USB手指
USB手指（英語：USB flash drive）又稱閃存盤，USB手指。是一種使用USB協定連接電腦，通常透過快閃記憶體來進行數據儲存的小型可攜式儲存裝置。一般USB手指體積極小、重量輕、可重複寫入，面世後迅速普及並取代傳統的軟碟及軟碟機。有時讀卡器也會被歸類為USB手指，但這類裝置的記憶晶片並不是內建的，而是可以抽換的記憶卡。[1]
| 「USB手指」的各地常用名稱 | |
|---|---|
 附帶讀卡器功能的USB手指 | |
| 中國大陸 | U盤、優盤、USB閃存盤、閃盤 |
| 臺灣 | 隨身碟、快閃碟、快閃隨身碟 |
| 港澳 | USB手指、隨身碟、USB記憶體 |
相較於其他可攜式儲存裝置（尤其是軟碟），USB手指有許多優點：較不佔空間、能儲存較多資料、讀寫速度較快、不會因刮傷或發霉而無法使用。這類的USB儲存裝置使用USB大量儲存裝置標準，在近代的作業系統如Windows、macOS、Linux與Unix中皆有內建支援。USB手指通常使用塑膠或金屬外殼，內部含有一張小的印刷電路板，讓USB手指尺寸小到像鑰匙圈飾物一樣能夠放到口袋中，或是串在頸繩上。只有USB連接頭突出於保護殼外，且通常被一個小蓋子蓋住。大多數的USB手指使用標準的Type-A USB接頭，這使得它們可以直接插入個人電腦上的USB介面中。[2]
要存取USB手指的資料，就必須把USB手指連接到電腦；無論是直接連接到電腦內建的USB控制器或是一個USB集線器都可以。只有當被插入USB埠時，USB手指才會啟動，而所需的電力也由USB連接埠供給DC+5V。
歷史
自1998年至2000年，有多公司聲稱自己是第一個發明了USB手指。還有一些不同的公司聲稱是他們第一個設想了或詳細解釋了、或製造了、或申請了專利；有的公司則聲稱是自己第一個在市場上銷售這種 USB手指。追溯USB手指發展歷史，在2024年全球至少有10家企業在銷售USB手指，包括以色列的M-system、新加坡Track、朗科USB手指、魯文易盤和韓國Flash Driver。
- 朗科科技論點
- 2004年美國國家專利局也透過了朗科科技的專利申請。專利在手的朗科隨後向美國市場各家USB手指生產商發起專利戰，2006年朗科起訴索尼專利侵權，最後索尼賠償1000萬美元；2008年朗科起訴美國PNY公司專利侵權，PNY賠償771萬美金，但至今科技品的20年專利期已過，專利保護已失效。[3]
- 台灣群聯電子論點
- M-Systems論點
- 來自以色列的M-Systems公司自1998年起就開始着手研發這種裝置。他們於1999年的10月份註冊了diskonkey.com的域名，並明確地指出這種全新意義的USB快閃記憶體裝置正在被研發。2000年丹·哈克比（Dan Harkabi）加盟M-System團隊並領導DiskOnKey的開發。由Ziba完成工業設計的產品贏得了2001年的IDEA大獎。M-System在專利描述中嚴格地為這種新裝置做了全面的敘述。國際商業機器公司（IBM）的發明檔案RPS8-1999-0201（1999年9月）是目前已知最早精確並完整地描述了USB-FD的檔案，但也僅止於USB-FD。M-Systems幫IBM貼牌生產了DiskOnKey，而IBM最早於2000年晚期在北美銷售這項產品。[來源請求]
- Trek論點
- Trek宣稱他們是第一個構思並製造拇指碟（ThumbDrive）的公司，但是他們所申請的專利並沒詳細說這種全新意義的USB快閃記憶體儲存器，而只稱是普遍意義上的數據儲存裝置。該公司的行政總裁亨因·丹曾說：「當我們在2000年上半年首次推出拇指碟這項產品時，我們相信這小小的裝置能夠改變全世界顧客儲存及交換資料的方式。」、「它的潛力讓Trek願意投入投資並且保護關於它的知識產權。」目前Trek在日本、台灣、南韓、英國、新西蘭以及新加坡擁有拇指碟的專利權。[6]英國法院則推翻Trek的一項英國專利。[7]雖然如此，USB手指的專利擁有權仍然有廣大的爭議。據海峽時報報導，在當時已有許多其它公司開始銷售相似的裝置。M-Systems稱它們的產品為DiskOnKey以及Diskey。Electec是M-System的進口商，而FE Global是它在新加坡的經銷商。Trek控告四家廠商侵犯它的專利，而這四家廠商提出反擊，要求廢除該無效的專利。[6]最後新加坡法庭確認了Trek在拇指碟專利的有效性，在海峽時報所刊出的判決文中，認為它是「新奇且有創造性的」。新加坡的最高法庭同時也駁回了四家公司——以色列公司M-Systems、Electec、FE Global Electronics與新加坡公司Ritronics Components的請求，並且禁止它們繼續銷售類似的裝置。這項判決影響Trek集團在英國、日本與台灣進行的法律訴訟。
