Periphere Speichermedien

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

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Beispiele für Flash-Speicher
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• 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

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• 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

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USB-Schnittstelle Topologie
durch USB-Hubs und Kaskadierung bis zu 127 Geräte
anschließbar
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• 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)

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• 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

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• Aufbau
• einige verschiedene Bauformen der USB-Sticks

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• 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)

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

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• 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

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• 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

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• 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

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• 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 Speicher sichern die
  Informationen dauerhaft, lassen aber
  Veränderungen in gespeicherten Daten zu)
• beliebiges Schreiben und Löschen
• Datenerhalt über mehrere Jahre auch ohne
  Stromversorgung

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• 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

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• 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

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

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• 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 lt 1024 kB

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

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

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• 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

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• 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

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• 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

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• 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

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• Entwicklung der USB-Sticks
• die Größe hat sich geändert

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• 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

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• 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?readdetai
  lid261678
• USB-Topologie usw.
• http//www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0312
  021.htm
• USB-Steckerbelegung
• http//www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0902
  081.htm

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• 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

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• ENDE
• Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !