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Periphere Speichermedien

Periphere Speichermedien. Flashspeicher am Beispiel des USB-Stick. 17. Februar 2005 Markus Thanner. Inhalt Beispiele verschiedener Flash-Speicher USB-Stick und allgemeine Flash-Speichermerkmale 2.1 USB-Schnittstelle 2.2 Merkmale und Eigenschaften von USB-Sticks

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Presentation Transcript

  1. Periphere Speichermedien Flashspeicher am Beispiel des USB-Stick 17. Februar 2005Markus Thanner

  2. Inhalt • Beispiele verschiedener Flash-Speicher • USB-Stick und allgemeine Flash-Speichermerkmale • 2.1 USB-Schnittstelle • 2.2 Merkmale und Eigenschaften von USB-Sticks • 2.3 Aufbau des USB-Sticks • 2.4 allgemeine Flash-Speichermerkmale • Flash-Speicherprinzip und Aufbau eines Flashs • 3.1 Speicherprinzip • 3.2 Aufbau • Fazit

  3. Beispiele für Flash-Speicher

  4. USB-Schnittstelle Universal Serial Bus (standardisierte Schnittstelle) • USB 1.0 wurde 1995 entwickelt von: Compac, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, NorTel (Northern Telecom) • Anschluss von Peripherie-Geräten am PC (vereinfacht , vereinheitlicht) • „hot-plug“ und „hot-unplug“ – Ein- und Ausstecken während Betrieb • keine Treiberinstallation für: Windows ME, 2000, XP und neuere Linux-Systeme • 3 Geschwindigkeitsklassen • Low Speed : 1,5 MBit/s • Full Speed : 12 MBit/s • High Speed : 480 MBit/s  USB 2.0

  5. USB-Schnittstelle unterschiedliche Prioritäten • Daten in Echtzeit, keine Unterbrechung - höchste • Interrupt-Übertragungen - mittlere • Massentransfergeräte - niedrigste Strom- und Spannungsversorgung • Low Power Class: • weniger als 100 mA • High Power Class: • eigene Stromversorgung • an USB-Hub mit Stromversorgung anschließen • Datenübertragung von PC zu PC mit einem USB-Link-Kabel möglich

  6. USB-Schnittstelle: Topologie durch USB-Hubs und Kaskadierung bis zu 127 Geräte anschließbar

  7. USB-Stick: Merkmale und Eigenschaften USB-Flash-Sticks , USB-Memory-Sticks • gehören zu portablen Massenspeichern • Diskettenersatz • elektronischer Speicherbaustein, der als Stecker an einen Port der USB angeschlossen wird • Einbindung als weiteres Laufwerk in die Verzeichnishierarchie (durch das Betriebssystem) • Abziehen des USB-Sticks während des Datentransfers • Datenverlust • eventuell Beschädigung • deshalb: • Abmelden auf dem Betriebssystem • Status-LED (light emitting diode)

  8. USB-Stick: Merkmale und Eigenschaften • direkte Lese und Schreibzugriffe • für USB 1.1 , USB 2.0 • auf- und abwärtskompatibel • USB 2.0-Stick • maximale Datenübertragungsrate • theoretisch: 480 MBit/s • praktisch: 32 MBit/s • bei Parallelschaltung der Speicherbausteine: Verdopplung , Vervierfachung der Datentransferrate • arbeitet mit Flash-Speicher-Technologie

  9. Aufbau • einige verschiedene Bauformen der USB-Sticks

  10. Aufbau • 4 Bestandteile in jedem USB-Stick (1) USB-Anschluss (2) Steuerchip / USB-Controller (3) Flash-Speicher Flash-EEPROM (4) optionaler Status-LED (nicht zwingend erforderlich)

  11. USB-Anschluss • Kommunikation zwischen PC und USB-Stick - Datenübertragung • Stromversorgung

  12. Steuerchip / USB-Controller • kommuniziert mit dem USB-Host-Controller im PC • zuständig für die Ansteuerung des Flash-Speichers • enthält Informationen die das Betriebssystem zur Erkennung und Installation benötigt • z.B.: Gerätetyp u. Hersteller • herstellerabhängige Funktionen sind implementiert • z.B.: MP3-Player

  13. Flash-Speicher - Allgemeines • nicht flüchtiger Halbleiterspeicher • Speicherinhalt bleibt im spannungslosen Zustand erhalten • Lebensdauer: ca. 300000 Schreib- und Löschzyklen • z.B.:100 Schreibvorgänge pro Tag ergibt Lebensdauer von über 8 Jahren • Speicherzeit laut Hersteller: 10 Jahre • Zugriffszeit: ca. 100 ns

  14. Flash-Speicher - Allgemeines Für den Flash-Speicher spricht besonders: • hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber groben Erschütterungen und Umwelteinflüssen • niedriger Energieverbrauch • kostengünstig • klein und leicht deshalb: ideal zum Austausch von Daten & Wiedergabemedium für Musik, Bilder und Video

