PDF de programación - Memoria USB

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Introducción

Un dispositivo de almacenamiento computacional que es capaz de almacenar datos o
cualquier tipo de información. Históricamente se ha usado el papel como método más
común, pero actualmente es posible almacenar digitalmente en un CD por ejemplo, los
datos que cabrían en miles de carpetas archivadas. A lo largo de la historia se ha buscado el
camino de encontrar el sistema más pequeño físicamente y con más capacidad para
almacenar más datos y tratarlos rápidamente.

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. Son pequeños dispositivos del
tamaño de un mechero que actúan prácticamente igual que un disquete, pero con una
capacidad mucho mayor, que actualmente van desde los 64 mb a varios gigabytes. Su
principal ventaja es su pequeño tamaño, su resistencia (la memoria en sí está protegida por
una carcasa de plástico como un mechero) y su velocidad de transmisión, mucho más
rápido que los disquetes.

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.

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.1 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.



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Componentes primarios



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Las partes típicas de una memoria USB son las siguientes:

 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 (phase-locked
loop)

Componentes adicionales

Un dispositivo típico puede incluir también:



 Puentes y Puntos de prueba (3): Utilizados en pruebas durante la fabricación de la

unidad o para la carga de código dentro del procesador.

 LEDs (6): Indican la transferencia de datos entre el dispositivo y la computadora.


Interruptor para protección de escritura (7): Utilizado para proteger los datos de
operaciones de escritura o borrado.

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 Espacio Libre (8): Se dispone de un espacio para incluir un segundo circuito de
memoria. Esto le permite a los fabricantes utilizar el mismo circuito impreso para
dispositivos de distintos tamaños y responder así a las necesidades del mercado.

 Tapa del conector USB: Reduce el riesgo de daños y mejora la apariencia del
dispositivo. Algunas unidades no presentan una tapa pero disponen de una conexión
USB retráctil. Otros dispositivos poseen una tapa giratoria que no se separa nunca
del dispositivo y evita el riesgo de perderla.

 Ayuda para el transporte: En muchos casos, la tapa contiene una abertura adecuada
para una cadena o collar, sin embargo este diseño aumenta el riesgo de perder el
dispositivo. Por esta razón muchos otros tiene dicha abertura en el cuerpo del
dispositivo y no en la tapa, la desventaja de este diseño está en que la cadena o
collar queda unida al dispositivo mientras está conectado. Muchos diseños traen la
abertura en ambos lugares.


Como Funciona

En este artículo nos referiremos al principio físico por el cual se almacena información en
un flash drive, y no a su circuito electrónico. Sobre esto, solo mencionamos que tienen un
circuito elaborado, que interactúa con el microprocesador del computador al que se conecta.
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, de la que trata este
artículo.

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 Faraday-Lenz, 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.

En la naturaleza, los materiales están formados por moléculas compuestas por átomos
enlazados entre sí. Según el tipo de enlace atómico y molecular, los electrones exteriores de
cada átomo tienen mayor o menor posibilidad de moverse alrededor de los núcleos y
electrones más internos. En los aislantes como muchos cerámicos y plásticos, donde los los
enlaces son iónicos y/o covalentes, los electrones externos están fuertemente ligados a un
átomo y sus "vecinos". Estos enlaces son, en general, complejos, y en algunos materiales,
hacen que los electrones no estén uniformemente distribuídos. Es decir, pasan más tiempo
en un lado de la molécula que en el otro. Esto significa que un material no conductor,
aunque sea eléctricamente neutro, puede manifestar una electrización interna neta. Desde
este punto de vista, los materiales podrían separarse en dos grupos antagónicos: los
conductores (donde habiendo enlaces metálicos los "electrones libres" pueden ir de un
átomo a otro a lo largo del material), y los aislantes o dieléctricos.

Un condensador es un dispositivo simple esencialmente formado por dos conductores

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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". 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.

Pero hay algo más ... si se quita la energía eléctrica al sistema, los condensadores típicos se
descargan. Las memorias de este tipo se denominan "volátiles". Por lo tanto falta
mencionar lo que hace que los flash drives no tengan pilas, y que sus memorias sean "no
volátiles".

Existen dos tipos de dieléctricos; los que se denominan "lineales", requieren la presencia de
un campo eléctrico exterior para estar electrizados. Por el contrario, los denominados
"ferroeléctricos" tienen histéresis eléctrica, es decir, poseen memoria de haber sido
electrizados, y hace falta energía externa para eliminar su estado de electrización.

El material dieléctrico de los condensadores de estas "memorias de bolsillo" es
ferroeléctrico.


Animación sobre el funcionamiento de memoria Flash-NAND

Como apoyo a la comprensión del tema, te ofrecemos una animación sobre el
funcionamiento interno de una memoria Flash-NAND:

Figura 1. Animación