闪存盘

闪存盘（USB flash drive）又称随身碟，U盘。是一种使用USB协议连接计算机，通常透过闪存来进行数据存储的小型便携存储设备。一般USB随身碟体积极小、重量轻、可重复写入，面世后迅速普及并取代传统的软碟及软驱。有时读卡器也会被归类为随身碟，但这类设备的记忆芯片并不是内建的，而是可以抽换的记忆卡。

相较于其他便携式储存装置（尤其是软碟），USB随身碟有许多优点：较不占空间、能储存较多资料、读写速度较快、不会因刮伤或发霉而无法使用。这类的USB储存装置使用USB大量储存装置标准，在近代的操作系统如Windows、macOS、Linux与Unix中皆有内建支援。USB随身碟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USB随身碟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USB随身碟使用标准的Type-A USB接头，这使得它们可以直接插入个人电脑上的USB接口中。

要存取USB随身碟的资料，就必须把USB随身碟连接到电脑；无论是直接连接到电脑内建的USB控制器或是一个USB集线器都可以。只有当被插入USB埠时，USB随身碟才会启动，而所需的电力也由USB连接埠供给DC+5V。

## 历史

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浮栅半导体存储器的一种，关于闪存的基本原理是舛冈富士雄在1980年代早期发明的。闪存使用浮栅MOSFET作为记忆素子（英文：Memory cell (computing)）。

自1998年至2000年，有多公司声称自己是第一个发明了U盘。还有一些不同的公司声称是他们第一个设想了或详细解释了、或制造了、或申请了专利；有的公司则声称是自己第一个在市场上销售这种 U盘。追溯U盘发展历史，在2024年全球至少有10家企业在销售U盘，包括以色列的M-system、新加坡Track、朗科优盘、鲁文易盘和韩国Flash Driver。

- 朗科科技论点

中国的朗科科技在1999年声称自己研发的U盘为全球第一款，并于1999年11月14日专利通过，从此成为中国大陆认可的随身碟第一发明者。2004年美国国家专利局也通过了朗科科技的专利申请。专利在手的朗科随后向美国市场各家U盘生产商发起专利战，2006年朗科起诉索尼专利侵权，最后索尼赔偿1000万美元；2008年朗科起诉美国PNY公司专利侵权，PNY赔偿771万美金，但至今科技品的20年专利期已过，专利保护已失效。

- 台湾群联电子论点

2001年台湾群联电子在工研院育成中心地下室生产出全球第一颗USB闪存型的系统控制单芯片推出Pen Drive产品，一时Pen Drive成为随身碟的代名词。

- M-Systems论点

来自以色列的公司自1998年起就开始着手研发这种设备。他们于1999年的10月份注册了diskonkey.com的域名，并明确地指出这种全新意义的USB闪存设备正在被研发。2000年丹·哈克比（Dan Harkabi）加盟M-System团队并领导DiskOnKey的开发。由Ziba完成工业设计的产品赢得了2001年的。M-System在专利描述中严格地为这种新设备做了全面的叙述。国际商业机器公司（IBM）的发明文件RPS8-1999-0201（1999年9月）是目前已知最早精确并完整地描述了USB-FD的文件，但也仅止于USB-FD。M-Systems帮IBM贴牌生产了DiskOnKey，而IBM最早于2000年晚期在北美销售这项产品。

- Trek论点

宣称他们是第一个构思并制造拇指碟（ThumbDrive）的公司，但是他们所申请的专利并没详细说这种全新意义的USB闪存储存器，而只称是普遍意义上的数据存储设备。该公司的执行长亨因·丹曾说：“当我们在2000年上半年首次推出拇指碟这项产品时，我们相信这小小的装置能够改变全世界顾客储存及交换资料的方式。”、“它的潜力让Trek愿意投入投资并且保护关于它的知识产权。”目前Trek在日本、台湾、韩国、英国、新西兰以及新加坡拥有拇指碟的专利权。英国法院则推翻Trek的一项英国专利。虽然如此，U盘的专利拥有权仍然有广大的争议。据海峡时报报导，在当时已有许多其它公司开始销售相似的装置。M-Systems称它们的产品为DiskOnKey以及Diskey。Electec是M-System的进口商，而FE Global是它在新加坡的经销商。Trek控告四家厂商侵犯它的专利，而这四家厂商提出反击，要求废除该无效的专利。最后新加坡法庭确认了Trek在拇指碟专利的有效性，在海峡时报所刊出的判决文中，认为它是“新奇且有创造性的”。新加坡的最高法庭同时也驳回了四家公司——以色列公司M-Systems、Electec、FE Global Electronics与新加坡公司Ritronics Components的请求，并且禁止它们继续销售类似的装置。这项判决影响Trek集团在英国、日本与台湾进行的法律诉讼。

