Восстановление данных с флеш-носителей

49

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный университет»

Дипломная работа

Восстановление данных с флеш-носителей

Факультет: ФизическийСтудент: В.В. Пупкин

Специальность: ФизикаГруппа: ФИ-666

Оценка: Хорошо

Омск, 2010

Оглавление

Введение

Глава 1. История создания флеш-памяти

Общие принципы работы флеш-памяти

Архитектура флеш-памяти

Типы карт памяти

Применение флеш-памяти

Глава 2. Типы повреждений и методы восстановление данных

Средства восстановления данных

Глава 3. Простое восстановление данных при логическом сбое

Ручное восстановление данных в FAT32

Восстановление данных в файловой системе NTFS

Заключение

Список использованной литературы

Введение

За последние пятнадцать лет устройства на основе технологии флеш-памяти стали неотъемлемой частью жизни современного человека. Благодаря своей компактности и высокой плотности записи, этот тип носителя информации прочно занял нишу на рынке всевозможных цифровых устройств - фото- и видеокамер диктофонов, MP3-плееров, КПК, мобильных телефонов, а также смартфонов и коммуникаторов. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах (маршрутизаторах, мини-АТС, принтерах, сканерах, модемax), различных контроллерах. Также в последнее время широкое распространение получили USB флеш-накопители практически вытеснившие дискеты и CD.

Наряду со всеми достоинствами этого типа памяти, существуют и проблемы, связанные с возникающей потерей данных, хранящихся в нем, по различным причинам. С потерей фотографий иногда ещё можно смириться, но что делать если пропали важные документы: например, финансовый отчёт или готовый дипломный проект? Также подобные ситуации часто усугубляются строгой конфиденциальностью информации, хранимой на переносных носителях. Такие данные, как правило, хранятся в единственном экземпляре в условиях полной секретности.

Целью дипломной работы стало составления методического пособия, которое может помочь конечному пользователю восстановить утраченную информацию своими силами, без обращения в специализированные центры. Использование таких центров, как правило, не могут гарантировать полную конфиденциальностью восстанавливаемых данных, к тому же это отнимает немало времени и средств.

Будут рассмотрены способы простого автоматического восстановления с помощью специализированных утилит и способы ручного восстановления, связанные с использованием редакторов, обращающихся к памяти флеш-накопителя напрямую, позволяя просматривать и редактировать отдельные сектора. Данные методики включают инструкции для восстановления данных с носителей, отформатированных в самые популярные файловые системы - FAT32 и NTFS, но в ряде случаев эти методики могут помочь и в восстановлении менее распространенных систем.

Глава 1. История создания флеш-памяти

Первой энергонезависимой памятью была ROM (ПЗУ) - Read Only Memory. Из названия становится понятно, что данный тип имеет единственный цикл записи. Он осуществляется сразу при производстве, путем нанесения алюминиевых дорожек между ячейками ROM литографическим способом. Наличие такой дорожки означает 1, отсутствие 0. Этот вид памяти не приобрел большой популярности, так как процесс изготовления микросхемы ROM занимает длительное время (от 4 до 8 недель). При этом стоимость памяти довольно низкая (при больших объемах производства), а информацию с нее можно стереть только физическим или термальным воздействием. Естественно, что на ROM прогресс не закончился. Возникла острая необходимость в перезаписи памяти, а каждый раз выпускать ПЗУ с новыми данными было дорого и нерационально. Поэтому ROM сменила PROM (Programmable ROM). Микросхему с такой памятью можно было подвергнуть повторному (правда, единственному) прожигу с помощью специального устройства - программатора. Дело в том, что PROM производилась немного по другой технологии. Дорожки между ячейками были заменены плавкими перемычками, которые могли быть разрушены путем подачи высокого напряжения на микросхему. Конструктивно перемычки представляют собой интегральный элемент из титаново-вольфрамового сплава. Таким образом, появляется единственный цикл перезаписи.

ROM и PROM относятся к виду неперезаписываемой энергонезависимой памяти. В 1971 году Intel выпускает совершенно новую микросхему памяти под аббревиатурой EPROM (Erasable Programmable ROM). Такую микросхему можно было подвергать неоднократной перезаписи путем облучения чипа рентгеновскими лучами. Память, стираемая ультрафиолетом, появляется немного позднее и носит аббревиатуру UV-EPROM. В такой микросхеме имеется небольшое окошко с кварцевым стеклом. За ним находится кристалл, который облучается ультрафиолетом. После стирания информации это окошко заклеивают. Частичная перезапись данных по-прежнему остается невозможной, так как рентгеновские и ультрафиолетовые лучи изменяют все биты стираемой области в положение 1. Повторная запись данных осуществляется также на программаторах (как в ROM и EROM). EPROM была основана на МОП (металл-оксид-полупроводник) транзисторах. Запись данных в ячейки такого транзистора производилась методом лавинной инжекции заряда (о методах записи будет сказано ниже). Этот метод давал возможность неоднократно перезаписывать данные памяти (хотя количество циклов было ограниченным). Таким образом, вместе с EPROM рождается поколение NVRWM, что расшифровывается как NonVolatile Read-Write Memory. Но, несмотря на абсолютно новую технологию, этот вид был вытеснен с рынка другими видами памяти.

