U盘的储存原理和通信原理

U盘的数据通信和储存原理一、导语身处于飞速发展的时代，我们的生活方式发生了许多我们没有意识到的实践活动变化，衣食住行到、技创新，无不向我们展示了发展的痕迹。在这个信息化的社会，电脑、手机等电子科技产品在不知不觉中成为了我们的生活必需品，我们使用它们来进行工作、娱乐、创造……而这些东西的创新和发展却是超乎了人们的想象。此次我们想讨论的也就是这样的一个小小的生活必需品——u盘。我相信：只要需要利用电子产品工作的人，他们身边必须携带着一个u盘。u盘里面可能装有文件，图片甚至是其他形式的资料，我们通过u盘将这些资料进行储存从而进行传输、分享。通过使用U盘，我们的工作效率大幅度提高，我们生活的便捷性明显加强。不必多说，u盘的使用对人类的信息化进程推进作用是不可言喻。可是，我们只知道u盘的使用原理，却不知道u盘背后工作的各项原理。所以此篇文章将带大家了解u盘的储存原理和通信原理，了解其背后科技的发展。二、U盘的结构要想了解U盘的工作原理，我们先来了解一下U盘的结构。U盘的结构基本上由五部分组成：①外部材料，U盘的骨架；②USB端口：作用是连接电脑，它是数据输入和输出的通道；③主控芯片：它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”，是U盘储存功能的核心部分；④FLASH（闪存）芯片：它能保存数据的实体，确保断电后数据不会丢失，并能进行长期保存；⑤PCB底板：它负责提供相应处理数据平台，并且将各部件连接在一起。三、U盘的发展我们想要了解U盘的具体原理，必然离不开了解它是如何发展的、它的历史是怎样的。我们可以从时间的选择及淘汰里发现现在所使用u盘的优越性。与此同时，我们还可以了解到U盘发生的各式各样的变化，甚至是工作原理的发展变化，这样我们才能更全面地了解U盘这一工具。追溯历史，U盘应该是在2000年首次面市，部分工厂研发的U盘在各种操作系统下都必须要安装驱动程序才可使用，这并没有实现U盘真正的“移动存储”的特点。而公司鲁文推出的第一代U盘———易盘，它就具有“无驱”功能。无驱功能是指用户除了在Windows98／SE操作系统外，其他的windows2000、windowsxp等操作系统下都无需驱动程序，易盘可即插即用，让用户真正地实现移动存储。发展到现在，我们现在所使用的的U盘使用的储存技术——“闪存”：它具有关掉电源仍可进行保存数据、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。四、U盘的储存原理和通信原理通过第二部分对U盘发展的论述，我们可以了解到现在我们使用的U盘是通过闪存的原来来进行存储的，那接下来我们就来详细介绍什么是闪存原理。“闪存”的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）。属于SCM（半导体存储器）的一种。①关于SCM的简要介绍：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。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。②关于EEPROM：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(gateoxide)，而FlashMemory的特色是在控制闸(Controlgate)与通道间多了一层称为“浮闸”(floatinggate)的物质。由于这层浮闸的关系，使得FlashMemory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。什么是EEPROM储存呢？EEPROM控制原理就是利用电压控制栅晶体管的电压高低值，栅晶体管的结电容可长时间保存电压值。而断电后能保存数据的原因主要就是在原有的晶体管上加入了浮动栅和选择栅。在源极和漏极之间电流单向传导的半导体上形成贮存电子的浮动棚。浮动栅包裹着一层硅氧化膜绝缘体。它的上面是在源极和漏极之间控制传导电流的选择/控制栅。数据是0或1取决于在硅底板上形成的浮动栅中是否有电子。有电子为0，无电子为1。在写入前，数据会进行初始化，也就是从所有浮动栅中导出电子。即将有所数据归“1”。写入时只有数据为0时才进行写入，数据为1时则什么也不做。写入0时，向栅电极和漏极施加高电压，增加在源极和漏极之间传导的电子能量。这样一来，电子就会突破氧化膜绝缘体，进入浮动栅。读取数据时，向栅电极施加一定的电压，电流大为1，电流小则定为0。浮动栅没有电子的状态（数据为1）下，在栅电极施加电压的状态时向漏极施加电压，源极和漏极之间由于大量电子的移动，就会产生电流。而在浮动栅有电子的状态（数据为0）下，沟道中传导的电子就会减少。因为施加在栅电极的电压被浮动栅电子吸收后，很难对沟道产生影响。FlashMemory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。FlashMemory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FlashMemory每次可擦写一块或整个芯片。FlashMemory的工作速度大幅领先于传统EEPROM芯片。③具体储存：在USB规范中，将其分为5个部分，分别是控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备以及针对不同设备的客户端设备驱动程序。控制器（HostController）：这是一个物理存在的芯片，它主要负责执行由控制器驱动程序发出的命令。控制器驱动程序（HostControllerDriver）：在USB与控制器之间建立通信链路。USB芯片驱动程序（USBChipDriver）：提供对USB的支持。USB设备（USBDevice）：与PC相连接的USB外设，包括USB集线器和设备。前者可以连接其他的USB设备，而后者是用来完成特定功能的具体设备。客户端设备驱动程序（ClientDriver）：用来驱动USB设备的驱动程序。U盘的储存也就是计算机把二进制数字信号转为复合二进制数字信号，这些数字信号里会加入分配、核对、堆栈等指令。信号会读写到USB芯片适配接口，通过芯片处理信号分配给EPROM2存储芯片的相应地址存储二进制数据，实现数据的存储。从U盘的储存原理来说，我们发现：U盘的储存是利用它自身的结构，通过电流的变化从而使电信号发生改变，然后就进行转化、传输到U盘相应的结构，然后就可以进行存储了。五、结语从此次对U盘数据通信原理以及储存原理的探究，我们可以发现，U盘的工作离不开U盘自身结构的巧妙：U盘中电流的产生、电信号的生成等的工作过程无一不体现了科学的神奇，它是我们人类智慧的成果。不仅如此，我们还可以发现U盘的发展时间并不长久，“闪存”技术的出现亦是如此。但是U盘的革命却从未停止，它仍在不断地进步，它仍在不断地创新。我认为，U盘虽小，但U盘蕴含的技术却是超出了我们的想象，谁能想象这样小巧工具的背后竟有如此巧妙的设计？它是我们人类技术的体现，是我们人类智慧的成果。在探究过程中，令我印象深刻的就是物理技术的应用：半导体、集成电路、栅极……这些名词的出现着实让我惊讶，它们精妙的工作原理也让人感叹。身为教技的学生，我们代表的就是新的教育技术的产生，我们就是创新教育技术的代表。我认为，我们只有钻研这些技术，才能真正做到为教育的革新贡献力量。我想，这也会是我们努力学习、发展自我的动力。人类技术不断创新，我们在应用这些技术的同时也应该多加思考、多加钻研，为科技的发展贡献自己的力量。