USBメモリ活用講座【基礎編・USBメモリの準備】

< 最終更新日: 2014-05-26 >

USBメモリについて

写真1・USBメモリ
写真1・USBメモリ

USBとは Universal Serial Bus の略です. 一般に「USBメモリ」と呼べば写真1のような「USBフラッシュメモリ」が代表的で,Windows 2000 以降の OS であれば,PC に挿入すればすぐに使用可能になります. これは,USBフラッシュメモリが USB Mass Storage Class と呼ばれる規格に対応しているので,この規格に対応した OS で使用するときには専用のドライバを必要としないからです. USB Mass Storage Class に対応したリムーバブルメディアとしては,USBフラッシュメモリのほかにも,USB 接続の HDD (Hard Disk Drive),SD メモリカードやメモリスティック,CF カードなどがあります. 本講座では,これらのリムーバブル記憶メディアをひとまとめに「USB メモリ」と呼ぶことにします.

ネットブックやウルトラブックと呼ばれる小型のノート PC では,HDD の換わりに容量の小さな SSD (Solid State Drive) がシステムドライブとして使われている場合がありますが,そのような PC では SD メモリカードやメモリスティックを直接挿すスロットが装備されていることが多いはずです. そのような PC を使っている人は,SD メモリカードなどにポータブル化したアプリケーションをインストールすることで,SSD のアキ領域を心配せずに様々なアプリケーションを利用することもできるので,検討してみるのもおもしろいでしょう. とはいえ,本講座で想定するのは USB ソケットに直接差し込むことのできる USB フラッシュメモリです. USB メモリにアプリケーションを入れて持ち運ぶことには,次のようなメリットがあると思いませんか?

Linux などの OS を USB にインストールして,USB から起動するようなことも可能ですが,USB からの起動 (ブート) に対応する PC でないと利用できないことや,起動に時間がかかること,OS に関する知識がそれなりに必要なことなどがネックとなります. 本講座で紹介するアプリケーションだけを USB メモリで持ち運ぶ方法であれば,プリンタなどの周辺機器およびネットワーク接続環境は,PC 側で設定済みのものをそのまま使うことができるのでお手軽です.

なお,USB には主に転送速度の違いにより USB 2.0,USB 3.0 などの規格があります. USB 1.1~3.1 規格には互換性があり,USB 3.0 ソケットに USB 2.0 規格の USB メモリを接続して使うことも,USB 2.0 ソケットに USB 3.0 規格の USB メモリを接続して使うことも可能とされています. 本講座では USB 規格の違いについて,基本的にはこだわらずに説明を進めますが,これから新しく PC や USB メモリなどを購入しようという方には,なるべく新しい規格に対応する製品をおすすめします.

USB ドライブのファイルシステム

ほとんどの USB メモリは買ってきてパッケージから取り出したら,すぐに使える状態に初期化 (フォーマット) されています. このため,あまり気にしたことがない方も多いと思いますが,Windows PC に挿して使える USB メモリのファイルシステムとして,FAT (FAT16),FAT32,NTFS,exFAT の 4 種類があります. それぞれの違いは,ファイルシステムの種類の項で簡単に説明しますが,まずは自分の USB メモリのファイルシステムについて調べてみましょう.

ファイルシステム (フォーマット) の確認

図1・ドライブのプロパティ
図1・ドライブのプロパティ

USB メモリのファイルシステムは次のような手順で簡単に確認できます.

  1. USB メモリを PC に挿入します.
  2. エクスプローラーを起動します. キーボードが利用できる PC であれば,Windows キーを押しながら E キーをタイプする方法が便利です. 本講座ではこのようなキーボードを利用したショートカット操作を Win+E と表記することにします. Win+E は Windows OS に共通ですので,Windows Vista,Windows 7,Windows 8/8.1 のどれでも利用できます.
  3. 「デバイスとドライブ」の中から USB メモリに対応するドライブを右クリックします. システムドライブ (C:) や,他のドライブを選んで同様の調査を行うこともできます.
  4. 表示されるメニューから「プロパティ」を選んでクリックします.
  5. 図1のようなダイアログボックスが表示されるので,「全般」タブの「ファイルシステム」の項目 (図1 の赤枠内) を確認します.

