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  • U盘的工作原理(读取和存储数据

    千次阅读 多人点赞 2021-01-04 17:40:14
    U盘的出现是移动存储技术领域的一大突破,其体积小巧,特别适合随身携带,可以随时随地、轻松交换资料数据,是理想的移动办公及数据存储交换产品。 U盘的结构基本上由五部分组成 USB端口、主控芯片、FLASH(闪存)...

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    U盘设计

    “USB闪存盘”(以下简称“U盘”)是基于USB接口、以闪存芯片为存储介质的无需驱动器的新一代存储设备。U盘的出现是移动存储技术领域的一大突破,其体积小巧,特别适合随身携带,可以随时随地、轻松交换资料数据,是理想的移动办公及数据存储交换产品。

    U盘的结构基本上由五部分组成

    USB端口、主控芯片、FLASH(闪存)芯片、PCB底板、外壳封装。

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    U盘的基本工作原理

    USB端口负责连接电脑,是数据输入或输出的通道;主控芯片负责各部件的协调管理和下达各项动作指令,并使计算机将U盘识别为“可移动磁盘”,是U盘的“大脑”;FLASH芯片与电脑中内存条的原理基本相同,是保存数据的实体,其特点是断电后数据不会丢失,能长期保存;PCB底板是负责提供相应处理数据平台,且将各部件连接在一起。当U盘被操作系统识别后,使用者下达数据存取的动作指令后,USB移动存储盘的工作便包含了这几个处理过程。

    通用串行总线(Universal serial Bus)是一种快速灵活的接口,
    当一个USB设备插入主机时,识别出USB设备是一个支持Bulk-Only传输协议的海量存储设备。这时应可进行Bulk-Only传输方式。在此方式下USB与设备之间的数据传输都是通过Bulk-In和Bulk-Out来实现的。在这种传输方式下,有三种类型数据在USB和设备传送,它们是命令块包(CBW),命令执行状态包(CSW)和普通数据包。CBW是主机发往设备的命令。

    格式如下:其中dCBWSignature的值为43425355h,表示当前发送的是一个CBW。
    DCBWDataTransferLength:表示这次CBW要传送数据长度。
    BmCBWFlags:表示本次CBW是读数据还是写数所BBWCBLength:表示命令的长度。 CBWCB:表示本次命令内容。也即是SCSI命令。
    当设备从主机收到CBW块以后,它会把SCSI命令从CBW中分离出来,然后根据要求执行,执行的结果又以CSW的形式发给主机。 CSW的格式如下:
    其中dCSWSignature的值为53425355h,表示当前发送的是一个CSW。 DCSWTag:必须和CBW中dCBWTag一样。
    DCSWDataResidue:还要传送的数据。
    BCSWStatue:命令执行状态,命令正确执行时,为0。
    由于USB设备硬件本身的原因,它会使USB总线

    闪存

    闪存(Flash Memory)是非挥发存储的一种,具有关掉电源仍可保存数据的优点,同时又可重复读写且读写速度快、单位体积内可储存最多数据量,以及低功耗特性等优点。 其存储物理机制实际上为一种新型EEPROM(电可擦除可编程只读存储)。是SCM(半导体存储器)的一种。

    早期的SCM采用典型的晶体管触发器作为存储位元,加上选择、读写等电路构成存储器。现代的SCM采用超大规模集成电路工艺制成存储芯片,每个芯片中包含相当数量的存储位元,再由若干芯片构成存储器。目前SCM广泛采用的主要材料是金属氧化物场效应管(MOS),包括PMOS、NMOS、CMOS三类,尤其是NMOS和CMOS应用最广泛。

