便攜式存儲(chǔ)設(shè)備的進(jìn)化史

本文會(huì)介紹在歷史上出現(xiàn)過的集中便攜式存儲(chǔ)設(shè)備，包括軟盤，USB閃存盤，移動(dòng)硬盤等，分別介紹他們的結(jié)構(gòu)和工作原理，給讀者展示科技進(jìn)步所帶來生活上的便攜性。此外，本文還將大膽預(yù)測未來可能會(huì)出現(xiàn)的便攜式存儲(chǔ)設(shè)備，提出自己的建議，并且給出原因與使用場景。

【關(guān)鍵詞】便攜式設(shè)備 存儲(chǔ)

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)的誕生，越來越多的人會(huì)把一些數(shù)據(jù)存放在計(jì)算機(jī)中。這部分?jǐn)?shù)據(jù)被存儲(chǔ)在一個(gè)叫做硬盤的地方。但是，除了筆記本電腦之外，大多數(shù)的計(jì)算機(jī)是很難被移動(dòng)的，這部分的數(shù)據(jù)也就不方便從一臺(tái)計(jì)算機(jī)中轉(zhuǎn)移到另外一臺(tái)中。為此，人們想出了大致以下兩個(gè)方法：

（1）將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)，然后通過其他的計(jì)算機(jī)從網(wǎng)絡(luò)上下載內(nèi)容。這是一種非常方便的方法，用戶不需要攜帶任何設(shè)備就可以在任意一臺(tái)連接網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)上得到自己想要的資源。但是，這種方法也有缺點(diǎn)，如果數(shù)據(jù)占用大小比較大，在有限帶寬的情況下，獲取資源的時(shí)間會(huì)非常久，也就是數(shù)據(jù)下載的很慢。

（2）也是本文要重點(diǎn)介紹的方法，就是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在便攜式的存儲(chǔ)設(shè)備中，然后由用戶攜帶至其他計(jì)算機(jī)，使用相關(guān)的數(shù)據(jù)。所謂便攜式存儲(chǔ)設(shè)備，就是可以存放數(shù)據(jù)，并且便于攜帶的設(shè)備。相比于網(wǎng)路，通過硬件的數(shù)據(jù)傳輸速度會(huì)快很多，在大文件情況下使用這種方法會(huì)有很大的優(yōu)勢。

本文會(huì)介紹一些便攜式的存儲(chǔ)設(shè)備，向讀者展示科技發(fā)展下，數(shù)據(jù)移動(dòng)的方式。并且對未來可能產(chǎn)生的設(shè)備提出自己的假設(shè)和觀點(diǎn)。

2 軟盤

我們先來介紹個(gè)人計(jì)算機(jī)中最早使用的可移介質(zhì)：軟盤。目前家用軟盤已經(jīng)使用的非常少了，但是在一些特殊場合，軟盤依然派的上用場，比如機(jī)場，核武器相關(guān)文件等。

http：//baike.baidu.com/view/52940.htm

2.1 發(fā)展歷史

眾所周知，IBM是個(gè)人計(jì)算機(jī)的鼻祖級(jí)企業(yè)。在上世紀(jì)60年代，IBM推出了第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)。但是，工程師們卻發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的指令都是存儲(chǔ)在內(nèi)存中的，而內(nèi)存在斷電之后，所有的數(shù)據(jù)都會(huì)被抹去。再這樣的情況下，IBM的工程師們就希望能夠制造出一種移動(dòng)設(shè)備來存儲(chǔ)指令。因此，8英寸軟盤誕生了。

但是，8英寸軟盤體積太大，不便于攜帶。當(dāng)時(shí)雞尾酒餐巾的尺寸是5.25英寸，因此，5.25英寸的軟盤也橫空出世。一時(shí)間，5.25英寸軟盤在市場上產(chǎn)生了劇烈了反響，人們都對這種新奇又便攜的事物產(chǎn)生巨大的好感。雖然5.25英寸取得了成功，但是大多數(shù)的企業(yè)還在尋求更為先進(jìn)的軟盤。

