Исследовательская работа на тему "Мир флешки"
творческая работа учащихся по информатике и икт (7 класс) на тему

Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 33 с углубленным изучение отдельных предметов

Дзержинского района Волгограда

телефон 58-82-43, 58-81-97, e-mail School33@list.ru

Районная учебно-исследовательская конференция для обучающихся

5-8 классов «На пути открытий»

секция информатики

Мир флэш-накопителя

(Что мы знаем про флешку?)

Выполнил:

Зюзин Владимир Олегович,

ученик 7 «И» класса

Учитель:

Короткова Татьяна Геннадьевна,

учитель информатики

Волгоград, 2013

Содержание

Введение        

Глава I. История создания флешки        

Глава II. Технологии флэш-памяти        

2.1 Технология NOR        

2.2 Технология NAND        

Глава III Области использования флэш-памяти        

Глава IV Характеристики флэш-накопителя        

4.1 Объем.        

4.2 Скорость флешки.        

4.3 Размер        

4.4 Крышечка флэшки        

4.5 Защита данных.        

4.6 Флэшки, как загрузочные диски.        

4.7 Корпус.        

4.8 Аксессуары        

4.9 Маячок        

Заключение        

Литература        

Введение

«Кто владеет информацией, тот владеет миром», - говорил Натан Ротшильд еще 200 лет назад. А владеть - значит хранить. Поэтому, крайне важно не только грамотно отобрать нужные сведения из окружающего нас информационного моря, но и надежно, оперативно и удобно для дальнейшего пользования их сохранять.

Сегодняшняя индустрия высоких технологий предоставляет нам, потребителям, огромный выбор различных технических средств для хранения информации, но безусловным лидером являются флэш-накопители.

Могли бы мы лет десять подумать, что в ладони сможет поместиться картинная галерея, отдельный город и даже целая страна? Причем за какие-нибудь несколько минут. Флэш-накопители, или как мы их называем «флэшки», уже давно перешли из разряда чего-то экзотического в категорию повседневных компьютерных аксессуаров.

Каждый современный человек знаком с «флешкой». И уже никто не может представить, как без нее быть, но флешка не такая простая, как кажется и кроме внешнего вида, тут есть и другие факторы, которые стоит взвешивать при выборе и покупке данного накопителя информации. И в этом мы вам хотим помочь.

Цель исследования – выбор флеш-накопителя в соответствии с потребностями пользователя.

Задачи исследования:

1. Изучить принцип записи и считывания информации с флешки.
2. Дать рекомендации по применению и выбору флешки.

Объектом исследования являются  флеш-накопитель (флешка).

Предметом исследования - характеристики флеш-накопителя.

Глава I. История создания флешки

        Флеш-память была открыта Фудзи Масуока (Fujio Masuoka), когда он работал в Toshiba в 1984 году. Имя «флеш» было придумано также в Toshiba коллегой Фудзи, Шойи Ариизуми (Shoji Ariizumi), потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash). Масуока представил свою разработку на IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско, Калифорния. Intel увидела большой потенциал в изобретении и в 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип NOR типа.

NAND тип флеш-памяти был анонсирован Toshiba в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference. У него была больше скорость записи и меньше площадь чипа. Стандартизацией чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Текущим стандартом считается спецификация ONFI версии 1.0, выпущенная в 28 декабря 2006 года. Группа ONFI поддерживается крупнейшими производителями NAND чипов: Intel, Micron Technology и Sony.

Глава II. Технологии флэш-памяти

        На сегодняшний день существует два различных вида памяти, имеющие в чем-то схожую технологию производства. Память с архитектурой NOR, изобретателем считается Intel, представившая в 1988 году флэш. Годом позже Toshiba разработала архитектуру NAND, которая и сегодня используется наряду с той же NOR в микросхемах флэш.

2.1 Технология NOR

Память с такой организацией считается первой представительницей семейства Flash.

Схема логического элемента, собственно давшего ей название (NOR — Not OR — в булевой математике обозначает отрицание «ИЛИ»), приведена на рисунке.        

С помощью нее осуществляется преобразование входных напряжений в выходные, соответствующие «0» и «1». Они необходимы, потому что для чтения/записи данных в ячейке памяти используются различные напряжения. Схема ячейки приведена на рисунке ниже.

Она характерна для большинства флэш-чипов и представляет из себя транзистор с двумя изолированными затворами: управляющим (control) и плавающим (floating). Важной особенностью последнего является способность удерживать электроны, то есть заряд. Также в ячейке имеются так называемые «сток» и «исток». При программировании между ними, вследствие воздействия положительного поля на управляющем затворе, создается канал — поток электронов. Некоторые из электронов, благодаря наличию большей энергии, преодолевают слой изолятора и попадают на плавающий затвор. На нем они могут храниться в течение нескольких лет.

