В настоящее время наиболее популярным носителем информации является так называемая флэш карта. Модификаций флэшек сегодня очень много. Тут вам и жесткие диски SD, и USB флэхи, и разнообразные карты памяти, и множество других вариантов исполнения.
Эти носители очень удобные и обладают адекватными характеристиками, как в плане эргономики, так и в плане объемов информации. Если лет пять назад нормальным объемом для флэшки было 16 Гб, то сегодня эта цифра составляет около 100 Гб. При этом само устройство может иметь размер не более 10 х 10 мм.
В торговом оборудовании тоже активно используется флэш память. Устройства имеют некоторые хранилища для работы с данными. Ещё есть такая штука, как фискальный накопитель. Он тоже обладает памятью по технологии флэш.
Наверняка у вас возникал вопрос о том, как вообще работает флэшпамять, но вникнуть времени не было. Давайте начнем с самых основ.
Как циферки превращаются в информацию
Вспомним из уроков информатики, что информацию можно закодировать в разных формах.
Так, одна и та же книга на разных языках, может иметь одинаковое содержание но быть написана разными буквами. Это самый простой пример разной кодировки информации. Одна суть - разное представление.
Компьютер тоже умеет работать с информацией. Но читать книги "в прямом виде" он не умеет.
Поэтому, существуют разные варианты кодировки информации. Они накладываются одна на другую в процессе работы машины и формируют массивы данных. Отправной точкой является двоичный код, который представляет собой чреду 0 и 1.
С их помощью можно записать любые данные. Да, да, фильм на нашем компьютере - это тоже миллиарды нулей и единичек для компьютера. Это только для нас оно изображение.
Логика работы с двоичным кодом идёт от основного принципа электроники.
Ток проходит или ток не проходит. В случае компьютера - через транзистор, имеющий возможность управлять вариантами проходит/ не проходит насильственным образом.
Если проходит, то это 1, если нет - это 0. Логику работы можно примерно представить себе из азбуки морзе. Там тоже только два оператора :) Точка и тире. Но записать можно целый рассказ.
Процессор, обладая кучей транзисторов, мгновенно обрабатывает миллионы единичек и нулей.
Как записать информацию
Для того, чтобы сохранить эту информацию для работы, можно использовать различные варианты. По сути дела нам нужно создать импульсы, которые будут соответствовать точке или тире, а значит будут эквиваленты 0 или 1.
Так, в своё время для записи информации использовали звук. Вспомним старые добрые модемы, которые в аналоговом режиме передавали по телефонному каналу данные в виде звука. Звуковой сигнал определенного типа соответствовал машинному коду и дешифрировался компьютером. Для этого и использовался модем. Или МОдулятор-ДЕМодулятор.
Примерно такая же логика использовалась на компьютерных CD - дисках. Если вы примерно представляете себе логику работы граммофонной пластинки, то и логика работы диска вам будет ясна. Есть бороздки, за которые цепляется лазер и тем самым генерируется массив данных. Процесс гораздо сложнее, но логика примерно такая.
Не стоит забывать и флоппи-диски, которые имеют логику записи данных, как на старых добрых HD. Информация хранится в виде намагниченности и эту намагниченность можно считать и тоже превратить в информацию.
Все эти носители информации имеют очевидные физически принципы работы. Но что творится внутри маленькой флэшки?
Как работает флэшка
Технологий существует несколько, разберем одну из них в простой форме. Наиболее популярна сегодня NAND технология.
Как это обычно и бывает, все технологии подобны друг другу, поэтому поняв одну из них, мы сможем в дальнейшем ориентироваться и в других вариантах реализации этой функции. Обратим внимание, что статья ориентирована на базовое понимание логики работы устройства и специалисты могут посчитать информацию слишком примитивной.
Флэшка состоит из огромного количества ячеек памяти, но нам достаточно сейчас понять, как работает одна ячейка. В основе работы ячейки памяти лежит полевой транзистор с плавающим затвором.
Если в случае с записью информации,скажем, на CD-диск, мы использовали логику - есть зазубринка на диске для лазера, есть информация и это единичка (Нет таковой - это 0), то тут мы "подсчитываем" заряды. Заряды есть - есть информация. Ток прошел - заряд есть, ток НЕ прошел - заряда нет. Вот вам и двоичный код.
Вернемся к полевому транзистору с плавающим затвором.
Простой транзистор - это полупроводниковое устройство, способное пропускать или не пропускать ток в зависимости наличия электрического заряда на управляющем контакте.
Напомним, что такое полупроводник:
При следующем включении простой транзистор "обнуляется" и снова работает как новый. Если бы обнуление не происходило, то и простой транзистор обеспечил бы правильную логику работы постоянного запоминающего устройства.
Полевой транзистор с плавающим затвором способен не только открываться и закрываться в зависимости от воздействия на управляющий контакт, но и пропускать электрончики в зону этого затвора, где они "изолируются" и сохраняются там даже после снятия питания. Подавая напряжение мы "затаскиваем электроны" в этот плавающий затвор, а снимая оставляем их там.
Когда питание на транзисторе опять появляется, электроны в зоне затвора сохранятся и они способны влиять на открытие/закрытие транзистора. То есть получить да или нет / или 1 и 0 сразу после включения транзистора в цепь.
Как вы наверное уже догадываетесь, именно это обстоятельство и формирует долговременную память устройства.
Разумный вопрос про обнуление этой кухни. Ведь флэшка - это не CD. Можно переписать информацию много-много раз.
Для того, чтобы открыть затвор, который придерживается электронами, застрявшими в этой зоне, нужно подать на управляющий контакт напряжение обратной полярности. Тогда электроны смогут покинуть плавающий затвор. Транзистор же вернется в своё исходное состояние.
До подачи обратного тока на управляющий контакт логическое состояние транзистора сохраняется. Свободной энергии закрытых электронов недостаточно для самостоятельного преодоления преграды.
Постепенно заряд на «плавающем» затворе потеряется. Но этого времени вполне достаточно для хранения информации в реальных условиях применения, так как речь идет о годах.
Да и количество циклов перезаписи ограничено.
Ну а дальше мы берем миллион таких транзисторов и получаем миллион единичек и нулей. Объединяем всё это в микросхему и формируем флэху.
