Wie funktioniert ein USB Stick?

Eine recht naive Frage, bitte nicht auslachen. USB Sticks sind ja mittlerweile sehr stark verbreitet. Ein Grund mehr, sich genauer zu informieren. Es gibt sie ja in vielen Variationen, und auch der Preis schwankt je nach Hersteller doch recht stark. Was ich gerne wissen würde: Wie genau werden die Dateien gespeichert?

Bei der Festplatte war mir das noch klar, dass 1 und 0 auf der Scheibe gespeichert werden können (mit Laser oder so was, nicht?). Aber in so einem Stick regt sich ja nichts. Wie wird ein Stick eigentlich mit mehr Kapazität ausgestattet, obwohl er von außen her gesehen ja nicht größer wird? Wo liegen die Grenzen? Sticks werden ja auch immer größer und billiger.

Und als Letztes: Was ist beim Kauf zu beachten? Was ist beim teureren USB Stick besser? Oder kostet er nur mehr, weil Kingston oder Trekstor draufsteht? Die Sticks sind ja mittlerweile schon fast alltäglich, ich würde mich freuen, wenn mich jemand aufklären könnte.

Mit einem Laser wird bei einer Festplatte sicher nichts geschrieben, denn dann wäre die Platte nach einem Schreibvorgang sicher nicht mehr benutzbar. Das ganze geht auch hier wieder über Nullen und Einsen, nur eben mithilfe einer "Schreibnadel" und einem Magnetfeld, daher sollten Festplatten auch von Magneten ferngehalten werden.

Anders sieht es bei den USB Sticks aus, diese haben keine beweglichen Teile mehr (keine Schreibnadel, keine rotierenden Platten, sondern einen Flashsspeicher, ein kleines Bauteil, das eine bestimmte Menge an Daten aufnehmen kann (ein Gigabyte zum Beispiel). Dieser Speicher wird elektronisch über sogenannte Controllerchips angesteuert und weißt dem Flashspeicher einzelne Bereiche zu, die dann entweder den Zustand Null oder Eins ergeben (das übliche eben).

Ansonsten ist die Funktionsweise identisch, es können Daten gelöscht und geschrieben werden, dabei ist aber zu beachten, das ein Flashsspeicher weniger Schreib/Lesevorgänge aushalten kann als eine Festplatte, wobei wir hier von mehreren tausend Zugriffen sprechen, die im normalen Betriebsfall kaum erreicht werden.

Teure USB-Sticks sind meistens (bei identischer Kapazität) schneller in der Lage, die Daten zu schreiben als die anderen, denn das ist immer noch der Knackpunkt, Lesen können alle recht schnell, aber das Schreiben ist der Bereich, der "Kostenintensiv" ist, weil die Anordnung der Flashsspeicher und die Controller hier teurer sind als normal.

USB-Sticks basieren auf Flashspeicher. Die einzelnen Bits werden dort elektronisch gespeichert. Genau genommen wird eine elektrische Ladungen in einem Gitternetz aus Transistoren gespeichert. Mit Hilfe einer Ansteuerelektronik kann man dann jedes Bit aus dieser Matrix auslesen.

Die Daten sind dann auch in einem Speicherblock angeordnet. Dieser kann auch nur auf einmal gelöscht werden. Das Löschen ist ein physikalisch hochkomplizierter Vorgang, der auf den Prinzipien der Quantenmechanik basiert. Deshalb werde ich da jetzt nicht so weit ausschweifen.

Die Ansteuerelektronik sorgt dann natürlich dafür, dass man auch die einzelnen Bits/Bytes beschrieben werden können, indem die Daten eines Blocks in einem anderen Block oder in einem RAM zwischengespeichert werden. Das ganze bekommt der Anwender natürlich nicht mit.

Flash hält nur eine begrenzte Anzahl an Schreibvorgängen aus. Um trotzdem die Lebensdauer möglichst hoch zu halten werden die Schreibvorgänge auf dem ganzen Chip verteilt. Das Verfahren nennt sich "Wear Leveling", was soviel bedeutet wie das Ausgleichen der Abnutzung der Speicherzellen.