u盘工作原理

2024-04-11

u盘工作原理（共6篇）

篇1：u盘工作原理

U盘原理

【摘要】随着信息技术的高速发展，寻求一种高效、快捷、方便的存储工具愈发的重要，并成为当代人共同追求的目标。USB闪存盘（以下简称U盘）正是这种存储工具，它小巧便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠。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。本文从U盘的结构特点、存储工作原理及其今后的发展等方面论述。

关键词：U盘

结构

存储

发展

一、U盘的结构特点

U盘是基于USB接口、以闪存芯片为存储介质的无需驱动器的新一代存储设备。U盘的出现是移动存储技术领域的一大突破，其体积小巧，特别适合随身携带，可以随时随地、轻松交换资料数据，是理想的移动办公及数据存储交换产品。

U盘的结构比较简单，主要是由USB插头、主控芯片、稳压IC(LDO)、晶振、闪存(FLASH)、PCB板、帖片电阻、电容、发光二极管(LED)等组成。

USB插头：容易出现和电路板虚焊，造成U盘无法被电脑识别，如果是电源脚虚焊，会使U盘插上电脑无任何反映。有时将U盘摇动一下电脑上又可以识别，就可以判断USB插口接触不良。只要将其补焊即可解决问题。通用串行总线(Universal Serial Bus USB），是一种快速、灵活的总线接口。与其它通信接口比较，USB接口的最大特点是易于使用，这也是USB的主要设计目标。作为一种高速总线接口，USB适用于多种设备，比如数码相机、MP3播放机、高速数据采集设备等。易于使用还表现在USB接口支持热插拔，并且所有的配置过程都由系统自动完成，无需用户干预。USB接口支持1.5Mb/s(低速)、12Mb/s(全速)和高达480Mb/s(USB2.0规范)的数据传输速率，扣除用于总线状态、控制和错误监测等的数据传输，USB的最大理论传输速率仍达1.2Mb/s 或 9.6Mb/s，远高于一般的串行总线接口。

稳压IC：又称LDO，其输入端5V，输出3V，有些劣质U盘的稳压IC很小，容易过热而烧毁。还有USB电源接反也会造成稳压IC烧毁。维修时可以用万用表测量其输入电压和输出电压。如无3V输出，可能就是稳压IC坏了。但有一种情况，输出电压偏低，且主控发烫，这时就是主控烧了。还有些U盘会

在USB+5V和稳压IC之间串一个0欧姆的保护电阻，此时稳压IC没有5V输入电压就是它坏了。现在许多主控都将LDO集成到主控内部了，所以我们会看到许多U盘都没有外置LDO了，它们都是USB+5V电压直接输入。这种情况就要换主控。

晶振：早期的U盘大多都是用6M的晶振，现在的U盘则普遍采用12M晶振。晶振不耐摔，所以它是U盘上的易损件，最好的维修方法就是用相同频率的晶振直接代换。

主控芯片：主控制芯片负责闪存与USB连接，是U盘的核心，我们一般所说的U盘方案就是指主控芯片的型号。量产工具也是与它对应的。有些主控芯片还要输入3V的电压给FLASH供电，保证闪存的正常工作。

FLASH焊盘：它的作用是固定闪存，使闪存与主控连接。

此外，受外力挤压后容易使闪存与焊盘接触不良，这时会造成电脑上的U盘打不开，无法存储文件等。只要将闪存的引脚补焊一下就可以修复，也即我们常说的拖焊。

图1 U盘的实物结构图

二、U盘的存储、工作原理 2.1存储原理

USB端口负责连接电脑，是数据输入或输出的通道；主控芯片负责各部件的协调管理和下达各项动作指令，并使计算机将U盘识别为“可移动磁盘”，是U盘的“大脑”；FLASH芯片与电脑中内存条的原理基本相同，是保存数据的实体，其特点是断电后数据不会丢失，能长期保存；PCB底板是负责提供相应处理数据平台，且将各部件连接在一起。当U盘被操作系统识别后，使用者下达数据存取的动作指令后，USB移动存储盘的工作便包含了这几个处理过程。

当一个USB设备插入主机时，识别出USB设备是一个支持Bulk-Only传输协议的海量存储设备。这时应可进行Bulk-Only传输方式。在此方式下USB与设备之间的数据传输都是通过Bulk-In和Bulk-Out来实现的。在这种传输方式下，有三种类型数据在USB和设备传送，它们是命令块包（CBW），命令执行状态包（CSW）和普通数据包。CBW是主机发往设备的命令。

当设备从主机收到CBW块以后，它会把SCSI命令从CBW中分离出来，然后根据要求执行，执行的结果又以CSW的形式发给主机。

由于USB设备硬件本身的原因，它会使USB总线的数据信号线的电平发生变化，而主机会经常扫描USB总线。当发现电平有变化时，它即知道有设备插入。USB设备它本身会初始化，并认为地址是0。也就是没有分配地址，这有点像刚进校的大学生没有学号一样。

正如有一个陌生人闯入时我们会问“你是什么人”一样，当一个USB设备插入主机时，它也会问：“你是什么设备”。并接着会问，你使用什么通信协议等等。当这一些信息都被主机知道后，主机与USB设备之间就可以根据它们之间的约定进行通信。

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。即将有所数据归“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。