- 雷克沙論點
- 雷克沙也宣稱了自己首創了USB手指產品，2000年時他們推出了一款內建USB功能的CompactFlash卡。雷克沙也提供一組讀卡器及USB連接線，使得用戶不需準備另外的USB集線器，他們認為這是一種USB手指雛形，但此說法認同者不多。
USB手指速度會受限於USB手指主控效能、雙層MLC NAND效能以及所支援的USB協定。USB 2.0理論傳輸速度480Mbit/S，但受限於傳輸協定，實際速度不會超過35MByte/S。USB 3.0可以支援更高的傳輸速度，但受限於主控和MLC快閃記憶體效能，2013年度市面上普通USB 3.0 USB手指寫入速度一般不超過20MB/S。市面上一些高速USB 3.0 USB手指，透過使用多通道控制器或SATA轉USB控制器，配合更快的NAND晶片等技術，已超越前述的速度限制。USB 3.0 USB手指若插在USB 2.0介面上，只能透過USB 2.0模式進行數據傳輸，但是由於USB 3.0 USB手指採用了更高頻率的晶振和更快速度的快閃記憶體，即便插在USB 2.0介面上一般也比普通USB 2.0 USB手指快。USB手指的實際傳輸速度，與所傳輸的檔案亦有相關，零碎檔案需要更長的傳輸時間。
裝置元件
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| |
| 1 | Type-A USB插頭 |
|---|---|
| 2 | USB大量儲存裝置控制器 |
| 3 | 測試接點 |
| 4 | 快閃記憶體晶片 |
| 5 | 石英振盪器 |
| 6 | 發光二極管（LED） |
| 7 | 寫入保護開關 |
| 8 | 預留給第二顆記憶體晶片的空間 |
裝置的一端為一個Type-A(Type-C) USB插頭。在塑膠殼內有一張印刷電路板。電路板上除了有簡單的電源電路外，還有一些焊接於電路板上的集成電路（IC）。一般來說，USB手指上至少有兩個IC，其中較大的、離USB口遠的是快閃記憶體晶片，通常採用TSOP48或BGA封裝，另一個是USB手指主控，供電電路和晶振有時候會被整合於該主控內部。
必要元件
通常一個USB手指有三個部份：
- Type-A（Type-C）的USB插頭
- 提供連接到電腦的介面。
- USB大量儲存裝置控制器
- 提供USB裝置控制器及與快閃記憶體溝通的介面。此控制器含有一個RISC的微處理器及一些ROM（Read-Only Memory）與RAM（Random Access Memory）。
- 快閃記憶體
- 用以儲存資料。快閃記憶體也常用於數碼相機。USB手指的韌體和檔案系統資訊通常也位於快閃記憶體內。USB手指出廠前，廠家批次對USB手指寫入韌體（In System Programing）和初始化，此過程稱為開卡或量產。目前市面上的絕大多數USB手指使用的記憶晶片均與固態硬碟內的快閃記憶體相似。
- 石英振盪器
- 供應裝置運作所需的12MHz（USB 2.0）/30MHz（USB 3.0）時序訊號，並且控制裝置的資料輸出。
額外元件
USB手指也可能含有：
- 額外的Micro USB/USB Type-C插頭
- 除了用於連接到電腦的主要插頭外，部分USB手指帶有額外的Micro USB或USB Type-C插頭，可在支援OTG的流動裝置（如手機、平板電腦）上使用。市面上也有相應轉接頭或轉接線出售。
- 跳線與測試接腳
- 在生產時可進行測試，或用來將程式碼載入到微處理器中。
- 發光二極管（LED）
- 提示正在傳輸資料或是正在進行讀取或寫入動作。