市販の USB メモリのほとんどは,FAT または FAT32 のファイルシステムにフォーマットされているはずです. また,システムドライブ (C:) としては HDD や SSD が使われているはずですが,これらは NTFS でフォーマットされていることがほとんどのはずです.

わざわざ述べるまでもないことかもしれませんが,図1 の画面では,ドライブの容量,使用領域,空き領域なども確認することができます. 桁数の大きな「バイト」単位と,おおよその値を示す「GB」単位などの表記があるはずです. 両者の数値が大きく違っているように感じるかもしれませんが,次のように対応しているためです※1

クラスタサイズ (アロケーションユニットサイズ) の確認

フォーマットを確認したら,次はクラスタサイズ (アロケーションユニットサイズ) も確認しておくことを推奨します.

クラスタサイズは,ディスクにファイルを格納するときの最小単位を表します. 理論上は 1 バイトの情報 (例えば半角アルファベットの一文字 A) をファイルとして保存するならば,1 バイトの記憶領域を割り当てれば十分のはずです. しかし,大きさがまちまちの複数のファイルを連続的にディスクに格納していくと,読み出しを行う場合に,目的のファイルをディスクの先頭から探さなければなりません (昔のビデオテープで,複数の番組を録画したときの頭出し操作を思い出してみてください). このような,ファイルの格納位置を探すための手間をファイル読み出し操作のオーバーヘッドと呼びます. さらに,ファイルの削除や更新を行うと,ディスクに不規則な空き領域が虫食い状に発生することになり,読み書きの効率が著しく下がります. このため,ディスクをフォーマットする際には,クラスタと呼ばれる一定サイズのブロック領域に区切り,どのクラスタにどのファイルが格納されているかを表 (テーブル) で管理するのが一般的です.

ファイルが一つのクラスタに収まらない場合は,複数のクラスタに分割して記憶されますが,テーブルに順番の情報も格納しておくことで,不連続なクラスタに記憶しておいても正しく読み出しができます. HDD のように,データを読み書きするために,物理的に磁気ヘッドの位置を制御する記憶装置の場合には,一つのファイルは連続したクラスタに記憶しておく方が効率よく読み書きが可能です. ディスクの最適化やデフラグ (defrag) と呼ばれる操作は,不連続なクラスタに断片的に格納されたファイルを,できるだけ連続的に読み出せるように並べなおす操作なのです. 図1 の画面で「ツール」タブをクリックすると,「エラーチェック」や「ドライブの最適化とデフラグ」を行うことができます. 長期間 (例えば 1 年以上) 使用している PC の HDD で,最近ディスクアクセスが遅くなったと感じる方は,一度デフラグを行ってみると改善されるかもしれません. ただし,デフラグはディスクに高負荷をかける操作で,ディスクの容量によっては数時間を要する場合もありますので,夏場のように気温が高い時期を避け,時間に余裕があるときに実施することを推奨します. また,万一ディスクが故障しても大丈夫なように,事前に重要なファイルをバックアップしておくことを推奨します. なお,USB メモリではデータを読み書きする位置は,半導体フラッシュメモリのアドレスとして指定するだけでよいため,HDD に比べて断片化が進んでも読み出し速度は低下にくいといわれています. デフラグのような読み書きを繰り返す操作は,USB メモリの寿命を縮めることになりますので,あまり頻繁には実施しない方がよいでしょう (USB ドライブの性能調査 参照).

話が本題からそれてしまいましたが,USB メモリに割り当てられたドライブ (U:とします) のクラスタサイズを調べるには,次のような操作を行います.