USB的这些信息是通过描述符实现的，USB描述符主要包括：设备描述符，配置描述符，接口描述符，端点描述符等。当一个U盘括入主机时，你立即会发现你的资源管理器里多了一个可移动磁盘。这里就有两个问题，首先主机为什么知道插入的是移动磁盘，而不是键盘或打印机等等呢？另外在Win2000下为什么还知道是哪个公司生产的呢？其实这很简单，当USB设备插入主机时，主机首先就会要求对方把它的设备描述符传回来，这些设备描述符中就包含了设备类型及制造商信息。又如传输所采用的协议是由接口描述符确定，而传输的方式则包含在端点描述符中。

U盘原理的存储是: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EPROM2存储芯片的相应地址存储二进制数据，实现数据的存储。

2.2 USB设备分类

可分为显示类，通信设备类，音频设备类，人机接口类，海量存储类。特定类的设备又可分为若干子类，每一个设备可以有一个或多个配置，配置用于定义设备的功能。配置是接口的集合，接口是指设备中哪些硬件与USB交换信息。每个与USB交换信息的硬件是一个端点。因此，接口是端点的集合。

U盘应属于海量存储类。USB海量存储设备又包括通用海量存储子类，CDROM，Tape等，U盘实际上属于海量存储类中通用海量存储子类。通用海量存储设备实现上是基于块/扇区存储的设备。

USB组织定义了海量存储设备类的规范，这个类规范包括4个独立的子类规范。主要是指USB总线上的传输方法与存储介质的操作命令。

海量存储设备只支持一个接口，即数据接口，此接口有三个端点Bulk input ,Bulk output,中断端点。这种设备的接口采用SCSI-2的直接存取设备协议，USB设备上的介质使用与SCSI-2以相同的逻辑块方式寻址。

三．展望

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。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。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512GB。

在今后的发展中，信息时代科学技术的迅猛发展，必将伴随着新一轮的U盘发展、变革，使得U盘的结构和功能越来越便捷化、人性化。

篇2：u盘工作原理

摘要：在NCRE考试中，利用U盘作弊是一种常见的作弊手段。分析U盘作弊原理后，可以采用禁用BIOS、禁用组策略、禁U盘启动、隐盘符禁查看、禁安装USB驱动、禁用USB设备、利用还原保护卡自带功能、监考人员巡视检查、利用现有小软件屏蔽等九种办法禁止作弊，达到创设公平考试环境、维护NCRE考试信誉、培养诚信人才的目的。??

关键词：NCRE；U盘作弊；原理；技术防范??

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2011）08-0089-03?お?

作者简介：刘任熊（1978-），男，江苏经贸职业技术学院继续教育学院副院长、讲师，研究方向为计算机网络技术、职业教育理论；欧高林（1981-），男，四川仁寿人，硕士，江苏经贸职业技术学院讲师，研究方向为软件系统开发。

0 引言??

NCRE 是指全国计算机等级考试(National Computer Rank Examination)。拥有NCRE证书，是持有证书人计算机应用能力的证明，是用人部门录用人员的“准入证”，也是当今社会考核工作人员的重要技术参考标准。部分本科院校因此甚至要求学生必须拥有NCRE二级或更高证书才能拿到学位证或者毕业证。考生为了通过这个考试，利用课余时间认真复习备考。但每年考试总有这样一部分考生，他们平时不好好学习，到了临近考试时，临场抱佛脚，他们绞尽脑汁，想了很多歪点子，其中在上机考试过程中利用U盘作弊最为普遍。NCRE各考点对防止U盘作弊进行深入分析和研究，从技术上杜绝考生作弊的可能性，具有普遍的现实意义。??

另外，按照教育部考试中心的要求，NCRE上机考试的局域网中不安装任何防火墙和杀毒软件，以免影响正常考试的数据交互。如果考生自带U盘进入考场，U盘本身就是一个安全隐患，它可能会携带病毒进入局域网，导致整个考场感染病毒，影响上机考试的正常进行。??

U盘作弊原理??

NCRE从开考到现在有接近20年的历史，在不断发展和完善的过程中，上机考试系统形成了一套自有的考试题库，考试题库每年都会变化，但变化并不大。应市场需求，市面上出现了很多优秀的培训机构和辅导网站，这些机构或多或少都会提供一些上机模拟考试软件或者模拟考试题库，这些题库与正式考试试题差别不大，或者基本雷同，考生只需参加他们的相关培训或者购买相关书籍，即可获得这样的考试题库。??

当代存储器发展的路线是高速、大容量、小体积，USB设备大多以“小、轻、薄”见长。体积上，现在有些U盘体积只有橡皮的1/5大小，甚至更小，携带方便，作弊时监考人员很难发现；U盘的容量方面，一般都在4GB以上，放一个考试题库在U盘里绰绰有余；U盘速度方面，USB接口有两种：USB1.1和USB2.0，理论上USB1.1的传输速度可以达到12Mbps/秒，而USB2.0则可以达到速度480Mbps/秒，并且可以向下兼容USB1.1，现在的电脑基本上都是USB 2.0接口，当U盘插入考试机时，拷贝一个10MB左右的考试题库，几乎是瞬间的事情。U盘的出现，为考生作弊提供了极大的“方便”。??

考生把模拟考试软件的题库整理成Word版，或者直接把题库的源代码答案拷贝出来，做个简单的索引，拷贝至U盘。考生进入考场后，趁刚进考场时的混乱局面或者监考人员不注意的时候，把U盘插到考试机上，拷贝题库到考生自己事先设定的目录下。开考后，考生按照考试要求抽取试题。考生利用Word软件的查找功能，只要锁定几个生僻的关键字，即可在Word版题库中进行搜索查询上机考试答案，从而通过考试获得证书。??

防U盘作弊技术分析??

