Was ist ein USB-Stick?

Der USB-Stick hat das Speichern von Daten ein Stück weit revolutioniert. Der Grund: Der USB-Stick ist handlich klein, braucht nur einen entsprechenden USB-Anschluss und lässt so spielend leicht Daten vom Computer auf den Stick ziehen. Der USB-Stick fungiert als kleiner Bruder der portablen Festplatte, ist so dimensioniert, dass es den USB-Stick als Schlüsselanhänger gibt und schleicht sich damit auch an den Alltagsgegenstand, der immer am Mann oder an der Frau ist, heran: an den Schlüsselbund. Mit den anderen klimpernden Gesellen neben Autoschlüssel, Hausschlüssel und Briefkastenschlüssel hat er kaum eine Ähnlichkeit. Oder doch!? Stimmt. Weder bei der Schlüsselkompanie noch beim USB-Stick wir jemals die detaillierte Funktionsweise hinterfragt. Grund genug, dies jetzt nachzuholen.

Abbildung 1: USB-Sticks sind handlich, praktisch und wahrlich alltagstauglich. Was im Inneren der kleinen Speichersticks passiert, wissen nur wenige.

Der Aufbau des kleinen Speichermediums

Die Speicherfunktion ist nur möglich, weil im USB-Stick eine ausgeklügelte Technik auf speicherbare Daten wartet. Die Flash-Speicherzellen bestehen aus Halbleiter-Material, wie etwa Silizium, und leitfähigem Material, das im Fachjargon als Drain und Source bezeichnet wird. In ihrer Funktionsweise ähneln sie Transistoren. Zwischen den kleinen Funktionseinheiten (Source und Drain) liegt das eigentliche Speichermedium. Das Floating-Gate (der Speicher) bekommt seine Spannung über das Steuer-Gate. Den Unterschied zwischen der Anschlussart USB 2.0 oder USB 3.0 wird hier ausführlich erläutert.

Dieses Video erklärt in bewegten Bildern, wie SSDs und USB-Sticks funktionieren:

Datentransfer auf dem Speichermedium

Ist der USB-Stick noch brandneu und frei von Daten, ist er leer. Im Fachjargon heißt das „0-Zustand“. Nun beginnt ein spannendes Prozedere, das den 1-Zustand herstellt, der das Speichern von Daten rein technisch erst ermöglicht. Die Spannung muss positiv sein und bei etwa zehn Volt liegen. Ist dies der Fall, kommen Elektronen ins Floating-Gate und laden dieses negativ auf. Da das Floating-Gate selbst mit einer Isolierung ausgestattet ist, können die Informationen dort nicht mehr eigenständig und ohne Zutun entweichen. Um die Funktionsweise eines USB-Sticks verstehen zu können, müssen diese Gesetze verinnerlicht werden:

• Beim eingangs erwähnten 0-Zustand fließt zwischen Drain und Source Strom. Beim 1-Zustand bleibt eben dieser Weg geschlossen. Der Grund: Das Floating-Gate ist negativ geladen. Es fließt kein Strom.
• Jede Speicherzelle im USB-Stick wird als Bit bezeichnet. Um die Dimensionen der Speicherkapazität besser fassen zu können, hilft diese Formel: Ein USB-Stick mit einem Speichervolumen von vier Gigabyte trägt im Inneren etwa 32 Milliarden Flash-Speicherzellen. Auf die Größe des Speichermediums an sich wirkt sich die Anzahl nicht aus. Trotz Milliarden an Speicherzellen bleibt der USB-Stick handlich klein und passt an den Schlüsselbund.
• Beim Lesen der Daten wird – rein technisch betrachtet – ein Binärcode ausgelesen. Dieser erscheint in Form von Text, Bild, Video oder einer anderen Dateiform auf dem Computer. Das bildet auch den größten Vorteil des USB-Sticks, denn: Dieser speichert Daten unabhängig von der Dateiform.
• Beim Löschvorgang kehrt sich der Speichervorgang um: Eine hohe negative Spannung wird angelegt, um das Floating-Gate zu entladen und zu öffnen. Ist der Weg zwischen Drain und Source frei, können Daten „herausgeholt“ bzw. gelöscht werden. Wie ein USB-Stick formatiert wird, ist hier detailliert beschrieben.

Exkurs: Datenspeicherung auf dem USB-Stick oder auf der Festplatte?

Abbildung 2: Auch eine externe Festplatte ist ein beliebtes Speichermedium – vor allem im Privaten.

Das Prinzip der Datenspeicherung ist bei beiden Speichermedien gleich. Allerdings gibt es auch Unterschiede zwischen den beiden Speichervarianten, die die folgende Tabelle übersichtlich gegenüberstellt:

Die externe Festplatte eignet sich vor allem für das Backup der Daten im privaten Bereich. Manche Festplatten benötigen eine externe Stromversorgung. Wer auf eine Festplatte mit externer Stromversorgung setzt, wird mit einem Plus an Speicherkapazität belohnt. Kabel und Stecker hat der USB-Stick natürlich nicht. Er ist das stromlose, handliche Äquivalent für den raschen Datentransfer. Damit löst der USB-Stick CDs und DVDs als Speichermedien ab.

Tipps zum Thema Datenspeicherung

Abbildung 3: Beim regelmäßigen Daten-Backup müssen alle Devices gesichert werden – auch Tablet und Smartphone.

Neben der Wahl des passenden Speichermediums ist es auch nötig, diese Grundregeln der Datenspeicherung zu beherzigen:

Wichtige Daten (auch Daten von Tablet oder Smartphone) müssen auf mindestens zwei Datenträgern abgespeichert werden. Neben dem Computer selbst kann dies eine externe Festplatte sein, als privates Daten-Backup. Bei Geschäftsdaten empfiehlt es sich, die Daten regelmäßig auf DVDs zu speichern – und an einem sicheren Ort, wie einem Bankschließfach, zu verwahren. Zwar thematisiert dieser Ratgeber in erster Linie die digitale Datensicherung, allerdings gibt es im Privaten auch andere Wege. Ein Fotobuch kann beispielsweise ein Weg sein, um Bilder haptisch erfahrbar zu machen – und gleichzeitig für die Ewigkeit zu bewahren.

Abbildung 1: pixabay.com © EsaRiutta (CC0 Public Domain)
Abbildung 2: pixabay.com © janeb13 (CC0 Public Domain)
Abbildung 3: pixabay.com © kaboompics (CC0 Public Domain)