Schwerpunkt Grundlagen der Informationstechnologie

DER USB-STICK

—> der USB-Stick = Universal Serial Bus - Stick

—> Speichermedium

—> Daten werden meist auf dem Flash-Speicherchip (flash memory) gesichert

—> sehr klein und kompakt

Aufbau

• USB steht für Universal Serial Bus
• ist ein serielle Bussystem zur Verbindung eines Computers mit externen Geräten

Was ist das Bussystem?

• „System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg.“
• meist aus historischen Gründen werden auch andere Datenübertragungssysteme als „Bus“ bezeichnet, auch wenn sie eine andere Topologie haben

Topologien

• Beschreibung der Netzstruktur eines Rechnernetzes
• es gibt die physikalische und die logische Topologie
  —> dabei beschreibt die physikalische Topologie den Aufbau der Netzverkabelung
  —> die logische Topologie beschreibt den Datenfluss zwischen den Endgeräten

Universal Serial Bus 

• universell einsetzbare Schnittstelle
• verbindet Computer mit externen Geräten
• durch die Ausstattung mit USB wird Hot Plugging gewährleistet
  —> Hot Plugging = Hinzufügen und entfernen von Komponenten im laufenden Betrieb, solange die Software darauf nicht zugreift
• wurde 1996 als USB 1.0 mit einer maximalen Datenrate von 12 Mbit/s eingeführt
• seit 2000 ist USB 2.0 die meist verbreitete Version, mit einer maximalen Datenrate von 480 Mbit/s
• 2014 wurde eine weitere Version eingeführt, USB 3.1 Gen 2, mit einer maximalen Datentransferrate von 10 Gbit/s
• einzelne Bits eines Datenpakets werden zeitlich nacheinander übertragen —> serielle Datenübertragung 

Hier ein Video in dem dies kurz erklärt wird:

Aufbau eines USB-Sticks

• Flash-Speicherzellen: funktionieren wie Transistoren —> bestehen größtenteils aus einem Halbleiter-Material (bspw. Silizium) —> beinhaltet zwei kleinere Bereiche, aus leitfähigerem Material, Source und Drain
• zwischen Source und Drain befindet das Floating-Gate —> Speicherort der Flash-Zelle 
• Floating-Gate und Steuer-Gate sind verbunden
• über Steuer-Gate kann eine positive oder negative Spannung angelegt werden
• bei positiver Spannung (ca 3,3 Volt) fließt durch einen Kanal zwischen Source und Drain, Strom —> dieser Zustand nennt sich „0-Zustand“
• es gibt zwei Zustände: „0-Zustand“ oder „1-Zustand“
• Übertragung läuft über den Host-Controller, der im Motherboard verbaut ist

Speicherung von Daten auf dem USB-Stick

• der Normal-Zustand ist der „0-Zustand“ —> ohne Informationen im Floating-Gate
• für eine Speicherung ist der „1-Zustand“ notwendig
• um diesen zu erreichen, wird eine positive Spannung benötigt, mit ca. 10 Volt
  —> Elektronen von Source und Drain springen in das Floating-Gate —> es entsteht eine negative Ladung
• Informationen können aufgrund der Isolierung des Floating-Gates nicht verschwinden

Lesung von Daten auf dem USB-Stick

• zunächst wird durch eine kleine positive Spannung (3,3 Volt) der Stromfluss gemessen
• beim „0-Zustand“ fließt Strom
• beim „1-Zustand“ nicht
• entscheidend für Computer, um das Lesen von Informationen zu ermöglichen, ist der vorliegende Zustand
• durch die Entschlüsselung des Binärcodes können die Informationen ausgegeben werden 

Löschung von Daten vom USB-Stick

• Grundvoraussetzung um etwas zu löschen, wird der „0-Zustand“ benötigt
• dafür muss eine hohe negative Spannung am Steuer-Gate erzeugt werden
• Kanal zwischen Source und Drain öffnet sich nach der Abführung der Ladung im Floating-Gate
  

Beispiele zur Nutzung von USB-Sticks

• eine der häufigsten Anwendungen ist der USB-Stick als Massenspeicher
  —> durch die Kompaktheit und universelle Einsetzungsmöglichkeit ist dies 
• Adapter für drahtlosen Datenaustausch wie bspw. Wireless-Adapter
• Empfangsgeräte gut digitalen Rundfunk wie bspw. DVB-T-Stick
• Adapter für Empfangsgerät für Peripheriegeräte wie Mäuse/ Tastaturen