Петр Ташков - Восстановление данных на 100%
Кард-ридер – устройство, состоящее из одного или нескольких подобных контроллеров, преобразователя питания и разъемов для разных карт памяти (рис. 4.3). Питание осуществляется от источника +5 В через кабель USB.
Чаще всего встречаются «комбайны», рассчитанные на несколько типов карт: от 6 до 40. Слотов в кард-ридере гораздо меньше, так как каждый слот используется для нескольких типов карт, близких по размерам и расположению контактов. По своим характеристикам они практически равноценны, а отличаются, главным образом, числом поддерживаемых типов карт и конструкцией.
Логическая организация
Прежде чем перейти к файловым системам flash-накопителей, нужно вспомнить об архитектуре NAND. В этой часто используемой памяти и чтение, и запись, и удаление информации происходит лишь блоками.
На жестких и гибких дисках величина блока составляет 512 байтов, не считая 95 служебных байтов, которые видны только контроллеру винчестера. Все файловые системы создавались именно с учетом этих значений. Проблема в том, что во flash-памяти величина блока стирания, за редким исключением, не совпадает с величиной стандартного дискового сектора в 512 байтов и обычно составляет 4, 8 и даже 64 Кбайт. С другой стороны, для обеспечения совместимости блок чтения/записи должен совпадать с величиной дискового сектора.
Для этого блок стирания разбивается на несколько блоков чтения/записи с размером 512 байтов. На практике блок чуть больше: кроме 512 байтов для данных, в нем еще есть хвост (Tail) длиной 16 байтов для служебной информации о самом блоке. Физически расположение и количество блоков чтения/записи ничем не ограничены. Единственное ограничение – блок чтения/записи не должен пересекать границу блока стирания, так как он не может принадлежать двум разным блокам стирания.
Блоки чтения/записи делятся на три типа: действительные, недействительные и дефектные. Блоки, которые содержат записанные данные и принадлежат какому-либо файлу, являются действительными. Использованные блоки с устаревшей информацией считаются недействительными и подлежат очистке. Категорию дефектных составляют блоки, не поддающиеся записи и стиранию.
Еще одна особенность flash-памяти состоит в том, что запись информации возможна только на предварительно очищенное от предыдущей информации пространство. Когда необходимо записать информацию, микропрограмма контроллера должна решить, какие недействительные блоки нужно перед этим стереть. В большей части микропрограмм вопрос удаления недействительных блоков решается простейшим способом: как только определенная часть емкости flash-диска оказывается заполнена информацией, автоматически запускается механизм очистки недействительных блоков.
Для увеличения срока службы памяти используется технология управления износом (Wear-leveling Control), которая продлевает жизненный цикл кристалла памяти за счет равномерного распределения циклов записи/стирания блоков памяти. Побочный эффект – выход из строя одного блока памяти – не сказывается на работе остальных блоков памяти того же кристалла. Неподвижные блоки принадлежат файлам, которые долго или вообще никогда не изменялись и не перемещались. Наличие неподвижных блоков данных приводит к тому, что оставшаяся часть ячеек подвергается усиленному износу и быстрее расходует свой ресурс. Микропрограмма учитывает такие блоки и по мере необходимости перемещает их содержимое в другие ячейки.
Файловые системы flash-дисков и карт памяти, на первый взгляд, хорошо знакомы пользователям по жестким и гибким дискам. Это FAT16, реже FAT32: именно так предлагает отформатировать диск операционная система Windows. Стандартными средствами Windows XP и Windows Vista диск можно отформатировать даже в систему NTFS! Для этого нужно предварительно зайти в Диспетчер устройств и в окне свойств подключенного flash-диска на вкладке Политика выбрать значение Оптимизация для быстрого выполнения. Специальные программы от производителей, например HP USB Disk Storage Format Tool, позволяют форматировать flash-диски в NTFS и без таких усилий.
Однако это впечатление обманчиво. Файловая система flash-памяти (Flash File System, FFS) лишь эмулирует обычный дисковый накопитель и состоит из блоков управления и блока инициализации. На самом деле об истинном расположении и адресации блоков памяти знает только контроллер flash-диска или карты памяти.