    RAM(随机存取存储),是一种半导体存储器。必须在通电情况下工作,否则会丧失存储信息。RAM又分为DRAM(动态)和SRAM(静态)两种,我们现在普遍使用的PC机内存即是SDRAM(同步动态RAM),它在运行过程当中需要按一定频率进行充电(刷新)以维持信息。DDR DDR2内存也属于SDRAM。而SRAM不需要频繁刷新,成本比DRAM高,主要用在CPU集成的缓存(cache)上。
    PROM(可编程ROM)则只能写入一次,写入后不能再更改。

    EPROM(可擦除PROM)这种EPROM在通常工作时只能读取信息,但可以用紫外线擦除已有信息,并在专用设备上高电压写入信息。

    EEPROM(电可擦除PROM),用户可以通过程序的控制进行读写操作。

    闪存实际上是EEPROM的一种。一般MOS闸极(Gate)和通道的间隔为氧化层之绝缘(gate oxide),而Flash Memory的特色是在控制闸(Control gate)与通道间多了一层称为“浮闸”(floating gate)的物质。拜这层浮闸之赐,使得Flash Memory可快速完成读、写、抹除等三种基本操作模式;就算在不提供电源给存储的环境下,也能透过此浮闸,来保存数据的完整性。

    Flash Memory芯片中单元格里的电子可以被带有更高电压的电子区还原为正常的1。Flash Memory采用内部闭合电路,这样不仅使电子区能够作用于整个芯片,还可以预先设定“区块”(Block)。在设定区块的同时就将芯片中的目标区域擦除干净,以备重新写入。传统的EEPROM芯片每次只能擦除一个字节,而Flash Memory每次可擦写一块或整个芯片。Flash Memory的工作速度大幅领先于传统EEPROM芯片。

    MSM(磁表面存储)是用非磁性金属或塑料作基体,在其表面涂敷、电镀、沉积或溅射一层很薄的高导磁率、硬矩磁材料的磁面,用磁层的两种剩磁状态记录信息"0"和"1"。基体和磁层合称为磁记录介质。依记录介质的形状可分别称为磁卡存储器、磁带存储器、磁鼓存储器和磁盘存储器。计算机中目前广泛使用的MSM是磁盘和磁带存储器。硬盘属于MSM设备。

    ODM(光盘存储)和MSM类似,也是将用于记录的薄层涂敷在基体上构成记录介质。不同的是基体的圆形薄片由热传导率很小,耐热性很强的有机玻璃制成。在记录薄层的表面再涂敷或沉积保护薄层,以保护记录面。记录薄层有非磁性材料和磁性材料两种,前者构成光盘介质,后者构成磁光盘介质。
    ODM是目前辅存中记录密度最高的存储器,存储容量很大且盘片易于更换。缺点是存储速度比硬盘低一个数量级。现已生产出与硬盘速度相近的ODM。CD-ROM、DVD-ROM等都是常见的ODM。

    FLASH芯片

    FLASH 芯片是应用非常广泛的存储材料,与之容易混淆的是RAM芯片,我们经常在有关IT的文章里面谈到这两种芯片。由于它们的工作条件与方式不一样,决定它们性能和用途也有差异。
    硬盘( FLASH芯片)——硬盘就是采用磁性物质记录信息的,磁盘上的磁性物质被磁化了就表示1,未被磁化就表示0,因为磁性在断电后不会丧失,所以磁盘断电后依然能保存数据。而内存的储存形式则不同,内存不是用磁性物质,而是用RAM芯片。现在请你在一张纸上画一个“田”,就是画一个正方形再平均分成四份,这个“田”字就是一个内存,这样,“田”里面的四个空格就是内存的储存空间了,这个储存空间极小极小,只能储存电子

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    内存(RAM芯片) ——内存通电后,如果我要把“1010”这个信息保存在内存(现在画的“田”字)中,那么电子就会进入内存的储存空间里。“田”字的第一个空格你画一点东西表示电子,第二个空格不用画东西,第三个空格又画东西表示电子,第四个格不画东西。这样,“田”的第一格有电子,表示1,第二格没有,表示0,第三格有电子,表示1,第四格没有,表示0,内存就是这样把“1010”这个数据保存好了。电子是运动没有规律的物质,必须有一个电源才能规则地运动,内存通电时它很安守地在内存的储存空间里,一旦内存断电,电子失去了电源,就会露出它乱杂无章的本分,逃离出内存的空间去,所以,内存断电就不能保存数据了。