Определенный диапазон количества электронов (заряда) на плавающем затворе соответствует логической единице, а все, что больше его, — нулю. При чтении эти состояния распознаются путем измерения порогового напряжения транзистора. Для стирания информации на управляющий затвор подается высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток. В технологиях различных производителей этот принцип работы может отличаться по способу подачи тока и чтению данных из ячейки. В структуре флэш-памяти для хранения 1 бита информации задействуется только один элемент (транзистор), в то время как в энергозависимых типах памяти для этого требуется несколько транзисторов и конденсатор. Это позволяет существенно уменьшить размеры выпускаемых микросхем, упростить технологический процесс, а, следовательно, и снизить себестоимость. Но и один бит далеко не предел: Intel уже выпускает память StrataFlash, каждая ячейка которой может хранить по 2 бита информации. Кроме того, существуют пробные образцы, с 4-х и даже 9-и битными ячейками! В такой памяти используются технология многоуровневых ячеек. Они имеют обычную структуру, а отличие заключается в том, что заряд их делится на несколько уровней, каждому из которых в соответствие ставится определенная комбинация бит. Теоретически прочитать/записать можно и более 4-х бит, однако, на практике возникают проблемы с устранением шумов и с постепенной утечкой электронов при продолжительном хранении. Вообще, у существующих сегодня микросхем памяти для ячеек характерно время хранения информации, измеряемое годами и число циклов чтения/записи — от 100 тысяч до нескольких миллионов. Из недостатков, в частности, у флэш-памяти с архитектурой NOR стоит отметить плохую масштабируемость: нельзя уменьшать площадь чипов путем уменьшения размеров транзисторов. Эта ситуация связана со способом организации матрицы ячеек: в NOR архитектуре к каждому транзистору надо подвести индивидуальный контакт. Гораздо лучше в этом плане обстоят дела у флэш-памяти с архитектурой NAND.

2.2 Технология NAND

NAND — Not AND — в той же булевой математике обозначает отрицание «И». Отличается такая память от предыдущей разве что логической схемой.

Устройство и принцип работы ячеек у нее такой же, как и у NOR. Хотя, кроме логики, есть еще одно важное отличие — архитектура размещения ячеек и их контактов. В отличие от вышеописанного случая, здесь имеется контактная матрица, в пересечениях строк и столбцов которой располагаются транзисторы. Это сравнимо с пассивной матрицей в дисплеях (а NOR — с активной TFT). В случае с памятью такая организация несколько лучше — площадь микросхемы можно значительно уменьшить за счет размеров ячеек. Недостатки заключаются в более низкой по сравнению с NOR скорости работы в операциях побайтового произвольного доступа.

Существуют еще и такие архитектуры как: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi) и пр. Принципиально нового ничего они не представляют, а лишь комбинируют лучшие свойства NAND и NOR.

И все же, как бы там ни было, NOR и NAND на сегодняшний день выпускаются на равных и практически не конкурируют между собой, потому как в силу своих качеств находят применение в разных областях хранения данных.

Глава III Области использования флэш-памяти

Сфера применения какого-либо типа флэш-памяти зависит в первую очередь от его скоростных показателей и надежности хранения информации. Адресное пространство NOR-памяти позволяет работать с отдельными байтами или словами (2 байта). В NAND ячейки группируются в небольшие блоки (по аналогии с кластером жесткого диска). Из этого следует, что при последовательном чтении и записи преимущество по скорости будет у NAND. Однако с другой стороны NAND значительно проигрывает в операциях с произвольным доступом и не позволяет напрямую работать с байтами информации. К примеру, для изменения одного байта требуется:

• считать в буфер блок информации, в котором он находится;
• в буфере изменить нужный байт;
• записать блок с измененным байтом обратно.

Если еще ко времени выполнения перечисленных операций прибавить задержки на выборку блока и на доступ, то получим отнюдь неконкурентоспособные с NOR показатели (именно для случая побайтовой записи). Другое дело последовательная запись/чтение — здесь NAND наоборот показывает значительно более высокие скоростные характеристики. Поэтому, а также из-за возможностей увеличения объема памяти без увеличения размеров микросхемы, NAND-флэш нашел применение в качестве хранителя больших объемов информации и для ее переноса. Наиболее распространенные сейчас устройства, основанные на этом типе памяти, это флэшдрайвы и карты памяти. Что касается NOR-флэша, то чипы с такой организацией используются в качестве хранителей программного кода (BIOS, RAM карманных компьютеров, мобильных телефонов и т.п.), иногда реализовываются в виде интегрированных решений (ОЗУ, ПЗУ и процессор на одной мини-плате, а то и в одном чипе). Удачный пример такого использования — проект Gumstix: одноплатный компьютер размером с пластинку жвачки. Именно NOR-чипы обеспечивают требуемый для таких случаев уровень надежности хранения информации и более гибкие возможности по работе с ней. Объем NOR-флэш обычно измеряется единицами мегабайт и редко превышают десятку.

