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存储器的前世今生
更新日期:2017-5-13    作者:网络综合    编辑:admin    点击量:8570

光盘存储器

光盘主要分为只读型光盘和读写型光盘。只读型指光盘上的内容是固定的,不能写入、修改,只能读取其中的内容。读写型则允许人们对光盘内容进行修改,可以抹去原来的内容,写入新的内容。用于微型计算机的光盘主要有CD-ROMCD-R/WDVD-ROM等几种。

上世纪60年代,荷兰飞利浦公司的研究人员开始使用激光光束进行记录和重放信息的研究。1972年,他们的研究获得了成功,1978年投放市场。最初的产品就是大家所熟知的激光视盘(LDLaser Vision Disc)系统。

 光盘存储器

LD的诞生至计算机用的CD-ROM,经历了三个阶段,即LD-激光视盘、CD-DA激光唱盘、CD-ROM。下面简单介绍这三个存储器设备发展阶段性的产品特点。 LD-激光视盘,就是通常所说的LCD,直径较大,为12英寸,两面都可以记录信息,但是它记录的信号是模拟信号。

模拟信号的处理机制是指,模拟的电视图像信号和模拟的声音信号都要经过FMFrequency Modulation)频率调制、线性叠加,然后进行限幅放大。限幅后的信号以0.5微米宽的凹坑长短来表示。

 光盘存储器

CD-DA激光唱盘 LD虽然取得了成功,但由于事先没有制定统一的标准,使它的开发和制作一开始就陷入昂贵的资金投入中。1982年,由飞利浦公司和索尼公司制定了CD-DA激光唱盘的红皮书(Red Book)标准。

由此,一种新型的激光唱盘诞生了。CD-DA激光唱盘记录音响的方法与LD系统不同,CD-DA激光唱盘系统首先把模拟的音响信号进行PCM(脉冲编码调制)数字化处理,再经过EMF814位调制)编码之后记录到盘上。数字记录代替模拟记录的好处是,对干扰和噪声不敏感,由于盘本身的缺陷、划伤或沾污而引起的错误可以校正。

CD-DA系统取得成功以后,使飞利浦公司和索尼公司很自然地想到利用CD-DA作为计算机的大容量只读存储器。但要把CD-DA作为计算机的存储器,还必须解决两个重要问题,即建立适合于计算机读写的盘的数据结构,以及CD-DA误码率必须从现有的10-9降低到10-12以下,由此就产生了CD-ROM的黄皮书(Yellow Book)标准。

这个标准的核心思想是,盘上的数据以数据块的形式来组织,每块都要有地址,这样一来,盘上的数据就能从几百兆字节的存储空间上被迅速找到。为了降低误码率,采用增加一种错误检测和错误校正的方案。

错误检测采用了循环冗余检测码,即所谓CRC,错误校正采用里德-索洛蒙(Reed Solomon)码。黄皮书确立了CD-ROM的物理结构,而为了使其能在计算机上完全兼容,后来又制定了CD-ROM的文件系统标准,即ISO 9660

在上世纪80年代中期,光盘存储器设备发展速度非常快,先后推出了WORM光盘、磁光盘(MO)、相变光盘(Phase Change DiskPCD)等新品种。20世纪90年代,DVD-ROMCD-RCD-R/W等开始出现和普及,成为计算机的标准存储设备。

光盘技术进一步向高密度发展,蓝光光盘、多层多阶光盘和全息存储光盘正陆续在短期内推向市场。

闪存

闪存是在1980年左右被开发出来,但直到1988年才正式问世;这种内存在技术上算是一种EEPROM,不过在速度上则是大幅超越。目前市面上有两种闪存,其一是NAND、其二是NOR,主要差异在于逻辑闸的不同;这种内存催生了小巧的随身碟、记忆卡。

 闪存

图左边的芯片是闪存,右边的是内存控制芯片

JDEC2012年发表了通用闪存储存(universal flash storageUFS)规格。新规格除了具备省电功能,资料吞吐量也能达到上行/下行同步300 Mbit/s


采用UFS规格的东芝(Toshiba)闪存芯片

DDR SDRAM

产业标准组织JEDEC2000年定义出了双倍资料速率同步动态随机存取内存(DDR SDRAM)规格,如其名称所点出的特性,在特定情况下,这种RAM能达到比一般SDRAM两倍的资料速率。DDR SDRAM规格后来演进到第二代、即2003年的DDR2,速度再加倍;2007年则又把速度加快一倍,即 DDR3

如果速度提高了八倍你还嫌不够,最新的DDR4资料存取速度再加倍,而且创新的架构设计也预期将可降低功耗。

整合散热片的Corsair DDR-400内存模块

整合散热片的Corsair DDR-400内存模块

纳米存储器

1998年,美国明尼苏达大学和普林斯顿大学制备成功量子磁盘,这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系。一个量子磁盘相当于我们现在的10万~100万个磁盘,而能源消耗却降低了1万倍。

1988年,法国人首先发现了巨磁电阻效应,到1997年,采用巨磁电阻原理的纳米结构器件已在美国问世,它在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头等方面均有广阔的应用前景。

20029月,美国威斯康星州大学的科研小组宣布,他们在室温条件下通过操纵单个原子,研制出原子级的硅记忆材料,其存储信息的密度是目前光盘的100万倍。这是纳米存储材料技术研究的一大进展。

该小组发表的研究报告称,新的记忆材料构建在硅材料表面上。研究人员首先使金元素在硅材料表面升华,形成精确的原子轨道;然后再使硅元素升华,使其按上述原子轨道进行排列;

最后,借助于扫瞄隧道显微镜的探针,从这些排列整齐的硅原子中间隔抽出硅原子,被抽空的部分代表“0”,余下的硅原子则代表“1”,这就形成了相当于计算机晶体管功能的原子级记忆材料。

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