1980年，索尼公司率先推出了之后使用最為光盤的軟盤——3.5英寸軟盤。直到2002年U盤的誕生，3.5英寸軟盤一直都是市場上便攜存儲(chǔ)設(shè)備的不二之選。當(dāng)時(shí)所有的PC在出廠時(shí)都會(huì)標(biāo)配3.5英寸軟盤驅(qū)動(dòng)器，這是它一生中最為輝煌的時(shí)刻，這一個(gè)絕對壟斷的地位也持續(xù)了20多年。下圖就是當(dāng)時(shí)盛極一時(shí)的3.5英寸軟盤。如圖1所示。

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

軟盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和硬盤的非常類似。盤片的表面被劃分為多個(gè)同心圓式的磁道，一個(gè)磁道大約有幾個(gè)毫米的寬度，每個(gè)磁道會(huì)被劃分為存儲(chǔ)信息的扇區(qū)。扇區(qū)是軟盤的基本存儲(chǔ)單位，但是對軟盤的每一次讀寫都是以若干個(gè)扇區(qū)進(jìn)行的，這若干個(gè)扇區(qū)我們稱之為一個(gè)簇（在軟盤中，通常為一個(gè)扇區(qū)。但是在硬盤中，還由其他因素決定）。在存儲(chǔ)的時(shí)候，簇為分配單位，即一個(gè)簇中不能包含兩個(gè)文件的內(nèi)容。

以3.5英寸軟盤為例，其上下面各被劃分為80個(gè)磁道，每個(gè)磁道被劃分為18個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)的固定存儲(chǔ)容量為512字節(jié)。

2.3 讀寫原理

通常來說，我們需要軟盤讀寫器來對軟盤進(jìn)行讀寫。軟盤讀寫器是由控制電路板、馬達(dá)、磁頭定位器和磁頭組成的。在運(yùn)行的時(shí)候，馬達(dá)會(huì)帶動(dòng)盤片轉(zhuǎn)動(dòng)，然后磁頭定位器會(huì)把磁頭定位到正確的磁道上，最后由磁頭來完成讀寫的操作。這與硬盤的工作原理是基本上一樣的。

2.4 優(yōu)缺點(diǎn)

要說優(yōu)點(diǎn)的話，軟盤可以算是非常少了，畢竟已經(jīng)是被淘汰的產(chǎn)品。如果硬要說有點(diǎn)的話，軟盤相對而言比較安全，因?yàn)槟壳皝砜茨軌蝌?qū)動(dòng)軟盤的設(shè)備已經(jīng)不多了，也因此在機(jī)場，軍事方面還有一些軟盤會(huì)被使用。

軟盤的缺點(diǎn)是非常顯然的，體積太大，容量太小，讀寫速度又很慢。也因此軟盤逐漸的退出了歷史的舞臺(tái)，被之后發(fā)明的U盤所取代。

3 USB閃存盤

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

USB閃存盤，又稱U盤，是目前使用的最多的便攜式存儲(chǔ)設(shè)備。其體積較小，方便攜帶，收到了廣大用戶的喜愛。

3.1 發(fā)展歷史

2002年，中國朗科公司獲得了U盤的發(fā)明專利，填補(bǔ)了中國計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)領(lǐng)域20年來發(fā)明專利的空白。雖然有一些公司對這個(gè)專利權(quán)進(jìn)行了質(zhì)疑，但是無一例外都是以中國朗科公司的勝利結(jié)束爭奪。2006年，朗科控告美國PNY侵犯了朗科的美國專利。最終在2008年，朗科與PNY在庭外和解，PNY向朗科支付1000萬美元的專利許可費(fèi)，這也是中國企業(yè)第一次在美國本土收到巨額專利許可費(fèi)用。