Глава IV Характеристики флэш-накопителя

4.1 Объем

Самым первым фактором флэшки, который надо учитывать всем при выборе, является объем. Сегодня существуют флеш-накопители размерами от 1 до 1 Тербайта. Притом флэшки на 1 Гигабайт все реже и реже встречаются в продаже.

Человек, увлекающийся компьютерами, сам понимает, какой размер лучше. И в основном для таких людей правило единое – «чем больше – тем лучше». Это верно, но для человека, который далек от информационных новаций все, же не стоит сорить деньгами.

Если вам нужна флешка только чтобы перебросить текстовые документы с работы домой и обратно, тогда 1 Гб вполне достаточно. Когда вы желаете записать себе немного песен, чтобы слушать через USB-вход магнитолы в автомобиле, тоже 1 Гб будет предостаточно (это порядка 200-300 песен). А вот для переноса фильма от друга или подруги себе домой, тут желательно уже брать накопитель на 4 Гб или еще лучше 8 Гб, чтобы принести не один фильм, а несколько. Покупать флэшку на 16 Гб уже надо киногурманам, которые идут на обмен фильмами в надежде скопировать не менее десятка кинолент. Аналогично и с 32 Гб, это уже только для видео подходит, так как текстовых документов, музыки и фото тут поместится не сотни, а десятки тысяч файлов и несколько фильмов в придачу. Поэтому с выбором объема не должно возникнуть трудностей, если сами не понимаете, сколько вам нужно, покупайте на 4 или 8 Гб и точно не ошибетесь в расчетах. На подарок любителю компьютеров лучше покупать флэшку на 32 Гб.

4.2 Скорость флешки

Второй фактор флешки, который многим ничего не говорит, это скорость. Ее можно точно прочитать на упаковке или сориентироваться о ней относительно специализированных надписей (часто надписей вообще нет никаких). Самым оптимальным решением станет скорость 10 Мбит/с, притом скорости есть разные, как на запись, так и на считывание, лучше, если обе будут сопоставляться с указанной цифрой или быть больше.

Если углубляться в скорость считывания и записи, то здесь выходят интересные факты. Относительно цены, разницы тут не много, но в итоге получаем очень большую разницу во времени передачи файлов. Например, купить флешки можно с той же ценой, но разными скоростями записи и считывания, в результате на одну флешку вы будете скидывать фильм в течение 5 минут, на другую – 10 минут. Если выберете флешку дороже на 5-10 %, это время может вообще подойти к отметке 3 минуты. А взяв накопитель дешевле на 1 доллар, время записи фильма может вырасти до 20 минут. Если перекидывать 5 фильмов, можно ждать и 2 часа. Цены на такие флэшки не ниже, чем на скоростные экземпляры, хотя данная информация будет верна больше для малых объемов.

Поэтому выбирайте флэшки чуть дороже средних цен от известных брендов.

Если есть на упаковке указана скорость, тогда минимум 10 Мбит/с, если будет 20-30 Мбит/с, это еще лучше. Но покупать флэшки со скоростью 3 Мбит/с, это только трата своего драгоценного времени. Надписи, заменяющие иногда цифры, стоит искать слова «Hi-Speed» (иногда стационарная надпись заменена аналогичными словами, типа «ultra fast» и подобными), если такова надпись присутствует, значит, скорость данного флэш-накопителя минимум 25 Мбит/с.

Самое важное, не купить самую дешевую флэшку с объемом 1 Гб и ниже. Среди таких экземпляров может попасться еще накопитель под старый интерфейс USB 1.1, там скорость очень низкая и передать файлы даже малых размеров будет очень длительным и нудным процессом.

4.3 Размер

Первые два фактора, которые есть главными, сказаны, на основе их уже можно выбирать себе флэш-накопитель. Можно, но мы ведь хотим полностью раскрыть, как выбрать флэшку, поэтому еще будем продолжать. Итак, геометрические размеры в большинства флэшек: маленькие или очень маленькие. Кому нравится минимализм, берем небольшую флешку, правда не забудьте, что ее легко потерять. Средний вариант, это идеальное решение. Большие флэшки имею один важный негатив. Гнезда USB в ноутбуках и даже в компьютерах, часто находятся очень близко друг от друга и корпуса, поэтому слишком габаритные флэшки будет неудобно использовать. Да и не получится иногда, особенно, если попробовать засунуть две флэшки в соседние гнезда.

