Мы привыкли, что флешка — это просто кусок пластика с памятью, который нужно вставить в порт, скинуть файлы и забыть в ящике стола до следующего раза. Какая зарядка? Внутри нет аккумулятора.
Однако неожиданный поворот произошел: флеш-память устройства действительно требует небольшого электрического заряда для сохранения изображений, документов и музыки в его ячейках памяти. Этот заряд — это не обычная батарея.
Этот вирус со временем может просто «стечь», особенно если флешка лежит без дела годами. Это похоже на очень медленно спускающуюся шину, и в один момент данные просто перестанут читаться, хотя сама флешка выглядит как новая.
Чтобы защитить вашу флешку от «смерти» из-за забывчивости, рекомендуется периодически подключать ее к компьютеру или зарядному устройству, хотя бы на несколько минут раз каждые полгода или год. Эта простая процедура обновит внутренний заряд и сохранит ваши файлы.
Это не шутка: кажется, что некоторые флешки действительно нужно заряжать. Речь идет не о обычных USB-накопителях, которые работают за счет энергии компьютера, а о современных моделях, которые имеют дополнительные функции, такие как Wi-Fi, экран и подсветка LED. У этих устройств есть встроенный аккумулятор, поэтому флешка перестанет работать, если он сядет. Попробуйте сначала подключить вашу «умную» флешку к зарядке, если она вдруг перестала работать.
Вспоминаем: как хранится информация и типы накопителей
Как известно, существует два вида запоминающих устройств, используемых для хранения данных:
- требующих постоянного питания — энергозависимых (оперативная память, кэш процессоров)
- не требующих постоянного питания — энергонезависимых (магнитные и оптические накопители, флеш-память)
Первые более-менее понятны даже начинающим гикам, потому что основы их работы доступны в энциклопедиях.
Кратко говоря, когда есть питание, это означает, что данные на месте; когда нет питания, это означает, что данные утеряны, поскольку все ячейки памяти, работающие по принципу транзистора, обнулены.
Энергонезависимые носители обеспечивают длительное хранение данных различными способами.
До недавнего времени модульная память в виде различных флешек и SSD-накопителей считалась наиболее надежной.
Увы, считается, что ячейки такого типа памяти не подвержены старению, а записанная на них информация не повреждается.
Если данные записаны на флешку и хранятся в шкафу, магнитные диски могут сломаться через несколько лет из-за размагниченных блоков, хрупких оптических дисков и размагниченной магнитной ленты.
Твердотельные накопители, хранящиеся без питания в течение длительного периода времени, могут не только терять данные, но и полностью портиться. Это происходит быстрее, когда накопитель становится теплее.
SSD-диски и флеш-накопители не так просты, как кажется
Независимо от формата и разъемов, обычная USB-флешка имеет определенную структуру.
Внутри него находится контроллер и NAND-флеш память в виде отдельных микросхем, будь то microSD для фотоаппарата, крошечный Lightning-накопитель или современный стик USB 3.0.
1. Этот тип памяти разделен на блоки размером несколько мегабайт.
В свою очередь, блок состоит из стрaниц длиной десятки килобайт.
3. Блок постранично стирается (перезаписывается) с каждой записью данных.
4. Каждая страница в блоке должна быть записана строго в порядке возрастания цифр.
5. Вы можете записать каждую страницу целиком, но только до следующего стирания.
Запись данных на флешку становится для разработчиков не самым интересным вопросом.
Основная схема работы памяти на всех уровнях, при которой контроллер использует тот же FTL
Контроллер USB-флешки превратился в полноценный процессор, что позволяет пользователю быстро и легко записывать данные.
1) создает таблицу адресов (подобную той, которую можно найти на жестких дисках),
2) собирает мусор и раскладывает его для стирки,
3) максимально равномерно записывать данные по всем блокам, чтобы снизить износ памяти,
4) удаляет блоки, которые считаются «битыми», изменяя их номера в таблице адресов или заменяя их более «живыми».
Он нуждается в питании, чтобы выполнить эту рутинную работу. Однако это далеко не самая большая проблема и не отвечает на вопрос, почему флешки нужно заряжать.
Придется глубже копать, чтобы узнать.
Как устроена твердотельная флеш-память?
Как ни странно, причины утери данных находятся в тех же физических законах, которые регулируют долгосрочное хранение данных на твердотельных накопителях.
Стандартная схема хранения заряда конденсатора используется для хранения информации флеш-памяти.
