Зачем люди заряжают флешки? Как устроены флеш-накопители, зачем им нужен источник питания.

Что может быть глупее, чем заряжать флешку? Кажется, что ничего. Все-таки флешка - это накопитель, работа которого запоминать и считывать записанные данные. Так что сложно представить, какую вообще пользу можно извлечь из процесса зарядки. Напротив, нельзя исключать, что подключение флешки к сети электропитания может нанести ей непоправимый вред. Но, конечно, это не так, а зарядка нужна и важна USB-накопителям, поскольку помогает им и вашим данным прожить дольше.

Чтобы не бросаться с места в карьер и не пугать вас раньше времени, предлагаю разобраться, как устроены флеш-накопители в принципе, какие задачи они выполняют, помимо чтения и записи информации, зачем им нужен источник питания. А главное - как именно он помогает сохранить записанные данные в целости и сохранности.

Как записываются данные на флешку

Все флеш-накопители оснащаются памятью стандарта NAND. Они представляют собой твердотельные чипы, распаянные на микросхеме. В этом смысле они почти не отличаются от SSD-дисков. Память в этих чипах поделена на ячейки, которые в свою очередь поделены на блоки емкостью в несколько мегабайт. Но ведь это не минимальная единица измерения, не так ли? Конечно. Поэтому блоки делятся еще и на страницы, емкость которых измеряется уже в килобайтах.

Особенность NAND-памяти заключается в том, что она позволяет записывать данные только постранично, при перезаписи очищая весь блок. На практике это выглядит следующим образом:

• Допустим, что в одну из страниц блока флешки записан фрагмент файла весом 5 КБ.
• Запись ведется исключительно постранично, даже если страница не занимается целиком.
• Поэтому все последующие файлы, которые вы будете записывать на флешку, будут записываться на свободные страницы, даже если первая фактически имеет свободное пространство.
• А перезаписать данные в блок можно только после того, как он будет записан целиком, независимо от наличия или отсутствия в нем актуальных страниц.

Естественно, это нерациональное использование памяти, которое должно будет рано или поздно привести к двум негативным факторам:

• Исчерпанию пустых страниц в блоках на логическом уровне и невозможности записать новые данные при наличии свободного пространства на фактическом уровне.
• Постоянному воздействию электрическим зарядом (так выполняется чтение и запись данных) на одни и те же ячейки, что непременно приведет к истончению диэлектрика в них и к ускорению износа.

Как продлить жизнь флешке и не допустить потери данных

Чтобы этого не допустить, производители применяют две технологии, которые называются сборкой мусора (garbage collection) и выравниванием блоков (wear leveling).

Сборка мусора защищает флешку от исчерпания пустых блоков, доступных для записи данных. Этот механизм занимается тем, что анализирует частично занятые блоки и переносит актуальные страницы с информацией, которые они содержат, в другие, а также удаляет неактуальные. Таким образом повышается плотность “набивки” данных и заодно высвобождаются блоки, которые можно использовать для последующей записи.

Выравнивание блоков предотвращает преждевременный износ отдельных ячеек NAND-памяти. Нет, данный механизм не снижает силу воздействия электрическим током, а просто делает так, чтобы все ячейки изнашивались равномерно. Для этого контроллер постоянно меняет их местами, запоминая, какие блоки уже использовались для записи, а какие - нет. Тогда не возникнет ситуации, при которой конкретный сектор уже износился и не может хранить в себе данные, а другой остается не изношенным. За счет этого удается продлить срок службы накопителя и пользоваться им дольше.

Но это в идеальных условиях. По факту же мы эксплуатируем наши USB-накопители в таких условиях, что у них совершенно не остается времени для того, чтобы успеть выполнить все те защитные процедуры, что предписаны им разработчиками.

Обычно мало кто задумывается о том, что контроллеру для выравнивания блоков и сборки мусора требуется время. Вместо этого мы просто вставляем ее в компьютер, скидываем нужные данные и так же быстро вынимаем из USB-разъема и бежим по своим делам.

Почему начала тормозить флешка

Если пользоваться флешкой именно в таком ключе, можно начать замечать, что она стала работать медленнее, или, если говорить напрямую, тормозить. Скорость, с которой она считывает уже записанную информацию и сохраняет новую, может быть очень и очень низкой, даже если первое время после покупки все было наоборот. В принципе, можно купить флешку с высокой скоростью записи, но со временем с ней случится то же самое, поэтому нужно искать проблему глубже.

Замедление происходит потому, что контроллер, понимая, что свободных блоков осталось совсем мало, не может перейти к записи. Прежде всего ему необходимо скомпоновать занятые страницы и освободить свободные блоки, а затем использовать их для сохранения данных. До тех пор, пока флешка не завершит эту процедуру, она не сможет начать запись, а полоса прогресса в интерфейсном окошке записи будет стоять на месте.

И все-таки, зачем заряжать флешку?

Подача питания нужна, чтобы заставить контроллер работать, что будет видно по моргающему светодиоду, если он встроен в корпус вашей флешки. Несколько минут (хотя бы 10-20) у источника питания позволят накопителю закончить перенос блоков, чтобы в следующий раз, когда вы снова подключите его к компьютеру для переноса данных, начать запись сразу, минуя этап сборки мусора.

Подключение флешки к источнику питания служит и другой цели. А именно - восполнению заряда в ячейках, который имеет свойство “затухать”. Да, выше мы говорили, что постоянное воздействие электричества оказывает негативное влияние на ресурс ячеек. Но одинаково плохо для них и его отсутствие. Если заряд иссякнет, могут пропасть и данные, которые записаны на флешку.

Подпитка контроллера оживит ячейку, заставит его перечитать данные, а при необходимости перезаписать их повторно, исключив вероятность возникновения битовых ошибок. Делов том, что если они тоже негативно влияют на сохранность записанной информации, поэтому нужно периодически давать флешке время, чтобы она выполнила весь “туалет” и была готова к использованию, не отнимая вашего времени.

Боитесь, что флешка прикажет долго жить, если начать ее заряжать? Мой личный опыт показывает, что ничего страшного от этого с ними не происходит. 5 В - есть 5 В. Но ради собственного спокойствия подключите ее к ноутбуку или компьютеру, а не к розетке. Даже если он находится в состоянии сна, питание от него все равно будет подаваться на накопитель, и его контроллер завершит все процедуры, которые ему положены, без риска получить "ожог" от избыточного напряжения.

Источник