اساس فلش مموری های USB فلش مموری است ، نوعی حافظه نیمه هادی گیت شناور که در اوایل دهه 1980 توسط فوجیو ماسووکا اختراع شد. حافظه فلش از ترانزیستورهای MOSFET در حالت شناور به عنوان سلول های حافظه استفاده می کند. [8] [9]

M-Systems ، یک شرکت اسرائیلی ، در 14 نوامبر 2000 با ثبت "ثبت اختراع فلش بر اساس [USB] یک حق ثبت اختراع ایالات متحده به وی اعطا شد و اعتبار این اختراع را به امیر بان ، دوو موران و اورون اوگدان ، همه M- کارمندان سیستم در آن زمان. درخواست ثبت اختراع در آوریل 1999 توسط M-Systems ثبت شد. [10] [1] [11] بعداً در سال 1999 ، IBM یك اختراع را توسط یكی از كارمندان خود ثبت كرد. [1] درایوهای فلش در ابتدا توسط Trek 2000 International ، یک شرکت در سنگاپور فروخته شد ، که از اوایل سال 2000 شروع به فروش کرد. IBM اولین کسی بود که درایو فلش USB را در سال 2000 در ایالات متحده به فروش رساند. [1] ظرفیت ذخیره سازی اولیه فلش درایو 8 مگابایت بود. [12] [11] نسخه دیگری از فلش درایو ، که به عنوان قلم درایو توصیف شده است ، نیز تهیه شده است. پوآ خین-سنگ از مالزی به این اختراع اعتبار یافته است. [13] اختلافات حق ثبت اختراع در طول سالها به وجود آمده است و شرکتهای رقابتی از جمله شرکت سنگاپوری Trek Technology و شرکت چینی Netac Technology در تلاش برای اجرای حق ثبت اختراع خود هستند. [14] Trek در سنگاپور کت و شلوار کسب کرد ، [15] [16] اما نبردها را در کشورهای دیگر از دست داد. [17] Netac Technology دادخواستهایی علیه PNY Technologies ، [18] Lenovo ، [19] aigo ، [20] سونی ، [21] [22] [23] و شرکت تصدی تایر و ایسر و تای Guen Enterprise ارائه داده است [23]

پیشرفت های فناوری
درایوهای فلش اغلب با میزان انتقال داده ها اندازه گیری می شوند. نرخ انتقال ممکن است نحوه کار فلش مموری در مگابایت در ثانیه (مگابیت در ثانیه) ، مگابیت بر ثانیه (مگابیت در ثانیه) یا در چند برابر کننده درایو نوری مانند "180X" (180 برابر 150 کیلوبایت در ثانیه) داده شود. [24] نرخ انتقال فایل در بین دستگاه ها بسیار متفاوت است. فلش مموری های نسل دوم ادعا کرده اند که حداکثر 30 مگابایت در ثانیه را می خوانند و تقریباً نیمی از این نرخ را می نویسند ، که حدود 20 برابر سریعتر از نرخ انتقال نظری بود که توسط مدل قبلی ، USB 1.1 قابل دستیابی است ، که محدود به 12 مگابیت است / (1.5 مگابایت در ثانیه) با سربار حساب شده. [25] میزان انتقال موثر یک دستگاه به طور قابل توجهی تحت الگوی دسترسی به داده ها قرار دارد. [26]

تا سال 2002 ، درایوهای فلش USB دارای اتصال USB 2.0 بودند که دارای 480 مگابیت در ثانیه به عنوان نرخ انتقال بالا هستند. پس از حساب کردن برای سربار پروتکل که به یک توان مؤثر 35 مگابیت در ثانیه ترجمه می شود. [27] در همان سال ، اینتل استفاده گسترده از USB نسل دوم را با وارد کردن آنها در لپ تاپ های خود برانگیخت. [28]

درایوهای فلش USB نسل سوم در اواخر سال 2008 اعلام شد و در سال 2010 برای خرید در دسترس قرار گرفت. رابط USB 3.0 نرخ انتقال حداکثر 5 گیگابایت در ثانیه (625 مگابایت در ثانیه) را در مقایسه با 480 مگابیت در ثانیه USB 2.0 (60 مگابیت در ثانیه) تعیین کرد. [نیاز به استناد] حداکثر ظرفیت ذخیره سازی در دسترس تا سال 2010 دستگاه ها از 128 گیگ به بالا رسیده بودند. [11] USB 3.0 در لپ تاپ ها کند ظاهر شد. از سال 2010 ، اکثر مدل های لپ تاپ هنوز حاوی 2.0 بودند. [28]

