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U 盘基础知识
U 盘,全称“USB 闪存盘”,英文名“USB flash disk”。它是一个 USB
接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品,可以通过 USB
接口与电脑连接,实现即插即用。U 盘的称呼最早来源于朗科公司生
产的一种新型存储设备,名曰“优盘”,使用 USB 接口进行连接。USB
接口就连到电脑的主机后,U 盘的资料可与电脑交换。而之后生产的
类似技术的设备由于朗科已进行专利注册,而不能再称之为“优盘”,
而改称谐音的“U 盘”。后来 U 盘这个称呼因其简单易记而广为人知,
而直到现在这两者也已经通用,并对它们不再作区分,是移动存储设
备之一。
简介
U 盘,又称优盘,中文全称“USB(通用串行总线)接口的闪存盘”,英
文名“USB flash disk”,是一种小型的硬盘。闪存盘接口有 RS-232、
USB、SCSI、IEEE-1394、E-SATA 等多种,严格地说只有 USB 接
口的闪存盘才能叫 U 盘。用于存储照片、资料、影像,面积只有 1
厘米见方,实现便携式移动存储、大大提高了办公效率,使人类生活
更便捷。
U 盘的组成很简单:外壳+机芯+闪存+包装
1.机芯:机芯包括一块 PCB 板+主控+晶振+阻容电容+USB 头
+LED 头+FLASH(闪存)
2.壳子:有多种,有塑胶的、有木料的、有金属的、有皮套的、
有硅胶的(看我们产品分类)
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3.包装:一般有纸盒包装、塑胶盒包装和金属盒包装,一般以
纸盒和铁盒包装居多。
相较于其他可携式存储设备(尤其是软盘片),闪存盘有许多优
点:较不占空间,通常操作速度较快(USB1.1、2.0 标准),能存储
较多数据,并且可能较可靠(由于没有机械设备),在读写时断开而
不会损坏硬件(软盘在读写时断开马上损坏),只会丢失数据。这类
的磁盘使用 USB 大量存储设备标准,在近代的操作系统如 Linux、
Mac OS X、Unix 与 Windows2000、XP、win7 中皆有内置支持。
闪存盘通常使用塑胶或金属外壳,内部含有一张小的印刷电路
板,让闪存盘尺寸小到像钥匙圈饰物一样能够放到口袋中,或是串在
颈绳上。只有 USB 连接头突出于保护壳外,且通常被一个小盖子盖
住。大多数的闪存盘使用标准的 Type-A USB 接头,这使得它们可以
直接插入个人电脑上的 USB 端口中。
要访问闪存盘的数据,就必须把闪存盘连接到电脑;无论是直接
连接到电脑内置的 USB 控制器或是一个 USB 集线器都可以。只有当
被插入 USB 端口时,闪存盘才会启动,而所需的电力也由 USB 连接
供给。然而,有些闪存盘(尤其是使用 USB 2.0 标准的高速闪存盘)
可能需要比较多的电源,因此若接在像是内置在键盘或屏幕的 USB
集线器,这些闪存盘将无法工作,除非将它们直接插到控制器(也就
是电脑本身提供的 USB 端口)或是一个外接电源的 USB 集线器上。
优点
U 盘最大的优点就是:小巧便于携带、存储容量大、价格便宜、性能
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可靠。闪存盘体积很小,仅大拇指般大小,重量极轻,一般在 15 克
左右,特别适合随身携带,我们可以把它挂在胸前、吊在钥匙串上、
甚至放进钱包里。一般的 U 盘容量有 1G、2G、4G、8G、16G、32G
等,价格上以最常见的 4GB 为例,50 元左右就能买到。存盘中无任
何机械式装置,抗震性能极强。另外,闪存盘还具有防潮防磁、耐高
低温等特性,安全可靠性很好。
* 闪存盘几乎不会让水或灰尘渗入,也不会被刮伤,而这些在旧式
的携带式存储设备(例如光盘、软盘片)等是严重的问题。而闪存盘
所使用的固态存储设计让它们能够抵抗无意间的外力撞击。这些优点
使得闪存盘非常适合用来从某地把个人数据或是工作文件携带到另
一地,例如从家中到学校或是办公室,或是一般来说需要携带到并访
问个人数据的各种地点。由于 USB 在现今的个人电脑中几乎无所不
在,因而到处都可以使用闪存盘。不过,小尺寸的闪存盘也让它们常