2.1 BIOS禁用法??

以联想台式机7.2版本为例，开机后按回车键，再按F1，进入BIOS设置，选择“Devices”选项，移动上下键至“USB Setup”选项，回车，将“USB Function”选项的属性设置为“Disableed”，即可禁用USB接口。给BIOS设置上一个密码，考生就无法通过修改注册表解“锁”上述设备了。??

利用还原卡的网络同传功能，把整个局域网的电脑CMOS都传输为禁用USB的系统。需要注意的是，有些电脑机型使用这种方法会完全禁止所有USB接口，也就是说各种USB接口的设备均不能用了，当然也包括USB鼠标。所以在使用此方法时，要确保机房考试机的鼠标接口不是USB接口的。??

2.2 组策略禁用法??

单击“开始→运行”，在弹出的“运行”对话框中输入“gpedit.msc”，即可打开“组策略”。在窗口的左边依次打开“用户配置→管理模板→Windows组件→Windows资源管理器”，在右边的窗口中会出现“防止从‘我的电脑’访问驱动器”的设置项如图1所示。在该设置项上双击鼠标，在弹出的“防止从‘我的电脑’访问驱动器属性”对话框中,点击“已启用”，并在选项中选择：“限制所有驱动器”，即可屏蔽。另外须对“运行”窗口和CMD命令进行屏蔽，防止学过组策略的考生进行修改。??

图1 利用组策略禁用USB设备??

2.3 禁U盘启动法??

在”运行”中输入regedit，打开注册表编辑器，依次展开分支[HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrent??

CntrolSetServicesUSBSTOR]，在右侧的窗格中找到名为“Start”的DWORD值，双击，在弹出的编辑对话框中将其数值数据修改为十六位进制数值“4”。点“确定”按钮并关闭注册表编辑器，重新启动计算机，使设置生效。重启后，如果考生将USB存储设备连接到计算机时，虽然USB设备上的指示灯在正常闪烁，但在资源管理器当中就是无法找到其盘符，USB设备被有效屏蔽。??

2.4 “隐盘符禁查看”法??

打开注册表编辑器，依次展开如下分支[HKEY_CURRENT_USERsoftwareMicrosoftWindowsCurrentVersionPloiciesExplorer]，新建二进制值“NoDrives”，其缺省值均是00 00 00 00，表示不隐藏任何驱动器。键值由四个字节组成，每个字节的每一位（bit）对应从A:到Z:的一个盘，当相应位为1时，“我的电脑”中相应的驱动器就被隐藏了。第一个字节代表从A到H的8个盘，即01为A，02为B，04为C……依次类推，第二个字节代表I到P，第三个字节代表Q到X，第四个字节代表Y和Z。比如要关闭C盘，将键值改为04 00 00 00；要关闭D盘，则改为08 00 00 00，若要关闭C盘和D盘，则改为0C 00 00 00(C是十六进制，转成十进制就是12)。??

按照以上原理，假设“我的电脑”有一个软驱、一个硬盘(5个分区)、一个光驱，分布情况为：A盘（3.5软盘）、C盘、D盘、E盘、F盘、G盘、H盘（光驱），所以“NoDrives”值为“02 ff ff ff”，隐藏了B、I到Z盘。重启计算机后，再插入U盘，在“我的电脑”里不显示新硬件即U盘，但在地址栏里输入I:（“我的电脑”中最后一个盘符是H盘，H后是I）还是可以访问U盘的。??

“NoDrives”只是一个障眼法，为确保不能访问I盘，需要再新建一个二进制“NoViewOnDrive”值，值改为“02 ff ff ff”，其值与“NoDrives”相同。这样既屏蔽了U盘符也不能访问U盘。??

2.5 禁安装USB驱动法??

在Windows资源管理器中，进入到“系统盘:WINDOWSinf”目录，找到名为“Usbstor.pnf”的文件，右键点击该文件，在弹出菜单中选择“属性”，然后切换到“安全”标签页，在“组或用户名称”框中选中要禁止的用户组，接着在用户组的权限框中，选中“完全控制”后面的“拒绝”复选框，最后点击“确定”按钮。??

继续使用方法（1），找到“usbstor.inf”文件并在安全标签页中设置为拒绝该组的用户访问，其操作过程与（1）相同。完成以上设置后，该组中的用户就无法安装USB设备驱动程序。??

需要注意的是，要想使用访问控制列表(ACL)来控制访问权限，系统分区需要采用NTFS文件系统。??

2.6 USB设备禁用法??

右键点击“我的电脑”，选择“管理”，选择“设备管理器”，在右边选择“通用串行总线控制器”，双击任意一个“Usb root hub”，选择“驱动程序”，选择“禁用”，用同样方法禁用所有“Usb root hub”。??

2.7 利用还原保护卡自带功能??

随着时代的进步，机房系统制作，手工对拷硬盘的时代已成为过去式，取而代之的，是还原保护卡同步传输系统，支持增量传输，方便进行机房管理和维护。知名品牌如联想、方正、清华同方、惠普等系列台式电脑，大部分已经集成了还原保护卡，这些厂家使用保护卡的原理基本上都相同，而且都自带了屏蔽USB接口的功能。这为NCRE上机考试防U盘作弊提供了良好的技术支持。NCRE系统管理员只要认真阅读操作手册，按照操作手册的指导按部就班地进行部署，就能达到防U盘作弊的效果。??

2.8 监考人员巡视检查法??

监考是一项严肃的工作。监考人员在进行监考工作前，必须认真阅读和学习《全国计算机等级考试监考人员守则》，必须有认真负责的工作态度和较强的原则性，能够保证考场纪律严肃，考核公平。监考人员考前必须参加培训，认真学习考试的有关政策规定，熟悉监考业务。同时，上机考试监考人员还应熟悉考试软件的有关知识及考试过程。不经培训不得上岗。??

