存儲(chǔ)器的發(fā)展史

1、1. 存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展之汞延遲線汞延遲線是基于汞在室溫時(shí)是液體，同時(shí)乂是導(dǎo)體，侮比特?cái)?shù)據(jù)用機(jī)械波的波峰 （I）和波谷（0）表示。機(jī)械波從汞柱的一端開始，一定厚度的熔融態(tài)金屬汞通 過一振動(dòng)膜片沿著縱向從一端傳到另一端，這樣就得名“汞延遲線” O在管的另 一端，一傳感器得到每一比特的信息，并反饋到起點(diǎn)。設(shè)想是汞獲取并延遲這些 數(shù)據(jù)，這樣它們便能存儲(chǔ)了。這個(gè)過程是機(jī)械和電子的奇妙結(jié)合。缺點(diǎn)是山于環(huán) 境條件的限制，這種存儲(chǔ)器方式會(huì)受各種環(huán)境因素影響而不精確。1950年，世界上第一臺(tái)具有存儲(chǔ)程序功能的計(jì)算機(jī)EDVAC由馮.諾依曼博士領(lǐng)導(dǎo) 設(shè)計(jì)。它的主要特點(diǎn)是釆用二進(jìn)制，使用汞延遲線作存儲(chǔ)器，指令和程序可存

2、入 計(jì)算機(jī)中。1951年3月，由ENIAC的主要設(shè)計(jì)者莫克利和?？颂卦O(shè)計(jì)的第一臺(tái)通用自動(dòng)計(jì) 算機(jī)UCVAC-1交付使用。它不僅能作科學(xué)計(jì)算，而且能作數(shù)據(jù)處理。2. 存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展之磁帶UNIVAC-I第一次采用磁帶機(jī)作外存儲(chǔ)器，首先用奇偶校驗(yàn)方法和雙重運(yùn)算線路 來提高系統(tǒng)的可靠性，并最先進(jìn)行了自動(dòng)編程的試驗(yàn)。磁帶是所有存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展中單位存儲(chǔ)信息成本最低、容量最大、標(biāo)準(zhǔn)化程度最 高的常用存儲(chǔ)介質(zhì)之一。它互換性好、易于保存，近年來，由于采用了具有高糾 錯(cuò)能力的編碼技術(shù)和即寫即讀的通道技術(shù)，大大提高了磁帶存儲(chǔ)的可黑性和讀寫 速度。根據(jù)讀寫磁帶的工作原理可分為螺旋掃描技術(shù)、線性記錄（數(shù)據(jù)流）技術(shù)、

3、DLT技術(shù)以及比較先進(jìn)的LTO技術(shù)。根據(jù)讀寫磁帶的工作原理，磁帶機(jī)可以分為六種規(guī)格。其中兩種采用螺旋掃描讀 寫方式的是面向工作組級(jí)的DAT （4mm）磁帶機(jī)和面向部門級(jí)的8mm磁帶機(jī)，另 外四種則是選用數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)技術(shù)設(shè)計(jì)的設(shè)備，它們分別是采用單磁頭讀寫方式、 磁帶寬度為1/4英寸、面向低端應(yīng)用的Travan和DC系列，以及釆用多磁頭讀寫 方式、磁帶寬度均為1/2英寸、面向高端應(yīng)用的DLT和IBM的3480/3490/3590 系列等。磁帶庫是基于磁帶的備份系統(tǒng)，它能夠提供同樣的基本自動(dòng)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)功 能，但同時(shí)具有更先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)。它的存儲(chǔ)容量可達(dá)到數(shù)ti PB,可以實(shí)現(xiàn)連 續(xù)備份、自動(dòng)搜索