常被放错地方、忘掉或遗失。
* 闪存盘虽然小,但相对来说却有很大的存储容量。目前市售闪存
盘大多能够存储比一片 CD(700MB)还多的数据,高级的可以存储
比一片双面双层 DVD(17GB)还多的数据。
* 闪存盘使用 USB 大量存储设备的类别,这表示大多数现代的操
作系统都可以在不需要另外安装驱动程序的情况下读取及写入闪存
盘。闪存盘在操作系统里面显示成区块式的逻辑单元,隐藏内部闪存
所需的复杂细节。操作系统可以使用任何文件系统或是区块寻址的方
式。也可以制作启动 U 盘来引导计算机。
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* 与其它的闪存设备相同,闪存盘在总读取与写入次数上也有限
制。中阶的闪存盘在正常使用状况下可以读取与写入数十万次,但当
闪存盘变旧时,写入的动作会更耗费时间。当我们用闪存盘来运行应
用程序或操作系统时,便不能不考虑这点。有些程序开发者特别针对
这个特性以及容量的限制,为闪存盘撰写了特别版本的操作系统(例
如 Linux)或是应用程序(例如 Mozilla Firefox)。它们通常对使用空
间做优化,并且将暂存盘存储在电脑的主存中,而不是闪存盘里。
* 许多闪存盘支持写入保护的机制。这种在外壳上的开关可以防止电
脑写入或修改磁盘上的数据。写入保护可以防止电脑病毒文件写入闪
存盘,以防止该病毒的传播。没有写保护功能的闪存盘,则成了多种
病毒随自动运行等功能传播的途径。
* 闪存盘比起机械式的磁盘来说更能容忍外力的撞击,但仍然可能
因为严重的物理损坏而故障或遗失数据。在组装电脑中,错误的 USB
连接端口接线也可能损坏闪存盘的电路。
存储原理
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 USB 芯片适配接口,通过芯片处理信号分配给
EEPROM 存储芯片的相应地址存储二进制数据,实现数据的存储。
EEPROM 数据存储器,其控制原理是电压控制栅晶体管的电压高低
值,栅晶体管的结电容可长时间保存电压值,断电后能保存数据的原
因主要就是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
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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。即将所
有数据归“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。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。
发明历史
自 1998 年至 2000 年,有很多公司声称自己是第一个发明了 USB 闪
存盘。包括中国朗科科技,以色列 M-Systems,新加坡 Trek 公司。
但是真正获得 U 盘基础性发明专利的却是中国朗科公司。 2002 年 7
月,朗科公司“用于数据处理系统的快闪电子式外存储方法及其装置”
(专利号:ZL 99 1 17225.6)获得国家知识产权局正式授权。该专
利填补了中国计算机存储领域 20 年来发明专利的空白。该专利权的
获得引起了整个存储界的极大震动。包括以色列 M-Systems 立即向
中国国家知识产权局提出了无效复审,一度成为全球闪存领域震惊中
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外的专利权之争。但是 2004 年 12 月 7 日,朗科获得美国国家专利
局正式授权的闪存盘基础发明专利,美国专利号 US6829672。这一
专利权的获得,最终结束了这场争夺。.中国朗科公司才是 U 盘的全
球第一个发明者。美国时间 2006 年 2 月 10 日,朗科委托美国摩根
路易斯律师向美国德克萨斯州东区联邦法院递交诉状,控告美国
PNY 公司侵犯了朗科的美国专利(美国专利号 US6829672)。2008 年
2 月,朗科与 PNY 达成庭外和解。朗科向 PNY 签订专利许可协议,
PNY 向朗科公司缴纳专利许可费用 1000 万美元。这是中国企业第一
次在美国本土收到巨额专利许可费用,也进一步证明了朗科是 U 盘