  15. Flash-ROM, Flash-EEPROM • Flash - EEPROM • Flash Electrically Erasable Progammable Read Only Memory • „schneller elektrischer lösch- und programmierbarer Nur- Lese- Speicher“ • oft bezeichnet als Flash-ROM (irreführend ROM – kann natürlich auch beschrieben werden) • semipermanente Speicher (semipermanente Speichersichern die Informationen dauerhaft, lassen aber Veränderungen in gespeicherten Daten zu) • beliebiges Schreiben und Löschen • Datenerhalt über mehrere Jahre auch ohne Stromversorgung

  16. Flashspeicherprinzip • 300000 Schreibzyklen • Schreiben und Löschen nur möglich durch Spannungsversorgung (1.8 V – 5 V ) • durch USB-Schnittstelle (an Computern ab 4 Jahren normalerweise vorhanden ; auch nachrüstbar durch PCI-Steckkarte) kleiner - schneller – besser • ein Flash ist wesentlich kleiner als eine 55 Cent-Briefmarke • 1995 – 5 V Betriebsspg. nötig • 2003 – 1.8 V Betriebsspannung

  17. Registerweise Speicherung • Dateigröße / 64 kB = Anzahl der Register Beispiel: Datei ca. 240 kB Startadresse: 0010000h – Register 2  benötigte Register für Datei: 2,3,4 & 5  zum Entfernen der Datei werden die Register 2 – 5 gelöscht

  18. Registerweise Speicherung Speicher- Lösch und Lesealgorithmen sind vom Hersteller auf den USB-Stick implementiert => bekannte Windows-Ordner-Struktur • FAT16 • FAT32 • NTFS

  19. Flash-EEPROM • Registerweise Speicherung von Dateien • jedes Bit wird einzeln gespeichert Speichergröße = Summe der Daten ? 1MB = 1024 KB (16 x 64 kB = 1024 kB) 10 Dateien a 96 kB  960 kB 960 kB < 1024 kB

  20. Flash-EEPROM • Registerweise Speicherung von Dateien • jedes Bit wird einzeln gespeichert (8 x 96 kB = 768 kB)

  21. Aufbau eines Flashspeichers • EEPROM besteht aus Feldeffekt-Transistoren MOS-FETs • 1 Register  65536 FETs (65536 Bits, 64 kB ; 2 16) USB-Stick mit 256 MB  4096 Register (256 x 1024)  268.435.456 FETs (256 x 1024 x 1024)

  22. Transistor • bestehten aus 2 Materialien • eines positiv , eines negativ geladen (Dotierung: Erhöhung der naturgegebenen Ladungen) • das negativ geladene wird an beiden Enden des positiven aufgedampft • Kollektor und Emitter sind negativ • Basis ist positiv Halbleitertechnik

  23. Halbleitertechnik im Flash FETs im Flash • alle 65.536 FETs eines Registers werden gleichzeitig beschrieben • Unterscheidung ob „1“ oder „0“: zwei sich überlagernde Felder an den Gates

  24. Fazit: Nachteile des USB-Sticks kompakte Bauform erhöht • Verlust • Diebstahl wachsende Kapazität ermöglicht • Unterbringung eines Betriebssystems • Abrufen personbezogener Daten • Booten vom USB-Stick möglich • unbefugtes Speichern von Datenbeständen • begrenzte Anzahl von Schreibzyklen • Einschleusen von Viren in ein Firmennetz

  25. Preise der USB-Sticks heutige USB-Sticks (USB 2.0) • bis 64 MB – 9 € (auch Werbegeschenke) • 128 MB – günstigster ab 12 € • 256 MB – ab 21 € • 512 MB – 38 € • 512 MB – 79 € mit: MP3- u. WMA- Player, Radio und Diktiergerät • 1024 MB (1 GB) – 72 € • 2048 MB (2 GB) – 90 € • 4096 MB (4GB) – 340 €

  26. Entwicklung der USB-Sticks die Größe hat sich geändert

  27. Blick in die Zukunft Fakt: • „Solid Alliance“ bringt Mitte 2005 einen USB-Stick mit 8 GB Speicherkapazität auf den Markt Konkurenz für die CD ? • Speichergröße bald Standart 2 GB • USB-Anschluss an neuen HiFi-Verstärkern Konkurrenz für externe und interne Festplatten • durch immer größer werdende Speicherkapazität • keine rotierende Scheibe

  28. Fazit es wird noch viel geschehen ! Links USB-Stick-Beispiel: 256 MB • http://www.trekstor.de/produkte/usb-sticks/pdf/USB-Stick-2-CS.pdf Zukunft • http://futurezone.orf.at/futurezone.orf?read=detail&id=261678 USB-Topologie usw. • http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0312021.htm USB-Steckerbelegung • http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0902081.htm

  29. Quellen • http://www.computerbase.de • http://www.tecchannel.de • http://graphics.cs.uni-sb.de • http://usb.de/ads/usb_de.php • http://www.pctipp.ch/helpdesk/kummerkasten/archiv/div/25888.asp • http://www.usb-infos.de • http://de.wikipedia.org • http://www.heise.de/ct • http://www.de.tomshardware.com • http://www.linux-usb.org

  30. ENDE Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !

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