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    再看看U盘、MP3,它们的储存芯片是Flash芯片,它与RAM芯片的工作原理相似但不同。现在你在纸上再画一个“田”字,这次要在四个空格中各画一个顶格的圆圈,这个圆圈不是表示电子,而是表示一种物质。好,Flash芯片工作通电了,这次也是保存“1010”这个数据。电子进入了“田”的第一个空格,也就是芯片的储存空间。电子把里面的物质改变了性质,为了表示这个物质改变了性质,你可以把“田”内的第一个圆圈涂上颜色。由于数据“1010”的第二位数是0,所以Flash芯片的第二个空间没有电子,自然里面那个物质就不会改变了。第三位数是1,所以“田”的第三个空格通电,第四个不通电。现在你画的“田”字,第一个空格的物质涂上了颜色,表示这个物质改变了性质,表示1,第二个没有涂颜色,表示0,以此类推。当Flash芯片断电后,物质的性质不会改变了,除非你通电擦除。当Flash芯片通电查看储存的信息时,电子就会进入储存空间再反馈信息,电脑就知道芯片里面的物质有没有改变。就是这样,RAM芯片断电后数据会丢失,Flash芯片断电后数据不会丢失

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  • U盘即USB盘的简称,又称为优盘、闪盘,是移动存储设备之一。U盘是采用FLASH MEMORY(闪存)作为存储介质的移动存储设备。闪存是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储数据信息)的存储器,是电可擦除只读...

    U盘。U盘即USB盘的简称,又称为优盘、闪盘,是移动存储设备之一。

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    U盘是采用FLASH MEMORY(闪存)作为存储介质的移动存储设备。闪存是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器,是电可擦除只读存储器(EEPROM)的变种,与EEPROM不同的是,闪存是以固定的区块为单位进行删除和重写数据,而EEPROM是以字节为单位进行删除和重写数据,这样闪存就比EEPROM的速度快。

    由于闪存在断电时仍能保存数据,通常被用来保存信息,如在电脑的BIOS、PDA、数码相机中保存资料等。但是闪存不像RAM一样以字节为单位改写数据,因此不能取代RAM。

    一般的U盘容量有64M、128M、256M、512M、1G、2G、4G等。体积只有大拇指大小,重量约20g,由USB接口直接供电,不用驱动器,不需外接电源,可热插拔,即插即用,使用非常方便,而且存储容量大,读写速度快,保存时间长(达10年之久),可重复擦写100万次以上,耐高、低温,不怕潮,不怕摔,小巧,轻盈,便于携带,特别适用于微机间较大容量文件的转移存储,是一种理想的移动存储器。

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  • 它是用于备份数据的移动存储设备,携带方便。 U盘是一种闪存,因此也称为闪存盘。它的特点是紧凑,便携,存储容量大,价格低。以下是学习编辑器汇编的相关U盘知识,供您参考!U盘是内部存储还是外部存储存储类型很...

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    USB磁盘,也称为U盘,也称为USB磁盘,它是U盘的谐音[5]。它是用于备份数据的移动存储设备,携带方便。 U盘是一种闪存,因此也称为闪存盘。它的特点是紧凑,便携,存储容量大,价格低。以下是学习编辑器汇编的相关U盘知识,供您参考!

    U盘是内部存储还是外部存储?