为防止U盘作弊，监考人员在巡视考场时，应特别留意考生考试系统右下角的图标，当有USB设备连接到电脑上时，系统右下角会多一个USB连接的图标，这个图标非常明显，监考人员稍微留心就能发现。况且考生在作弊时都比较紧张，容易出现一些反常举措，比如考生为了不让监考人员发现添加了新硬件，把工具栏人为隐藏起来，这样的考生多半有作弊嫌疑。??

2.9 利用现有小软件屏蔽??

2.9.1 U盘禁用小精灵??

U盘禁用小精灵，是一款能方便管理USB端口的软件，可以一键实现启用与禁用U盘。它不影响USB鼠标、键盘及手写板的使用。该软件适合政府、企业、学校、网吧禁用U盘和移动硬盘，以防止员工带走机密资料。第一次使用时，默认密码admin。登陆后可以自行更改密码。登录后直接点击对应按钮禁用或启用U盘即可。禁用后，插入的U盘将没有任何反应，USB接口的鼠标和键盘可以正常识别。需要强调的是，这个小软件需要.net framework运行环境。运行界面如图2所示：??

图2 U盘禁用小精灵运行界面??

2.9.2 三茗USB端口管理工具??

三茗USB端口管理工具，是一套计算机USB端口控制、实时监视、实时监控于一体的计算机安全控制系统。它通过USB存储协议在Windows系统底层对USB存储设备进行读写控制，自动识别USB存储设备，彻底防止信息从计算机USB端口泄漏。运行界面如图3所示：??

图3 三茗USB端口管理工具运行界面??

功能特点：A、USB只读：只能读取USB存储设备中的内容，禁止向USB存储设备写入文件；B、USB正常：解锁后可以正常使用USB存储设备；C、USB禁止：拒绝访问USB存储设备。??

技术特点：A、完全控制优盘（U盘）、移动硬盘、存储卡、MP3以及其它USB存储设备的读写；B、可自动识别插入的设备是USB存储设备还是非存储设备，不会影响USB鼠标、键盘和打印机的正常使用； C、只有管理员才能登录设置界面更改USB的端口设置，也只有管理员才能关闭或卸载软件；D、除管理员之外不能被恶意地删除、终止、卸载和破解；E、系统运行安全稳定可靠，不影响Windows系统运行效率。??

2.9.3 USB安全存储专家USSE??

USB安全存储专家USSE，由迅软科技制作，是一款对企业或个人的数据信息安全进行严格控制而开发的USB端口监控软件。它通过USB协议在Windows系统底层对USB存储设备进行读写控制，不占用系统资源，安全可靠，可随意控制USB存储设备的读写权限。USB安全存储专家还可控制特定的USB存储设备（写入标识的存储设备）的读写，可对USB存储设备进行透明加密。除此之外，USB安全存储专家专业版的界面友好，操作简单一次性设定，无需再次擦拔永久生效，同时还不用运行相应的应用程序。该软件的“安全设置”界面如图4所示：??

图4 USSE运行界面??

相对于同类软件USSE有如下优势：①完全控制优盘、移动硬盘以及数码相机等设备的读写，写标识和标识识别、透明地加密解密等模式；②系统底层控制，反应速度极快，不占用系统资源；③软件无需系统管理员权限，普通用户权限也可正常运行和控制；④USSE标识识别，根据移动存储设备里的标识进行相应权限设置，控制十二分灵活；⑤技术积累时间长，在USB控制领域，我们是第一个推出产品的厂商，积累了大量的经验和技术，其他软件无法比拟。?? 结束语??

屏蔽U盘、防止U盘作弊，只是一种手段，而不是最终目的，最终目的在于严肃考风考纪，塑造良好的、公正的、公平的考试环境。考风考纪的好坏是教育考试工作的生命线。严肃考风考纪，树立良好的学习风气，是维护教育考试信誉、选拔优秀合格人才根本之所在。教育考试考风考纪工作，只有领导重视，组织严密，措施得力，依法治考，监考人员按规定公证认真操作，考生在公平的环境中激烈竞争，形成良好的考试纪律，才能树立良好的学风，确保考试质量，才能提高考试的社会信誉。??

参考文献：??

篇3：u盘工作原理

引言

随着微软对XP系统停止安全与补丁更新服务,以及国家对信息安全重视程度的提高,新的以开源操作系统为基础的国产操作系统可能会提前进入大家的工作、学习与生活中,但是,我们长期以来,习惯于WINDOWS系统易用性,面对开源操作系统会有诸多的不习惯,作为过渡,我们可能需要安装双系统,这就需要引导程序来帮忙。随着越来越多的笔记本、主机不再标配光驱,以及从网络上获取开源操作系统的便利,制作一个自启动的安装U盘也是很方便的,而且相对于光盘而言,它更经济,更快捷,更绿色环保。由于历史原因,主板对U盘自启动兼容度不高,而本文探讨的FBINST方式,却有着几乎百分百的兼容度,下面,让我们一探究竟。

