便携式存储设备的进化史

本文会介绍在历史上出现过的集中便携式存储设备，包括软盘，USB闪存盘，移动硬盘等，分别介绍他们的结构和工作原理，给读者展示科技进步所带来生活上的便携性。此外，本文还将大胆预测未来可能会出现的便携式存储设备，提出自己的建议，并且给出原因与使用场景。

【关键词】便携式设备 存储

1 引言

随着计算机的诞生，越来越多的人会把一些数据存放在计算机中。这部分数据被存储在一个叫做硬盘的地方。但是，除了笔记本电脑之外，大多数的计算机是很难被移动的，这部分的数据也就不方便从一台计算机中转移到另外一台中。为此，人们想出了大致以下两个方法：

（1）将数据传输到网络，然后通过其他的计算机从网络上下载内容。这是一种非常方便的方法，用户不需要携带任何设备就可以在任意一台连接网络的计算机上得到自己想要的资源。但是，这种方法也有缺点，如果数据占用大小比较大，在有限带宽的情况下，获取资源的时间会非常久，也就是数据下载的很慢。

（2）也是本文要重点介绍的方法，就是将数据存储在便携式的存储设备中，然后由用户携带至其他计算机，使用相关的数据。所谓便携式存储设备，就是可以存放数据，并且便于携带的设备。相比于网路，通过硬件的数据传输速度会快很多，在大文件情况下使用这种方法会有很大的优势。

本文会介绍一些便携式的存储设备，向读者展示科技发展下，数据移动的方式。并且对未来可能产生的设备提出自己的假设和观点。

2 软盘

我们先来介绍个人计算机中最早使用的可移介质：软盘。目前家用软盘已经使用的非常少了，但是在一些特殊场合，软盘依然派的上用场，比如机场，核武器相关文件等。

http：//baike.baidu.com/view/52940.htm

2.1 发展历史

众所周知，IBM是个人计算机的鼻祖级企业。在上世纪60年代，IBM推出了第一台个人计算机。但是，工程师们却发现一个问题，当时计算机的指令都是存储在内存中的，而内存在断电之后，所有的数据都会被抹去。再这样的情况下，IBM的工程师们就希望能够制造出一种移动设备来存储指令。因此，8英寸软盘诞生了。

但是，8英寸软盘体积太大，不便于携带。当时鸡尾酒餐巾的尺寸是5.25英寸，因此，5.25英寸的软盘也横空出世。一时间，5.25英寸软盘在市场上产生了剧烈了反响，人们都对这种新奇又便携的事物产生巨大的好感。虽然5.25英寸取得了成功，但是大多数的企业还在寻求更为先进的软盘。

1980年，索尼公司率先推出了之后使用最为光盘的软盘——3.5英寸软盘。直到2002年U盘的诞生，3.5英寸软盘一直都是市场上便携存储设备的不二之选。当时所有的PC在出厂时都会标配3.5英寸软盘驱动器，这是它一生中最为辉煌的时刻，这一个绝对垄断的地位也持续了20多年。下图就是当时盛极一时的3.5英寸软盘。如图1所示。

2.2 内部结构

软盘的内部结构和硬盘的非常类似。盘片的表面被划分为多个同心圆式的磁道，一个磁道大约有几个毫米的宽度，每个磁道会被划分为存储信息的扇区。扇区是软盘的基本存储单位，但是对软盘的每一次读写都是以若干个扇区进行的，这若干个扇区我们称之为一个簇（在软盘中，通常为一个扇区。但是在硬盘中，还由其他因素决定）。在存储的时候，簇为分配单位，即一个簇中不能包含两个文件的内容。

以3.5英寸软盘为例，其上下面各被划分为80个磁道，每个磁道被划分为18个扇区，每个扇区的固定存储容量为512字节。

2.3 读写原理

通常来说，我们需要软盘读写器来对软盘进行读写。软盘读写器是由控制电路板、马达、磁头定位器和磁头组成的。在运行的时候，马达会带动盘片转动，然后磁头定位器会把磁头定位到正确的磁道上，最后由磁头来完成读写的操作。这与硬盘的工作原理是基本上一样的。

2.4 优缺点

要说优点的话，软盘可以算是非常少了，毕竟已经是被淘汰的产品。如果硬要说有点的话，软盘相对而言比较安全，因为目前来看能够驱动软盘的设备已经不多了，也因此在机场，军事方面还有一些软盘会被使用。

软盘的缺点是非常显然的，体积太大，容量太小，读写速度又很慢。也因此软盘逐渐的退出了历史的舞台，被之后发明的U盘所取代。

3 USB闪存盘

http：//blog.csdn.net/zzwu/article/details/46527119

USB閃存盘，又称U盘，是目前使用的最多的便携式存储设备。其体积较小，方便携带，收到了广大用户的喜爱。

3.1 发展历史

2002年，中国朗科公司获得了U盘的发明专利，填补了中国计算机存储领域20年来发明专利的空白。虽然有一些公司对这个专利权进行了质疑，但是无一例外都是以中国朗科公司的胜利结束争夺。2006年，朗科控告美国PNY侵犯了朗科的美国专利。最终在2008年，朗科与PNY在庭外和解，PNY向朗科支付1000万美元的专利许可费，这也是中国企业第一次在美国本土收到巨额专利许可费用。

3.2 内部结构

U盘的内部结构和固态硬盘有些许的相似之处，主要由五个部分组成：USB端口、主控芯片、闪存芯片、PCB底板、外壳封装。USB端口负责连接电脑，是数据输入或者输出的通道；主控芯片相当于计算机的CPU，向U盘的其他部件下达指令和管理；闪存芯片是保存数据的实体，断电后数据也不会消失；PCB底板就相当于计算机的主板，将各个部件链接在一起，提供相应的数据处理平台；最后，外壳封装就是最终包装在U盘外面的保护壳，也是用户能够看到的部分。

