存储器知识大科普（一）-64体育

随着时代的发展，科技的进步造就了如今美妙的时代，智能汽车、触屏手机、平板电脑等众多高科技产品逐渐渗透进我们的生活中。在这些产品的研发制造中，存储器的作用不可忽视，它虽然体积小但有着不可替代的作用，甚至决定了产品的质量。而它超过百年的发展史也同样惊人，从最初的打孔机到蓝光dvd再到现在的微型存储器，其每一步的发展都留下了坚实的脚印。下面就让我们对他进行一次科普宣传，重新认识一下存储器。

何为存储器？

存储器是记忆信息的实体，是数字计算机具备存储数据和信息能力，能够自动连续执行程序，进行广泛的信息处理的重要基础。它是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。其概念很广，有很多层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如ram、fifo等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、tf卡等。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。

发展历史

如今，我们pc上常用的存储设备容量基本都是几百g。即便是小巧的mp3播放器和其他手持设备，通常都是好几个g。但在几十年前，这么大的存储量只能在科幻小说中出现。有时候，我们会理所当然地认为当今的硬盘存储量就应该这么大，其实不然，这都是由科学家们逐步研发不断进步而来的。

1950年，世界上第一台具有存储程序功能的计算机edvac由冯.诺依曼博士领导设计。它的主要特点是采用二进制，使用汞延迟线作存储器，指令和程序可存入计算机中。1951年3月，由eniac的主要设计者莫克利和埃克特设计的第一台通用自动计算机univac-i交付使用。它不仅能作科学计算，而且能作数据处理。

选数管

选数管是20世纪中期出现的电子存储装置，是一种有直观存储转为机器存储的装置。其实在19世纪出现的穿孔纸带存储就是一种由直观存储转向机器存储的产物，他对19世纪西方某国的人口普查起到了关机的加速作用。

选数管的容量从256~4096bit不等，其中4096bit的选数管有10inch长，3inch宽，最初是1946年开发的，因为成本太高，并没有获得广泛使用。

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。

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。

激光光盘

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）。

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。

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。

硬盘（机械硬盘）

固态硬盘（ssd）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。

存储器的容量计算

存储器是如何计算的呢？首先，存储器的容量是指一个存储器芯片所能存储的二进制信息量。

存储器芯片的容量=存储单元数×每单元的数据位数

简单来讲，为了便于存放和取出数据，每个存储单元必须有一个固定地址。为了减少存储器芯片向外引出的地址线，在存储器芯片内部都自带译码器。根据二进制编码译码原理，n跟地址线可以译成2n个地址（单元）。因此，根据存储器芯片的存储容量就可知道该芯片向外引出的地址线根数。

存储器的存储速度一般用存储时间来衡量，存取时间越小速度越快，一般超高速存储器速度小于20ns，中速存储器在100-200ns之间，低速存储器大于300ns。

常见类别和原理

如今的存储器以被用在各个行业里的多种产品上，它们的分类大体上按照介质、存取方式和应用三大类进行划分。

按照其在计算机系统中的作用

•  主存储器（主存）：通常指我们所说的内存，它可以直接与cpu交换数据的存储器，特点速度快，容量小，价格高。主存采用半导体制作，所以是易失性存储器；

•  辅助存储器（辅存）：通常指我们所说的外存，用来存放当前没有使用的程序和数据，它不能直接与cpu交换数据，需要加载到主存。特点速度慢，容量大，价格便宜。辅存属于非易失性存储器；

• 缓冲存储器（缓存）：主要用到俩个速度不同的部件之中，现在基本用在cpu与主存之间，起到缓存的作用。

按照存储器的介质分类

• 半导体存储器：由半导体组成的存储器称为半导体存储器，半导体的存储器体积小，功率低，存取时间短。但是电源消失时，所存储的数据也会丢失，是一种易失性存储器；

•  磁材料存储器：由磁材料做成的存储器称为磁性存储器，在金属或塑料上涂抹一层磁性材料，用来存放数据，特点是非易失即断电后不数据不消失，存取速度比较慢；

• 盘存储器：光盘存储器使用激光在磁光材料上进行读取，特点是非易失性，耐用性好，记录密度高。现在多用在计算机系统中用作外部存储。

按照存储器的数据存取方式分类

随机存储器（random access memory ram）：ram（随机存储器）是一种可读可写的存储器，它的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取的时间与物理位置无关，我们的内存（主存）就是这种ram（随机存储器）；易失性存储器的代表就是ram，ram又分dram（动态随机存储器）和sram（静态随机存储器），他们之前不同在于生产工艺的不同，sram保存数据是靠晶体管锁存的，dram保存数据靠电容充电来维持。sram的工艺复杂，生产成本高，所以贵，容量比较大的ram我们都选用的是dram; dram和sram都是异步通信的，速率没有sdram和ssram快。所以现在大容量ram存储器一般选用sdram（同步动态随机ram）的，现在我们电脑里面用的内存条就是ram。那么ddr sdram和sdram的区别在于ddr（double data rate）双倍速率。sdram只在时钟的上升沿表示一个数据，而ddr sdram能在上升沿和下降沿都表示一个数据。ddr也一步步经过改良出现了一代、二代、三代，现在已经研制出第四代。

只读存储器（read only memory rom）：rom（只读存储器）是一种只能写入一次原始信息，写入之后，只能对去内部的数据进行读出，而不能随意重新写入新的数据去改变原始信息；rom分为mask rom、otprom、eprom、eeprom。mask rom是掩膜rom这种rom是一旦厂家生产出来，使用者无法再更改里面的数据。otprom(one time programmable rom)一次可变成存储器，出厂后用户只能写一次数据，然后再也不能修改了，一般做存储密钥。eprom(easerable programmable rom)这种存储器就可以多次擦除然后多次写入了。但是要在特定环境紫外线下擦除，所以这种存储器也不方便写入。eeprom(electrically easerable programmable rom)电可擦除rom，一种特殊形式的闪存，其应用通常是个人电脑中的电压来擦写和重编程。现在使用的比较多因为只要有电就可擦除数据，就可以写入数据。

闪存(flash)是一种非易失性存储器，允许在操作中被多次擦或写，而且断电数据也不会丢失。因为闪存不像ram（随机存取存储器）一样以字节为单位改写数据，因此不能取代ram。这种科技主要用于一般性数据存储，以及在电脑与其他数字产品间交换传输数据，如储存卡与u盘。闪存是非易失性的存储器，所以单就保存数据而言, 它是不需要消耗电力的。与硬盘相比，闪存有更佳的动态抗震性。这些特性正是闪存被移动设备广泛采用的原因。闪存还有一项特性：当它被制成储存卡时非常可靠，即使浸在水中也足以抵抗高压与极端的温度。闪存的写入速度往往明显慢于读取速度。

我们最常见的闪存卡（flash card）就是利用闪存（flash memory）技术达到存储电子信息的存储器，一般应用在数码相机，掌上电脑，mp3等小型数码产品中作为存储介质，所以样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用，闪存卡大概有u盘、smartmedia（sm卡）、compact flash（cf卡）、multimediacard（mmc卡）、secure digital（sd卡）、memory stick（记忆棒）、xd-picture card（xd卡）和微硬盘（microdrive）。这些闪存卡虽然外观、规格不同，但是技术原理都是相同的。

nand flash和nor flash都是现在用得比较多的非易失性闪存。它可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。nand器件执行擦除操作是十分简单的，而nor则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。由于擦除nor器件时是以64～128kb的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除nand器件是以8～32kb的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。因此，nor闪存作为随机存储介质，用于数据量较小的场合；nand闪存作为连续存储介质，适合存放大的数据。