存储器原理及历史

1，锡纸录音机存储

      锡纸录音机

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       这个实验的原理非常简单，人对着泡面桶唱歌的时候，唱针会跟着振动，振动的唱针就会在锡纸上留下深浅不同的划痕，人的声音就被记录下来了。放音的时候，深浅不同的刻痕，反过来会带动唱针振动，泡面桶也跟着振动，于是声音就被复原出来了。这就是最简单的存储设备。

2      8位的打孔纸带存储器

和打孔卡一样，也是纺织行业的机械化织布机率先使用打孔纸带。在计算机上，打孔纸带即可用于数据输入，也可用于存储输出数据。纸带带上的每一行孔代表一个字符。这样需要的纸条特别长，一旦断裂，十分难处理。后改为圆筒状。

3      磁鼓存储器

   磁鼓存储器在50至60年代用作计算机的主要 外存储器。它利用电磁感应原理进行数字信息的记录(写人)与再生(读出)，由作为信息载体的磁鼓筒，磁头，读写及译码电路和控制电路等主要部分组成。 磁鼓筒是一个高速旋转的精密非磁性材料圆 柱，其外表面涂敷一层极薄的磁性记录媒体。作为 电磁转换器的磁头与鼓筒表面保持微小而恒定的间 隙(0.02~以下)并沿鼓筒轴线均匀排列，在电子电路的控制下进行信息的写入和读出。 磁鼓的种类很多，按机械结构可分为卧式和立 式磁鼓;按磁记录媒体可分为喷涂羊乓q非连续 磁层的喷胶磁鼓和镀镍一磷或镍一钻一磷连续磁层的 电镀磁鼓;按磁头与鼓筒外表面保持微小间隙的方 式可分为固定头磁鼓和浮动头磁鼓，后者又可分为 静压式浮动磁鼓和动压式浮动磁鼓。采用动压式浮 动磁头的浮动磁鼓是磁鼓技术能达到的最先进水 平。 随着磁盘存储器的出现与发展，60年代以后磁 鼓存储器已逐渐被淘汰，目前仅用于特殊应用场合。

IBM650计算机的16英寸长磁鼓，有40个磁道，10KB容量，12500转/分钟。

4   激光光盘

在本文之所以提到它是因为它是CD-ROM（比CD早4年）和其他光学存储媒介的先驱。它主要用于电影。1978年12月5日，首款商用激光光盘上市（当 时称为激光影碟，是Discovision公司的新品牌），其直径为30cm（11.81英寸）。这种光盘的双面均可以有60分钟的音频/视频。这款光盘 完全是模拟内容（相对数字内容而言），其背后技术要追溯到1958年的由David Paul Gregg发明的激光光盘技术。

       一次性记录的CD-R光盘主要采用(酞菁)有机染料，当此光盘在进行烧录时，激光就会对在基板上涂的有机染料，进行烧录，直接烧录成一个接一个的"坑"，这样有"坑"和没有"坑"的状态就形成了‘0'和‘1'的信号，这一个接一个的"坑"是不能回复的，也就是当烧成"坑"之后，将永久性地保持现状，这也就意味着此光盘不能重复擦写。这一连串的"0"、"1"信息，就组成了二进制代码，从而表示特定的数据。   