FBINST模式原理分析

1主机启动过程分析

第一步:按下开机键后,开关电源开始工作,主板测试电源电压电流是否符合要求,如果不符合,产生一个复位(RESET)信号,直到电源正常工作为止。

第二步:当电源电压稳定后,主板上的定时器timer会被触发,产生一个脉冲信号让CPU复位,CPU复位简单地说,就是CPU硬件逻辑置CS寄存器为全“1”,置IP寄存器为全“0”,而后CPU执行第一条指令,该指令就是一条跳转(JMP)指令,固化在主板ROM中,地址为FFFF:0000H,JMP指令的目的就是告诉CPU在什么地方读取BIOS自检程序,并将控制权交由BIOS。基本输入输出系统BIOS(Basic Input Output System),物理上是一个ROM芯片,集成在主板上,其中固化有中断程序、配置程序、加电自检程序和系统启动自举程序。

第三步:BIOS开始加电自检POST(Power On Self Test)程序,依次对CPU、数学协处理器、时钟IC、DMA控制器和中断请求(IRQ)控制器等一系列主板上的硬件进行检测。顺序可能因主板不同而不同,检测发现错误,即停止。

第四步:BIOS会在ROM中地址C000:0000H至C780:0000H之间扫描显卡信息,如果有并检测成功,则主板BIOS将控制权转交由显卡BIOS,并让其初始化,完成后再将控制权交还主板BIOS。此时显示器显示显卡信息。

第五步:在地址C800:0000H至F800:0000H之间以2K为增量依次扫描其他设备信息,如有,依次执行其他设备的BIOS启动程序,如硬盘、光驱等,显示启动信息。

第六步:主板BIOS开始检测地址0000:0472H的信息,如果为“1234H”则代表热启动,BIOS将直接跳过剩余的POST程序;如果不是“1234H”,则是冷启动,BIOS将继续执行剩余的POST程序,例如内存检测等。BIOS探测所有的硬件后给出一个已知硬件的列表。

第七步:BIOS更新扩展系统配置数据ESCD(Extended System Configuration Data),即BIOS保留的以前的设备资源分配表,BIOS依次查找驱动器,若找到,则主板BIOS将控制权交由驱动器,并找到主引导记录MBR(Master Boot Record);若未找到驱动器,则在显示器上显示错误信息并停止;MBR对于硬盘而言,就是其0柱面0磁头1扇区的512字节空间信息,其中包括帮助找到硬盘活动分区的446字节的预引导(PRE-BOOT)区,以及记录硬盘的分区信息的64字节的硬盘分区表DPT(Disk Partition Table),最后以“55H、AAH”两个字节作为分区的结束标志,这就是硬盘的主引导扇区。

第八步:预引导区的主要作用是将活动分区的引导区读入内存。即将Boot Loader(lilo或者grub)载入到地址为0000:7C00H所在的物理内存中,主板BIOS将控制权交由引导程序。

第九步:引导程序将地址为0000:7C00H处所在的MBR代码转移到0000:0600H处,搜索可引导的分区,即80H标志,如果找到,读取硬盘分区中引导扇区(一般为分区的第一个扇区),即操作系统引导记录区DBR(DOS Boot Record),也称为主启动代码,并将它载入0000:7C00H处;如果找不到,并且是分区表错误,显示分区表出错信息,如果分区表没错误,跳转至ROM BASIC处。

第十步:如果不能成功将引导程序载入地址为0000:7C00H处,显示出错信息;如果可以载入,验证其是否以“55H、AAH”两个字节为结束标志,如果是,跳转至0000:7C00H处执行系统指令,操作系统获得控制权,如果结束标志不正确,显示系统引导出错。

计算机冷启动时,步骤从第一步开始,热启动时,将从第六步开始。

2 FBINST模式的设计思想

通过对主机启动过程的分析可知,要成功启动操作系统,关键点一是BIOS要找到驱动器这个硬件并发现驱动器上的MBR,即主机启动过程的第七步。一般而言,主板BIOS对软驱、光驱与硬盘这些驱动器上的MBR支持比较好,即参数统一。但由于历史原因,U盘的CHS/LBA参数各不相同,因此不同主板厂商的BIOS对CHS/LBA参数的支持不尽相同。如果我们要让大多数主板BIOS对某一U盘提供绝对支持,就需要对U盘的CHS/LBA参数进行适度调整。

FBINST模式借用了grub与grub4dos的设计思想,grub与grub4dos占用0~17共18个保留扇区来增强其引导的稳定性与高兼容性,fbinst程序通过占用全部保留分区来增强其引导的稳定性与高兼容性。

3 FBINST模式的引导分区

首先对U盘进行分区,先划分出8M(共16064扇区)的引导区,并为了安全性,对其隐藏,故称为隐藏UD区,UD区由于其隐藏属性,因而具有防病毒、防木马和防被普通格式化的特性,起到了文件的保护作用。0~63扇区全部写入启动代码boot code,并在每个扇区固定位置写入LBA值,并记录扇区号;主机启动后,BIOS识别的LBA值,与通过boot code读取的预先写入的LBA值,进行比较,如有差距,及时调整纠正对U盘的访问。这样无论U盘被识别为何种格式,都可以正常启动,启动的时候需要在0~63扇区读取计算好的信息,电脑就可以迅速而正确地获得参数,从而引导UD区的GRLDR,使得电脑正常启动。

4 UD区的利用

由于16064个扇区只用了区区64个扇区,所以在余下的扇区里可以嵌入grub4dos、grub2、ntldr、1.44M/2.88M启动盘映像,甚至是微型Linux。而从fbinst v1.603开始,增加隐藏区扩大功能。例如,-r1G,就是将隐藏区扩大到1G。其中8M是基本区,其余为扩展数据区。扩展数据区延伸了FBINST的UD区隐藏属性的应用,可以直接放入各类操作系统的ISO或IMG类型文件。