3.3 存储原理

U盘的存储并没有软盘那么复杂的物理原理，仅仅是通过电平的高低，由计算机将信号转换成二进制的数字信号读写到USB接口中，最后由主控芯片分配地址，实现存储。对于U盘细节方面的存储原理，需要大量的电子信号方面的知识，因此这里就不在叙述了，感兴趣的读者可以自行搜索相关资料。

因为电子的传播速度非常快，因此在读写方面，U盘比软盘会快很多。也因此，U盘在诞生之后迅速取代了软盘在便携存储的地位。一直到今天，U盘还是便携存储的首选。

3.4 优缺点

U盘作为目前便携存储设备之王，其优点也是非常明显的：小巧，容量大，价格便宜等。而且，对于目前绝大多数的计算机来说，U盘都是即插即用的，即不需要安装什么额外的驱动软件。

U盘的缺点，也可以说是所有闪存盘的缺点，就是其总读写次数有上限。通常来说，一个U盘的读写次数可以达到数10万次。并且随着使用时间的增长，U盘的读写速度也会有明显的下降。

4 移动硬盘

移动硬盘，本质上就是普通的机械硬盘，是一种计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品。移动硬盘的结构，原理均与机械硬盘一致，因此这里就以机械硬盘为例，介绍一下其相关的知识。

4.1 发展历史

说到移动硬盘的发展历史，也是非常的有意思。他比U盘诞生的时间更早，但是比U盘火的时间更晚。原先移动硬盘的价格是非常高昂的，技术也是相当复杂。经过十几年的改造与发展，移动硬盘已经成为了普及度最广、应用率最高、发展最快的IT产品之一。

在国内，最早诞生的移动硬盘是USB移动硬盘存储王，它也开启了人们对海量数据移动化的历史进程。

4.2 内部结构

移动硬盘的内部结构和机械硬盘是较为类似的，由盘片，盘体，磁头，转盘转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口和缓存等几部分组成，如图2所示。

硬盘的磁头通过特殊的系统操作后，能够在极短的时间内精确的定位在由计算机指令制定的磁道上。控制磁头的磁头臂只能在盘片的内外磁道之间移动。因此不管开机还是关机，磁头永远在盘片上。

从逻辑上来说，硬盘被划分为了磁道、柱面以及扇区。磁盘在格式化的时候被分为许多同心圆，这些同心圆的轨迹叫做磁道，从0开始，由外到内进行编号。些同心圆并不会连续的记录数据，而是被划分成一段段的圆弧，每一个圆弧称作是一个扇区，从1开始编号。所有盘面上的统一磁道会构成一个圆柱，这个圆柱我们称之为柱面。每个柱面上的磁头由上而下从0开始编号。

4.3 工作原理

在移动硬盘中，信息是以扇区的形式被存储在磁盘上的，每个扇区包含512个字节的数据和一些其他的信息。系统将文件存储到磁盘上时，是按照柱面、磁头、扇区的方式进行的。即最先是第1磁道的第1磁头下的所有扇区，然后是同一柱面下的下一个磁头。在一个柱面存储满之后就推进到下一个柱面，直到将所有的内容写入磁盘。

硬盘读取数据时时，会先将读写磁头沿着径向移动，移动到要读取的扇区的所在磁道的上方。这段时间我们称为寻道时间。到达磁道之后，通过盘片的旋转，使得要读取得扇区转到读写磁头的下方，这段时间成为旋转延迟时间。通过这两个步骤，我们就能够读取用户所要的信息了。

4.4 优缺点

对于移动硬盘来说，它的优点就是容量非常大，当然，这也牺牲了一部分的便携性作为代价：移动硬盘的体积比U盘大了不少。

至于它和U盘之间如何选择，我想还是因人而异吧。如果是一些独立的小文件，日常需要在不同的计算机上访问的，使用U盘更好。如果是对大量数据进行备份的话，移动硬盘是首选。

5 未来的便携存储设备

目前，已经有科技公司在研发一些新颖的便携存储设备。

2012年，Intellipaper公司发布了纸U盘。简单来说，它用纸来代替闪存芯片和塑料外壳，是世界上第一款可以折叠、撕开的U盘。

水晶硬盘，可以使数据永远存储在玻璃上，具有存储量大，稳定性强的优点。目前，南安普顿大学光电子学研究中心的研究人員和一家立陶宛的公司正在合作，共同研发这种玻璃晶体。

对于我而言，我希望能够诞生一种类似于银行借记卡那样的便携存储设备。每次使用时，需要在计算机上刷一次卡，然后输入相应的密码。这样希望的原因有二：第一，很多时候我们在他人的电脑上使用完U盘后会忘记拔下来。如果只是在使用一开始刷一下，就不会将U盘落下。第二，输入密码可以提高U盘的安全性。目前的家用U盘大多数都是不需要密码的，也就是说，一旦U盘遗失或者被偷窃，其中相关资料都会落入他人的手中。增加一个输入密码的环节也可以更好的保护用户的隐私。

参考文献

[1]Abraham Silberschatz.Operating System Concepts[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]Randal E.Bryant，David R.OHallaron.Computer Systems：A Programmers Perspective[M].北京：机械工业出版社，2016.

作者简介

李笛出乘（1999-），男，浙江省台州市仙居县人。

作者单位

杭州学军中学 浙江省杭州市 310012