完整版)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)材料及發(fā)展

1、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)材料的相關(guān)介紹以及發(fā)展摘要： 主要介紹了存儲(chǔ)介質(zhì)的發(fā)展過程， 以及目前存儲(chǔ)介質(zhì)的分類， 最后簡述了根據(jù)各種存儲(chǔ)介 質(zhì)的特性而衍生出的新的存儲(chǔ)介質(zhì)材料，并從其性價(jià)比進(jìn)行了分析。關(guān)鍵字： 存儲(chǔ)介質(zhì)，閃存，混合硬盤，磁光盤存儲(chǔ)介質(zhì)，強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)，雙向一致存儲(chǔ)器，光學(xué)體 全息存儲(chǔ)引言： 存儲(chǔ)介質(zhì)的評測和分析對構(gòu)建文件系統(tǒng)過程如何選取存儲(chǔ)設(shè)備具有重要的指導(dǎo)作用， 對 文件系統(tǒng)的研究也有參考價(jià)值， 所以分析存儲(chǔ)介質(zhì)材料， 對從價(jià)格、容量、讀寫速度方面選 擇存儲(chǔ)設(shè)備以及存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著十分重要的作用。例如軟盤、光盤、DVD、硬盤、閃存、U盤、CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、記憶棒（

2、Memory Stick ）、xD卡等都屬于存儲(chǔ) 介質(zhì)。而目前最流行的存儲(chǔ)介質(zhì)是基于閃存的，比如U盤、CF卡、SD卡、SDHC卡、MMC卡、 SM 卡、記憶棒、 xD 卡等。正文： 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中用于存儲(chǔ)某種不連續(xù)物理量的媒體，是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的載 體。1、存儲(chǔ)介質(zhì)的發(fā)展史：不可否認(rèn)軟盤在很長的一段時(shí)間內(nèi)成為了無可替代的移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)，但進(jìn)入20世紀(jì) 90 年代，軟盤相對較小的容量已經(jīng)無法滿足日益龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，人們開 始尋找一種可以取代軟盤的移動(dòng)存儲(chǔ)方案。1994年，美國Iomega公司開始推出一種名為“ ZIP”的驅(qū)動(dòng)器，就容量而言，ZIP盤片100MB的容量已經(jīng)足以滿足當(dāng)時(shí)的

3、移動(dòng)存儲(chǔ)需求，極有可能取代3.5英寸軟盤長達(dá)十?dāng)?shù)年的統(tǒng)治地位，成為主流的移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。然而，Iomega 并沒有成功地抓住這一次機(jī)會(huì)。直到1996年，M-Systems、Trek、朗科等公司抓住了 USB（通用串行總線）標(biāo)準(zhǔn)發(fā) 展的契機(jī)，推出了一個(gè)由USB接口和閃存（Flash Memory ）組成的移動(dòng)存儲(chǔ)裝置，也就是如今廣泛流行的閃存盤。這種無論是體積還是容量都比軟盤好許多的新產(chǎn)品 很快取代了 3.5 英寸軟盤的地位。在閃存盤迅速占領(lǐng)市場的同時(shí)，許多的公司開始為爭奪閃存盤的發(fā)明權(quán)爭論和打 官司。他們無不聲稱是自己第一個(gè)設(shè)想、設(shè)計(jì)或者生產(chǎn)出了類似閃存盤的產(chǎn)品，而 且，他們當(dāng)中的某些公司分別在

4、不同的國家申請了相關(guān)的專利，相關(guān)的爭論一直沒 有結(jié)束，或許，未來也不會(huì)得出任何結(jié)果。移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)的研究仍然在繼續(xù)著。 1998 年，兩個(gè)德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)還可以被 存儲(chǔ)在膠帶之中，相關(guān)的技術(shù)目前主要用于全息影像圖鑒定領(lǐng)域。而1999 年發(fā)布的SD存儲(chǔ)卡則徹底地顛覆了消費(fèi)類電子產(chǎn)品世界。Iomega也在2003年再次推出了新的移動(dòng)存儲(chǔ)裝置 REV移動(dòng)硬盤，但這一次仍舊是未能獲得成功。總的來說，當(dāng)前使用最為廣泛的移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)仍舊是CD-R DVDR（土）以及閃存盤2、存儲(chǔ)介質(zhì)的分類 :1 ）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲(chǔ)信息 （ 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器除外） 速度快， 信息易丟失（只讀存儲(chǔ)器 除外）。常用作

