Das Flash-Speichermodul mit USB-Anschluß hat seinen Siegeszug angetreten. Die Technik ist noch so neu, daß zahlreiche Fragen immer wieder gestellt werden. Hier finden Sie die wichtigsten Antworten.
Ein USB-Stick ist eine kleine, leichte Einheit aus nicht-flüchtigem Halbleiterspeicher (Flash-ROM) und USB-Schnittstelle. Nicht flüchtig heißt, diese Speicherart hält ihre Information auch ohne Stromversorgung – anders als etwa der Hauptspeicher eines Rechners (RAM), der ständig mit Strom versorgt werden muß. Die USB-Schnittstelle ermöglicht den Anschluß an so ziemlich jeden PC, der in den letzten vier Jahren hergestellt wurde.
Flash-ROM (Read-Only-Memory, Nur-Lese-Speicher) ist eine Art von Halbleiterspeicher, der seine Daten beim Abschalten der Stromversorgung nicht verliert. Details erkläre ich auf einer eigenen Seite.
ROM ist eigentlich ein falscher Begriff, denn wir können dort sehr wohl Informationen speichern. Der Begriff ist nur historisch zu verstehen; früher sprach man von RAM (Random-Access-Memory, vgl. Arbeitsspeicher jedes PCs) und von ROM (z.B. BIOS-Chips). ROMs zeichnen sich dadurch aus, daß man sie nicht einfach so beschreiben kann, sie ihre Information aber auch nicht verlieren. Früher benötigte man dafür meist Programmiergeräte oder legte die Information sogar schon während der Chipfertigung fest. Bei Flash-ROM ist das Beschreiben nur noch eine eigene Betriebsart.
Als Erfinder gilt der Israeli Dov Moran. Im Jahr 2000 brachte seine Firma M-Systems den DiskOnKey auf den Markt.
Das ist recht schwer – am ehesten erkennt man Bauformen, die nicht schnell sein können. In Zeiten, in denen USB-Sticks Speicherkapazitäten von mehreren 10 GB haben, ist eine Übertragungsgeschwindigkeit von beispielsweise 5 MB/s eindeutig zu langsam: 1 GB zu übertragen dauert mindestens 200 s, also an die 4 min. Einen 16-GB-Stick zu füllen dauert so leicht eine Stunde.
Eine USB 2.0-Schnittstelle kann maximal mit 480 Mbit/s übertragen. Mit dem nötigen Verwaltungsaufwand bedeutet das eine maximale Übertragungsrate von etwa 40 MByte/s. Aber längst nicht jeder USB-Stick kommt da mit. Vor allem die ganz kleinen Bauformen schaffen das nicht: Sie enthalten nur 1-2 Speicherchips, die die Schreibrate eher begrenzen als der eingebaute Controller.
Es bleibt also nur der Weg, sich an Tests in einschlägigen Zeitschriften zu orientieren und zu hoffen, dass die getesteten Modelle auch noch in genau dieser Ausführung im Handel sind.
Wer auf einen schnellen USB-Stick Wert legt, sollte über ein Modell mit USB 3-Schnittstelle nachdenken. Nur so hat man die Chance, die 40 MB/s-Grenze zu sprengen – vorausgesetzt, der Rechner hat auch eine USB 3-Schnittstelle. USB 3 ist aber abwärtskompatibel, d.h. man kann einen USB 3-Stick auch an einer älteren USB-Schnittstelle betreiben. [11]
Praktisch jeder Rechner der letzten 10 Jahre hat USB-Schnittstellen. Rechner mit langsamen USB 1-Schnittstellen sollten auch so langsam ausgestorben sein. Nachrüstung ist also nur dann angesagt, wenn man USB 3 nutzen will.
USB 3 ist in erster Linie interessant für den Anschluss moderner Massenspeicher mit mehr als vielleicht 4 GB Speicherkapazität. Entsprechende Schnittstellenkarten benutzen nicht zufällig fast ausschließlich einen PCIe-Slot: Der alte PCI-Bus ist schlicht zu langsam. USB 2.0 kann etwa 40 MB/s übertragen, PCI ist bei 128 MB/s am Anschlag. Netto kommt da bestenfalls noch eine Beschleunigung um den Faktor 2 heraus, zumal der PCI-Bus ja gleichzeitig noch andere Einheiten im Rechner ansteuern muss – häufig z.B. den Bildschirm.
Manche Geräte haben einen so hohen Stromverbrauch, daß sie die netzunabhängige Betriebsdauer eines Laptops ganz deutlich reduzieren. Manche Memorysticks brauchen so viel Strom, daß sie eigentlich nur mit einem eigenen Netzteil betrieben werden dürften.