- 雷克沙论点

雷克沙也宣称了自己首创了U盘产品，2000年时他们推出了一款内建USB功能的CompactFlash卡。雷克沙也提供一组读卡机及USB连接线，使得使用者不需准备另外的USB集线器，他们认为这是一种U盘雏形，但此说法认同者不多。

U盘速度会受限于U盘主控性能、双层MLC NAND性能以及所支持的USB协议。USB 2.0理论传输速度480Mbit/S，但受限于传输协议，实际速度不会超过35MByte/S。USB 3.0可以支持更高的传输速度，但受限于主控和MLC闪存性能，2013年度市面上普通USB 3.0 U盘写入速度一般不超过20MB/S。市面上一些高速USB 3.0 U盘，通过使用多通道控制器或SATA转USB控制器，配合更快的NAND芯片等技术，已超越前述的速度限制。USB 3.0 U盘若插在USB 2.0接口上，只能通过USB 2.0模式进行数据传输，但是由于USB 3.0 U盘采用了更高频率的晶振和更快速度的闪存，即便插在USB 2.0接口上一般也比普通USB 2.0 U盘快。U盘的实际传输速度，与所传输的文件亦有相关，零碎文件需要更长的传输时间。

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在2000年代U盘已经成为某种“流行印象”，有点类似iPod的白色耳塞式耳机。

## 装置元件

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随身碟内部结构（照片中为Seitec的USB1.1随身碟）

1｜Type-A USB插头

2｜USB大量储存装置控制器

3｜测试接点

4｜闪存芯片

5｜石英振荡器

6｜发光二极管（LED）

7｜写入保护开关

8｜预留给第二颗内存芯片的空间

装置的一端为一个Type-A(Type-C) USB插头。在塑胶壳内有一张印刷电路板。电路板上除了有简单的电源电路外，还有一些焊接于电路板上的积体电路（IC）。一般来说，U盘上至少有两个IC，其中较大的、离USB口远的是闪存芯片，通常采用TSOP48或BGA封装，另一个是U盘主控，供电电路和晶振有时候会被集成于该主控内部。

### 必要元件

通常一个随身碟有三个部分：

Type-A（Type-C）的USB插头：提供连接到电脑的界面。

USB大量储存装置控制器：提供USB装置控制器及与闪存沟通的界面。此控制器含有一个RISC的微处理器及一些ROM（Read-Only Memory）与RAM（Random Access Memory）。

闪存：用以储存资料。闪存也常用于数码相机。U盘的固件和文件系统信息通常也位于闪存内。U盘出厂前，厂家批量对U盘写入固件（In System Programing）和初始化，此过程称为开卡或量产。目前市面上的绝大多数U盘使用的记忆芯片均与固态硬盘内的闪存相似。

石英振荡器：供应装置运作所需的12MHz（USB 2.0）/30MHz（USB 3.0）时序信号，并且控制装置的资料输出。

### 额外元件

随身碟也可能含有：

额外的Micro USB/USB Type-C插头：除了用于连接到电脑的主要插头外，部分U盘带有额外的Micro USB或USB Type-C插头，可在支持OTG的移动设备（如手机、平板电脑）上使用。市面上也有相应转接头或转接线出售。

跳线与测试接脚：在生产时可进行测试，或用来将程式码载入到微处理器中。

发光二极管（LED）：提示正在传输资料或是正在进行读取或写入动作。

写入保护开关：提供“写入保护模式”功能，防止资料被覆写。

未使用空间：提供放置第二个内存芯片的空间，让制造商能够利用旧有的印刷电路板来制造不同储存大小的随身碟，以满足市场的需要。

USB连接头的盖子：减少因为静电而损坏随身碟的几率，并且让整体外观更美观。有些随身碟不提供盖子，而是将连接头作成隐藏式，要用的时候才取出。另外有些随身碟提供连接在本体上的旋转盖，以避免盖子的遗失。