       对于可重复擦写的CD-RW而言，所涂抹的就不是有机染料，而是某种碳性物质，当激光在烧录时，就不是烧成一个接一个的"坑"，而是改变碳性物质的极性，通过改变碳性物质的极性，来形成特定的"0"、"1"代码序列。这种碳性物质的极性是可以重复改变的，这也就表示此光盘可以重复擦写。   而其中所应用到的激光具有优良的时间相干性和空间相干性，可以聚焦到极其微小的光斑，接近与本身波长相应的衍射极限。这种高功率密度的激光光束照射到记录介质表面上时，会烧蚀出直径约0.6微米的小孔。如果光速受数字信号控制，它扫描时烧蚀孔的分布花样就与数字编码信号相对应。烧蚀孔为二进制的“1"，未烧蚀处为“0"，则记录何时何地形成的一系列“1”和“0”便是所要存储信息的二进制数字编码。这就是光盘的信息记录过程，常称作信息写人。 光盘所用的用以产生极光的光源为半导体激光二极管((LD)，激光功率大约在lOmW-20mW。   由于光盘绕中心轴旋转，激光束沿径向扫描，所以烧蚀的排布轨迹呈螺旋状，相邻两线间距为1.6微米左右，为使在不同径向位置处都保持恒定的扫描线速度，就要求光盘的转速随扫描位置而变化，照射在外圈轨道时转速要慢，在里圈轨道时转速要快。为此，需要有精密灵活的传动机构和伺服系统，实现对光盘的高精度地驱动。   当用一束很细的激光束照射到光盘，扫描其上螺旋形轨迹时，反射回来的光强大小显然与光斑扫到的地方是否有孔有关。拘句话说，反射光强度将受到光盘上烧蚀孔排布光样的调制。于是，就可以根据反射光的强弱将存储在光盘上的数字信息转换成二进制电脉冲信号。此信号经处理系统处理后，再通过解码器解码，还原成初始的模拟信号，最后显示或记录下来。这就是光盘信息的提取再现过程，即通常所说的读出信息。   从光盘上读出信息的关键部件是光盘头，亦称阅读器，其作用是从光盘上取数字信号，并送给信号处理系统。它主要由光源(半导体激光二极管)、光电探测器及光学系统组成。光电探测器多采用硅光二极管，光学系统包括准直透镜、大数值孔径的聚焦透镜、半反射式分光镜等。光源发出的激光束经分光镜反射后，通过准直透镜，变成平行光束，再由聚焦透镜聚焦到光盘记录介质表面。由于是平行光束，能保证聚焦与光束路径长短无关。从光盘反射的光沿原光路返回，经分光镜后的透射光(不是反射光)投射到光电探测器上，探测器便输出数字的电脉冲信号。分光作用也可以采用偏振分束镜和1/4波长晶片来实现，光源发出的线偏振光通过偏振分束镜(二者偏振化方向一致)后，再经1/4波片时，变为圆偏振光，由透镜聚焦到光盘记录介质上。反射的圆偏振光再经该波返回时，又变为线偏振光，不过偏振面相对原人射的线偏振光转动了900角。这种线偏振光不能透过偏振分束镜，只能被反射，沿与原人射光垂直方向射向光电探测器，从而达到 分光的目的。      

       目前，由半导体激光器、光学系统及相应的调节机构构成的光盘头多半既可以作信息写人(记录)，又可以把光强衰减后作读出(提取)用。   光盘是集磁带大容量和磁盘检索功能于一体，且具有使用寿命长，信息保存可靠，对环境无严格要求的优点，它不仅能存储诸如立体声之类的音频信息，也能存储图像一类的视频信息，还可以存储其他信息，是当今各种存储媒体中的佼佼者。而这一成果主要依靠了激光的发现和发展，在此基础上，碳性材料的应用使得光盘也具有重复擦写功能，大大提高了光盘的应用性，使之成为现代信息生活中必不可少的储存媒介。

5     磁带

磁带录音磁头实际上是个蹄形电磁铁，两极相距很近，中间只留个狭缝。整个磁头封在金属壳内。录音磁带的带基上涂着一层磁粉，实际上就是许多铁磁性小颗粒。磁带紧贴着录音磁头走过，音频电流使得录音头缝隙处磁场的强弱、方向不断变化，磁带上的磁粉也就被磁化成一个个磁极方向和磁性强弱各不相同的“小磁铁”，声音信号就这样记录在磁带上了。 放音头的结构和录音头相似。当磁带从放音头的狭缝前走过时，磁带上“小磁铁”产生的磁场穿过放音头的线圈。由于“小磁铁”的极性和磁性强弱各不相同，它在线圈内产生的磁通量也在不断变化，于是在线圈中产生感应电流，放大后就可以在扬声器中发出声音。普通录音机的录音和放音往往合用一个磁头。

6    软盘

软盘也是由IBM发明，流行于20世纪70年代中期到21世纪初。首款软盘是8英寸的，后续又有5.25英寸和3.5英寸的。第一块软盘于1971年面世，容量为79.7KB，是只读型的。读写型软盘于次年才问世。

