| s-101
| USB välkmäludraivide infomahutavus, võrreldes praeguste magnetilist andmekandjat kasutavate väliste kõvakettaseadmetega, on siiski oluliselt väiksem. |
| s-102
| Kuigi nende infomahutavus on kiiresti suurenenud, ei ületa see praegu ka parimatel siiski kaheksat gigabaiti (näiteks Buslink USB2.0 Flash Drive PRO 2). |
| s-103
| Enamasti on kasutusel aga 64-, 128-, 256- ja 512-megabaidised, harvemini aga 1-, 2-, ja 4-gigabaidise infomahutavusega seadmed. |
| s-104
| Et tegemist pole mitte vähese infomahutavusega mäludega näitab kas või seegi, et 1GB-le välkmäludraivile saab salvestada kas 16 audio CD-plaadi (mahutavusega 64 MB) sisu, või 360 JPEG-vormingus 5-megapikslist kuva, või ligikaudu 24 minutit DVD-kvaliteediga videofilmi ehk siis 6 tundi MPEG 4 vormingus esitatud liikuvkujutisi. |
| s-105
| Vaatamata sellele, et esimesed laiatarbe-USB välkmäludraivid ilmusid juba 2000. aasta lõpul, pole nende valmistajad senini jõudnud üksmeelele küsimuses, kuidas seadmeid nimetada. |
| s-106
| Nii kasutatakse nimetusi nagu USB flash drive (vahest kõige levinum nimekuju), USB drive, USB stick, USB key, USB memory key, pen drive, key drive, key fob, keychain drive, thumb key, pocket drive, jump drive, thumb drive, magic stick, micro hard drive jt. |
| s-107
| Hoolimata segadusest seadmete nimetamisel, ei vähenda see asjaolu USB välkmäludraivide kiiresti kasvavat populaarsust. |
| s-108
| USB Flash Drive Alliance andmete kohaselt müüdi 2004. aastal ainuüksi USAs ligikaudu 50 miljonit USB välkmäludraivi. |
| s-109
| Järgmiseks, s.t käesolevaks, 2005. aastaks, on prognoositud aga nende läbimüügi kolmekordistumist. |
| s-110
| USB välkmäludraivide tootmine ei suurene iga aastaga mitte ainult koguseliselt, vaid ikka ja jälle suudavad tootjad meid üllatada uudse disaini ja lisafunktsioonidega varustatud välkmäludraividega. |
| s-111
| Nii näiteks on neid lisatud populaarsetele Šveitsi armeenugadele (64-megabaidine SwissMemory), käekelladele (128- või 256-megabaidine Meritline USB Watch Drive), rääkimata juba laiast valikust tavapärasematest jässakamatest või siis, vastupidi, väga saledatest sulepeakujulistest USB mäludraividest. |
| s-112
| 2003. aasta detsembris moodustati mittetulunduslik organisatsioon USB Flash Drive Alliance (UFDA), eesmärgiga korrastada, ühtlustada ja välja töötada standardid USB välkmäludraivide valmistajatele, et tagada erinevate tootjate poolt valmistatud seadmete ühilduvust. |
| s-113
| Siiski ei ole esialgu kavas välja töötada USB välkmäludraivide kõikehõlmavaid tehniliste tingimusi, vaid piirdutakse ühtsete keskkonnaalaste, mehaaniliste ja rakendusspetsiifilisele liidetusele esitatavate turvanõuetega. |
| s-114
| VÄLKMÄLUDRAIVIDES KASUTATAVAD VÄLKMÄLUD |
| s-115
| Nagu juba eelnevalt öeldud, kujutab USB välkmäludraiv välkmälulülitustel põhinevat välismäluseadet, mis säilitab temasse talletatud informatsiooni ka olukorras, kus mälulülituste elektritoide on välja lülitatud. |
| s-116