5、主存、高速緩存器 。2）磁芯存儲(chǔ)器利用磁芯的磁極方向來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。特點(diǎn)是體積大，可靠性高，體積大，速度慢。3）磁鼓存儲(chǔ)器利用高速旋轉(zhuǎn)的圓柱體磁性表面作記錄媒體。特點(diǎn)是信息存取速度快，工作穩(wěn)定可靠，雖然其容量較小，正逐漸被磁盤存儲(chǔ)器所取代，但仍被用作實(shí)時(shí)過程控制計(jì)算機(jī)和中、大型計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器。為了適應(yīng)小型和微型計(jì)算機(jī)的需要，出現(xiàn)了超小型磁鼓，其體積小、重量輕、可靠性高、使用方便。4）磁盤存儲(chǔ)器利用磁記錄技術(shù)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它兼有磁鼓和磁帶存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)，即其存儲(chǔ)容量較磁鼓容量大，而存取速度則較磁帶存儲(chǔ)器快，又可脫機(jī)貯存，因此在各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中磁盤被廣泛用作大容量的外存儲(chǔ)器。磁盤一般分為硬磁盤和軟磁盤存

6、儲(chǔ)器兩大類。硬磁盤存儲(chǔ)器的品種很多。從結(jié)構(gòu)上，分可換式和固定式兩種?？蓳Q式磁盤盤片可調(diào) 換，固定式磁盤盤片是固定的?？蓳Q式和固定式磁盤都有多片組合和單片結(jié)構(gòu)兩種，又都可分為固定磁頭型和活動(dòng)磁頭型。固定磁頭型磁盤的容量較小，記錄密度低存取速度高，但造價(jià)高?；顒?dòng)磁頭型磁盤記錄密度高 （可達(dá)10006250位/英寸），因而容量大，但存取速度相對 固定磁頭磁盤低?；顒?dòng)頭固定式磁盤近幾年來在技術(shù)上有了很大改進(jìn)，成為一種密封組合式固定盤磁盤存儲(chǔ)器，稱為溫徹斯特盤。這種盤體積小，可靠性高，容量大，記錄密度高 ，代表當(dāng)前磁盤存儲(chǔ)器的發(fā)展方向。軟盤存儲(chǔ)器是近年發(fā)展起來的一種新型磁盤，容量在1-3MB左右。其特點(diǎn)

7、是價(jià)格便宜，用途廣泛，使用和攜帶都很方便，適應(yīng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對輔助存儲(chǔ)器小型、可靠及價(jià)格低 廉的要求。軟磁盤盤片外徑有8英寸、5英寸、3.5英寸等數(shù)種。軟磁盤存儲(chǔ)器除了適宜作微型計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器外，還可以與輸入鍵盤組成從鍵到軟磁盤的輸入裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的穿 孔紙帶和穿孔卡片。情報(bào)資料可以脫機(jī)存放在軟盤片上，使用時(shí)裝入軟磁盤存儲(chǔ)器輸入計(jì)算機(jī)。軟磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)媒體是軟磁盤片。5）光盤存儲(chǔ)器利用光斑的有無表示信息。 利用激光讀出和寫入信息。 特點(diǎn)是容量很大，非破壞性讀出， 長期保存信息，速度慢。常用作外存。6）其它存儲(chǔ)器由于技術(shù)不斷的進(jìn)步，其它存貯體在計(jì)算機(jī)中主、輔助廣泛應(yīng)用，如：FLASH、優(yōu)盤、

8、ccD以及移動(dòng)硬盤等。3、存儲(chǔ)介質(zhì)材料未來的發(fā)展：1）閃存（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料）閃存作為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的一種在最近幾年里發(fā)展十分迅猛，其優(yōu)點(diǎn)幾乎是全方位的：體 積小、讀寫速度快、數(shù)據(jù)安全性好、省電等。雖然閃存技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，但要實(shí) 現(xiàn)替代硬盤的目標(biāo)還有很長的路要走。從目前閃存技術(shù)的發(fā)展來看，提升容量和降低成本依然是閃存需要解決的問題。理論上看，閃存技術(shù)可以從一切半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步中收益，事實(shí)也是如此。目前芯片制 造領(lǐng)域中已經(jīng)實(shí)用化或接近實(shí)用化的技術(shù)，如三維晶體管技術(shù)、高K材料和金屬柵技術(shù)和先進(jìn)的光刻技術(shù)、新存儲(chǔ)材料技術(shù)等。借助這些技術(shù)，閃存容量仍然有極大的提升潛力。就新存儲(chǔ)材料技術(shù)來談：數(shù)據(jù)存