FBINST模式的应用分析

1 fbinst程序的命令行用法举例:

fbinst-h帮助,列出命令选项;

fbinst-l列出当前U盘设备名,输出样例;

(hd0)40G本机硬盘40G,设备名hd0;

(hd1)1G第一U盘大小是1G,设备名hd1;

(hd2)4G第二U盘大小是4G,设备名hd2;

fbinst(hd1)format--force--align

对U盘hd1进行格式化,并创建FBINST结构。

其中:(hd1)是根据1中容量列示,对应找到的U盘设备名;format是fbinst的内置命令;

--force是format参数,表示强制格式化,全新建立fbinst结构;

--align表示进行数据对齐。

其他format参数还有:

--fat16格式成fat16;

--fat32格式成fat32;

--unit-size改便单元块的大小;

--zip设置某些参数,影响BIOS识别,尝试ZIP,不保证BIOS一定能识别成ZIP。

由于该命令重建了U盘MBR,所以要重新插拔U盘以便Windows重新识别。

fbinst(hd1)load GRLDR

将当前目录下的grub引导器GRLDR安装到U盘hd1的隐藏区。

至此,fbinst的基本操作已经完成,选择USB启动后,应进入grub的提示符grub>

2 fbinst程序制作的高兼容性U盘的MBR分析

通过磁盘查看编辑工具Win Hex,我们可以对用fbinst程序制作的U盘的MBR进行分析,MBR信息如图1:

传统U盘启动模式(如HDD+,ZIP+,NT6等),写入U盘主引导记录的都是占用一个扇区(0号扇区),而FBINST模式下,MBR前64个扇区的主引导代码几乎是一样的(如图1和图2),主机启动时BIOS只是读取U盘MBR的一个扇区,但它不一定是U盘的0扇区,因此引导代码占多个扇区,有利于提高兼容性。经过多次测试证明,63个就基本够了,最大只需要255个。

C/H/S(磁头、柱面、扇区)的检测需要更多的空间,至少需要一个柱面(约8M),在主数据区的每个扇区尾部都有该扇区位置代码(占用2个字节),BIOS一读便知此位置。除了位置代码外的其他部分空间就浪费了,因此才把它作为主数据区,从fbinst 1.6版开始最大30M,其间文件不连续(因为每个扇区尾部的绝对扇区地址占用2个字节)。其后再增加的存储启动和维护文件的空间称为扩展数据区,无尾部的绝对扇区地址,其间文件连续。最小的主数据区必须包含64个主引导代码和fbinst菜单和文件列表(但是需手动修改)。

根据前文,结合图1与图2可知:U盘的0扇区是指,连续地址000000000H~000000511H的空间,其中:地址000000000H~000000445H的存储信息为U盘的MBR,可以备份,以备灾难性中恢复;地址000000446H~000000509H之间存储的64字节信息为U盘的DPT,每16个字节描述一个主分区,所以一个磁盘最多只可以有4个主分区,每16个字节的第一字节如果是80H,表示该主分区为活动分区,其值为00H时,表示该主分区不是活动分区,不可引导;地址000000510H~000000511H之间存储的2个字节信息“55H、AAH”是分区有效结束标志。

3 FBINST模式与当前主流启动模式的对比

USB-HDD+模式,引导过程为:先通过MBR,再通过硬盘分区引导记录PBR(Partition Boot Record,PBR只有在活动分区才被称为DBR),最后为引导文件(NTLDR、BOOTMGR与GRLDR等);占用1个扇区,兼容性高,但对仅支持USB-ZIP的主板无能为力。USB-ZIP+模式,引导过程为:先通过MBR,再通过PBR,最后为引导文件;占用1个扇区,兼容性高,但对4GB以上大容量U盘的兼容性差。USB-CDROM模式,兼容性较高,安全,但需要量产,制作繁琐。NT 6.x模式,引导过程为:先通过MBR,再通过PBR,最后为引导文件;占用1个扇区,兼容性一般,但支持多激活分区,默认从第一个激活分区启动。

PLo P Boot Manager模式,引导过程为:先通过MBR,再通过PBR,最后为引导文件;占用62个扇区,兼容性强,支持USB磁盘启动,对于EHCI/OHCI/UHCI三种接口是都支持的。

GRUB4DOS模式,引导过程为:先通过MBR,后通过GRLDR;占用18个扇区,兼容性强,GRLDR可直接安装在MBR,支持多分区启动。

FBINST模式,引导过程为:先通过MBR,再通过UD区,最后为引导文件;占用64个扇区,在MBR的前64扇区全都写入引导代码,并自动调整CHS/LBA参数,兼容性超强。

从以上分析来看,各种U盘启动模式稳定性与高兼容性来与占用扇区个数成正比,而FBINST在64个扇区写入引导代码并记录扇区号,使得其高兼容性脱颖而出。

4案例分析

案例一:我台150k W TBH522型PSM发射机自动调谐套箱操作系统故障。

系统发生故障时,可以通过Fbinst Tool v1.607(它是基于fbinst程序的视窗化软件,更易用)制作一个自启动U盘,充当应急系统盘和急救盘,即插即用。操作步骤如下(由于篇幅,制作自启动U盘过程略去):

第一步:机器处于关机状态下,插入自启动U盘。

第二步:加电,开机,更改CMOS中的磁盘引导顺序,更改为USB-ZIP或USB-HDD模式,保存后,重启。

第三步:如果看到FBINST模式引导界面,按屏幕提示操作,即可进入到应急PE系统。

第四步:对外存储器中的系统故障,进行修复。

案例二:系统引导文件丢失。

一台安装有WINDOWS XP系统的PC开机后,提示“NTLDR is missing”信息。操作步骤如下:

第一步:如案例一的1-3步骤操作,拷贝NTLDR文件及NTDETECT.COM文件至系统所在分区根目录。

第二步:重启系统。

两个案例中,两台主机的主板的BIOS都是非主流而且较老,所以FBINST模式的高兼容性发挥了巨大的作用,十分顺利地引导成功,非常快速地解决了问题。

结束语

USB存储接口从最初的USB1.0、USB1.1发展到USB2.0,再到如今的USB3.0。随着各类移动存储厂商研发力量的不断加强,实际应用中U盘最快可达160MB/秒的写入和240MB/秒的读取速度,以及高达T级的超大存储容量。以及主板BIOS、UMSD(Usb Mass Storage Device,USB海量存储设备)固件缺陷的改进,U盘不单单可以作为应急盘,工具盘,更可以在更广大应用空间。随着计算机硬件在公共事业中的普及以及Linux的发展,个性化的口袋系统将会成为一种时尚,其便携性与安全性将为系统引导技术带来巨大的发展空间。

注释

篇4：u盘工作原理

关键字：TRIZ冲突理论文化 U盘创新设计

TRIZ理论是苏联发明专家G.S.Altshuller等人自1946年开始，在研究世界各国大量高水平专利的基础上，提出的具有完整体系的发明问题解决理论。应用TRIZ理论不仅可以提高成功率、缩短发明周期，也可以使发明问题的解具有可预见性。TRIZ理论广泛地应用到各个不同的领域，其中包括机械、电子、生物、化工、管理以及社会等方面。TRIZ理论在工业设计领域也有了新的突破，为设计师提供新的设计思路。文献[3]从宏观上阐述了TRIZ理论对工业设计的影响，指出目前常用的40条发明原理对于指导工业设计人员的发明具有重要的作用。文献[4]总结归纳了TRIZ的主要方法，选择出适合产品外观设计的方法，并形成了针对外观创新设计的系统化方法。

我国有几千年的历史文明，具有深厚的文化底蕴。一个好的产品设计师应该把中国的传统文化融入到西方现代设计的理念中去，但这种融入不是简单的相加，而是在对中国传统文化深刻理解基础上的融合。产品加入文化要素是文化继承和发扬的良好途径。但是，文化特征以某种形式附加于产品往往增加材料的使用和制造过程的难度。

本文通过具体实例演示如何运用TRIZ中的技术冲突理论发明原理，分步骤解决工业设计产品中的设计问题。并依据40条发明原理中的某些原理筛选出合理解，进行再设计，优化中国传统文化在U盘产品中的应用，最终制作出实体模型效果图。

一、TRIZ的体系结构

成功的创新经验表明，问题分析和系统转换对于解决问题都是非常重要的。TRIZ包含了问题分析的分析工具和系统转换的基本知识的工具和理论基础。图1所示为经典TRIZ的体系结构。

TRIZ分析工具包括ARIZ算法、物质一场分析、冲突分析和功能分析，这些工具用于问题模型的建立、分析和转换。包含的基于知识的工具：40条发明原理、76个标准解和效应数据库。在产品创新设计过程中，上述任何内容都能从不同方向给设计者提供新的设计方法和思路。用TRIZ理论解决发明问题是复杂的系统工程，本文在对TRIZ理论基础内容了解的基础上，将冲突理论应用到产品设计中。

二、冲突解决原理

产品主要是将功能以于实现，满足用户的各种需要。任何产品都包含一个或多个功能，为了实现这些功能，产品要由具有相互关系的多个零部件组成。无论是新设计还是改进的产品，设计人员在设计过程中首先保证或者提高产品部分性能，但这种提高往往导致产品其他内部性能的降低，即设计中往往存在冲突。

冲突经常出现在产品设计中，因此在产品设计过程中必须发现并解决冲突，而不是采用折中的方法来平衡问题的双方。在TRIZ理论中冲突分为三类：管理冲突、物理冲突和技术冲突。技术冲突和物理冲突同时存在，只是描述问题的角度不同，如图2所示。技术冲突通常表现为两个相互关联的参数之间的冲突；物理冲突是同一系统同一参数内的冲突。本文重点分析技术冲突及其解决原理。

技术冲突指的是一个作用导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害作用的消除导致一个或多个子系统或系统变坏。技术冲突出现的几种情况如下：（1）在一个子系统中引入一种有用功能，导致另一个子系统产生一种有害功能，或加强了已经存在的一种有害功能。（2）消除一种有害功能导致另一种子系统有用功能变坏。（3）有用功能的加强或有害功能的减少使另一个子系统或系统变得太复杂。

技术冲突分析过程中，控制参数取值不同（值1或值2）分别会产生不同的技术冲突（冲突1和冲突2）。设计人员选取主要改善性能参数后确定技术冲突，然后应用冲突矩阵和发明原理形成创新原理解，如图3所示。

三、基于TRIZ冲突解决原理的U盘设计

U盘是一种使用USB接口无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，是我们日常生活中较为常见的工具。品牌众多如金士顿、SONY、联想、朗科、三星等。随着消费者审美观的提高和使用需求多样化的变化，对它的设计也是层出不穷，时尚的、简约的、有趣的、搞怪的等等（图4）。

现今的产品逐渐步入国际轨道，大部分产品很大程度上受到西方风格的影响。这时候有很多中国设计师开始重新思考，如何使我们的产品富有中国特色。那就要根植于中国本土文化元素，产品赋予中国传统文化的趋势悄悄萌芽。唐朝是中国历史上最为重要的朝代之一，发展了宗教、美术等众多文化。此文便是把唐朝女子装束与U盘相结合，改进成具有文化符号意义的现代化产品。