| Keskseks komponendiks, millest oleneb välkmäludraivi üks olulisimaid näitajaid - infomahutavus, on seadmes kasutatav välkmälulülitus või -lülitused. |
| s-117
| Mälukeskkonnana kasutatakse programmeeritavate elekterkustutusega püsimälude (EEPROM) klassi kuuluvaid poolpüsimälusid, mis ei vaja mällu salvestatud informatsiooni säilitamiseks elektrienergiat ning sobivad talitlema pidevas salvestus-lugemisreþiimis. |
| s-118
| Vaatamata välkmälulülituste mitmetele voorustele ei tohiks alahinnata asjaolu, mida kahjuks kiputakse välkmälude korral ära unustama, et välkmälulülituste salvestus-lugemistsüklite arv on oluliselt väiksem, kui SRAM- või DRAM-põhistel muutmäludel või kõvaketastel. |
| s-119
| Vanematel välkmälulülitustel piirdus see umbes 100 000 tsükliga, kuid uusimatel lülitustel küünib lugemis-salvestustsüklite arv juba miljoniteni. |
| s-120
| Lisaks pikeneb välkmälulülituste vananedes nende salvestustsüklite kestus. |
| s-121
| Eriti peaks sellega arvestama juhtudel, kui välkmäludraivi soovitakse kasutada kõvaketta asemel. |
| s-122
| Olenevalt välkmälulülituse mäluelementide sisemisest korraldusest eristatakse NOR- ja NAND-tüüpi välkmälusid. |
| s-123
| Ajalooliselt hakati esmalt kasutama NOR-tüüpi mäluelemente. |
| s-124
| Igas välkmälu mäluelemendis säilitatakse üht infobitti, kuid uusimates (nn mitmetasemelistes) mäluelementides saab säilitada ka rohkem kui üht infobitti. |
| s-125
| Lihtsustatult näeb NOR-tüüpi mäluelementidel välkmälu ehitus ja talitlus välja järgmiselt. |
| s-126
| Mälus rakendatakse informatsiooni talletamiseks maatriksina asetuvaid transistorstruktuure. |
| s-127
| Kuigi kasutatavad transistorstruktuurid on üldiselt sarnased traditsioonilistele MOS-väljatransistoridele, on nende oluliseks erinevuseks see, et transistoris on ühe paisu asemel kaks paisu. |
| s-128
| Üht paisudest nimetatakse juhtpaisuks ja teist ujupaisuks. |
| s-129
| Kui juhtpais moodustatakse transistoris samamoodi kui tavalises väljatransistoriski, siis ujupais isoleeritakse ümbritsevast keskkonnast oksiidikihiga. |
| s-130
| Kuna ujupais on isoleeritud, siis temasse kogunevad elektronid satuvad nagu omapärasesse “ lõksu ” ning neid saab edukalt ära kasutada infokandja funktsioonis. |
| s-131
| Ujupaisule kogunenud elektronid on juhitavad juhtpaisu poolt tekitatava elektriväljaga. |
| s-132
| Taolises mäluelemendis toimuvad lugemis-salvestusoperatsioonid üldjoontes järgmiselt: |
| s-133
| 1. Informatsiooni lugemiseks mäluelemendist tekitatakse selle juhtpaisul vajaliku tugevusega elektriväli, mis mõjudes ujupaisule kutsub esile selles sisalduvate vabade elektronide suunatud liikumise (elektrivoolu). |
| s-134
| Tekkiva elektrivoolu tugevus sõltub vabade elektronide kogusest (elektrilaengust) ujupaisus. |
| s-135
| Olenevalt sellest, kas transistori lätte ja neelu vahel vool tekib või mitte, saab eristada mäluelemendis loogikalisi olekuid “ 1 ” ja “ 0 ” (vastavad mäluelementi talletatud infobiti väärtusele). |
| s-136