9、儲(chǔ)材料，即是柵極之下的那層薄膜。閃存容量和讀寫速度將取決于這層僅有納米級別厚度的薄膜。傳統(tǒng)的晶體管在進(jìn)化到90納米以下之后，就會(huì)產(chǎn)生較大的漏電。因此，個(gè)大廠商開始研究新的薄膜材料 ，例如：硅氮化物氧化物薄膜，金屬氮化物氧化物薄膜，這 種結(jié)構(gòu)簡稱為ONC膜結(jié)構(gòu)。采用這種膜結(jié)構(gòu)技術(shù)不易產(chǎn)生源漏級間的短信道效應(yīng)， 更容易實(shí)現(xiàn)工藝水平的提高。 在 抑制短通道效應(yīng)的同時(shí)， 確保了單元的接通電流， 擴(kuò)大了讀取余量， 也改善了數(shù)據(jù)保持特性。諸多新技術(shù)的出現(xiàn)使得閃存的容量增長突破了摩爾定律的限制， 價(jià)格也已經(jīng)下降到非常 合理的水平，按照這樣的趨勢，閃存將順理成章地占據(jù)存儲(chǔ)器領(lǐng)域的大多數(shù)地盤。2) 磁光盤(短波

10、長的磁光盤材料)磁光盤以存儲(chǔ)容量大、 經(jīng)濟(jì)、 可以長期安全地保存數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)在存儲(chǔ)介質(zhì)中占有了不可 或缺的地位。 提高存儲(chǔ)密度是近年乃至未來幾年科學(xué)工作者主要研究的問題。 磁光盤存儲(chǔ)介 質(zhì)材料的要求為： (1) 具有垂直磁化， 即它的磁各向異性能要大于垂直磁化時(shí)的退磁能； (2) 具有合適的居里溫度，大致在 250 300攝氏度； (3) 盡可能大的磁光克爾轉(zhuǎn)角，致使反射束 偏振面有大的旋轉(zhuǎn)角； (4) 能承受百萬次以上的信息寫擦和重寫的周期。 基于這些要求， ，國 內(nèi)外有關(guān)科學(xué)工作者紛紛探索了第二代的磁光盤存儲(chǔ)材料。 與第一代材料相比， 突出的一點(diǎn) 就是希望在短波長具有大的磁光竟?fàn)栟D(zhuǎn)角。這些被

11、研究的材料有Pt / O多層膜。當(dāng)co的厚度在0. 3rim , Pt的厚度在trim左右時(shí)，Pt / Co多層膜具有很強(qiáng)的垂直磁化特性，它在藍(lán)光渡 長耐具有0. 4度的克爾轉(zhuǎn)角，為第一代磁光盤材料的兩倍。國外的有關(guān)人員在Pt / Co多層膜的磁光盤上作了大量的實(shí)性能研究。證明它是目前為止較為合適的短波長磁光樹料候選物。但它的性能與co的厚度變化非常靈敏，即使其變化 0. 1nm,材料的性能就有很大的變化， 再 如受熱對Pt層和C(層間原子擴(kuò)散導(dǎo)致界面特性變化從而影響多層膜的垂直磁化特性。因此，第二代材料的磁光盤存儲(chǔ)材料仍在摸索之中。3) 超大容量、快速光學(xué)體全息存儲(chǔ) 隨著光電信息技術(shù)的迅猛發(fā)