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    存储类型很多,根据用途可以分为主存储和辅助存储。主存储也称为内部存储(称为内存),辅助存储也称为外部存储(称为外部存储)。外部存储通常是磁性介质。

    U盘的存储原理

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    计算机将二进制数字信号转换为复合二进制数字信号(添加分配,检查,堆叠等说明)以读写USB芯片适配器接口,并将二进制数据存储在分配的相应地址通过芯片处理信号送到EPROM2存储芯片。数据存储。 EPROM2数据存储器,其控制原理是对栅极晶体管的电压进行电压控制,并且栅极晶体管的结电容可以长时间存储电压值,这就是为什么USB在断电后可以保存数据的原因。只能用简单的方式来解释。

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    使用U盘的注意事项

    1.U盘通常具有写保护开关,但应在将U盘插入计算机接口之前进行切换。 U盘工作时请勿切换。

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    2.U盘上有一个工作状态指示灯。如果是指示灯,则将其插入主机接口时,该指示灯点亮,表示电源已打开;而当该指示灯闪烁时,表示正在读取和写入数据。如果有两个指示灯,通常有两种颜色,一种是在打开电源时亮起,另一种是在U盘读取和写入数据时亮起。系统复制进度栏消失后,某些U盘仍在工作。严格禁止在读写状态指示灯亮时拔下U盘。您必须等待读/写状态指示灯停止闪烁或熄灭,然后才能卸下U盘。

    3.某些品牌和型号的U盘为文件分配表保留少量空间,并且在复制大量单个小文件时很容易报告错误。此时,您可以停止复制并将多个小文件压缩为一个大文件。文件方法来解决。

    4.为了保护主板和USB闪存驱动器的USB接口,防止变形并减少摩擦,请尝试使用USB闪存驱动器通常随附的USB延长电缆。如果需要购买,请尝试选择一个知名品牌,线越粗越好。但是它不能超过3米,否则在复制数据时很容易出错。

    5.U盘的存储原理与硬盘的存储原理有很大不同。无需进行碎片整理,否则会影响使用寿命。

    本文来自电脑杂谈,转载请注明本文网址:

    http://www.pc-fly.com/a/sanxing/article-321635-1.html

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  • U盘如何保存数据

    2021-09-23 11:01:21
    首先先了解U盘的工作原理,它是怎么存储数据的。我们知道所有的东西,图片,视频,文件等等,但对于计算机来说都只要两种形式,也就是0和1.所以这些东西在往U盘存的时候,也是以0和1两种形式 保存在u盘里面的。关于...

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事

    admin 9月 08, 2021 9  0 

    大家好我是狗蛋,今天来给大家分享u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图

    首先先了解U盘的工作原理,它是怎么存储数据的。我们知道所有的东西,图片,视频,文件等等,但对于计算机来说都只要两种形式,也就是0和1.所以这些东西在往U盘存的时候,也是以0和1两种形式 保存在u盘里面的。关于图片 文件 视频到底是怎么变成0和1的我的前面的文章有详细讲过感兴趣的可以去看一下。

    咱们u盘的结构大体就是usb接口然后一个主控芯片 负责控制,剩下的那个大块芯片就是保存数据的地方也就是咱们说的闪存颗粒。

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图1

    闪存就和咱们现实中的超市一样,超市里面会有几个大的分区。每个分区里面又分了好几排货架。货架又分了好几排,好几列。东西就存在货架上的某个小格子里。咱们的闪存也一样,也有好几个大的分区,这几个分区里面又分了好几部分,每个部分又分了很多块,这一块又包含了一个个小单元,这个小单元就是刚才货架上的小格子。0和1最终就保存在这个小单元里面。

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图2

    这些小单元实际上是一个个晶体管(MOSTET-金氧半场效晶体管),咱们看到的就是晶体管  (MOSTET-金氧半场效晶体管)的结构,晶体管上面的一块像是一个开关,它的工作就是负责调整电压,我们提高电压就相当于打开了开关,这个时候 在电场的影响下。下面源极的电子就会流向右边的漏极,也就是说左右两边都接通了。当我们降低电压就又断开了。