| 2. Informatsiooni salvestamise reþiimis tekitatakse esmalt transistori lätte ja neelu vahel vool ning seejärel tekitatakse juhtpaisu abil elektriväli, mille toimel viiakse mäluelemendi ujupais olekusse, mis vastab kas loogilisele olekule “ 1 ” või “ 0 ”. |
| s-137
| 3. Informatsiooni kustutamisel viiakse mäluelement algolekusse (olekusse “ 1 ”), selleks rakendatakse transistoris juhtpaisu ja lätte vahele kõrge pinge, mis põhjustab suure hulga elektronide kogunemise ujupaisu. |
| s-138
| Struktuurselt moodustatakse välkmäludes üksikuist mäluelementidest võrdse infomahutavusega üksused, mida nimetatakse mälusegmentideks (-plokkideks, -sektoriteks). |
| s-139
| Välkmälus saab informatsiooni kustutada või modifitseerida üksnes kas kogu mäluruumi ulatuses (üheaegselt kõigis mälusegmentides) või mälusegmendi kaupa. |
| s-140
| Informatsiooni salvestamist või kustutamist üksikute mällu talletatud bittide, baitide või mälusõnade kaupa teha ei saa. |
| s-141
| Seega, kui teatavas mälusegmendis soovitakse muuta vaid ühe baidi või isegi biti väärtust, tuleb esmalt kustutada kogu antud mälusegmendi sisu ning seejärel taastada selles eelnevalt talletatud informatsioon, kus on tehtud juba soovitud korrektsioonid. |
| s-142
| Küll on aga võimalik lugeda välkmällu talletatud informatsiooni nii baitide kui ka mälusõnade kaupa. |
| s-143
| NOR-tüüpi välkmälude puuduseks loetakse seda, et neis kulub informatsiooni salvestamisele ja kustutamisele suhteliselt palju aega, kuid samas on kõik mälualad kergesti juurdepääsetavad. |
| s-144
| Seetõttu eelistatakse NOR-tüüpi välkmälusid kasutada juhtudel, kui seadme talitlusel esineb suhteliselt harva vajadus mälusisu muutmiseks. |
| s-145
| Viimane asjaolu on põhjuseks, miks NOR-tüüpi välkmälulülitusi pole ratsionaalne kasutada USB välkmäludraivides. |
| s-146
| Võrreldes NOR-tüüpi välkmäludega on NAND-tüüpi mälulülitused märksa kiiremad, neis saab kustutus ja salvestusoperatsioone sooritada lühema ajaga. |
| s-147
| Ühtlasi saab NAND-tüüpi mäludes kristalli pinnaühikule moodustada rohkem mäluelemente kui NOR-tüüpi välkmäludes. |
| s-148
| Seetõttu on NAND-tüüpi välkmäludes ühe infobiti maksumus madalam kui sama infomahutavusega NOR-tüüpi mäludes. |
| s-149
| NAND-tüüpi mälulülituste kitsaskohaks peetakse jadamisi toimuvat andmepöördust. |
| s-150
| Hoolimata sellest puudusest kasutatakse USB välkmäludraivides just NAND-tüüpi välkmälulülitusi. |
| s-151
| Üheks perspektiivseks suunaks välkmälude arendamisel on NROM- (Nitride Read-Only Memory) lülitused, kus ühes mäluelemendis on võimalik säilitada juba kahte infobitti. |
| s-152
| Kui NOR-tüüpi välkmäluelemendis osaleb informatsiooni salvestusprotsessides tuhandeid elektrone, siis NROM vajab vaid paarisada elektroni, seega saab vähendada mälulülituse energiatarvet ja tõsta töökiirust. |
| s-153
| USB VÄLKMÄLUDRAIVI PÕHIÜKSUSED JA TÖÖ PÕHIMÕTE |
| s-154
| Kuna USB välkmäludraivide turul pakutakse laias valikus väga erinevate firmade tooteid, siis näib esmapilgul, et orienteerumine selles kirevas koosluses pole lihtne. |
| s-155