3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

U盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和固態(tài)硬盤有些許的相似之處，主要由五個(gè)部分組成：USB端口、主控芯片、閃存芯片、PCB底板、外殼封裝。USB端口負(fù)責(zé)連接電腦，是數(shù)據(jù)輸入或者輸出的通道；主控芯片相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的CPU，向U盤的其他部件下達(dá)指令和管理；閃存芯片是保存數(shù)據(jù)的實(shí)體，斷電后數(shù)據(jù)也不會(huì)消失；PCB底板就相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的主板，將各個(gè)部件鏈接在一起，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)；最后，外殼封裝就是最終包裝在U盤外面的保護(hù)殼，也是用戶能夠看到的部分。

3.3 存儲(chǔ)原理

U盤的存儲(chǔ)并沒有軟盤那么復(fù)雜的物理原理，僅僅是通過電平的高低，由計(jì)算機(jī)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)讀寫到USB接口中，最后由主控芯片分配地址，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)。對于U盤細(xì)節(jié)方面的存儲(chǔ)原理，需要大量的電子信號(hào)方面的知識(shí)，因此這里就不在敘述了，感興趣的讀者可以自行搜索相關(guān)資料。

因?yàn)殡娮拥膫鞑ニ俣确浅？?，因此在讀寫方面，U盤比軟盤會(huì)快很多。也因此，U盤在誕生之后迅速取代了軟盤在便攜存儲(chǔ)的地位。一直到今天，U盤還是便攜存儲(chǔ)的首選。

3.4 優(yōu)缺點(diǎn)

U盤作為目前便攜存儲(chǔ)設(shè)備之王，其優(yōu)點(diǎn)也是非常明顯的：小巧，容量大，價(jià)格便宜等。而且，對于目前絕大多數(shù)的計(jì)算機(jī)來說，U盤都是即插即用的，即不需要安裝什么額外的驅(qū)動(dòng)軟件。

U盤的缺點(diǎn)，也可以說是所有閃存盤的缺點(diǎn)，就是其總讀寫次數(shù)有上限。通常來說，一個(gè)U盤的讀寫次數(shù)可以達(dá)到數(shù)10萬次。并且隨著使用時(shí)間的增長，U盤的讀寫速度也會(huì)有明顯的下降。

4 移動(dòng)硬盤

移動(dòng)硬盤，本質(zhì)上就是普通的機(jī)械硬盤，是一種計(jì)算機(jī)之間交換大容量數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)便攜性的存儲(chǔ)產(chǎn)品。移動(dòng)硬盤的結(jié)構(gòu)，原理均與機(jī)械硬盤一致，因此這里就以機(jī)械硬盤為例，介紹一下其相關(guān)的知識(shí)。

4.1 發(fā)展歷史

說到移動(dòng)硬盤的發(fā)展歷史，也是非常的有意思。他比U盤誕生的時(shí)間更早，但是比U盤火的時(shí)間更晚。原先移動(dòng)硬盤的價(jià)格是非常高昂的，技術(shù)也是相當(dāng)復(fù)雜。經(jīng)過十幾年的改造與發(fā)展，移動(dòng)硬盤已經(jīng)成為了普及度最廣、應(yīng)用率最高、發(fā)展最快的IT產(chǎn)品之一。

在國內(nèi)，最早誕生的移動(dòng)硬盤是USB移動(dòng)硬盤存儲(chǔ)王，它也開啟了人們對海量數(shù)據(jù)移動(dòng)化的歷史進(jìn)程。

4.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

移動(dòng)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)械硬盤是較為類似的，由盤片，盤體，磁頭，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸及控制電機(jī)，磁頭控制器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，接口和緩存等幾部分組成，如圖2所示。

硬盤的磁頭通過特殊的系統(tǒng)操作后，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)精確的定位在由計(jì)算機(jī)指令制定的磁道上?？刂拼蓬^的磁頭臂只能在盤片的內(nèi)外磁道之間移動(dòng)。因此不管開機(jī)還是關(guān)機(jī)，磁頭永遠(yuǎn)在盤片上。