通过对唐朝女子服饰妆容的调查研究，选择具有代表性的波斯胡服卡弗坦、高鬓三角鬓和梅花妆为设计源点。经过推敲构想后，将波斯胡服的花色纹路作为装饰印花附着在塑料U盘的盘身上，其中盖子赋予头饰的造型。U盘设计草图（图5）所展示的产品能明显代表唐朝的文化特征，此时，产品演变成了一种文化符号，增加了新的附加值，其产品也更有收藏价值。

四、U盘存在的问题

技术冲突：U盘主体盘身增加了唐朝服饰印花，其结构简单并加工过程较容易。但是盖子部分的三角鬓增加了制造难度成为结构缀余。其技术冲突为：如果尽可能多的附加文化特征，则加工过程复杂；如果加工过程简单，则无法准确表达唐朝文化特征。在TRIZ理论中将问题描述为：1）改进参数。可制造性（No.32）。2）恶化参数。适应性及多用性（No.35）。根据冲突矩阵查阅相关的技术冲突解决理论的发明原理，将此技术冲突解决绘制成图形（图6）。

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五、技术冲突解决理论的发明原理

技术冲突解决理论的发明原理：

No.2分离：此原理指将一个物体中的“干扰”部分分离出去或将物体中的关键部分挑选分离出来。针对本文产品，唐朝文化因素过多造成结构赘余，同时增加了制造难度。选择性地挑选出唐朝女子妆容部分独立设计U盘，将此部分从整体中分离出来设计成一类产品。余下的部分进行再设计。

No.13反向：此原理指将一个问题说明中所规定的操作改为相反的操作。针对本文产品，盖子与盘身所附加的文化互换，同时增大唐朝女子头饰体积，作为U盘主体盘身，缩小服装体积，作为U盘盖子。

No.15动态化：此原理指将一个物体划分为相关的元件，他们之间可以改变相对位置。针对本文产品，将.盘划分为不同功能模块，使用和携带时进行不同组装。

分析方案的合理性：

分离原理（No.2）：选择唐朝女子装容的脸部和三角鬓的组合部分。由于U盘体积较小，负载不了过多的文化要素。通过TRIZ分离原理选择部分要素以后，适合产品需要的体积大小也足够表达出唐朝代表性的文化特征，而且具有完整性。此方案合理。

反向原理（No.13）：文化特质的表达要考虑整体性，如果增大面容体积缩小服装体积，设计出的产品无法准确表达文化特征，而且这样设计的结果是整体效果失衡抹杀了美观的因素。此方案不合理。

动态化（No.15）：由于产品体积相对较小，这种方法会增加结构复杂度。此方案不合理。

用选定方法完成设计：

通过上述分析，运用TRIZ冲突解决中的No.2（分离）原理对以上问题进行解决，最终设计出的创新方案是去除服装这一文化特征，只用脸部妆容和发饰文化特征设计，将本来缀余的三角鬓转为有用不锈钢结构的U盘盖子（No.2）。其中梅花妆用同样原理设计成聚乙烯塑料的提示灯，增加U盘是否正在使用的提示功能（No.2）。携带用的小孔放在盘身的右上角，保护产品主要部分的同时也没有影响美观效果（图7.图8）。

结语：

设计方法是设计者完成设计创新、解决设计问题的手段和程序。为了更好的研究设计过程中出现的大大小小的问题，保证设计质量，设计者需要多种设计方法作为指导。TRIZ仍处在发展和完善的阶段，需要进一步加深解析、拓宽应用，但是其成熟部分完全可以为设计工作者提供大量的帮助。以TRIZ为核心，建立了可以应用于概念设计的过程模型，可以帮助设计师解决设计中的各种不同问题，不只是冲突问题。这一系列模型帮助设计者加速创新进程。但对于TRIZ在实际过程中的应用还需不断学习和尝试，除了冲突理论，还有其他不同的理论体系，如果能针对不同设计问题将TRIZ中匹配的方法理论合理应用，变通自若，可以说设计者就拥有了强大的武器开启创意设计的宝库，进而不断地在设计的海洋中探索。

参考文献

1 檀润华，发明问题解决理论[M】.北京：科学出版社，2004

2 沈法，现代产品设计【M].郑州：河南美术出版社，2003

3 张磊，檀润华，TRIZ理论对工业设计的影响[J].艺术设计（理论），2007，（9）：147-149

4 赵瑾，基于IRIZ进化理论的外形创新设计系统研究【D].成都：电子科技大学，2006

5 卢艺丹，华梅立，工业设计方法，北京：高等教育出版社，2009

篇5：如何制作u盘启动盘

Q：我用过很多闪存，发现有的闪存可以实现启动功能，有的却不可以，请问是什么原因?如何制作u盘启动盘呢?

A：这项功能是由主板BIOS和闪存控制芯片共同实现的，只要其中一方不支持，闪存启动功能便无法实现，对主板来说，在进入BIOS后找到启动设备项(通常在“Advanced BIOS Features”→“First Boot Device”，视BIOS类型或版本不同而有差异)，如果该项可以设为“USB-FDD/USB-ZIP/USB-HDD”中的任一项，便说明该主板支持闪存启动，

而闪存则相对复杂一些，除厂商明确表示可支持启动的产品外，普通型闪存则需要多次尝试才能确定。此外，用来制作启动闪存的软件也不尽相同，不同品牌的启动闪存制作软件不一定互相通用。