小环：有时在本体或盖子上有一个小环，能够让钥匙圈、颈链或其它帮忙携带与储存随身碟的东西穿过它。

### 闪存类型

SLC = Single-Level Cell：1bit/cell，速度快寿命长，价格贵（约MLC 3倍以上的价格），约10万次擦写寿命。

MLC = Multi-Level Cell：2bit/cell，速度一般寿命一般，价格一般，约3000－10000次擦写寿命。

TLC = Triple-Level Cell：3bit/cell，也有Flash厂家叫8LC，速度慢寿命短，价格便宜，通常约500－1000次擦写寿命。

QLC = Qual-Level Cell：4bit/cell，目前速度最慢寿命最短，价格通常与TLC无差，且通常仅有500次或以下的擦写寿命。

目前上述四种闪存差别甚大，而通常厂家不将芯片种类标出，同时，厂商常常使用生产线上检测出具有缺陷的“降级片”来制作U盘。

## 容量

在2006年11月时，市面上贩售的随身碟的储存容量介于32MB到1TB之间。容量大小因为闪存目前的密度而被限制。不过近年来由于存储技术的迅速发展，U盘的容量也有了很大提升，市面上常有1-2TB容量的产品，比2000年代初期很多硬盘的容量都大。

## 一般用途

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个人资料储存：随身碟最常见的应用即是个人用以储存及交换档案，例如档案、图片与影像。

电脑修复：随身碟在个人电脑修复领域十分成功，因为它们可以将恢复或扫毒软件送到被感染的电脑上，并且让部分的资料在这种紧急状态下仍然可以保存。

系统管理：随身碟在系统与网络管理者中也很流行。他们可以将设定资料及用来管理系统、除错与回复的软件放在随身碟上。

携带应用程序：随身碟可用来携带应用程序到其它的电脑，不需经过安装程式即可使用。由随身碟制造商支持的U3在支援U3的随身碟上提供了一套应用程序设计界面（API）来提供携带应用程序的功能。另外，也有免费与开放源代码的平台Portableapps让不支援U3的随身碟也能够使用类似U3的功能。airWRX是另一个在随身碟上执行，并让电脑与邻近的电脑进入一个多视窗、类似网页界面的应用程序架构。Mozilla Firefox与Opera网页浏览器也有让使用者能在随身碟上执行的设定值。

随身碟选单软件有：

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- airWRX 官网
- ASuite 官网
- Portable Start Menu 官网
- PortableApps 官网
- PStart 官网
- SyMenu 官网
- U3 官网
- UPP
- WinPenPack 官网

音乐播放：许多厂商制造的小尺寸固态磁盘式数字音乐播放器，基本上就是一个随身碟加上音效输出与简单的使用者界面。最有名的当属苹果电脑推出的iPod shuffle，与创新科技的MuVo。

启动与安装操作系统：与LiveCD类似。使用者可以在一个可开机的随身碟上执行任何一个操作系统，这称为Live USB。Mac OS X从10.7版起、Windows从Windows 10开始，在市面上零售的彩盒实体版仅提供随身碟，不再像以往提供光碟或磁盘片。