در ژانویه سال 2013 ، شرکت فناوری Kingston ، یک فلش درایو با 1 TB ذخیره سازی منتشر کرد. [29] اولین فلش های USB 3.1 نوع C با سرعت خواندن و نوشتن در حدود 530 مگابایت در ثانیه در مارس 2015 اعلام شد. [30] از ژوئیه سال 2016 ، فلش مموری ها با ظرفیت 8 تا 256 گیگابایت بیشتر از آنهایی که ظرفیت های آنها بین 512 GB و 1 TB بود ، به فروش می رسید. [4] [5] در سال 2017 ، Kingston Technology خبر از انتشار یک درایو فلش 2-TB داد. [31] در سال 2018 ، SanDisk یک درایو فلش USB-C 1TB را اعلام کرد ، کوچکترین در نوع خود. [32]

Usbkey internals.jpg
داخلی یک درایو فلش USB معمولی

1 USB استاندارد-A ، پلاگین "مرد"
2 دستگاه کنترلر ذخیره سازی انبوه USB
3 نقطه آزمون
4 تراشه حافظه فلش
5 نوسان ساز کریستالی
6 LED (اختیاری)
7 سوئیچ نوشتن و محافظت (اختیاری)
8 فضای تراشه حافظه فلش دوم
در یک درایو فلش USB ، یک انتهای دستگاه به یک پلاگین USB Standard-A مجهز است. برخی از درایوهای فلش علاوه بر این ، یک پلاگین میکرو USB را ارائه می دهند ، و انتقال داده ها بین دستگاه های مختلف را تسهیل می کند. [33]

فن آوری

کارت خوان کینگستون که کارتهای حافظه Micro SD را می پذیرد (کارت Transcend که بخشی از آن درج شده است) و به عنوان یک درایو فلش USB عمل می کند. اندازه حاصل تقریباً 20 میلی متر طول ، 10 میلی متر عرض و 2 میلی متر ضخامت دارد.
مقالات اصلی: حافظه فلش و USB
در یک درایو فلش USB ، یک انتهای دستگاه با یک پلاگین USB استاندارد-A مجهز است. برخی از درایوهای فلش علاوه بر این یک پلاگین میکرو USB را نیز ارائه می دهند ، و انتقال داده ها بین دستگاه های مختلف را تسهیل می کند.

در داخل محفظه پلاستیکی یک تخته مدار چاپی کوچک وجود دارد که دارای مقداری مدار قدرت و تعداد کمی مدارهای مجتمع سطح نصب شده (IC) است. حافظه ، در حالی که دیگر حافظه فلش است. درایوها معمولاً از کلاس دستگاه ذخیره سازی انبوه USB برای برقراری ارتباط با میزبان استفاده می کنند. [34]

فلش مموری
حافظه فلش تعدادی از فناوری های قدیمی را با هم هزینه کمتری ، مصرف برق کمتر و اندازه کوچک ایجاد کرده است که با پیشرفت در فن آوری ساخت دستگاه نیمه هادی امکان پذیر است. ذخیره سازی حافظه مبتنی بر فناوری های قبلی EPROM و EEPROM بود. اینها از ظرفیت محدودی برخوردار بودند ، برای خواندن و نوشتن نیز آهسته بودند ، به مدار پیچیده درایو ولتاژ بالا نیاز داشتند و فقط پس از پاک کردن کل محتویات تراشه می توان دوباره نوشت.

طراحان سخت افزار بعداً EEPROM هایی را ایجاد کردند که ناحیه پاک کن به قسمتهای "کوچک" کوچکتری تبدیل شده است که می توانند بطور جداگانه بدون تأثیرگذاری بر دیگران پاک شوند. تغییر محتویات یک مکان حافظه خاص شامل کپی کردن کل فیلد در یک حافظه بافر خارج از تراشه ، پاک کردن این زمینه ، تغییر داده های مورد نیاز در بافر و نوشتن مجدد آن در همان فیلد است. این نیاز به پشتیبانی قابل توجهی از رایانه داشت و سیستمهای حافظه فلش EEPROM مبتنی بر رایانه شخصی اغلب سیستم ریز پردازنده اختصاصی خود را حمل می کردند. درایوهای فلش کم و بیش نسخه کمتری از این هستند.

توسعه واسط های داده سریال با سرعت بالا مانند USB ساخته شده از سیستم های حافظه نیمه هادی با ذخیره سازی سریال قابل دوام و توسعه همزمان سیستم های ریز پردازنده کوچک ، پر سرعت و کم مصرف باعث شده تا این امکان در سیستم های کاملاً فشرده گنجانده شود. دسترسی سریال به تراشه های حافظه به مراتب کمتر از اتصالات الکتریکی احتیاج دارد ، زیرا ساخت دیسک های چند گیگابایتی را ساده تر کرده است.

