Tecnología de Memoria USB
Carlos Galán R.
Jimmy Fernández
Nayib Gelo
Introducción
La memoria USB fue inventada en 1998 por IBM,
pero no fue patentada por él. Su objetivo era
sustituir a los disquetes con mucha más capacidad
y velocidad de transmisión de datos. Aunque
actualmente en un CD o DVD se puede almacenar
memoria para luego borrarla y manipularla, lo más
cómodo y usado son las memorias USB.
Introducción
Una memoria USB (de Universal Serial Bus; en
inglés pendrive, USB flash drive) es un dispositivo
de almacenamiento que utiliza memoria flash para
guardar la información que puede requerir y no
necesita baterías (pilas). La batería era necesaria
en los primeros modelos, pero los más actuales ya
no la necesitan. Estas memorias son resistentes a
los rasguños (externos), al polvo, y algunos al
agua (que han afectado a las formas previas de
almacenamiento portátil), como los disquetes,
discos compactos y los DVD.
Funcionamiento
Los sistemas operativos actuales pueden leer y
escribir en las memorias sin más que enchufarlas
a un conector USB del equipo encendido,
recibiendo la energía de alimentación a través del
propio conector que cuenta con 5 voltios y 2,5
vatios como máximo. En equipos algo antiguos
(como por ejemplo los equipados con Windows
98) se necesita instalar un controlador de
dispositivo (driver) proporcionado por el fabricante.
Linux también tiene soporte para dispositivos de
almacenamiento USB desde la versión 2.4 del
núcleo.
Funcionamiento
Las memorias USB pueden ser configuradas con
la función de autoarranque (autorun) para
Microsoft Windows, con la que al insertar el
dispositivo arranca de forma automática un
archivo específico. Para activar la función autorun
es necesario guardar un archivo llamado
autorun.inf con el script apropiado en el directorio
raíz del dispositivo. La función autorun no funciona
en todos los ordenadores. En ocasiones esta
funcionalidad se encuentra deshabilitada para
dificultar la propagación de virus y troyanos que se
aprovechan de este sistema de arranque.
Componentes Primarios
• Un conector USB macho tipo A (1): Provee la interfaz
física con la computadora.
• Controlador USB de almacenamiento masivo (2):
Implementa el controlador USB y provee la interfaz
homogénea y lineal para dispositivos USB seriales
orientados a bloques, mientras oculta la complejidad de
la orientación a bloques, eliminación de bloques y
balance de desgaste. Este controlador posee un
pequeño microprocesador RISC y un pequeño número
de circuitos de memoria RAM y ROM.
• Circuito de memoria Flash NAND (4): Almacena los
datos.
• Oscilador de cristal (5): Produce la señal de reloj
principal del dispositivo a 12 MHz y controla la salida de
datos a través de un bucle de fase cerrado (phaselocked loop)
Componentes Primarios
Componentes internos de un llavero USB típico
1
Conector USB
2
Dispositivo de control de almacenamiento masivo USB
3
Puntos de Prueba
4
Circuito de Memoria flash
5
Oscilador de cristal
6
LED
7
Interruptor de seguridad contra escrituras
8
Espacio disponible para un segundo circuito de memoria flash
Funcionamiento
Como la memoria de un flash drive no tiene partes
móviles ni bobinas, el almacenamiento no puede
ser magnético (ya que, según la Ley de FaradayLenz, requeriría la variación de flujo magnético
para inducir voltaje). Por lo tanto, las unidades
integradas que guardan la información en el
interior del chip, lo hacen en forma eléctrica: son
condensadores integrados.
Funcionamiento
Un condensador es un dispositivo simple
esencialmente formado por dos conductores
separados por un aislante, a los que se puede
aplicar un voltaje para generar un campo eléctrico
que electrice el dieléctrico interior. De este modo
se puede guardar carga eléctrica. Mientras más
electrizable sea el dieléctrico, menor campo
eléctrico habrá en el interior, y más carga podrá
acumularse en el condensador. Según cuál sea la
aplicación, se diseñan para acumular "energía
eléctrica" o para guardar "información".
Funcionamiento
Una vez guardada la (carga) información, hay que
poder leerla sin eliminarla. Para evitar que se
descarguen los condensadores, se usa un tipo de
transistores por efecto de campo (field effect
transistors, FET´s) integrados, que actúan como
interruptores de altísima aislación eléctrica.