Изменение скорости работы ячейки памяти
На практике каждый бит используется в качестве транзистора с плавающим затвором, в который инжектируется заряд.
Это фактически одна из обкладок конденсатора.
Современные флешки имеют очень большую плотность информации, поэтому их ячейки малы, а пограничный слой диэлектрика очень тонкий.
Более подробное описание того, как работает ячейка
Таким образом, заряд, сохраняемый в них, легко переходит границы, что приводит к большим токам утечки.
Чем выше температура, тем быстрее разряжается «ячейка-конденсатор», из-за чего информация теряется.
Если данные вновь записаны в ячейки, ячейки могут использоваться при потере информации, но только до истечения ресурса или полного утери свободного заряда.
При этом серьезно теряется ресурс. Этот процесс похож на зарядку полностью разряженного аккумулятора, который необходимо «толкнуть» перед использованием.
Контроллер спасает данные от потери. Но не всегда
Схема работы с ячейками, видимая контроллером
Контроллер хранит таблицу, содержащую количество циклов перезаписи каждого блока флэш-памяти и дату последней перезаписи.
Если блок не обновляет данные в течение длительного периода времени в процессе обычной работы, контроллер считает из него данные и перебрасывает их в другой блок. Этот блок затем помечается свободным для записи дополнительных данных.
Сxема работы диска с данными
Работа и ожидания контроллера и микросхемы флэша зависят от производителя.
Таким образом выравнивается износ и предотвращается потеря данных пользователей из-за утечки зарядов в ячейках.
В результате при наличии адекватного контроллера и алгоритмов в нем вероятность потери данных из-за утечек заряда в ячейках флеш-памяти снижена.
Но только тогда, когда диск подключен к питанию или работает.
Так куда пропадают данные?
Вероятность отказа SSD-диска или флешки увеличивается при длительном отсутствии питания.
Проблема заключается в том, что переразметка и перезапись происходят только в период простоя.
Кроме того, количество отказов связано с количеством циклов записи диска и его возрастом.
Даже отказоустойчивые серверные накопители теряют данные; процесс не зависит от используемых модулей памяти, года выпуска или типа диска.
Время жизни данных на изношенных дисках по сравнению с температурой работы и хранения
Кроме того, огромное аналитическое исследование утверждает, что данные при высокой температуре после выработки ресурса иногда хранятся всего пару недель.
Понимаете, статья старая? Но с тех пор процесс стал еще быстрее, потому что модули памяти стали дешевле, проще и имеют более высокую плотность ячеек.
SSD-диски могут поддерживать команду TRIM, которая повышает надежность хранения данных. Карты памяти SD и microSD имеют аналоги в промышленных USB-накопителях.
Устаревшие форматы карт памяти (например, CF) и дешевые флешки не поддерживают фишку, поэтому данные стирают только при обращении к ячейке.
Кроме того, часть блоков никогда не перезаписывается, что делает их «протухшими».
Здесь показано схематическое уплотнение памяти. Как вы можете видеть, стенки не становятся толще.
SLC-память хранит данные десятками лет, MLC — несколько лет без питания, TLC — всего полгода, а QLC может потерять все всего за несколько недель.
Другой проблемой, связанной с выработкой ресурсов, является то, что точные данные известны только производителю, а все измерения и тесты проводятся исключительно в рабочем режиме.
В результате ресурс может быть значительно ниже ожидаемого.
Таким образом, идея о том, что обычную флешку нужно «заряжать», — не шутка. Речь идет не о батарее внутри, а о необходимости периодически обеспечивать питанием чип памяти для хранения записанных данных. Это функция технологии, которая используется во всех современных USB-накопителях и SSD-дисках.
Если флешку оставить на полке на годы без использования, заряд в ее ячейках памяти может медленно истощиться. В конечном итоге это может привести к тому, что контроллер устройства перестает «видеть» данные, хотя они все еще находятся в флешке, что является редкой, но вполне реальной ситуацией, особенно для старых или недорогих накопителей.
Таким образом, простое правило: раз в год или два раза достаньте свои внешние SSD или архивные флешки и оставьте их на полчаса на компьютере. Это достаточно, чтобы контроллер обновил заряд в ячейках и сохранить ваши файлы в безопасности. Не забывайте, что резервные копии самых важных данных являются основным принципом их долговечности.
Теперь вы знаете этот небольшой, но полезный секрет: ваши цифровые записи будут оставаться с вами на долгие годы.