的全球发明者。 现在的闪存盘都支持USB2.0 标准;然而,因为NAND
闪存技术上的限制,它们的读写速度目前还无法达到标准所支持的最
高传输速度 480Mbit/s。目前最快的闪存盘已使用了双通道的控制器,
但是比起目前时代的硬盘,或是 USB2.0 能提供的最大传输速率来
说,仍然差上一截。目前最高的传输速率大约为 20-40MB/s,而一般
的文件传输速度大约为 10MB/s。较旧型的 12Mbit/s 设备传输速率最
大约只有 1MB/s。其中业界的佼佼者有深圳朗科公司,M-Systems 公
司,新加坡 Trek 公司。
未来发展
半导体厂商努力地将各种闪存盘的功能集成在单一芯片中,以降
低闪存盘组件的成本,于是也降低了整体的成本。在增加容量的努力
方面,已经不再制造 1GB 与更小的闪存盘了。Kanguru 最近发表了
一款 16GB 的 USB2.0 闪存盘,并且宣称能够保存数据 10 年。
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Lexar 正在尝试引入一种 USB 快闪存储卡。它兼容于 U 盘,并且被
希望能够取代各种快闪存储卡。(已完成)闪迪发表了能够在闪存盘
上控制使用有版权数据的新科技。这种科技主要的用户是学生。这种
科技称为 FlashCP。金士顿科技已研制出了目前世界上储存容量最大
的闪存盘,高达 256GB。
使用与维护
使用方法
U 盘有 USB 接口,是 USB 设备。如果操作系统是 Windows
2000/XP/2003/2008/Vista/win7/LINUX/prayaya Q3 或是苹果系统的
话,将 U 盘直接插到机箱前面板或后面的 USB 接口上,系统就会自
动识别。如果系统是 Windows 98 的话,需要安装 U 盘驱动程序才
能使用。驱动可以附带的光盘中或者到生产商的网站上找到。在一台
电脑上第一次使用 U 盘(当你把 U 盘插到 USB 接口时)系统会发出
一声提示音,然后报告“发现新硬件”。稍候,会提示:“新硬件已经安
装并可以使用了”。(有时还可能需要重新启动)这时打开“我的电脑”,
可以看到多出来一个硬盘图标,名称一般是 U 盘的品牌名,例如金
士顿,名称就为 KINGSTON。经过这一步后,以后再使用 U 盘的话,
直接插上去,然后就可以打开“我的电脑”找到可移动磁盘,此时注意,
在任务栏最右边,会有一个小图标,样子是一个灰色东西旁有一个绿
色箭头,就是安全删除 USB 硬件设备的意思。(U 盘是 USB 设备之
一), 接下来,你可以像平时操作文件一样,在 U 盘上保存、删除
文件,或将文件通过右键直接发送到 U 盘中,但是要注意,U 盘使
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用完毕后要关闭所有关于 U 盘的窗口,拔下 U 盘前,要用左键双击
右下角的安全删除 USB 硬件设备图标,再选择“停止”然后左键点击
“确定”。当右下角出现提示:“USB 设备现在可安全地从系统移除了”
的提示后,才能将 U 盘从机箱上拔下,或者直接单击图标,直接点
击“安全移除 USB 设备” 然后等出现提示后即可将 U 盘从机箱上
拔下。
提高性能方法
在 windows xp 操作系统下,U 盘能正常工作后,在“我的电脑”
右击可移动磁盘,选择“属性”------“硬件”-----在“所有磁盘驱动器”中选
择该移动磁盘后点“属性”,在新对话框里选择“策略”。 若选择“为
快速删除而优化”,则这个设备不会用磁盘的写入缓存,所以不用“安
全删除”就可以拔掉设备插口。 若选择“为提高性能而优化”,则
这个设备会用磁盘的写入缓存来提高磁盘性能,传入和传出速度将大
大提高,但是要断开设备就要点击“安全删除硬件”,否则 U 盘里的数
据很可能会丢失。 普通 U 盘没有加密功能。如果你有加密需求,
可以选择带加密功能的 U 盘。一般软件加密很容易破解的。简单点
的文件加密方法你可以选择使用 WINDOWS 优化大师等软件附带的
加密功能。你说的那些储存资料的方式都是软件实现的。体现到 U
盘硬盘等储存介质上,就是一个一个的文件形式。简单说就是和你硬
盘一样操作。
寿命维护
U 盘的可擦写次数是 U 盘的正常寿命,一般采用 MLC 颗粒的 U