Через восемь лет, в 1979 году после выхода EPROM, фирма Intel разрабатывает новый вид памяти, которая могла быть перезаписана частями. С помощью электрического тока становилось возможным изменение данных в определенной ячейке микросхемы. Это нововведение уменьшало время программирования, а также позволяло отказаться от внешних устройств-программаторов. Для записи данных память достаточно было подключить к системной шине микропроцессора, что значительно упрощало работу с микросхемой, поэтому стоимость EEPROM была высокой. Это неудивительно, так как технологии производства такой памяти были очень сложными. В отличие от предыдущего EPROM, увеличивалось количество циклов перезаписи информации.

Наконец в 1984 году компания Toshiba разрабатывает принципиально новый вид памяти под названием Flash. Сразу после этого начался интенсивный процесс развития этого вида, а EEPROM стремительно теряет позиции на рынке.[1]

Общие принципы работы флеш-памяти

Ячейки флеш-памяти существуют как на одном, так и на двух транзисторах. В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации. При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции "горячих" электронов или методом туннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с "плавающего" затвора) производится методом тунеллирования. Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", а его отсутствие - как логическая "1". Современная флеш-память изготавливается по 30-нм технологическому процессу. Принцип чтения микросхемы Flash довольно прост и базируется на законах квантовой механики. При извлечении данных из памяти, заряд на “плавающем” затворе отсутствует, а на управляющий затвор подается заряд положительного направления. Под его воздействием между стоком и истоком создается канал трассировки (свободная зона на кристалле транзистора, выделенная для реализации межсоединений ячеек). Все это происходит за счет туннельного эффекта, а данные памяти затем можно считывать с истока. Если на “плавающем” затворе имеется заряд, то обычного напряжения (которое подается при чтении) недостаточно. Поэтому при записи применяют метод инжекции электронов. Суть его заключается в следующем: на управляющий затвор и исток подается высокое напряжение (причем на затворе оно в два раза выше). Благодаря этому напряжению, электроны способны преодолеть тонкую пленку диэлектрика и попасть на “плавающий” затвор. Такой процесс получил название “инжекция горячих электронов” (термин “горячий” условен, электроны были названы так, потому что обладают высокой энергией, достаточной для преодоления диэлектрика). Чтобы стереть информацию из памяти, достаточно подать высокое положительное напряжение на исток. Под его воздействием отрицательные электроны с “плавающего” затвора (благодаря туннельному эффекту) переходят в область истока. Процесс продолжается до полной разрядки затвора. Ускорить метод туннелирования электронов можно путем подачи дополнительного высокого отрицательного напряжения на управляющий затвор. Эффект туннелирования - один из эффектов, использующих волновые свойства электрона. Сам эффект заключается в преодолении электроном потенциального барьера малой "толщины". Для наглядности представим себе структуру, состоящую из двух проводящих областей, разделенных тонким слоем диэлектрика (обеднённая область). Преодолеть этот слой обычным способом электрон не может - не хватает энергии. Но при создании определённых условий (соответствующее напряжение и т.п.) электрон проскакивает слой диэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток. Важно отметить, что при туннелировании электрон оказывается "по другую сторону", не проходя через диэлектрик. При этом электроны с “плавающего” затвора будут отталкиваться в сторону диэлектрика, а время эффекта значительно уменьшится. Мы рассмотрели простейший случай, когда каждая ячейка Flash хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора. Перезапись и стирание Flash значительно изнашивает микросхему, поэтому технологии производства памяти постоянно совершенствуются, внедряются оптимизирующие способы записи микросхемы, а также алгоритмы, направленные на равномерное использование всех ячеек в процессе работы.[2]

Чтение, запись, стирание простейшей ячейки

Рассмотрим простейшую ячейку флеш-памяти на одном n-p-n транзисторе. Ячейки подобного типа чаще всего применялись во flash-памяти с NOR архитектурой, а также в микросхемах EPROM. Поведение транзистора зависит от количества электронов на "плавающем" затворе. "Плавающий" затвор играет ту же роль, что и конденсатор в DRAM, т. е. хранит запрограммированное значение.[3]

Многоуровневые ячейки

Рис. 6 Одноуровневая и многоуровневая ячейка

Через несколько лет после выпуска флеш-дисков были проведены успешные испытания микросхем, в которых ячейка хранила уже два бита. На такую память можно было записать в два раза больше информации. В настоящее время уже существуют теоретические разработки памяти с четырехбитными ячейками. В микросхеме с MLC (MultiLevel Cell) существует различие величин заряда, которые накапливаются на “плавающем” затворе. Благодаря этому различию, информация в ячейке может быть представлена различными битовыми комбинациями, то есть в отличие от "обычной" флеш-памяти, MLC способна различать более двух величин зарядов, помещённых на "плавающий" затвор, и, соответственно, большее число состояний. При этом каждому состоянию в соответствие ставится определенная комбинация значений бит. Величину заряда на затворе можно определить измерением порогового напряжения транзистора и по итогам этого измерения представить битовую комбинацию. В настоящее время многие компании находятся в поисках предельного числа бит, которое способна хранить многоуровневая ячейка. Во время записи на "плавающий" затвор помещается количество заряда, соответствующее необходимому состоянию. От величины заряда на "плавающем" затворе зависит пороговое напряжение транзистора. Пороговое напряжение транзистора можно измерить при чтении и определить по нему записанное состояние, а значит и записанную последовательность бит. Микросхемы с MLC нашли своё применение в технологии Intel Strata flash.[2]

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5