4、磁帶，也可以在驅(qū)動(dòng)管理軟件控制下實(shí)現(xiàn)智能恢復(fù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控 和統(tǒng)計(jì)，整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份過程完全擺脫了人工干涉。磁帶庫不僅數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大得多，而且在備份效率和人工占用方面擁有無可比擬的 優(yōu)勢。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，磁帶庫通過SAN （Storage Area Network,存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)） 系統(tǒng)可形成網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)，為企業(yè)存儲(chǔ)提供有力保障，很容易完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份或通過磁帶鏡像技術(shù)實(shí)現(xiàn)多磁帶庫備份，無疑是數(shù)據(jù)倉庫、ERP等 大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的良好存儲(chǔ)設(shè)備。3. 存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展之磁鼓1933年，隨著存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展，第一臺(tái)磁鼓應(yīng)用于IBM 701,它是作為內(nèi)存儲(chǔ)器 使用的。磁鼓是利用鋁鼓筒表面涂覆的磁性材料

5、來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。鼓筒旋轉(zhuǎn)速度很 高，因此存取速度快。它采用飽和磁記錄，從固定式磁頭發(fā)展到浮動(dòng)式磁頭，從 采用磁膠發(fā)展到采用電鍍的連續(xù)磁介質(zhì)。這些都為后來的磁盤存儲(chǔ)器打下了基 礎(chǔ)。磁鼓最大的缺點(diǎn)是利用率不高，一個(gè)大圓柱體只有表面一層用于存儲(chǔ)，而磁盤 的兩面都利用來存儲(chǔ)，顯然利用率要高得多。因此，當(dāng)磁盤出現(xiàn)后，磁鼓就被 淘汰了。4. 存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展之磁芯美國物理學(xué)家王安1950年提出了利用磁性材料制造存儲(chǔ)器的思想。福雷斯特則 將這一思想變成了現(xiàn)實(shí)。為了實(shí)現(xiàn)磁芯存儲(chǔ)，福雷斯特需要一種物質(zhì)，這種物質(zhì)應(yīng)該有一個(gè)非常明確的磁 化閾值。他找到在新澤西生產(chǎn)電視機(jī)用鐵氧體變換器的一家公司的德國老陶瓷專 家，利用熔

6、化鐵礦和氧化物獲取了特定的磁性質(zhì)。對(duì)磁化有明確閾值是設(shè)訃的關(guān)鍵。這種電線的網(wǎng)格和芯子織在電線網(wǎng)上，被人稱 為芯子存儲(chǔ)，它的有關(guān)專利對(duì)發(fā)展計(jì)算機(jī)非常關(guān)鍵。這個(gè)方案可鼎并且穩(wěn)定。磁 化相對(duì)來說是永久的，所以在系統(tǒng)的電源關(guān)閉后，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)仍然保留著。既然 磁場能以電子的速度來閱讀，這使交互式計(jì)算有了可能。更進(jìn)一步，因?yàn)槭请娋€ 網(wǎng)格，存儲(chǔ)陣列的任何部分都能訪問，也就是說，不同的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在電線網(wǎng) 的不同位置，并且閱讀所在位置的一束比特就能立即存取。這稱為隨機(jī)存取存儲(chǔ) 器(RAM),在存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展歷程中它是交互式訃算的革新概念。福雷斯特把 這些專利轉(zhuǎn)讓給麻省理工學(xué)院，學(xué)院每年靠這些專利收到1500萬

7、2000萬美元。最先獲得這些專利許可證的是IBM, IBM最終獲得了在北美防衛(wèi)軍事基地安裝 “旋風(fēng)”的商業(yè)合同。更重要的是，自20世紀(jì)50年代以來，所有大型和中型計(jì) 算機(jī)也采用了這一系統(tǒng)。磁芯存儲(chǔ)從20世紀(jì)50年代、60年代，直至70年代初, 一直是計(jì)算機(jī)主存的標(biāo)準(zhǔn)方式。5. 存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展之磁盤世界笫一臺(tái)硬盤存儲(chǔ)器是由IBM公司在1956年發(fā)明的，其型號(hào)為IBM 350 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control)。這套系統(tǒng)的總?cè)萘恐?有5MB,共使用了 50個(gè)直徑為24英寸的磁盤。1968年，IBM公司提出“溫徹斯 特/Win

