存储器 存储器之前世今生

纸|传感器技术(WW_CGQJS)

现在我们电脑常用的存储设备容量基本都是几百吉字节。即使是小型MP3播放器等手持设备，通常也是几千兆字节。但是几十年前，这么大的存储量只能在科幻小说里找到。有时候，我们想当然地认为今天的硬盘存储量应该这么大，其实不然。接下来，我们将介绍早期、现在和未来可能流行的存储设备。

水银延迟线

1950年，世界上第一台具有存储程序功能的计算机EDVAC由冯·诺依曼博士设计。它的主要特点是使用二进制和水银延迟线作为存储器，指令和程序可以存储在计算机中。

光盘存储器

光盘主要分为只读光盘和读写光盘。只读是指光盘的内容是固定的，不能写入或修改，只能读取。读写允许人们修改光盘的内容，擦除原始内容并写入新内容。主要有微型计算机用的光盘，CD-R/W，DVD-ROM。

20世纪60年代，荷兰飞利浦公司的研究人员开始使用激光束记录和回放信息。1972年，他们的研究成功，并于1978年投放市场。第一个产品被称为激光视盘系统。

从激光唱片的诞生到计算机光盘，经历了三个阶段，即激光视盘、CD-DA激光视盘和光盘。下面简单介绍一下这三种存储器件在不同发展阶段的产品特点。LD-激光视盘，俗称LCD，直径12英寸大，可以记录两面信息，但其记录的信号是模拟信号。

模拟信号的处理机制是指模拟电视图像信号和模拟声音信号都经过FM(调频)调频，线性叠加，然后限幅放大。受限信号由0.5微米宽的凹坑长度表示。

虽然CD-DA光盘LD取得了成功，但由于事先没有统一的标准，其开发和生产从一开始就投入了昂贵的资本投资。1982年，飞利浦和索尼为CD-DA光盘建立了红皮书标准。

于是，一种新型的光盘诞生了。与激光唱片系统不同，CD-DA光盘记录音频。在CD-DA光盘系统中，模拟音频信号由脉码调制(PCM)数字化，然后经电动势(8 ~ 14位调制)后记录在光盘上。数字记录代替模拟记录的优点是对干扰和噪声不敏感，并且可以纠正由光盘本身的缺陷、划痕或污染引起的错误。

CD-DA系统成功后，飞利浦和索尼自然想到用CD-DA作为电脑的大容量只读存储器。但是，要使用CD-DA作为计算机的内存，必须解决两个重要的问题，即适合计算机读写的磁盘的数据结构，以及CD-DA的误码率必须从现有的10-9降到10-12以下，从而导致光盘的黄皮书标准。

这个标准的核心思想是把磁盘上的数据以数据块的形式组织起来，每个数据块必须有一个地址，这样就可以从几百兆的存储空间中快速找到磁盘上的数据空。为了降低误码率，采用了检错纠错方案。

检错采用循环冗余检测码，称为CRC，纠错采用里德-所罗门码。黄皮书确立了光盘的物理结构，为了使其与计算机完全兼容，后来制定了光盘的文件系统标准，即ISO 9660。

80年代中期，光盘存储设备的发展速度非常快，先后推出了WORM盘、磁光盘(MO)和相变盘(PCD)等新品种。90年代开始出现DVD-ROM、CD-R、CD-R/W等，成为计算机的标准存储设备。

光盘技术正在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在短时间内陆续推向市场。

闪存

闪存开发于1980年左右，但直到1988年才正式问世。这种存储器技术上是一种EEPROM，但速度上大大超越。目前市场上的闪存有两种，一种是NAND，一种是NOR。主要区别在于逻辑门的不同；这种内存催生了便携式光盘和存储卡。

左边的芯片是闪存，右边的芯片是内存控制芯片

JDEC在2012年发布了通用闪存(UFS)规范。除了省电功能，新规范的数据吞吐量可达300 Mbit/s，用于上行/下行同步。

具有UFS规格的东芝闪存芯片

双倍速率同步动态随机存储器

2000年，行业标准组织JEDEC定义了双数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)的规范。顾名思义，在某些情况下，这种RAM可以达到普通SDRAM两倍的数据速率。DDR SDRAM规范后来演变到第二代，也就是2003年的DDR2，速度又翻倍；2007年，其速度翻倍，即DDR3。

速度提高八倍，你就不够用了。最新的DDR4数据访问速度将再次翻倍，创新的架构设计有望降低功耗。

海盗船DDR-400内存条集成散热器

纳米存储器

1998年，明尼苏达大学和普林斯顿大学成功制备了量子盘，这是一种由磁性纳米棒组成的纳米阵列系统。一个量子盘相当于我们现在的10万~ 100万个盘，但是能耗降低了1万倍。

1988年，法国人首次发现了巨磁电阻效应。到1997年，基于巨磁电阻原理的纳米结构器件已经在美国问世，在磁存储、磁存储和计算机读写头等领域有着广阔的应用前景。

2002年9月，威斯康辛大学的研究小组宣布，他们通过在室温下操纵单个原子，研制出原子级硅存储材料，存储信息的密度是目前光盘的100万倍。这是纳米存储材料研究的一大进展。

根据该小组发表的研究报告，新的存储材料建立在硅材料的表面。研究人员首先在硅材料表面升华金，形成精确的原子轨道；然后升华硅元素，按照原子轨道排列；

最后，借助扫描隧道显微镜的探针，从这些有序排列的硅原子中间隔提取硅原子，提取出的空部分代表“0”，剩余的硅原子代表“1”，从而形成相当于计算机晶体管功能的原子级存储材料。

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