## 优缺点

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- U盘较不容易让水或灰尘渗入（尤其是黑胶体U盘），也不怕被刮伤及发霉，而这些在旧式的携带式储存装置（例如光碟、软碟片）等是严重的问题。而随身碟所使用的固态储存设计让它们能够较大程度抵抗无意间的外力撞击。这些优点使得随身碟非常适合用来从某地把个人资料或是工作档案携带到另一地，例如从家中到办公室，或是一般来说需要携带到并存取个人资料的各种地点。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随身碟。不过，小尺寸的随身碟也让它们常常被放错地方、忘掉或遗失。
- 随身碟虽然小，但相对来说却有较大的储存容量。目前市售随身碟皆能够储存比一片CD（700MB）还多的资料，2019年，最便宜的16GB随身碟储存快要直追一片双面双层DVD（17GB）的资料了。目前市售随身碟最大容量可高达1TB，读取速度超过250MB/s
- 随身碟使用USB大量储存装置的类别，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式的情况下读取及写入随身碟。随身碟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档案系统或是区块定址的方式。有些电脑也可以利用随身碟来开机。
- 与其它的闪存装置相同，随身碟在总读取与写入次数上也有限制。当随身碟变旧时，写入的动作会更耗费时间。当我们用随身碟来执行应用程序或操作系统时，便不能不考虑这点。有些程式开发者特别针对这个特性以及容量的限制，为随身碟撰写了特别版本的操作系统（例如Linux）与软件（例如 Portable Apps）。它们通常对使用空间做最佳化，并且将暂存档储存在电脑的主内存中，而不是随身碟里。
- 许多随身碟支援写入保护的机制。这种在外壳上的开关可以防止电脑写入或修改磁盘上的资料。写入保护可以防止电脑病毒档案写入随身碟，以防止该病毒的传播。
- 随身碟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资料。在自行组装的电脑中，错误的USB连接埠接线也可能损坏随身碟的电路。相对其他外设来说，U盘是比较容易出现故障的一类，所以应做好数据备份。

## 保养

闪存盘在拔出计算机前，应从操作系统中移除设备（如在Windows中点计算机屏幕任务栏下方右面的“安全移除/Safely Remove Hardware and Eject Media”），等闪存盘自身的提示灯（如有）灭掉后才拔出，这样可以延长其使用寿命。U盘处于操作状态而强行拔出，有可能导致故障。

## 与其他可携储存装置的比较

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闪存储存装置常常被拿来跟其他常见便携式的资料储存装置（例如软碟片、Zip碟片、LS-120、miniCD／miniDVD、CD-R／CD-RW与DVD-RW）做比较。

软碟是第一个普遍的档案传输媒介，但它马上因为低容量、慢速度与低使用寿命而不受欢迎。目前所有的新电脑都不内建软驱，但都有USB埠；苹果电脑的iMac是第一个这样的电脑。许多扩充软碟标准的尝试（例如Imation的SuperDisk）都不成功。这是因为评价后不可靠或是缺乏给个人电脑制造商遵循的标准所致。有部分的使用者使用Iomega Zip磁盘机，但并没有达到在电脑上无所不在的地步。另外，容量较大的Zip磁盘（目前最大750MB）并不能在旧的磁盘机上使用。除非使用者随身携带外接磁盘机，否则在携带资料的用途来说它们是有限制的。另外，每MB的成本也十分高昂。由于使用了机械装置，且Zip碟片储存媒体与软碟片的类似，所以Zip碟片比起随身碟来说有较高的故障危险与资料遗失风险。容量更大的便携式储存媒体（例如Iomega的Jaz磁盘），磁盘机与碟片的成本更高，且更不普及；但在2007年，这些技术跟软碟一样仍然有人使用。

DVD-R\DVD-RW\DVD+R\DVD+RW与CD-R\CD-RW是另一种便携式的储存媒体。与Zip和软驱不同的是，DVD与CD烧录器在现今的个人电脑系统上十分普及。CD-R只能够写入一次，而CD-RW只能重复写入约1000次，但现在的NAND闪存制的随身碟可以重复写入500,000或更多次。光学储存装置通常比起闪存储存装置慢。CD也不像随身碟一样方便携带。因此，CD与DVD是便宜地纪录资料的好方法，但当要对大量资料中的少部分做小改变时并不适合；这是随身碟主要的优点。

## 安全性

有些随身碟提供资料加密的功能。通常在档案系统的下层使用全磁盘加密来达到。加密功能防止未经授权的人存取随身碟上的资料；缺点则是因为没有统一的标准，此随身碟只能在少部分安装有相容加密软件的电脑上使用。

有些加密软件可以不需安装即可执行。这些软件的执行档可以跟加密的档案一起储存在随身碟上。加密的档案可以在执行微软Windows的电脑上存取。其它的随身碟允许使用者设定不同大小的加密与公开分割区。而为了Windows、MAC、Linux设计的加密软件执行档可以放在公开分割区中。有些较差的加密软件可能需要管理者权限才能执行并存取资料。

新款的随身碟支援生物指纹功能来确认使用者的身份。在2005年年中，在随身碟上支援指纹功能比起标准的密码保护来说还是较贵的选择。大多数的指纹扫描装置必须依赖操作系统中的驱动程式来检验指纹，因而这些随身碟就只能用在执行微软Windows操作系统的电脑。