12、展，超大容量的光學(xué)體全息存儲(chǔ)成為繼磁存儲(chǔ)后的又一高新技術(shù)。信息存儲(chǔ)的高密度化的數(shù)據(jù)處理及高速化將是今后信息化社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵。采用摻雜鈮酸鋰晶體制作成的海量存儲(chǔ)器. 已成為各國科研機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)， 特別是半導(dǎo)體紅光、 藍(lán) 光激光器的研制成功， 使光學(xué)體全息存儲(chǔ)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。 尤其是光折變晶體材料具有 體積小、存儲(chǔ)容量大、傳輸速率快、可并行計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，受到了極大的重視。海量存儲(chǔ)系統(tǒng)對產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的影響： 預(yù)計(jì)到 2010 年，普通微機(jī)至少需要 500GB 的外部存儲(chǔ)容量，數(shù)據(jù)傳輸率至少為150MB/ s。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)技術(shù)與此目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。采用摻雜鈮酸鋰晶體制作存儲(chǔ)器件。 信息是以頁的形

13、式直接存儲(chǔ)和讀出. 這個(gè)優(yōu)點(diǎn)， 使現(xiàn)今其他 存儲(chǔ)技術(shù)所達(dá)不到的.若能大力開發(fā)將對我國光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到推動(dòng)作用。超高密度、超高速度、大容量光學(xué)體全息存儲(chǔ)是最具有代表性的研究方向，一旦存儲(chǔ)材 料和存儲(chǔ)技術(shù)得到解決，將對信息產(chǎn)業(yè)帶來巨大的變革。4) 強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器 MRAM磁膜RAM、0UM雙向一致存儲(chǔ)器)MRAM1采用磁膜來保存的存儲(chǔ)器。不過，GMF元件在原理上除讀出、寫入時(shí)間長外、還有難以高集成化的問題，故不大具有替代已有存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)。而采用TMF元件的MRAE卻具備可高速、高集成的特點(diǎn)，故有可能替代閃存和DRMA MRAM被認(rèn)為是強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器最大的競爭對手，更勝于強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器的期望是取代D

14、RAM勺用途。它不僅性能上不遜色于DRAM而容易高集成化是最重要的原因。不僅如此，強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器是針對0. 25um等工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)，而MRAM采用0.18um之后的工藝批量生產(chǎn)，在細(xì)微化上也更為有利。 Motomla04 年后開始生產(chǎn)的 MRAM內(nèi)置系統(tǒng)LSI采用0. 18 “m工藝，裝入32MB容量的MRAM今后，大 容量化的進(jìn)展，若能開發(fā)成功256M 512M的產(chǎn)品，無疑將成為威脅 DRAM勺產(chǎn)品。OUM是美國ovollic 公司開發(fā)的存儲(chǔ)器技術(shù)，采用了CD-ROM所采用的碳族合金。碳族合金具有在非結(jié)晶狀態(tài)時(shí)電阻值增高， 在結(jié)晶狀態(tài)下電阻值下降低的特性。 通過控制該兩種狀 態(tài)，可實(shí)現(xiàn)1

15、和0的記憶保持。其主要特點(diǎn)是器件結(jié)構(gòu)簡單，可比DRAM降低成本，存儲(chǔ)區(qū)域及單元面積小，可抑制裸片尺寸等。此外，存儲(chǔ)保持時(shí)間10年，待機(jī)電源約 1uA,功能約30微瓦等，比之MRAM FERAM也不遜色。5) 混合硬盤傳統(tǒng)的硬盤采用機(jī)械式的磁介質(zhì)作為存儲(chǔ)介質(zhì)，而固態(tài)硬盤只采用閃存( Flash Memory) 作為存儲(chǔ)介質(zhì)。 由于閃存沒有機(jī)械裝置、 沒有尋道延遲， 高集成度使體積也更小并且發(fā)熱量 也更低，因此相比機(jī)械硬盤有著巨大的性能優(yōu)勢。顯然，由于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，閃存成本的逐步降低，讓其終于有機(jī)會(huì)從作為 移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)品的外存儲(chǔ)器向電腦的外存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)變。固態(tài)硬盤雖然性能不錯(cuò)，但是由于屬于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，相比磁介質(zhì)存儲(chǔ)器的成本仍然較 高，而后者則擁有著成本和容量上的優(yōu)勢。也就是說，混合硬盤可以結(jié)合兩者的特點(diǎn)， 為用 戶提供一種折中的解決方案。但是看似優(yōu)勢明顯， 但是混合硬盤如果要進(jìn)入使用階段， 必須解決哪些數(shù)據(jù)存放在閃存中， 哪些數(shù)據(jù)存放在機(jī)械硬盤中的問