Die Zeitschrift PC Welt [3] maß Stromaufnahmen zwischen 90 und 900 mA, das sind bei den 5 V des USB zwischen 450 mW und 4,5 W. Letzteres zwingt wohl zu einem relativ großen Metallgehäuse, das im Betrieb gut handwarm wird. Kalkuliert man die Verluste der Spannungswandler im Laptop mit ein, kommt man schnell auf 6-8 W, die der Batterie zusätzlich entnommen werden. Dieser Strombedarf geht übrigens auch im Leerlauf nicht entscheidend zurück. Allerdings behauptet Chip online Gegenteiliges.
Eigentlich darf ein USB-Gerät dem Bus maximal 500 mA entnehmen, und das auch nur bei einem aktiven Hub mit eigener Stromversorgung. Wer einen passiven Hub ohne eigene Stromversorgung benutzt, etwa in einer USB-Tastatur, wird mit vielen Memory-Sticks Probleme bekommen. Der Hub muß nach Norm die Stromaufnahme auf 100 mA (0,5 W) begrenzen.
Indirekt verbrauchen USB 2.0-Geräte aber oft noch viel mehr Strom: Wie [6] beschreibt, fragt der USB-Treiber von Windows XP belegte USB-Ports sehr häufig ab und verhindert so, dass der Rechner in seine Stromspar-Modi fällt. Dieser Effekt kann die Leistungsaufnahme eine Laptops leicht um 20% erhöhen. Ein Patch stand im Februar 2006 noch nicht zur Verfügung.
Wie bei fast jeder neuen Technik gibt es hier gerade eine stürmische Entwicklung: Geräte mit weniger als 1 GB sind kaum noch auf dem Markt. Die verfügbare Kapazität verdoppelt sich alle paar Monate. 64 GB sind verfügbar, 8 GB-Geräte haben mittlerweile die 10-EUR-Grenze unterschritten. Wer ständig CD-RWs löscht, wird hier schnell zugreifen.
Ein unschöner Effekt ist, dass USB-Sticks so manipuliert werden, dass sie dem Betriebssystem deutlich mehr Kapazität melden (und auch so verkauft werden), als sie physikalisch haben. Der Effekt fällt erst dann auf, wenn Daten aus unerklärlichen Gründen verloren gehen. [8].
USB 1.1 kann maximal knapp 1 MB/s übertragen. Beim Schreiben schaffen USB-Sticks 300-600 kB/s. Zwar gibt es kaum noch so langsame USB-Sticks, aber die USB-Schnittstellen sehr vieler Windows-98-Rechner sind nicht schneller.
Mit USB 2.0 lassen sich Lesegeschwindigkeiten von bis zu 30 MB/s und Schreibgeschwindigkeiten von bis zu 25 MB/s erreichen. Das erscheint erst einmal deutlich langsamer als eine moderne Festplatte, dafür entfallen aber die Latenzzeiten für die Kopfpositionierung und Drehen der Platte bis zum richtigen Sektor. Im Vergleich zu Laptop-Festplatten sehen die Werte allerdings nicht schlecht aus. Geschwindigkeitsmäßig spricht also wenig dagegen, Programme vom USB-Stick zu starten.
USB überträgt doch 480 Mbit/s. Warum dauert es aber so lange, um auch nur wenige 10 MB auf einen USB-Stick zu laden – etwa eine CD im MP3-Format? Erst mal sollte man unterscheiden zwischen bit/s und Byte/s, was mindestens einen Unterschied von 8:1 ausmacht. Die Redaktion der c't konnte bislang maximale Übertragungsraten von 60 MB/s messen, was z.B. moderne Festplatten durchaus bremst. Bis Ende 2006 kam der Zeitschrift c't auch noch kein Flash-Speicher unter, der sich schneller als mit 5 MByte/s beschrieben ließ [17].
Auch kann es passieren, dass Rechner und USB-Stick sich nicht auf den High-Speed-Modus von USB 2 einigen können. Wenn man einen USB-2-Massenspeicher in einem USB-1.1-Port einsteckt, liefern manche Windows-XP-Versionen sogar einen entsprechenden Hinweis.
Eine weitere Fehlerquelle sind Treiber:
Hardware-Probleme lassen sich z.B. mit einer Knoppix-CD einkreisen: Rechner mit einem der bekannten Live-Systeme von CD starten und ausprobieren, wie schnell der USB-Stick damit läuft. Vielleicht hilft auch, einen USB-Hub zwischen Rechner und USB-Stick zu schalten.
Es kann auch ein Elektronik-Problem sein, speziell wenn die USB-Buchse nicht direkt auf der Hauptplatine sitzt. Manche interne Verbindungskabel können falsch gesteckt werden oder sind elektrisch minderwertig. Auch schlechte externe Kabel können die Geschwindigkeit bremsen. Einfachste Möglichkeit: Verschiedene der USB-Ports am Rechner ausprobieren. Elektrisch am besten sind die Buchsen auf der Rückseite des Rechners, vor allem die unmittelbar auf der Hauptplatine oder USB-Steckkarte.
Vom Mini-Modul ohne Schreibschutzschalter bis zur Armbanduhr mit USB-Kabel im Armband ließen sich die Hersteller schon vieles einfallen. Auch das "Scheckkartenformat" wird angeboten. Wenigstens gibt es noch genügend Platz, um Werbeaufdrucke anzubringen. :-)
[画像:Wenig Platz am Hub]Ganz wesentlich ist die mechanische Stabilität des USB-Stick. Gerade die kleinsten Modelle werden am meisten hergenommen, etwa wenn sie am Schlüsselbund hängen und in der Hosentasche stecken oder das Scheckkartenformat und 2 mm Dicke dazu verführen, das Gerät im Geldbeutel zu verstauen. Mein Exemplar (siehe oben) existiert auch nicht mehr: Die Verklebung des USB-Steckers im Gehäuse löste sich mit dem Erfolg, dass die Platine hinten am Stecker abbrach.
Wer seinen Memorystick direkt am Rechner oder einem Hub anschließen will, sollte auf den Querschnitt unmittelbar am USB-Stecker achten. Speziell Geräte mit Zusatzfunktionen wie MP3-Player verdecken schnell die benachbarten Buchsen.
Externe Hubs machen immer wieder Probleme; man sollte sie nach Möglichkeit vermeiden. Für Tastaturen, Mäuse und ähnliche Standardgeräte funktionieren Sie aber in aller Regel problemlos. Die technisch einfachste Lösung sind deshalb möglichst viele USB-Anschlüsse am Rechner.
Eine mögliche Stolperfalle ist die Stromaufnahme an passiven USB-Hubs, also solchen ohne eigenes Netzteil. Während ein aktiver Hub, also ein im Rechner eingebauter Hub oder ein externer Hub mit eigenem Netzteil, pro Ausgang 500 mA liefern können muss, soll ein passiver Hub den Ausgangsstrom auf 100 mA begrenzen. USB-Speichersticks enthalten ihren eigenen Verwaltungsrechner, der beim Hochfahren wohl deutlich mehr Strom zieht als im normalen Betrieb. Wenn er dabei die 100 mA auch nur kurzfristig überschreitet, begrenzt der Hub den Strom. So kann der USB-Stick sich nie beim Rechner anmelden.
Das gleiche Problem kennen wir von externen 2,5-Zoll-Festplatten. Da liefern die Hersteller oft ein Y-Kabel mit, das am Rechner oder Hub den Strom aus beiden Ports zieht. Falls Sie so ein Kabel haben, und ggf. mit einen passenden Adapter, können Sie es mal damit probieren.
Ihre mechanische Stabilität macht sie ideal für den Datentransport. USB-Sticks speichern ihre Daten wohl über diverse Jahre, das sollte gewöhnlich nicht das Problem sein. Sie enthalten keinerlei bewegliche Teile und sind sehr leicht, bei Runterfallen kann also nicht viel passieren.
Gefährlicher ist sicher, daß man die Daten problemlos löschen kann. Das gilt speziell in diesem Fall, weil man auf seine Daten ganz einfach auf einem fremden Rechner, in einer fremden Umgebung, zugreifen kann. Im Vergleich zu Festplatten sind die Kapazitäten übersichtlich, ich würde wichtige Daten also regelmäßig auf einen anderen Datenträger (Festplatte, CD-R, notfalls DVD+/-R) auslagern.
Die Lebensdauer sehe ich eher durch die Handhabung begrenzt: Da geht die Schutzkappe für den USB-Stecker verloren, jemand tritt auf den USB-Stecker, beim Aufschließen des Autos gibt es eine elektrostatische Entladung.
Ein weiterer Parameter begrenzt die Lebensdauer: Hersteller wie Intel garantieren nur 100.000 Schreibzyklen jeder einzelnen Speicherzelle. Das heißt ausdrücklich nicht, daß man nur 100.000 Dateien auf einen USB-Stick speichern kann und fürchten muß, daß das Teil dann Schrott sei. Windows hat sowieso die Tendenz, die Information über den Datenträger zu verteilen und wirklich gelöscht wird Information erst, wenn der Speicherplatz überschrieben wird. Problematisch sind also eher die Speicherbereiche, in denen Windows die Verwaltungsinformationen ablegt: Welche Cluster sind belegt, wie heißen die Dateien und wo liegen ihre Informationen? Allerdings verwenden die Controller moderner USB-Sticks Algorithmen, die die Schreibzugriffe möglichst gleichmäßig auf die Flash-Zellen verteilen. So wurden auch schon 16 Millionen Schreibzugriffe auf eine logische Zelle versucht, ohne dass es zu Fehlern kam [9].
Vergleichbare Probleme hat man auch bei magnetischen Datenträgern. Beim Formatieren werden dort defekte Bereiche ausgeblendet. Ich habe keine Informationen darüber, ob diese Mechanismen auch beim Formatieren von USB-Sticks greifen.
Marcus S. fragte: ich habe einen [Fabrikat] 8GB Usb Stick erworben, welcher zu Anfang eine Schreibrate von 9,78 MB/s und eine Leserate von 17,4 MB/s hatte (gemessen mit h2testw.exe). Nachdem ich den Stick mit NTFS formatiert hatte (HP format tool 2.18) war die Transferrate nur noch ca. halb so groß (4,28 und 16,8 MB/s). Ein Rückformatieren auf Fat32 hat daran nichts geändert.
Das Problem wird wohl das Gleiche sein wie bei Solid-State-Disks [10] – andere Schnittstelle, andere Kapazitätsgrößen, aber gleiche Speichertechnik:
Die einzelne Speicherzelle hat nur eine begrenzte Zahl von Schreibzyklen. Zudem kann Flash-Speicher nur in größeren Blöcken gelöscht werden. Das führt jetzt zu folgendem Effekt:
Bekannt ist, dass sich die einzelnen Flash-Speicherzellen nicht beliebig oft beschreiben lassen. Aber wie wirkt sich das auf einen ganzen USB-Stick aus?
Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Flashzellen – solche, die pro Zelle nur ein Bit speichern und solche, die darin zwei Bit speichern. Die wundersame Vermehrung wird dadurch möglich, dass die Elektronik nicht nur zwischen geladenes "floating gate" und ungeladenes "floating gate" (single-level cell, SLC) unterscheidet sonder zwischen "ungeladen", "etwas geladen", "ziemlich geladen" und "voll geladen" (multi-level cell, MLC). Mit diesen vier Zuständen kann man zwei Bit speichern, erhält aber ein bedeutend empfindlicheres Gebilde. Für SLC werden gewöhnlich 100.000 zulässige Schreibzyklen angegeben, für MLC nur 10.000. [12]
Außer dem eigentlichen Speichermedium enthält ein USB-Stick auch noch einen Steuerchip. Der verteilt die Schreibzugriffe, anders als etwa bei einer Festplatte, möglichst gleichmäßig über die Speicherchips. Dazu gibt es Methoden wie Fehlerkorrekturverfahren wie ECC, die einzelne Bitfehler korrigieren können und so die Zuverlässigkeit deutlich erhöhen. Allerdings geben die Hersteller zu diesem Thema kaum je Informationen heraus.
Zum Trost: So lange man einen USB-Stick nur dazu nutzt, um Informationen von Rechner A zu Rechner B zu transportieren, wird man diese Probleme kaum je erfahren. Aber wer seine Mails auf einem relativ kleinen USB-Stick mit sich herumträgt und jeden Tag viele 100 Mails bekommt und schreibt, sollte seinen USB-Stick vielleicht einmal im Jahr wechseln. Aber bei Preisen von 5 EUR ist das wohl kein Problem und schließlich leidet die ganze Mechanik auch...
Magnetische Medien kann man relativ einfach löschen: Spezielle Programme überschreiben die Platte vom ersten bis zum letzten Sektor und damit lassen sich die alten Informationen wohl kaum noch rekonstruieren. Die beunruhigende Information zum Thema USB-Stick: Die lassen sich nicht wirklich zuverlässig löschen.
Der Grund dafür sind die oben beschriebenen, als Wear Leveling bezeichneten Mechanismen. Der Steuerchip verteilt die Schreibzugriffe möglichst gleichmäßig. Es gibt also keine Garantie, dass während des Löschens auch wirklich alle Speicherzellen überschrieben werden. [13].
Der Trost: An irgendwelche Datenreste kommt man nur heran, wenn man, am Steuerchip vorbei, direkt auf die Speicherchips zugreift. Dafür muss man nicht nur den USB-Stick zerlegen, sondern den Speicherchip auch noch auf einen entsprechende Adaptapter packen. Das können nur relativ wenige Labors.
Mal abgesehen davon, dass man auch auf einem 256-MB-Stick schon eine ganze Menge Daten speichern kann: Es lassen sich auch weitere kreative Einsatzmöglichkeiten finden. Eine Auswahl [15]:
Wenn die Daten nicht wertvoll genug sind für einen professionellen Datenrettungsdienst, kann sich das Zerlegen des Nano-USB-Sticks lohnen [17]. Viele dieser ganz kleinen USB-Sticks bestehen aus einer Micro-SDHC-Karte und einem USB-Controller. Die Micro-SDHC-Karte läst sich in einen SD-Karten-Adapter stecken, der wiederum in den Kartenleser eines vorhandenen Rechners passt. Mit etwas Glück kommt man so doch noch an seine Daten.