| Kui olukorraga aga veidi lähemalt tutvuda, siis midagi keerulist selles pole. |
| s-156
| Vaatamata välisele näivale mitmekesisusele, kasutatakse USB välkmäludraivides, eriti riistvara osas, üheülbalisi arhitektuurilis-struktuurseid lahendusi. |
| s-157
| Et lähemalt tutvuda USB välkmäludraivide ehituse ja talitluse üldiste põhimõtetega, sobib hästi firma Freescale Semiconductor, Inc 2 poolt valmistatav 64 MB NAND-tüüpi välkmälu- lülitust sisaldav ja USB 2.0 liidesega varustatud USB Thumb Drive (RDHCS12UF32TD). |
| s-158
| USB Thumb Drive'i konstruktiivne lahendus on toodud fotol (joonis 1). |
| s-159
| Sellelt on näha trükiplaadile monteeritud mikrokontrollerkiip, kvartsresonaator ja teised diskreetsed raadiokomponendid. |
| s-160
| Välkmäludraivi standardne USB-liidese A-tüüpi pistik asub trükiplaadi vasakul küljel. |
| s-161
| Trükiplaadi vastasküljele on monteeritud välkmälukiip. |
| s-162
| Joonis 1. |
| s-163
| Välkmäludraivi USB Thumb Drive mikrokontrollerlülituse-poolne vaade (seadme korpus on eemaldatud). |
| s-164
| Välkmälukiip asub trükiplaadi vastaspoolel. |
| s-165
| Joonisel 2 on näidatud USB välkmäludraivi ühendus hostseadmega, antud juhul on selleks personaalarvuti, ja välkmäludraivi sisemised komponendid - UF32 mikrokontrollertuum (mikrokontroller) ning välkmälulülitus. |
| s-166
| Eraldi on välja toodud mikrokontrollertuuma sisemine struktuurne korraldus. |
| s-167
| Joonis 2. |
| s-168
| Välkmäludraivi USB Thumb Drive põhikomponendid. |
| s-169
| Mikrokontrollertuuma UF32 ülesandeks on juhtida andmevahetust hostseadme ja välkmälulülituse vahel. |
| s-170
| Põhiliselt seisneb see kahe liidese teenindamises. |
| s-171
| Üks liidestest on standardne USB-liides, mis ühendab hostseadet välkmäludraiviga (USB- ehk välisliides). |
| s-172
| Teine liidestest (meedialiides) ühendab mikrokontrollertuumas sisalduva IQUE-üksuse (Integrated Queue) ehk integreeritud andmejadakontrolleri välkmälulülitusega. |
| s-173
| Lisaks liideste ohjele tegeleb mikrokontrollertuum vastavalt hostseadmest saabunud korraldustele andmevahetusoperatsioonide (andmete mällu salvestamine või mälust lugemine) üldise ohjega. |
| s-174
| Mikrokontrollertuumana kasutatakse firma Motorola 16-bitise sõnapikkusega HCS 12-pere mikrokontrolleri baasil loodud mikrokontrollerlülitust MC9S12UF32 3. |
| s-175
| MC9S12UF32 keskseks lülituseks on HCS12 protsessortuum, mida toetavad kiire 32-kilobaidine EEPROM-põhine välkmälu, 3,5 -kilobaidine muutmälu, spetsiaalne integreeritud andmejadakontroller ja mitmekesine valik liidestuslülitusi. |
| s-176
| Viimaste hulka kuuluvad traditsiooniline jadaliides, USB 2.0-tüüpi jadaliides ja erinevate välkmälupõhiste mälukaartide ühendamiseks kohandatud meedialiides. |
| s-177
| Lisaks on mikrokontrollertuumas 8-kanaliline 16-bitine taimerlülitus, toitepinge reguleerimise lülitus ja taustreþiimis talitlev silurlülitus (joonisel 2 pole nimetatud lülitusi näidatud). |
| s-178
| Kõiki funktsionaalseid üksusi seob ühtseks tervikus mikrokontrollertuuma siseliides. |
| s-179