- 寫入保護開關
- 提供「寫入保護模式」功能，防止資料被覆寫。
- 未使用空間
- 提供放置第二個記憶體晶片的空間，讓製造商能夠利用舊有的印刷電路板來製造不同儲存大小的USB手指，以滿足市場的需要。
- USB連接頭的蓋子
- 減少因為靜電而損壞USB手指的概率，並且讓整體外觀更美觀。有些USB手指不提供蓋子，而是將連接頭作成隱藏式，要用的時候才取出。另外有些USB手指提供連接在本體上的旋轉蓋，以避免蓋子的遺失。
- 小環
- 有時在本體或蓋子上有一個小環，能夠讓鑰匙圈、頸鏈或其它幫忙攜帶與儲存USB手指的東西穿過它。
快閃記憶體類型
- SLC = Single-Level Cell
- 1bit/cell，速度快壽命長，價格貴（約MLC 3倍以上的價格），約10萬次擦寫壽命。
- MLC = Multi-Level Cell
- 2bit/cell，速度一般壽命一般，價格一般，約3000－10000次擦寫壽命。
- TLC = Triple-Level Cell
- 3bit/cell，也有Flash廠家叫8LC[來源請求]，速度慢壽命短，價格便宜，通常約500－1000次擦寫壽命。
- QLC = Qual-Level Cell
- 4bit/cell，目前速度最慢壽命最短，價格通常與TLC無差，且通常僅有500次或以下的擦寫壽命。
目前上述四種快閃記憶體差別甚大，而通常廠家不將晶片種類標出，同時，廠商常常使用生產線上檢測出具有缺陷的「降級片」來製作USB手指。
容量
在2006年11月時，市面上販售的USB手指的儲存容量介於32MB到1TB之間[9]。容量大小因為快閃記憶體目前的密度而被限制。不過近年來由於儲存技術的迅速發展，USB手指的容量也有了很大提升，市面上常有1-2TB容量的產品，比2000年代初期很多硬碟的容量都大。
一般用途
- 個人資料儲存
- USB手指最常見的應用即是個人用以儲存及交換檔案，例如檔案、圖片與影像。
- 電腦修復
- USB手指在個人電腦修復領域十分成功，因為它們可以將恢復或掃毒軟件送到被感染的電腦上，並且讓部份的資料在這種緊急狀態下仍然可以儲存。
- 系統管理
- USB手指在系統與網絡管理者中也很流行。他們可以將設置資料及用來管理系統、除錯與回復的軟件放在USB手指上。
- 攜帶應用程式
- USB手指可用來攜帶應用程式到其它的電腦，不需經過安裝程式即可使用。由USB手指製造商支援的U3在支援U3的USB手指上提供了一套應用程式設計介面（API）來提供攜帶應用程式的功能。另外，也有免費與開放原始碼的平台Portableapps[10]讓不支援U3的USB手指也能夠使用類似U3的功能。airWRX[11]是另一個在USB手指上執行，並讓電腦與鄰近的電腦進入一個多視窗、類似網頁介面的應用程式架構。Mozilla Firefox與Opera[12][13]網頁瀏覽器也有讓用戶能在USB手指上執行的設置值。
USB手指選單軟件有：
優缺點
- USB手指較不容易讓水或灰塵滲入（尤其是黑膠體USB手指），也不怕被刮傷及發霉，而這些在舊式的攜帶式儲存裝置（例如光碟、軟碟片）等是嚴重的問題。而USB手指所使用的固態儲存設計讓它們能夠較大程度抵抗無意間的外力撞擊。這些優點使得USB手指非常適合用來從某地把個人資料或是工作檔案攜帶到另一地，例如從家中到辦公室，或是一般來說需要攜帶到並存取個人資料的各種地點。由於USB在現今的個人電腦中幾乎無所不在，因而到處都可以使用USB手指。不過，小尺寸的USB手指也讓它們常常被放錯地方、忘掉或遺失。
- USB手指雖然小，但相對來說卻有較大的儲存容量。目前市售USB手指皆能夠儲存比一片CD（700MB）還多的資料，2019年，最便宜的16GBUSB手指儲存快要直追一片雙面雙層DVD（17GB）的資料了。目前市售隨身碟最大容量可高達1TB[14]，讀取速度超過250MB/s[15]
- USB手指使用USB大量儲存裝置的類別，這表示大多數現代的作業系統都可以在不需要另外安裝驅動程式的情況下讀取及寫入USB手指。USB手指在作業系統裏面顯示成區塊式的邏輯單元，隱藏內部快閃記憶體所需的複雜細節。作業系統可以使用任何檔案系統或是區塊定址的方式。有些電腦也可以利用USB手指來開機。