8、chesterw技術(shù)，其要點(diǎn)是將高速旋轉(zhuǎn)的磁盤、磁頭及其尋道機(jī)構(gòu)等全部 密封在一個(gè)無塵的封閉體中，形成一個(gè)頭盤組合件(HDA),與外界環(huán)境隔絕， 避免了灰塵的污染，并采用小型化輕浮力的磁頭浮動(dòng)塊，盤片表面涂潤滑劑，實(shí) 行接觸起停，這是現(xiàn)代絕大多數(shù)硬盤的原型。1979年，IBM發(fā)明了薄膜磁頭，進(jìn) 一步減輕了磁頭重量，使更快的存取速度、更高的存儲(chǔ)密度成為可能。20世紀(jì) 80年代末期，IBM公司乂對(duì)存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展作出一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)，發(fā)明了 MR(Magneto Resistive)磁阻磁頭，這種磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)信號(hào)變化相為敬感， 使得盤片的存儲(chǔ)密度比以往提高了數(shù)十倍。1991年，IBM生產(chǎn)的英寸硬盤

9、使用了 MR磁頭，使硬盤的容量首次達(dá)到了 1GB,從此，硬盤容量開始進(jìn)入了 GB數(shù)量級(jí)。 IBM 還發(fā)明了 PRML (Partial Response Maximum Likelihood)的信號(hào)讀取技術(shù)， 使信號(hào)檢測的靈敬度大幅度提高，從而可以大幅度提高記錄密度?？谇?，硬盤的面密度已經(jīng)達(dá)到每平方英寸100Gb以上，是容量、性價(jià)比最大的一 種存儲(chǔ)設(shè)備。因而，在計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)設(shè)備中，還沒有一種其他的存儲(chǔ)設(shè)備能夠 在最近兒年中對(duì)其統(tǒng)治地位產(chǎn)生挑戰(zhàn)。硬盤不僅用于各種計(jì)算機(jī)和服務(wù)器中，在 磁盤陣列和各種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，它也是基本的存儲(chǔ)單元。值得注意的是，近年 來微硬盤的出現(xiàn)和快速發(fā)展為移動(dòng)存儲(chǔ)提供了

10、一種較為理想的存儲(chǔ)介質(zhì)。在閃存 芯片難以承擔(dān)的大容量移動(dòng)存儲(chǔ)領(lǐng)域，微碩盤可大顯身手。LI前尺寸為1英寸的 硬盤，存儲(chǔ)容量已達(dá)4GB, 10GB容量的1英寸硬盤不久也會(huì)面世。微碩盤廣泛應(yīng) 用于數(shù)碼相機(jī)、MP3設(shè)備和各種手持電子類設(shè)備。另一種磁盤存儲(chǔ)設(shè)備是軟盤，從早期的8英寸軟盤、英寸軟盤到英寸軟盤，主要 為數(shù)據(jù)交換和小容量備份之用。其中，英寸軟盤占據(jù)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置地位近 20年之久，之后出現(xiàn)過24MB、100MB、200MB的高密度過渡性軟盤和軟驅(qū)產(chǎn)品。 然而，由于USB接口的閃存出現(xiàn)，軟盤作為數(shù)據(jù)交換和小容量備份的統(tǒng)治地位已 經(jīng)動(dòng)搖，不久會(huì)退出存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展歷史舞臺(tái)。6. 存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展之光