  1. 「コマンドプロンプト」を開きます. キーボードショートカット Win+R により「ファイル名を指定して実行」ダイアログボックスを開き,「名前」欄に「cmd」とタイプして Enter キーをタイプするか,[OK] ボタンを押すのが簡単です.
  2. 次のようにタイプして,ディスクの検査を行うコマンド chkdsk を実行します ([Enter] は Enter キーの入力を意味します). 「U:」の部分は USB メモリに割り当てられているドライブ名に置き換えてください.
    chkdsk U: [Enter]
    
  3. ディスクの検査後に「アロケーション ユニット サイズ」の左に表示される数値がクラスタサイズです. 4,096 バイトならば 4KB,32,768 バイトならば 32KB ということになります. 次の行の「全アロケーション ユニット」の個数 (クラスタ数) もクラスタサイズの指定と関係があります. 詳しく知りたい人は「ファイルシステムの種類」をご覧ください.
  4. コマンドプロンプトを閉じるには,次のようにタイプ入力します.
    exit [Enter]
    

ファイルシステムが FAT である場合には,FAT32 でフォーマットしなおすことを検討してください. 例えば容量 2GB の USB メモリの標準クラスタサイズは,FAT32 では 4KB であるのに対し,FAT では 32KB と大きいため,ファイル保存時に実際のファイルサイズよりもディスク上のサイズが大きくなりがちで,ムダが生じやすくなるためです.

USB ドライブのフォーマット

図2・フォーマットダイアログボックス
図2・フォーマットダイアログボックス

ファイルシステムを変更したり,クラスタサイズを変更するには,初期化 (フォーマット) を行う必要があります. フォーマットに要する時間は,ドライブの容量や種類に依存して大きく変動します. USB フラッシュメモリであれば数秒で終わると思いますが,容量の大きな USB ハードディスクでは完了までに数時間を要することもありますので,時間に余裕があるときに実行しましょう. ノート PC でフォーマットを行う場合は,あらかじめ AC アダプタを接続しておくことを推奨します.

USB メモリをフォーマットする手順は次の通りです (format コマンドで USB メモリをフォーマットする方法 もあります).

警告:フォーマットを実行すると USB メモリ内のファイルはすべて消去されます. 重要なファイルはフォーマットを実行する前に別のドライブにコピーしておきましょう.

  1. USB メモリを USB スロットに差し込みます. 以下ではドライブレターとして U: が割り当てられたものとして説明します.
  2. エクスプローラーを起動します (ショートカット操作は Win+E です).
  3. 「デバイスとドライブ」の中から USB メモリに対応するドライブを右クリックします.
  4. 表示されるメニューから「フォーマット」を選んでクリックします.
  5. 図2のようなフォーマットダイアログボックスが表示されますので,次の 2 項目 (図の赤枠部分) を設定します.
    • ファイルシステム:FAT,FAT32,exFAT,NTFS の選択肢から希望のものを選びます. 「(既定)」と後ろに書いてあるものが,そのドライブに対して Windows が標準的と推奨しているファイルシステムですが,必ずその通りにしなければならないというものではありません.
    • ボリュームラベル:エクスプローラなどでドライブを見分けやすいように半角で 11 文字以内の名前をつけましょう (任意).
  6. 必要に応じてアロケーションユニットサイズ (クラスタサイズ) を変更します. FAT32 や NTFS の場合は「標準のアロケーションサイズ」のままでよいでしょう. exFAT については,ファイルシステムの種類を参照し,使用目的にあったサイズに変更することを検討してください.
  7. 必要に応じて「クイックフォーマット」のチェックを外します. チェックをオンにしておく方が短時間でフォーマットが終了します (ここでは詳しい説明は省きます).
  8. ここまでの操作に間違いがないか自信がなければやり直しましょう. 大丈夫と確信できるなら [開始] ボタンを押します.
  9. フォーマットするとデータが消去されるといった内容の警告が表示されたら,[OK] をクリックします ([キャンセル] をクリックすれば,まだやり直せます).
  10. しばらくすると完了したことが通知されます.

ファイルシステムの種類

前述のように,Windows で使用できる USB メモリのフォーマットとしては,FAT (FAT16),FAT32,NTFS,exFAT の 4 種類があります. それぞれの特徴について簡単に紹介します.

FAT (FAT16)
Windows 以前の MS-DOS の頃から使われてきたフォーマットで,4GB より大きいディスク容量には対応していません.
FAT32
Windows 98 の頃から使われてきたフォーマットで,32GB より大きいディスク容量には対応していません.
NTFS
Windows NT の頃から Windows をインストールする HDD や SSD などのシステムドライブのフォーマットとして使われており,現状でほぼ無制限といえる 256TB までのディスク容量に対応しています. ユーザやグループ毎のアクセス権設定ができるなど,他のフォーマット (FAT,FAT32,exFAT) にはない特徴があります.
exFAT
主にディジタルカメラやディジタルビデオカメラで利用される大容量の SD カード (SDXC など) で利用されるフォーマットで,現状でほぼ無制限といえる 256TB までのディスク容量に対応しています. Windows 2000 以前の OS に対応しておらず,Windos XP でも標準では利用できません (詳しくは exFAT の利用法を参照).