從邏輯上來說，硬盤被劃分為了磁道、柱面以及扇區(qū)。磁盤在格式化的時(shí)候被分為許多同心圓，這些同心圓的軌跡叫做磁道，從0開始，由外到內(nèi)進(jìn)行編號(hào)。些同心圓并不會(huì)連續(xù)的記錄數(shù)據(jù)，而是被劃分成一段段的圓弧，每一個(gè)圓弧稱作是一個(gè)扇區(qū)，從1開始編號(hào)。所有盤面上的統(tǒng)一磁道會(huì)構(gòu)成一個(gè)圓柱，這個(gè)圓柱我們稱之為柱面。每個(gè)柱面上的磁頭由上而下從0開始編號(hào)。

4.3 工作原理

在移動(dòng)硬盤中，信息是以扇區(qū)的形式被存儲(chǔ)在磁盤上的，每個(gè)扇區(qū)包含512個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)和一些其他的信息。系統(tǒng)將文件存儲(chǔ)到磁盤上時(shí)，是按照柱面、磁頭、扇區(qū)的方式進(jìn)行的。即最先是第1磁道的第1磁頭下的所有扇區(qū)，然后是同一柱面下的下一個(gè)磁頭。在一個(gè)柱面存儲(chǔ)滿之后就推進(jìn)到下一個(gè)柱面，直到將所有的內(nèi)容寫入磁盤。

硬盤讀取數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)，會(huì)先將讀寫磁頭沿著徑向移動(dòng)，移動(dòng)到要讀取的扇區(qū)的所在磁道的上方。這段時(shí)間我們稱為尋道時(shí)間。到達(dá)磁道之后，通過盤片的旋轉(zhuǎn)，使得要讀取得扇區(qū)轉(zhuǎn)到讀寫磁頭的下方，這段時(shí)間成為旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間。通過這兩個(gè)步驟，我們就能夠讀取用戶所要的信息了。

4.4 優(yōu)缺點(diǎn)

對于移動(dòng)硬盤來說，它的優(yōu)點(diǎn)就是容量非常大，當(dāng)然，這也犧牲了一部分的便攜性作為代價(jià)：移動(dòng)硬盤的體積比U盤大了不少。

至于它和U盤之間如何選擇，我想還是因人而異吧。如果是一些獨(dú)立的小文件，日常需要在不同的計(jì)算機(jī)上訪問的，使用U盤更好。如果是對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行備份的話，移動(dòng)硬盤是首選。

5 未來的便攜存儲(chǔ)設(shè)備

目前，已經(jīng)有科技公司在研發(fā)一些新穎的便攜存儲(chǔ)設(shè)備。

2012年，Intellipaper公司發(fā)布了紙U盤。簡單來說，它用紙來代替閃存芯片和塑料外殼，是世界上第一款可以折疊、撕開的U盤。

水晶硬盤，可以使數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)存儲(chǔ)在玻璃上，具有存儲(chǔ)量大，穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。目前，南安普頓大學(xué)光電子學(xué)研究中心的研究人員和一家立陶宛的公司正在合作，共同研發(fā)這種玻璃晶體。

對于我而言，我希望能夠誕生一種類似于銀行借記卡那樣的便攜存儲(chǔ)設(shè)備。每次使用時(shí)，需要在計(jì)算機(jī)上刷一次卡，然后輸入相應(yīng)的密碼。這樣希望的原因有二：第一，很多時(shí)候我們在他人的電腦上使用完U盤后會(huì)忘記拔下來。如果只是在使用一開始刷一下，就不會(huì)將U盤落下。第二，輸入密碼可以提高U盤的安全性。目前的家用U盤大多數(shù)都是不需要密碼的，也就是說，一旦U盤遺失或者被偷竊，其中相關(guān)資料都會(huì)落入他人的手中。增加一個(gè)輸入密碼的環(huán)節(jié)也可以更好的保護(hù)用戶的隱私。

參考文獻(xiàn)

[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：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

作者簡介

李笛出乘（1999-），男，浙江省臺(tái)州市仙居縣人。

作者單位

杭州學(xué)軍中學(xué) 浙江省杭州市 310012