- 與其它的快閃記憶體裝置相同，USB手指在總讀取與寫入次數上也有限制。當USB手指變舊時，寫入的動作會更耗費時間。當我們用USB手指來執行應用程式或作業系統時，便不能不考慮這點。有些程式開發者特別針對這個特性以及容量的限制，為USB手指撰寫了特別版本的作業系統（例如Linux）與軟件（例如Portable Apps （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館））。它們通常對使用空間做最佳化，並且將暫存檔儲存在電腦的主記憶體中，而不是USB手指裏。
- 許多USB手指支援寫入保護的機制。這種在外殼上的開關可以防止電腦寫入或修改磁碟上的資料。寫入保護可以防止電腦病毒檔案寫入USB手指，以防止該病毒的傳播。
- USB手指比起機械式的磁碟來說更能容忍外力的撞擊，但仍然可能因為嚴重的物理損壞而故障或遺失資料。在自行組裝的電腦中，錯誤的USB連接埠接線也可能損壞USB手指的電路。相對其他外設來說，USB手指是比較容易出現故障的一類，所以應做好數據備份。
保養
USB手指在拔出電腦前，應從作業系統中移除裝置（如在Windows中點電腦螢幕工作列下方右面的「安全移除/Safely Remove Hardware and Eject Media」），等USB手指自身的提示燈（如有）滅掉後才拔出，這樣可以延長其使用壽命[16][17]。USB手指處於操作狀態而強行拔出，有可能導致故障。
與其他可攜儲存裝置的比較
快閃記憶體儲存裝置常常被拿來跟其他常見可攜式的資料儲存裝置（例如軟碟片、Zip碟片、LS-120、miniCD／miniDVD、CD-R／CD-RW與DVD-RW）做比較。
軟碟是第一個普遍的檔案傳輸媒介，但它馬上因為低容量、慢速度與低使用壽命而不受歡迎。目前所有的新電腦都不內建軟碟機，但都有USB埠；蘋果電腦的iMac是第一個這樣的電腦。許多擴充軟碟標準的嘗試（例如Imation的SuperDisk）都不成功。這是因為評價後不可靠或是缺乏給個人電腦製造商遵循的標準所致。有部份的用戶使用Iomega Zip磁碟機，但並沒有達到在電腦上無所不在的地步。另外，容量較大的Zip磁碟（目前最大750MB）並不能在舊的磁碟機上使用。除非用戶隨身攜帶外接磁碟機，否則在攜帶資料的用途來說它們是有限制的。另外，每MB的成本也十分高昂。由於使用了機械裝置，且Zip碟片儲存媒體與軟碟片的類似，所以Zip碟片比起USB手指來說有較高的故障危險與資料遺失風險。容量更大的可攜式儲存媒體（例如Iomega的Jaz磁碟），磁碟機與碟片的成本更高，且更不普及；但在2007年，這些技術跟軟碟一樣仍然有人使用。
DVD-R\DVD-RW\DVD+R\DVD+RW與CD-R\CD-RW是另一種可攜式的儲存媒體。與Zip和軟碟機不同的是，DVD與CD燒錄器在現今的個人電腦系統上十分普及。CD-R只能夠寫入一次，而CD-RW只能重覆寫入約1000次，但現在的NAND快閃記憶體製的USB手指可以重複寫入500,000或更多次。光學儲存裝置通常比起快閃記憶體儲存裝置慢。CD也不像USB手指一樣方可攜式帶。因此，CD與DVD是便宜地紀錄資料的好方法，但當要對大量資料中的少部份做小改變時並不適合；這是USB手指主要的優點。
安全性
有些USB手指提供資料加密的功能。通常在檔案系統的下層使用全磁碟加密來達到。加密功能防止未經授權的人存取USB手指上的資料；缺點則是因為沒有統一的標準，此USB手指只能在少部份安裝有相容加密軟件的電腦上使用。
有些加密軟件可以不需安裝即可執行。這些軟件的執行檔可以跟加密的檔案一起儲存在USB手指上。加密的檔案可以在執行微軟Windows的電腦上存取。其它的USB手指允許用戶設置不同大小的加密與公開分區。而為了Windows、MAC、Linux設計的加密軟件執行檔可以放在公開分區中。有些較差的加密軟件可能需要管理者權限才能執行並存取資料。
新款的USB手指支援生物指紋功能來確認用戶的身份。在2005年年中，在USB手指上支援指紋功能比起標準的密碼保護來說還是較貴的選擇。大多數的指紋掃描裝置必須依賴作業系統中的驅動程式來檢驗指紋，因而這些USB手指就只能用在執行微軟Windows作業系統的電腦。