フォーマットを自分で選択する際は,以下を基本方針とすればよいでしょう:

なお,exFAT で 256MB~32GB のドライブをフォーマットする際は,デフォルトのクラスタサイズが 32KB と大きいことに注意が必要です. ディジタルカメラ等でファイルサイズの大きな画像や動画ばかりを格納する場合には,大きめのクラスタサイズの方が都合がよいのかもしれませんが,PC で利用する場合にはファイル保存時に実際のファイルサイズよりもディスク上のサイズが大きくなりがちで,ムダが生じやすくなります. このため,ポータブルアプリケーションを利用する目的の USB メモリを exFAT でフォーマットする際には,クラスタサイズを 4KB 程度に設定する方がよいかもしれません.

より詳しいことは,Microsoft のサポートオンラインの「NTFS、FAT、および exFAT の既定のクラスターサイズ (文書番号: 140365)」を参照してください. そちらでは,ドライブのサイズ毎に FAT/FAT32/NTFS/exFAT の標準のクラスタサイズを確認することもできます.

USB ドライブの性能調査

USB メモリの性能を表す指標として,記憶容量,アクセス速度,耐久性などが挙げられます. 記憶容量は購入時点でも明らかですし,ドライブのプロパティ (図1) や,フォーマットダイアログボックス (図2) で簡単に調べることができます. 耐久性については,USB ソケットの耐久性と,USB メモリ内部の半導体 (フラッシュメモリ) の耐久性が関係します. フラッシュメモリは数万回の消去・書込みで寿命が尽きるといわれていますので,仮に 1 万回を上限として,毎日 3 回の消去・書込みを繰り返すとすれば,約 9 年後に寿命となる計算になるでしょうか.

アクセス速度については,Windows Vista/7 の「ReadyBoost 対応」に対応しているかどうかが一つの目安となります. Windows クライアント TechCenter の「ReadyBoost について理解して ReadyBoost によってシステムのパフォーマンスが向上するかどうかを知る」に記載された Windows7 における ReadyBoost の転送速度に関する要件は,次のように定められています:

Windows Vista では新規に USB メモリを差し込むと,この要件を満たすかを OS が自動でチェックして,要件以上の性能があるときに ReadyBoost として使用するかをたずねてくるそうです.

より具体的にアクセス速度を調べる方法として,ベンチマークソフトを使うことが考えられます. ここでは,フリーのベンチマークソフトとして以下の 2 つを紹介します.

CrystalDiskMark (http://crystalmark.info/):図3

図3・CrystalDiskMark
図3・CrystalDiskMark
インストール
配布されている実行形式のインストーラを起動してローカルハードディスクにインストールします.
起動法
スタートメニューから,[CrystalDiskMark]-[CrystalDiskMark] をクリックして起動します.
計測法
はじめに右上のドライブ選択ボックスで,計測対象の USB ドライブ (U:Removable) を選びます. 次に左上の [All] ボタンを押すと全項目の計測が始まります. デフォルトの計測では 1 項目について 5 回の試行から最良値を求めるので,測定が終わるまで 6~7 分かかりました. 計測回数 (デフォルトは 5回) や,Sequential Access (シーケンシャル転送速度) を計測するためのファイルの大きさ (デフォルトは 100MB) は,画面上部のボックスで変更することができます. 計測値は MB/s 単位で出力されますが,1×106=1,000,000bytes/s の意味だそうです.
追記
2011 年 3 月に,PortableApps.com の Utilities に,USB メモリにインストール可能な CrystalDsikMark Portable が加わりました.