有些厂商将随身碟作为执行认证的装置之一。其方式是使用随身碟内的加密金钥或是与目标系统内的软件沟通来控制敏感系统的存取权限。这些系统被设计为除非随身碟被接上主机，否则系统不会运作。有些“电脑锁”被插入电脑时，表现得也像随身碟一样。

所有资料保护的方式也增加了合法使用者（资料拥有者）无法存取资料的风险。

随身碟对大型组织来说是很大的安全性挑战。因为它们的小体积以及方便性，让没有权限的访客或是有恶意的员工能够在几乎不会被发现的情况下偷走机密的资料。在2008年，香港及澳门的多家医院发生多起闪存盘的遗失及失窃事件，引起病人隐私的危机。同样地，共用或是公共的电脑也容易被攻击者使用随身碟放入恶意软件，例如rootkit或是封包撷取软件等。为了防止这些问题，有些组织禁止使用随身碟，而有些电脑禁止一般使用者挂载USB大量储存装置（这是Windows XP Service Pack 2的一个功能）。也有电脑使用第三方软件来控制USB的使用。也有组织使用非科技的解决办法：拔掉主机内部USB埠的连接线或干脆用树脂堵住USB埠。

部分闪存盘的控制器其实是一枚可编程微控制器，其固件可以被恶意重写，黑客通过此方式改变闪存盘的工作方式，例如将闪存盘伪装为经USB端口连接的键盘及鼠标，并执行内置的恶意代码导致用户的计算机被黑客控制和监视、数据被偷走，甚至损坏。此类攻击最先与Black Hat USA 2014会议上展示，被称之为BadUSB。

## 其它名称

目前USB闪存盘是这些装置事实上的标准名称。许多主要的厂商，如SanDisk、Lexar、Kingston与经销商使用随身碟来描述它们。然而，从过去到现在有数不清的品牌名称与术语来描述随身碟，让厂商不容易行销产品，且顾客也不容易寻找适合的产品，有些常常被使用的名字事实上是某公司的注册商标（例如disgo）。

## 相关使用文化

- 2004年时，德国庞克乐团WIZO将它们的音乐使用MP3格式储存在随身碟中发表，称为“WIZO Stick-EP”，是第一个使用随身碟发表作品的乐团。
- 电影CIA追缉令（The Recruit）与落日杀神（Collateral）中，随身碟在剧情里扮演重要角色。
- 有些随身碟即使掉入水中，甚至被洗衣机洗过后，资料依然存在不会消失。在通电之前确定随身碟已经干了的话，随身碟不会有任何问题，依然可以正常使用。
- 在星舰奇航记：银河飞龙中出现的等线性光学芯片，是类似随身碟（设计与功能）的一种虚构装置。等线性光学芯片比真实世界的相似物早了十年出现。
- 魔鬼阿诺（The Running Man，1987年）中，玛利亚·肯奇塔·阿龙索饰演的安柏·门德斯在她工作的工作室寻找“贝克尔斯菲大屠杀”的影片。影片储存于一小片闪存卡片中（类似CompactFlash，但为黑色粗糙表面）。由于目前先进的编码技术，今日我们已经可以在这种媒体中储存高品质的影片了。
- 南方公园的《要爱，不要魔兽世界》这集中，使用了1GB的随身碟储存被魔兽世界移除的“万千真理之剑”（the Sword of a Thousand Truths）。
- 在街机游戏——In the Groove与In the Groove 2中，使用者可用随身碟来储存最高分数、萤幕摄、舞步、连续技（combo）等，但是必须要支援Linux的随身碟才可以使用，否则在某些游戏机上会出问题。这些资料也可以上传到 Groovestats网站 上。
- 在吕克·贝松执导的电影《安娜》里，安娜把窃取的克格勃机密文件从笔记本电脑存到了U盘里，然而按照电影的时间设定（冷战结束前后），那时的电脑绝不可能配备USB接口，更不用说U盘了。

## 外部链接

- USB for DOS
- 用苹果电脑Shuffle的闪存单元建立一个RAID阵列
- 如何加密拇指碟与建立自动播放
- 在Windows 98 SE操作系统上安装USB随身碟

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