有些廠商將USB手指作為執行認證的裝置之一。其方式是使用USB手指內的加密金鑰或是與目標系統內的軟件溝通來控制敏感系統的存取權限。這些系統被設計為除非USB手指被接上主機，否則系統不會運作。有些「電腦鎖」被插入電腦時，表現得也像USB手指一樣。
所有資料保護的方式也增加了合法用戶（資料擁有者）無法存取資料的風險。
USB手指對大型組織來說是很大的安全性挑戰。因為它們的小體積以及方便性，讓沒有權限的訪客或是有惡意的員工能夠在幾乎不會被發現的情況下偷走機密的資料。在2008年，香港及澳門的多家醫院發生多起閃存盤的遺失及失竊事件，引起病人私隱的危機。同樣地，共用或是公共的電腦也容易被攻擊者使用USB手指放入惡意軟件，例如rootkit或是封包擷取軟件等。為了防止這些問題，有些組織禁止使用USB手指，而有些電腦禁止一般用戶掛載USB大量儲存裝置（這是Windows XP Service Pack 2的一個功能）。也有電腦使用第三方軟件來控制USB的使用。也有組織使用非科技的解決辦法：拔掉主機內部USB埠的連接線或乾脆用樹脂堵住USB埠。
部分USB手指的控制器其實是一枚可程式化微控制器，其韌體可以被惡意重寫，黑客透過此方式改變USB手指的工作方式，例如將USB手指偽裝為經USB埠連接的鍵盤及滑鼠，並執行內建的惡意代碼導致用戶的電腦被黑客控制和監視、數據被偷走，甚至損壞。此類攻擊最先與Black Hat USA 2014會議上展示[18]，被稱之為BadUSB。
其它名稱
目前USB隨身碟是這些裝置事實上的標準名稱。許多主要的廠商，如SanDisk、Lexar、Kingston與經銷商使用USB手指來描述它們。然而，從過去到現在有數不清的品牌名稱與術語來描述USB手指，讓廠商不容易行銷產品，且顧客也不容易尋找適合的產品，有些常常被使用的名字事實上是某公司的註冊商標（例如disgo[19]）。
相關使用文化
- 2004年時，德國龐克樂團WIZO將它們的音樂使用MP3格式儲存在USB手指中發表，稱為「WIZO Stick-EP」，是第一個使用USB手指發表作品的樂團[20]。
- 電影CIA追緝令（The Recruit）與落日殺神（Collateral）中，USB手指在劇情裏扮演重要角色。
- 有些USB手指即使掉入水中，甚至被洗衣機洗過後，資料依然存在不會消失[21]。在通電之前確定USB手指已經乾了的話，USB手指不會有任何問題，依然可以正常使用。
- 在星艦奇航記：銀河飛龍中出現的等線性光學晶片，是類似USB手指（設計與功能）的一種虛構裝置。等線性光學晶片比真實世界的相似物早了十年出現。
- 魔鬼阿諾（The Running Man，1987年）中，瑪利亞·肯奇塔·阿龍索飾演的安柏·門德斯在她工作的工作室尋找「貝克爾斯菲大屠殺」的影片。影片儲存於一小片快閃記憶體卡片中（類似CompactFlash，但為黑色粗糙表面）。由於目前先進的編碼技術，今日我們已經可以在這種媒體中儲存高質素的影片了。
- 衰仔樂園的《要愛，不要魔獸世界》這集中，使用了1GB的USB手指儲存被魔獸世界移除的「萬千真理之劍」（the Sword of a Thousand Truths）。
- 在街機遊戲——In the Groove與In the Groove 2中，用戶可用USB手指來儲存最高分數、螢幕攝、舞步、連續技（combo）等，但是必須要支援Linux的USB手指才可以使用，否則在某些遊戲機上會出問題。這些資料也可以上載到Groovestats網站 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）上。
- 在呂克·貝松執導的電影《安娜》裏，安娜把竊取的克格勃機密檔案從手提電腦存到了USB手指里，然而按照電影的時間設定（冷戰結束前後），那時的電腦絕不可能配備USB介面，更不用說USB手指了。
參見
參考資料
- ^ Object of Interest: The Flash Drive. The New Yorker. [2018-10-04]. （原始內容存檔於2021-04-21） （美國英語）.