FDBENCH (http://www.hdbench.net/):図4

図4・FDBENCH 1.02
図4・FDBENCH
インストール
配布されている ZIP 形式の圧縮ファイルをローカルハードディスクやリムーバブルディスク上に解凍 (展開) します.
起動法
解凍 (展開) された実行ファイル FDBENCH.exe をダブルクリックして起動します.
計測法
はじめに右側中段のドライブ選択ボックスで,計測対象の USB ドライブ (U:\Removable) を選びます. 次に左上の [All] ボタンを押すと全項目の計測が始まります. デフォルトの計測では,測定が終わるまで 3~4 分かかりました. ファイルの大きさ (デフォルトは 100MB) は,画面右側で変更することができます. 計測値の Read と Write はシーケンシャル転送時の読取り/書込み速度で KB/s 単位,RandomRead と RandomWrite はランダム転送時の読取り/書込み速度で KB/s 単位だそうです.

ベンチマーク実験

手元に容量 256MB のメモリが 1 本 (以下 USB256 とします),容量 512MB のメモリが 1 本 (以下 USB512 とします),容量 2GB の USB メモリが 2 本 (以下 USB2Ga,USB2Gb とします) あったので,ベンチマークを行ってみました. USB256 は 2003 年頃に発売された USB2.0 対応の日本の一流メーカ品です. USB512 は写真1の品で,メーカは不明ですが,パッケージには "Erase cycles>1,000,000times""Data can be preserved more than 10 years" と,100 万回以上の消去・書込みに耐え,10 年以上データ保存が可能と大層なことが書いてあります. USB2Ga は H20 年度卒業記念にいただいた品で,メーカは不明ですが販売サイトでは ReadyBoost 対応とうたわれています. USB2Gb は日本の一流メーカ品 (生産は台湾) で,パッケージに ReadyBoost 対応と GOOD DESIGN のロゴが印刷してあります. それぞれの USB メモリを FAT/FAT32/NTFS/exFAT でフォーマットして,ベンチマークを行った結果の一部を表1に示します.

表1・USB メモリのベンチマーク結果 (*印の項目については補足情報を参照)
USB メモリ
(容量)
フォーマット クラスタサイズ
[Byte]
CrystalDiskMark2.2[MB/s] FDBENCH1.02[KB/s]
512KB 4KB Random
Read Write Read Write Read Write
USB256
(256MB)
FAT 4K 7.336 3.583 4.083 0.168 7099 1143
FAT32 512* 7.333 3.598 4.071 0.166 6948 1240
1K* 7.325 3.580 4.061 0.167 6783 1184
2K 7.336 3.576 4.079 0.169 7091 1184
NTFS* 512 7.306 3.554 3.766 0.165 6949 1173
USB512
(512MB)
FAT 8K 18.63 5.008 6.707 0.148 17471 3041
FAT32 4K 18.51 5.949 6.670 0.148 17615 3055
NTFS* 512 18.41 5.355 6.555 0.143 17471 2255
USB2Ga
(2GB)
FAT 32K 17.57 1.735 5.375 0.020 17109 2174
FAT32 4K 17.57 1.587 5.432 0.019 16672 2012
NTFS* 2K 17.58 1.639 5.026 0.020 17018 2166
exFAT* 32K 19.30 1.736 8.005 0.020 18101 2215
USB2Gb
(2GB)
FAT 32K 18.69 2.706 4.880 0.033 17707 2705
FAT32 4K 18.27 2.782 4.795 0.033 17519 2208
2K* 19.19 2.537 5.962 0.034 15829 2734
NTFS* 2K 18.27 2.550 4.710 0.034 17661 2604
exFAT* 32K 19.31 2.863 6.394 0.036 18830 2817
4K 19.31 2.863 6.394 0.036 18101 2215

表1では,ReadyBoost の要件に関係する 512KB-Write と 4KB-Read の転送速度 (表1参照) について,必須要件未満必須要件をクリア推奨要件もクリアで色を塗り分けてみました (数値は計測する PC の性能や環境によって変動しますので参考程度に考えてください). ブロックの大きさ (512KB/4KB) や Read/Write の違いで USB メモリによって得意不得意があるらしいことがわかります. 同じ USB メモリでもフォーマットやクラスタサイズの指定によって若干の差があるようですが,体感できるほどではないように感じます (とことんこだわりたい人は 補足情報 も読んでください).