4.4 Крышечка флэшки

Некоторые флэшки имеют крышечку, некоторые разъем под USB прячут вовнутрь. Выбор между первыми и вторыми больше дела вкуса, но есть тут и нюансы. В первом случае крышку легко потерять, во-втором – само соединение выезжающей части иногда изнашивается от частой эксплуатации.

4.5 Защита данных

Такие флэшки можно найти лишь в специализированных магазинах по большим ценам, и это отдельный разговор о выборе. Варианты бывают тут такие: во флэшке внедрена система криптографии, либо флэшка открывается после считывания вашего отпечатка пальца. Это самые распространенные виды защиты, но это уже профессиональные модели, для особых людей переносящие сверх важные данные.

4.6 Флэшки, как загрузочные диски

Такие флешки больше подойдут для профессиональных компьютерщиков. То есть они могут себе приобрести такую флэшку и с помощью ее загружать компьютер, проводить настройки, лечить вирусы, переустанавливать операционные системы. Есть загрузочные флэшки с технологиями U3, которые понемногу входят в обиход. Тут мы имеем внутри два места под запись. Одна часть несет специальные программы, другая – работает, как обычный флеш-накопитель.

4.7 Корпус

Стоит при выборе обратить внимание и на это. Только мы не говорим о дизайне, это все дело вкуса, имеется в виду прочность накопителя. Для активных людей, можно взять флэшку в металлическом или прорезиненном корпусе, который защищает от ударов и влаги. Для людей, которые считают себя аккуратистами, достаточно и пластмассовой оболочки.

4.8 Аксессуары

Ну, как это еще назвать, если в флешку встроены часы? Наше глубокое убеждение, что все это ни к чему и незачем такое покупать, разве что на подарок и то спорно. Выбирайте и покупайте флешку с единой целью, чтобы она вам позволяла качественно хранить и переносить информацию, все остальное, это бесполезности. Всяческие часы, фонарики, дисплеи, лучше купите это отдельно, а флешка пусть будет строга и лишь в своем формате.

4.9 Маячок

Большинство флэшек имеют в себе сигнальный маячок, который светится или моргает при передаче данных. Это при работе с компьютером хорошо, сразу видно, копируется что-то или нет, что удобно для определения времени, когда можно уже доставать накопитель. Казалось бы, все понятно, это маловажный фактор, но нет. Если вы собираетесь использовать флэшку, как устройство для прослушивания музыки или просмотра видео, лучше покупать накопитель без этого маячка. Подумайте, вставлена флэшка в DVD-проигрыватель или телевизор и моргает, или в магнитолу и тоже постоянно напоминает о себе. В каждом из этих случаев она мешает, притом очень-очень отвлекая вас от любимого фильма или от дороги, если это в авто.

Важно!

Всегда пользуйтесь «Безопасным извлечением» накопителя. Не вытаскивайте накопитель, не перегружайте компьютер, когда идет работа (чтение или запись) с устройством.

Не работайте с файлами, открывая их непосредственно с Flash-накопителей! В этом случае операционная система и целевая программа производят множество операций чтения-записи на носитель, который на это не рассчитан. Количество циклов записи flash-микросхемы ОГРАНИЧЕНО!!!

Основное слабое место флеш-памяти — количество циклов перезаписи. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что ОС часто записывает данные в одно и то же место. Например, часто обновляется таблица файловой системы, так что первые сектора памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволяет существенно продлить срок работы памяти.

Заключение

Подведем итог. При покупке и для долгого использования флешки на что рекомендуем обратить внимание:

1. Объем. Для каких целей вы ее приобретаете. Не всегда большой объём оправдывает затраченные средства. Это сравнимо с большой сумкой, в которой сложнее найти нужную вещь. Лучше иметь несколько флешек для хранение разного рода информации.
2. Спрашивайте у продавцов-консультантов какова скорость записи/считывания информации с флешки.
3. Размер флешки - лучше если он будет средним.
4. Наличие или отсутствие защитной крышечки, зависит от ваших качеств. Если вы аккуратный человек, способны следить за тем, чтобы не потерять крышечку, то это лучший вариант, в противном случае вам рекомендуем приобретать «выезжающую» флешку.
5. Выбор корпуса зависит от ваших качеств, о которых мы говорили выше.
6. Не рекомендуем флешки с различными аксессуарами.
7. Выбор с флешки с маячком зависит от целей, с которой вы ее приобретаете.
8. Всегда пользуйтесь «Безопасным извлечением» накопителя. Не вытаскивайте накопитель, не перегружайте компьютер, когда идет работа (чтение или запись) с устройством.

Литература

1. Королев В.Д., Колисниченко Д.Н. Компьютер на флешки. Наука и техника, 2009 г., формат djvu, 256 с.
2. http://ruhttp.moikompas.ru/compas/falshmem
3. http://www.intuit.ru/department/history/ithistory/5/3.html