штекер, но никто даже не заподозрит, что там есть накопитель памяти! Теперь пришла очередь схематики. Проводов там 4, заранее снимаем небольшую часть изоляцию от проводов и залуживаем их. Далее берем пару новеньких деталей (лучше взять испорченные, но чтобы с виду были как новые) и паем их друг к другу. Тут конкретной схемы нет, паяйте что куда хотите, конструкция просто должна выглядеть как схема, она конечно работать не будет! Использовать можно конденсаторы, резисторы, полярные и неполярные конденсаторы и пару транзисторов, как известно некоторые флешки имеет сзади встроенный светодиодный индикатор, можно получить имитатор такого индикатора, чтобы наша самодельная флешка выглядела правдоподобно и не вызывала сомнения.

Для этого к статье прикреплена распаковка юсб гнезда и штекера, по боковым каналам подается питание которое нужно подключить к нашим проводам, затем собрать простейшую схему мигалки для одного светодиода, в таком случае у нас остаются еще два свободных провода к которым можно прицепить заранее изготовленную <блеф> схему накопителя памяти. Итак, подведем итоги - у нас получился довольно интересная конструкция, при подключении к usb порту компьютера светодиод начнет мигать и у посторонних он вызовет ощущение, что подключена флешка, но они удивятся больше когда компьютер будет уведомлять, что к нему подключен накопитель памяти! Да уж все станут верить что вы гений и попросят схему такой простейшей чудо флешки. Старайтесь сделать схему подключения деталей как можно запутанной, чтобы даже мастер на заподозрил в чем тут обман. Ну вот и все, подобные интересные вещицы можете увидеть в дальнейших статьях, до свидания друзья - Артур Касьян (АКА).

USB флешка

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.