- ^ Reducing Seek Overhead with Application-Directed Prefetching. Usenix.org. Usenix. [22 December 2014]. （原始內容存檔於2022-01-25）.
- ^ 这家公司发明了U盘，靠专利10年坐收2亿元！明天专利失效了_财经_腾讯网. finance.qq.com. [2021-10-21]. （原始內容存檔於2021-01-25）.
- ^ Father of pen drive now a Datuk. TheStar. July 17, 2012 [2016-06-11]. （原始內容存檔於2021-03-05）.
- ^ Up close & personal with Pua Khein-Seng. TheStar. September 5, 2009 [2011-08-05]. （原始內容存檔於2012-10-30）.
- ^ 6.0 6.1 Singapore firm wins patent on thumb drive. 海峽時報. [2006-08-01].
- ^ 存档副本. [2022-03-07]. （原始內容存檔於2021-04-26）.
- ^ From Storage, a New Fashion. 紐約時報. [2006-08-01]. （原始內容存檔於2019-07-13）.
- ^ Schroeder, Stan. Kingston Introduces 'World's First' 1TB USB 3.0 Flash Drive. Mashable. 2013-01-08 [2021-10-21]. （原始內容存檔於2021-10-21） （英語）.
- ^ Portableapps網站. [2007-01-29]. （原始內容存檔於2021-05-24）.
- ^ airWRX網站. [2007-01-29]. （原始內容存檔於2005-11-30）.
- ^ Opera@USB : Portable Opera for free. [2006-08-01]. （原始內容存檔於2009-07-14）.
- ^ Opera from a digital camera (or other removable devices). [2007-01-07]. （原始內容存檔於2006-12-30）.
- ^ 存档副本. [2015-11-17]. （原始內容存檔於2020-12-04）.
- ^ 存档副本. [2015-11-17]. （原始內容存檔於2016-03-17）.
- ^ U盘的一些事一些情，太平洋女性网. [2010-02-27]. （原始內容存檔於2020-10-01）.
- ^ USB手指的保養 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2013-10-23.
- ^ Why the Security of USB Is Fundamentally Broken. Wired.com. 2014-07-31 [2014-08-04]. （原始內容存檔於2021-04-14）.
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- ^ Kingmax Super Stick. [2006-08-01]. （原始內容存檔於2008-02-13）.
外部連結
- USB for DOS （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）（英文）
- 用蘋果電腦Shuffle的快閃記憶體單元建立一個RAID陣列 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）（英文）
- 如何加密拇指碟與建立自動播放 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）（英文）
- 在Windows 98 SE作業系統上安裝USB手指（英文）