    1）软盘基本结构及分类

    软盘由盘片和保护套两部分组成。盘片由聚酯膜作基底，表面涂一层磁性材料。靠磁性材料被不同方向的磁化方式来存储信息。

    保护套起保护磁盘表面免划伤、防污染以及防止静电作用引起的数据丢失等。保护套与盘片间是一层柔软的衬里，衬里起清扫盘片的作用。

    2）软盘数据的记录格式

    软盘存放数据时，需要将软盘按一定的格式划分成若干个小区域。盘面划分成若干个同心圆，即磁道，每个磁道分割成若干扇区，每个扇区可存放一定字节的数据。为方便存取文件必须对扇区进行编号，这编号称为软盘地址。软盘地址由磁道号、面(头)号和扇区号三部分组成。

    (1)面(磁头)号。0面对应00号磁头，1面对应01号磁头。

    (2)磁道号。从软盘的最外侧00道开始，由外向里排列，3.5英寸高密软盘共80个磁道。

    (3)扇区号。各个扇区的顺序号即为扇区号，尽管外磁道和内磁道的记录密度不同，但扇区数相同。3.5英寸高密软盘每个磁道有18个扇区。每个扇区512个字节，容量为2×80×18×512=1474560字节。

    (4)簇。系统将扇区分组，构成簇(Cluster)。文件在软盘上以簇为单位存放，不以扇区为单位存放，这样可减少FAT的信息量。一个簇由2n(n=0、1、…、6)个扇区组成，一个簇含的扇区数与盘容量及FAT表的格式有关，2M以下的磁盘一个簇只有一个扇区。一个文件至少占一个簇。

    软盘扇区格式如图6-3所示。每条磁道由前置区、区段区及后置区三部分组成，每个扇区都有识别标志(ID)字段、数据字段和两个间隙(GAP)。软盘的磁道号、磁头号、扇区号就记录在ID字段内。

    3）软盘的格式化

    软盘格式化是在软盘上划分记录区；写入各种标志信息和地址信息；确定数据记录在磁盘上的方式；确定每个磁盘的磁道数，每道的扇区数目以及间隙、同步字段和识别标志的字节数，这一过程称为软盘的物理格式化。同时，格式化还要在软盘上建立磁盘的系统格式，称为系统格式化。软盘经格式化后，数据才能存放到这张盘片上。

    经重新格式化后的软盘，其盘上的数据将被全部清除。

7     硬盘（机械硬盘）：

     硬盘的存储原理和内部架构 ，原理与软盘类似，硬盘将读取设备和软盘进行了合成，省去了携带大量软盘的不便。

      http://blog.chinaunix.net/uid-23069658-id-3413957.html

8    闪存，半导体存储器,

半导体实际上就是开关，节省了人去操作的麻烦，利用电压高低控制开关。

      DRAM的每一个记忆单元（存储单元）由1个晶体管和1个电容器构成，实际相当于电容充放电，充电过程存储数据，放电过程读取数据，只能进行短暂的一次存储。有电子为0，无电子为1。这样即使数据的存储， 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”。

 

  http://www.elecfans.com/baike/bandaoti/bandaotiqijian/20100301174614.html

  http://blog.chinaunix.net/uid-20643533-id-2759711.html

 

9   U盘的存储原理

　　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。EPROM2数据存储器，其控制原理是电压控制栅晶体管的电压高低值，栅晶体管的结电容可长时间保存电压值，也就是为什么USB断电后能保存数据的原因。只能这么通俗简单的解释了。

10   固态硬盘（SSD）

固态硬盘实际是在闪存的基础上，加入控制电路，使数据读取后还能存留，直到最终檫除时，放电，数据不再保留。固态硬盘是使用固态内存来保存永久性数据。它和传统硬盘（HDD）有所不同，HDD是机电设备，包括可旋转的磁盘和可移动的读写磁头。相反，SSD使用微型芯片，并没有可以移动的部件。所以，和HDD相比，SSD的抗震性更强、噪音更低、读取时间和延迟时间更少。SSD和HDD有着相同的接口，因此在大多数应用程序中，SSD可以很容易取代HDD。

参考：http://blog.jobbole.com/124/