رایانه ها به سیستم های مدرن حافظه فلش بسیار شبیه به درایوهای دیسک سخت ، که در آن سیستم کنترل کننده کنترل کاملی نسبت به مکان ذخیره اطلاعات دارد ، دسترسی دارند. فرآیندهای واقعی نوشتن و پاک کردن EEPROM ، با این حال ، هنوز هم بسیار شبیه به سیستم های قبلی که در بالا توضیح داده شده است.

بسیاری از پخش کننده های MP3 کم هزینه به سادگی نرم افزار اضافی و باتری را به یک میکروپردازنده کنترل حافظه فلش استاندارد اضافه می کنند ، بنابراین می تواند به عنوان رمزگشای پخش موسیقی نیز باشد. همچنین بسیاری از این دستگاه های پخش کننده می توانند به عنوان یک فلش مموری معمولی ، برای ذخیره سازی انواع پرونده ها استفاده شوند.

اجزای اساسی

قطعات مکانیکی و الکترونیکی داخلی یک درایو فلش Kingston 2 GB
یک فلش درایو معمولاً پنج قسمت دارد:

USB-Standard-A - یک رابط فیزیکی را به کامپیوتر میزبان ارائه می دهد. برخی از درایوهای فلش USB از پلاگین USB استفاده می کنند که از 4 مخاطب محافظت نمی کند ، با این وجود امکان وصل کردن آن به درگاه USB از راه دیگر.
کنترلر ذخیره سازی انبوه USB - یک میکروکنترلر کوچک با مقدار کمی ROM و رم روی تراشه.
تراشه های حافظه فلش NAND - داده ها را ذخیره می کند (فلش NAND معمولاً در دوربین های دیجیتال نیز مورد استفاده قرار می گیرد).
نوسان ساز کریستالی - سیگنال اصلی ساعت 12 مگاهرتز دستگاه را تولید می کند و خروجی داده های دستگاه را از طریق یک حلقه قفل فاز کنترل می کند.
پوشش - به طور معمول از پلاستیک یا فلز ساخته می شود و از الکترونیک در برابر فشار مکانیکی و حتی مدارهای کوتاه کوتاه ممکن محافظت می کند.
اجزای اضافی
دستگاه معمولی همچنین ممکن است شامل موارد زیر باشد:

قسمت جلو و عقب یک درایو USB با محفظه خارج شده است
پرش ها و پین های آزمایش - برای آزمایش در هنگام تولید فلش درایو یا بارگیری کد در میکروکنترلر آن.
LED - انتقال داده یا داده را خوانده و می نویسد.
نوشتن-محافظت از سوئیچ ها - نوشتن داده ها به حافظه را فعال یا غیرفعال کنید.
فضای غیرمترقبه - فضایی را برای درج تراشه حافظه دوم فراهم می کند. داشتن این فضای دوم به تولید کننده این امکان را می دهد تا از یک برد مدار چاپی برای بیش از یک دستگاه اندازه ذخیره سازی استفاده کند.
درپوش یا درپوش اتصال دهنده USB - خطر آسیب را کاهش می دهد ، از ورود خاک یا سایر آلودگی ها جلوگیری می کند و ظاهر کلی دستگاه را بهبود می بخشد. برخی از درایوهای فلش به جای آن از اتصالات USB جمع شده استفاده می کنند. برخی دیگر ترتیب چیدمان پیچشی دارند به طوری که بدون از بین بردن هیچ چیزی می توان از اتصال محافظت کرد.
کمک حمل و نقل - درپوش یا بدنه اغلب حاوی سوراخی مناسب برای اتصال به یک زنجیره کلید یا تسمه راه راه است. اتصال درپوش به جای بدنه می تواند باعث شود خود درایو از بین برود.
بعضی از درایوها حافظه داخلی قابل حمل را فراهم می آورند ، دقیقاً شبیه به کارت خوان کارت حافظه. [35] [36]
اندازه و سبک بسته بندی

درایوهای فلش مختلف است

شکل ها و اندازه ها ، گاهی اوقات حجیم یا جدید ، مانند شکل ikura gunkan-maki.

یک درایو فلش USB به شکل یک کلید

مجموعه ای از درایوهای فلش USB
بیشتر درایوهای فلش USB کمتر از 30 گرم (1 اونس) وزن دارند. [37] در حالی که برخی از تولید کنندگان با کوچکترین اندازه رقابت می کنند ، [38] با بیشترین حافظه ، درایوهایی را ارائه می دهند که تنها چند میلی متر بزرگتر از خود USB plug هستند ، [39] برخی از تولید کنندگان محصولات خود را با استفاده از فضای داخلی دقیق متمایز می کنند که غالباً حجیم هستند. درایو برای اتصال به درگاه USB دشوار است. از آنجا که اتصالات پورت USB در یک محفظه رایانه اغلب از فاصله نزدیک است ، با وصل کردن یک درایو فلش به درگاه USB ممکن است یک درگاه مجاور را مسدود کنید. اینگونه دستگاه ها ممکن است آرم USB را فقط در صورت فروخته شدن با کابل فرمت جداگانه حمل کنند. چنین کابل هایی با USB سازگار هستند اما مطابق با استاندارد USB نیستند. [40] [41]