Funcionamiento
En particular, en su interior se distinguen 3 piezas
principales: un componente metálico alargado,
que es un cristal de cuarzo y dos circuitos
integrados
planos
("chips")
con
muchos
terminales. Uno de ellos es un tipo de
microprocesador, y el otro es la unidad de
almacenamiento de información, la "memoria"
propiamente dicha
Funcionamiento
1) La celda de memoria NAND se carga de una
corriente eléctrica media cuándo indica el valor
1.
2) La celda de memoria NAND se carga de una
corriente eléctrica baja cuándo indica el valor 0.
3) Al apagar la computadora, las cargas se
quedan activas debido a un efecto de campo
integrado que las mantiene cautivas y tardan
hasta 10 años en descargarse totalmente.
La memoria Flash que almacena un solo bit por celda (por
ejemplo, el valor de “0” ó “1” por celda), se llama Flash de
celda de un solo nivel (SLC).
Tecnología Memoria Flash
Hay dos tecnologías importantes de memoria
Flash: NOR y NAND. Cada tecnología tiene sus
fortalezas, lo que las hace ideales para diferentes
clases de aplicaciones, tal como se resume en la
tabla a continuación:
Memoria FLASH NOR
NOR, así llamada en consideración a la tecnología de
asignación de datos específicos (No OR), es una
tecnología Flash de alta velocidad. La memoria Flash NOR
proporciona capacidades de acceso aleatorio de alta
velocidad, pudiendo leer y escribir datos en ubicaciones
específicas de la memoria sin tener que acceder a la
memoria en modo secuencial. A diferencia de la memoria
Flash NAND, Flash NOR permite la recuperación de datos
de tamaño tan pequeño como el de un solo byte. Flash
NOR es excelente en aplicaciones donde los datos se
recuperan o se escriben de manera aleatoria. NOR se
encuentra más frecuentemente integrada en teléfonos
celulares (para almacenar el sistema operativo del
teléfono) y PDA; también se usa, en computadoras para
almacenar el programa de BIOS que se ejecuta para
proporcionar la funcionalidad de arranque.
Memoria Flash - NAND
Es una tecnología desarrollada en la empresa
Toshiba®; se basa en celdas de memoria NAND
de tipo no volátil. Este tipo de celdas permiten
conservar guardada información sin necesidad de
alimentación eléctrica hasta por 10 años y
dependiendo el tipo de chip instalado, soportan
como mínimo 10,000 ciclos de escritura y borrado
de datos.
Memoria Flash - NAND
Este chip puede tener integrado un controlador ó
"driver" del fabricante (LG®, Kingston®, Sony®,
Transcend®, Sandisk®, etc.) ó un chip con un
controlador genérico (Adata®, Apacer®, PNY®,
Kingmax®, etc.). Esto es visible al momento de
conectar la memoria y al instalarse el controlador,
se muestra el tipo de chip localizado. No hay
prácticamente ventajas o desventajas en el tipo de
chip, siempre y cuando la memoria no sea pirata
ya que en esos casos, muchas computadoras no
lo reconocerán.
Memoria Flash - NAND
Este tipo de tecnología, soporta un aproximado de 100,000
borrados, y al encontrarse los circuitos protegidos por la
cubierta plástica, hay un mínimo riesgo de pérdida de
datos, lo que un CD-ROM y disquetes no garantizan. Una
vez desconectadas del equipo, almacenan los datos de
manera permanente sin necesidad de baterías.
Esta tecnología se esta utilizando para sustituir al disco
duro magnético tradicional; a esta nueva tecnología se le
denomina: Unidades SSD lo que significa ("Solid State
Drive") ó su traducción al español significa unidad de
estado sólido" y por supuesto esta basada en celdas de
memoria tipo NAND.
Figura 3. Memoria USB con chip genérico, siendo
reconocida por el sistema operativo Microsoft® Windows
XP.
Versión de
puerto
USB 1.1
USB 2.0
USB 3.0
Figura 4. Memoria USB con chip Kingston®, siendo
reconocida por el sistema operativo Microsoft® Windows
XP.
Velocidad de transferencia (Megabits/segundo)
(Megabytes/segundo)
1.5 Mbps a 12 Mbps
-
-
187.5 Kb/s a 1.5 Mb/s
Teóricamente hasta 480 Mbps
-
60 Mb/s
Próximo a lanzarse al mercado hasta 3.2 Gbps - 400 Mb/s
Demostraciones
Fabricación
Funcionamiento
Gracias por su atención