| Keskseks üksuseks, mida läbib välkmäludraivi andmeinformatsioon, on integreeritud andmejadakontroller. |
| s-180
| IQUE suudab samaaegselt teenindada kuni nelja sõltumatut andmejada. |
| s-181
| IQUE-üksus ohjab andmete plokkedastusi USB välkmäludraivi välkmälulülituse ja hostseadme vahel, ilma et neisse protsessidesse peaks sekkuma mikrokontrollertuuma protsessor. |
| s-182
| Vajaliku autonoomsuse saavutamiseks on IQEU varustatud individuaalse (üksusesisese) muutmäluga (IQEU RAM-ga). |
| s-183
| IQEU talitlust ohjab UF32 tööd korraldav multitegumtöötlusele orienteeritud minituuma (mini-kernel) püsitarkvara. |
| s-184
| Minituuma püsitarkvara käivitub automaatselt välkmäludraivi pingestamisel. |
| s-185
| Lisaks IQEU üksuse juhtimisele, mis hõlmab näiteks IQUE RAMi aadressiruumi ohjet, loogiliste aadresside teisendamist füüsilisteks aadressideks, failipaigutustabeli (FAT16) ohjet, tegeleb minituuma püsitarkvara samuti taimeri, USB-liidese, multimeediumi-liidese ja mõnede teiste lülituste talitluse korraldamisega. |
| s-186
| UF32-lülitusega on ühendatud mikrolüliti S (“ Lukk ”), mida kasutatakse selleks, et soovi korral saaks blokeerida USB välkmäludraivi informatsiooni salvestamist. |
| s-187
| Lüliti täidab põhimõtteliselt sama funktsiooni kui 1,44 MB diskettidel disketi plastümbrisel olev infosalvestust tõkestav liugplaadike. |
| s-188
| Välkmäludraivi pingestamisel kontrollitakse automaatselt lüliti S asendit (“ Sees ” või “ Väljas ”), algselt tuvastatud olek loetakse kehtivaks seni, kuni seade on pingestatud. |
| s-189
| Kui välkmäludraivi talitluse ajal muudetakse lüliti S asendit, siis seade ei reageeri sellele. |
| s-190
| Valgusdioodindikaatori VD abil saab kasutaja jälgida USB välkmäludraivi tööreþiimi. |
| s-191
| Reeglina helendab indikaator siis, kui toimub andmevahetus hostseadme ja USB välkmäludraivi vahel. |
| s-192
| Lühiajaliselt hakkab indikaator helendama ka siis, kui USB välkmäludraiv ühendatakse hostseadmega ning selles käivitub minituuma püsitarkvara. |
| s-193
| Nii teavitatakse seadme kasutajat USB välkmäludraivi valmisolekust talitluseks. |
| s-194
| USB Thumb Drive'i NAND-tüüpi välkmälulülitus tagab temasse talletatud informatsiooni pikaajalise ja korrektse säilitamise. |
| s-195
| Lisaks juhib mälulülituse sisemine kontroller mälupöördusoperatsioonide vahetut läbiviimist mälus. |
| s-196
| Välkmälulülitusena kasutatakse jadapöördusega 1-gigabitise infomahutavusega mälukiipi TC58DVG02A1. |
| s-197
| Mälulülitus on seesmiselt jaotatud 8192 võrdse infomahutavusega plokiks (iga plokk mahutab 16896 baiti), mis omakorda koosnevad 32 mäluleheküljest infomahutavusega 528 baiti (joonis 3). |
| s-198
| Informatsiooni kustutamine välkmälukiibis toimub ploki kaupa. |
| s-199
| Lisaks on mälukiibis veel täiendav 528-baidine staatiline register, mida kasutatakse mälulülitusesiseseks infovahetuseks. |
| s-200
| Mälukiibi suhtlus väliskeskkonnaga toimub läbi 8-bitise rööppordi, mille kaudu edastatakse nii andme-, aadressi- kui ka juhtinformatsiooni. |