Это очень существенно при разных способах восстановления содержимого микросхемы flash-памяти. При считывании микросхемы памяти через ее «родной» контроллер в файле образа оказывается последовательность блоков в порядке их номеров или смещений. В начале находится заголовок и таблица файловой системы. Если же считывание производится на программаторе, в начальных блоках дампа расположена служебная информация, а блоки с данными перемешаны почти беспорядочно. При этом служебная информация вряд ли будет полезна, поскольку она всецело зависит от модели контроллера и его прошивки – правильную последовательность блоков приходится составлять с большим трудом.
Некоторые фотоаппараты работают только с файловой системой RAW. Способ записи фотографий на носитель с такой файловой системой, а также особенности форматирования самой карты зависят от модели аппарата и даже прошивки той или иной модели. Этот формат не стандартизирован и имеет много разновидностей. Обычно данные с таких карт могут восстановить лишь сервисные программы от изготовителя фотокамеры, а в качестве кард-ридера желательно использовать сам фотоаппарат.
Нововведением является файловая система exFAT (Extended FAT – расширенная FAT). Поддержка этой специально разработанной для flash-дисков файловой системы впервые появилась в Windows Embedded CE 6.0. С exFAT работает и Windows Vista Service Pack 1 (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Окно форматирования flash-диска в Windows Vista SP1
Назначение новой файловой системы – постепенная замена FAT и FAT32 на flash-накопителях. В ней заложены некоторые черты, ранее присущие файловой системе NTFS:
• преодолено ограничение в размере файла в 4 Гбайт: теоретически лимит составляет 264 байтов (16 эксабайтов);
• улучшено распределение свободного места за счет введения битовой карты свободного места, что уменьшает фрагментацию диска;
• снят лимит на количество файлов в одной директории;
• введена поддержка списка прав доступа. flash-диска в Windows Vista SP1
Насколько скоро эта файловая система станет нормой для «флэшек», покажет время. Видимо, это произойдет не раньше, чем все перейдут на ОС Windows Vista.
Причины потери данных
Твердотельная память, по своей сути, в пределах срока службы должна быть надежнее любых носителей с подвижными частями, однако данные на ней теряются очень часто. Связано это, в первую очередь, с характером эксплуатации. Статистика показывает, что среди причин потери или недоступности данных на первое место по частоте выходит «человеческий фактор».
• Логические ошибки – в основном результат некорректного извлечения устройства.
• Механические поломки и воздействие жидкости.
• Электрические повреждения – результат некорректного подключения устройства. Неправильно подключенные колодки кабеля от дополнительных гнезд USB на передней панели превращают компьютер в настоящего «убийцу» flash-дисков, а для неопытного пользователя причина сгорания flash-дисков одного за другим долго остается непонятной.
• Сбои контроллера – результат воздействия статического электричества.
• Сбои и деградация flash-памяти – единственная технически оправданная причина.
Физические нарушения
Как и в случае с жесткими дисками, дефект ячеек хранения ведет к полной утрате информации, а все остальные случаи – просто к ее недоступности. Между интерфейсом компьютера и ячейками памяти последовательно лежат контакты разъема, контроллер, миниатюрные проводники печатной платы. Питаются обе микросхемы через общий стабилизатор напряжения.
• Последствия повреждения контактов USB очевидны. При повреждении, коррозии или сильном загрязнении контактов карт памяти карта, скорее всего, тоже не распознается кард-ридером. Для карт памяти с многочисленными контактами параллельного интерфейса возможна и ситуация, когда загрязнение контактной площадки приводит к сбоям при обращении к карте, хотя как устройство она распознается.
• Перегорание элементов обвязки flash-диска USB проявляется тем, что брелок перестает как-либо распознаваться компьютером: обе микросхемы остаются без питания. Это тоже достаточно простой случай. Если стабилизатор встроен внутрь контроллера, ситуация усугубляется: случайное изменение полюсов питания почти всегда приводит к перегоранию стабилизатора, но в данном случае это означает и поломку контроллера в целом.
• Неисправность контроллера почти неизбежно приводит к недоступности карты или flash-диска. В отдельных случаях, особенно при повреждении микропрограммы, карта теряет лишь отдельные функции, например запись.
