Наверное, каждому из нас хоть раз в жизни приходилось что-нибудь записывать на usb-флешку. Будь-то семейный фотоальбом, любимый фильм или операционная система. А вы когда-нибудь задумывались о том, как устроена флешка? Ну что же, давайте заглянем внутрь и узнаем, как же устроена эта маленькая хранительница памяти.
Usb-флеш накопитель или попросту флешка, это целый набор чипов и микросхем, которые способны хранить информацию. Эти компактные и быстрые флешки, на сегодняшний день являются самыми популярными внешними носителями данных. Но, несмотря на их достоинства, они также не лишены недостатков. Одним из которых является их относительная ненадежность. Цикл перезаписи может варьироваться от 10 000 до 1 000 000 раз, при условии её качественного изготовления.
Флешка состоит из юсб разъема, микроконтроллера, чипа флэш-памяти, кварцевого резонатора и печатной платы, на которой всё это установлено. Самая главная микросхема-это контроллер, который управляет передачей и хранением данных в чипе флэш-памяти, а также хранит в себе данные о производителе и некоторую служебную информацию. Чип флеш-памяти представляет из себя кристалл кремния, в котором содержится большое количество микро-транзисторов в виде ячеек, хранящий в себе информацию. Кварцевый резонатор, при прохождении через него тока, создает опорную частоту для обеспечения функционирования логики контроллера и флеш-памяти. Как же работает флешка? Информация на флешке храниться в ячейках чипов флэш-памяти в виде двоичного кода. Каждая ячейка может запоминать один бит памяти виде 0 или 1. Одна ячейка равна одному биту, 1 буква в тексте 8-битам или 1-байту. Видео в hd-качестве длительностью около сорока минут, может занимать около 11 млрд таких ячеек. Это количество спокойно помещается всего на одном квадратном сантиметре поверхности кристалла.
Каждая ячейка представляет из себя транзистор с двумя полупроводниками N-типа по краям у которого большой запас электронов. А между ними, находится полупроводник p-типа, у которого наоборот недостаток электронов. Ток не может проходить между N и P проводниками, так как у них разный тип проводимости. Между полупроводников находится электрод, так называемый управляющий затвор на которой можно подать положительное или отрицательное напряжение. Если на него падать положительный заряд, то электроны между N проводниками начинают спокойно двигаться. Это значение в двоичной системе равно нулю.
Между управляющим затвором и проводником, есть металлическая пластина, так называемый плавающий затвор. Если на него подать отрицательный заряд, то ток не сможет проходить между полупроводниками, вне зависимости какой заряд находится направляющим в затворе, это значение равно единице. Чтобы проверить есть ли в ячейке память или произвести её считывание, в направляющий затвор подается положительный заряд. И если на нём есть избыток электронов, то есть отрицательный заряд, ток идти не будет. А если на управляющем затворе избыточных электронов нет, то ток пойдёт.
Чтобы записать единицу ячейки памяти, нужно подать электроны на плавающий затвор. Сделать это не просто, так как он окружён диэлектриком который не проводит ток. Чтобы это сделать, на управляющий затвор подают положительное напряжение, гораздо больше чем при считывании, в результате часть электронов благодаря туннельному эффекту попадает на плавающий затвор ну и диэлектрик.
Стирание происходит также, только вместо положительного напряжения в направляющий затвор подается отрицательное и электроны с плавающего затвора слетают. На флешке нет движущихся частей в отличие от жесткого диска или устаревшей дискете. Ей не нужны батарейки или аккумуляторы. Всё это сделало usb флеш-накопитель одним из самых популярных, среди внешних носителей.