U盘的硬件结构及成本构成

U盘的工作原理

物理学系基地与协同创新实验班

201511140152王丹琦摘要：

“USB闪存盘”（以下简称“U盘”）是基于USB接口、以闪存芯片为存储介质的无需驱动器的新一代存储设备。作为理想的移动办公及数据存储交换产品，U盘的存储原理是:计算机把二进制数字信号转为复合二进制数字信号（加入分配、核对、堆栈等指令）读写到US地址存储二进制数据，实现数据的存储。B芯片适配接口，通过芯片处理信号分配给EPROM2存储芯片的相应部分。

正文：

一、U盘的硬件结构及成本构成：

U盘的硬件结构基本上由五部分组成：FLASH（闪存）芯片、PCB底板、USB端口、主控芯片、外壳封装。

第一，闪存。专业名称为“NANDFLASH”，即我们俗称的存储芯片。闪存是U盘的主要构成件,其成本占U盘总成本的90%左右,因此FLASH成本的高低直接影响整个产品的成本。FLASH芯片按类型又分为SLC和MLC。SLC全称是Single-Level Cell，即单层单元闪存，而MLC 全称则是Multi-Level Cell，即为多层单元闪存。它们之间的区别，在于SLC每一个单元，只能存储一位数据，MLC每一个单元可以存储两位数据，MCL的数据密度要比SLC 大一倍。SLC 因单一存储单元只能存放一个Bit的资料，所以成本高价格贵，但是效率高速度快，可靠性高，MLC正相反。

第二，PCB底板。我们也称U盘主板。PCBA质量的好坏和以下因素有关：1.是采用的元器件的质量。每个PCBA上有主控（U盘的主要控制器，相当一个小单片计算机，和使用的电脑进行对接和通讯）、晶振、电阻、电容、发光二极管、LDO低压差线型稳压器（大部分内嵌在主控中）、PCB板、USB接口端子等20多个元器件。

第三，USB接口。USB接口有四根边接线，有5V、地和两根数据线.

第四，主控芯片。主控芯片主要起电脑与FLASH芯片之间数据交换的作用，分为全速（USB2.0全速）和高速（USB2.0高速）。注：USB2.0全速在以前被称为USB1.1。这两类接口的区别是传输速率不同。USB1.1最大传输速度为12Mbps/秒，USB2.0最大传输速度为480Mbps/秒。

第五，外壳。就是U盘外面的这层“衣服”。其构成材料主要有：ABS塑胶、PVC软胶、铝合金、不锈钢、铜管和锌合金甚至极个别的还有使用木材和竹子的。

二、U盘的基本工作原理：

USB端口负责连接电脑，是数据输入或输出的通道；主控芯片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盘原理的“大脑”；FLASH芯片与电脑中内存条的原理基本相同，是保存数据的实体，其特点是断电后数据不会丢失，能长期保存；PCB底板是负责提供相应处理数据平台，且将各部件连接在一起。当U 盘被操作系统识别后，使用者下达数据存取的动作指令后，USB移动存储盘的工作便包含了这几个处理过程。

三、U盘的基本存储原理：

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。

闪存就如同其名字一样，写入前删除数据进行初始化。具体说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。当Flash芯片断电后，物质的性质不会改变了，除非你通电擦除。

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。当Flash芯片通电查看储存的信息时，电子就会进入储存空间再反馈信息，电脑就知道芯片里面的物质有没有改变。