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图3

    那咱就以这个晶体管(MOSTET-金氧半场效晶体管)为基础,在晶体管中间再加上一层,这一层就是来存东西(电子)的,同时这层还被绝缘体包裹着,用来保存电子,即使断电了里面的电子也不会很快消失,所以咱们的U盘 固态硬盘即使断电了,里面的数据也能保存很长一段时间,这一层保存里面的电子,就决定了这个小单元,它是保存的0,还是保存的1,这里咱们可以先 暂时简单的想象成,小单元里面没有电子,那这个小单元就代表1,里面有电子就代表0

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图4

    比如咱们现在往U盘里存东西,也就是往这个小单元写入0或者1,因为在对闪存进行写入操作之前,需要以块为单位 先擦出 在写入。把这一块里面的所有小单元进行放电,这一步,咱们可以想象成是把新的商品放到货架上,但在放到货架上之前,要先把货架上的东西全部清理掉,再把新的商品放上去,擦除完成之后,这一块里面的小单元就都被放电了,小单元这层就没有电子了。所以这一块里面的小单元就都代表的是1,如果咱们写入的数据正好是1,那这个小单元什么也不用做继续往下一个单元写入就好。

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图5

    这个小单元写入的是0,只需要让小单元上面的开关提高电压,下面的原极和漏极就接通了,有电子不断流向右边,这个时候只要电场的强度够,一部分电子就会直接穿过绝缘层 到达里面的空间,最后降低电压 电子就被困在绝缘层里面了u盘的数据就保存完成了。

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图6

    但是这里有一个问题,这个小单元并不是他一个,而是有无数个小单元相互连接在一起。那这种情况下我们该如何写入数据呢?这里有九个和刚才一样的小单元,小单元上面 负责控制电压的开关,分别被一条线连接起来这条线就是咱们说的字线,下面红色都是位线,被字线连接起来的小单元被称为“页”

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图7

    闪存在读取和写入的时候,都是以“页”为单位进行的,也就是说,我读完这一页 再读下一页。写完这一页 在写下一页并不是一个单元一个单元进行的。

    如咱们要读取中间这一页的数据,第一步先提高不读取页的电压,提高电压之后不读取这些小单元。就和咱们刚开始说的,它下面的源极和漏极就接通了。同时咱们一定要掌握好这个电压,既要让小单元处于接通状态,但电压也不能太高 导致穿过绝缘层改变小单元的本身状态。

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图8

    咱们要读取的这一也 调低电压,如果小单元代表是0里面自然有电子,这条线的电流要低一些。如果小单元代表的是1自然里面没有电子,那电流高一些,或者说,小单元里面的电子会影响到每个小单元最后的检测数值,最后把检测都数值和闪存自带的参考数进行对比

    就和咱们的考试分数一样80-100为优,不管是80分还是99分成绩单上写的都是优,这里也一样只要检测到都数值在某一个范围内,就判定为0,不然就判定为1接下来咱们看是怎么写入。咱们现在往旁边的这一页的三个小单元 写入001。写入我们刚才说过通过字线提高电压,让电子穿过绝缘层就完成写入。

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图9

    但是这一页里面有一个小单元是1,因为小单元本身的状态就是1,咱们什么都不做就好。

    但这一页小单元是共用一条线的写入1的这个小单元电压自然也被提高了这样一来岂不是把小单元都变成了0了?这个时候咱们是需要提高这小单元的位线电压,这样就可以阻止电子穿过绝缘层,让这个小单元依旧维持原来的状态就完成写入这个就是u盘的工作原理。

    u盘是怎样保存数据的 闪存又是怎么一回事插图10

    狗蛋在这里补充一下:文章中的0或1 就是1比特(bit) 而8比特(bit)组成1字节 (byte)其实咱们一个英文字母的标点就是1字节 (byte) 常见的一个汉字 大小是2字节 (byte)。那512个汉字大小就是1024个字节 (byte)也就1KB

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