درایوهای فلش USB در سایر موارد متداول مانند ساعت ، قلم ، نشانگرهای لیزری و حتی چاقوی ارتش سوئیس ادغام شده اند. سایر موارد دارای موارد جدید مانند اتومبیل های اسباب بازی یا آجرهای لگو هستند. درایوهای فلش USB با تصاویر اژدها ، گربه ها یا بیگانگان در آسیا بسیار محبوب هستند. [42] اندازه کوچک ، استحکام و ارزان بودن درایوهای فلش USB ، آنها را به صورت فزاینده ای حاشیه ای محبوب برای تعدیل موارد تبدیل می کند.

سیستم فایل
مقاله اصلی: سیستم فایل فلش
اکثر درایوهای فلش با سیستم های پرونده FAT32 یا exFAT از پیش فرمت شده است. همه جا بودن سیستم فایل FAT32 اجازه می دهد تا درایو تقریباً در هر دستگاه میزبان با پشتیبانی USB قابل دسترسی باشد. همچنین ، از ابزارهای استاندارد نگهداری FAT (مثلاً ScanDisk) می توان برای ترمیم یا بازیابی اطلاعات خراب استفاده کرد. با این حال ، به دلیل اینکه یک درایو فلش به عنوان یک دیسک سخت متصل به USB به سیستم میزبان ظاهر می شود ، این درایو را می توان در هر سیستم پرونده ای که از سیستم عامل میزبان پشتیبانی می شود ، مجدداً تنظیم کرد.

تقسیم بندی
درایوهای فلش قابل جدا شدن هستند. یک عقیده گسترده وجود دارد که شکستن مزیت مزیت چندانی ندارد (زیرا هیچ هد مکانیکی وجود ندارد که از قطعه به قطعه منتقل شود) ، و این که شکستن با ساختن بسیاری از نوشته های غیر ضروری ، عمر درایو را کوتاه می کند. [43] با این حال ، برخی منابع ادعا می کنند که (حذف کردن فلش درایو) می تواند عملکرد را بهبود بخشد (بیشتر به دلیل بهبود حافظه نهان داده ها) و سایش اضافی در درایوهای فلش ممکن است قابل توجه نباشد.
حتی توزیع
برخی از سیستم های پرونده ای برای توزیع مصرف در کل دستگاه های حافظه و بدون تمرکز استفاده از هر بخشی (به عنوان مثال برای یک فهرست) برای طولانی کردن عمر دستگاه های ساده حافظه فلش طراحی شده اند. برخی از درایوهای فلش USB این ویژگی "سطح بندی سایش" را دارند که برای کنترل عمر دستگاه در کنترلر نرم افزار ساخته شده است ، در حالی که برخی دیگر چنین نمی کنند ، بنابراین لزوماً نصب یکی از این سیستم های پرونده ای مفید نیست. [45]
درایو هارد دیسک
سکتورها برای سازگاری با هارد دیسک 512 بایت طولانی هستند و بخش اول می تواند دارای یک ضبط مستر بوت و جدول پارتیشن باشد. بنابراین واحد های فلش USB دقیقاً مانند دیسک های سخت قابل تقسیم هستند.
طول عمر
حافظه در فلش مموری ها معمولاً با حافظه های مبتنی بر سلول های چند سطح (MLC) ساخته می شوند که برای حدود 3،000-5،000 چرخه پاک کردن برنامه مناسب هستند ، [46] اما برخی از فلش مموری ها دارای حافظه مبتنی بر سلول های تک سطح (SLC) هستند. خوب برای حدود 100000 می نویسد. در واقع هیچ محدودیتی برای تعداد قرائت شده از چنین حافظه های فلش وجود ندارد ، بنابراین ممکن است یک درایو USB کاملاً فرسوده برای محافظت از نوشتن و محافظت از نوشتن محافظت شود.

تخمین استقامت حافظه فلش موضوعی چالش برانگیز است که به نوع حافظه SLC / MLC / TLC ، اندازه تراشه های حافظه فلش و الگوی استفاده واقعی آن بستگی دارد. در نتیجه ، یک درایو فلش USB می تواند از چند روز تا چند صد سال دوام آورد. [47]

صرف نظر از استقامت حافظه ، سخت افزار اتصال USB مشخص شده است كه تنها در حدود 1،500 چرخه درج حذف مقاومت می كند. [48]

ویکی پدیا