11、盤光盤主要分為只讀型光盤和讀寫型光盤。只讀型指光盤上的內(nèi)容是固定的，不能 寫入、修改，只能讀取其中的內(nèi)容。讀寫型則允許人們對(duì)光盤內(nèi)容進(jìn)行修改，可 以抹去原來的內(nèi)容，寫入新的內(nèi)容。用于微型計(jì)算機(jī)的光盤主要有CD-ROM. CD-R/W 和 DVD-ROM 等兒種。上世紀(jì)60年代，荷蘭飛利浦公司的研究人員開始使用激光光束進(jìn)行記錄和重放 信息的研究。1972年，他們的研究獲得了成功，1978年投放市場。最初的產(chǎn)品 就是大家所熟知的激光視盤(LD, Laser Vision Disc)系統(tǒng)。從LD的誕生至計(jì)算機(jī)用的CD-ROM,經(jīng)歷了三個(gè)階段，即LD-激光視盤、CD-DA 激光唱盤、CD-ROM。下面

12、簡單介紹這三個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展階段性的產(chǎn)品特點(diǎn)。LD-激光視盤，就是通常所說的LCD,直徑較大，為12英寸，兩面都可以記錄信 息，但是它記錄的信號(hào)是模擬信號(hào)。模擬信號(hào)的處理機(jī)制是指，模擬的電視圖像 信號(hào)和模擬的聲音信號(hào)都要經(jīng)過FM (Frequency Modulation)頻率調(diào)制、線性 疊加，然后進(jìn)行限幅放大。限幅后的信號(hào)以微米寬的凹坑長短來表示。CD-DA激光唱盤LD雖然取得了成功，但山于事先沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使它的 開發(fā)和制作一開始就陷入昂貴的資金投入中。1982年，由飛利浦公司和索尼公 司制定了 CD-DA激光唱盤的紅皮書(Red Book)標(biāo)準(zhǔn)。由此,一種新型的激光唱 盤誕生了。C

13、D-DA激光唱盤記錄音響的方法與LD系統(tǒng)不同，CD-DA激光唱盤系統(tǒng) 首先把模擬的音響信號(hào)進(jìn)行PCM (脈沖編碼調(diào)制)數(shù)字化處理，再經(jīng)過EMF (8 14位調(diào)制)編碼之后記錄到盤上。數(shù)字記錄代替模擬記錄的好處是，對(duì)干擾和 噪聲不敬感，由于盤本身的缺陷、劃傷或沾污而引起的錯(cuò)誤可以校正。CD-DA系統(tǒng)取得成功以后，使飛利浦公司和索尼公司很自然地想到利用CD-DA作 為計(jì)算機(jī)的大容量只讀存儲(chǔ)器。但要把CD-DA作為計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器，還必須解決 兩個(gè)重要問題，即建立適合于訃算機(jī)讀寫的盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及CD-DA誤碼率必 須從現(xiàn)有的10-9降低到10-12以下，山此就產(chǎn)生了 CD-ROM的黃皮書(Yell

14、ow Book) 標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的核心思想是，盤上的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊的形式來組織，每塊都要有 地址，這樣一來，盤上的數(shù)據(jù)就能從兒百兆字節(jié)的存儲(chǔ)空間上被迅速找到。為了 降低誤碼率，釆用增加一種錯(cuò)誤檢測和錯(cuò)誤校正的方案。錯(cuò)誤檢測采用了循環(huán)冗 余檢測碼，即所謂CRC,錯(cuò)誤校正釆用里德一索洛蒙(Reed Solomon)碼。黃皮書 確立了 CD-ROM的物理結(jié)構(gòu)，而為了使其能在計(jì)算機(jī)上完全兼容，后來乂制定了 CD-ROM的文件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，即ISO 9660o在上世紀(jì)80年代中期，光盤存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展速度非?？?，先后推出了 WORM光盤、 磁光盤(M0)、相變光盤(Phase Change Disk, PCD)

15、等新品種。20世紀(jì)90年 代，DVD-ROM. CD-R. CD-R/W等開始出現(xiàn)和普及，U前已成為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ) 設(shè)備。光盤技術(shù)進(jìn)一步向高密度發(fā)展，藍(lán)光光盤是不久將推出的下一代高密度光盤。多 層多階光盤和全息存儲(chǔ)光盤正在實(shí)驗(yàn)室研究之中，可望在5年之內(nèi)推向市場。7. 存儲(chǔ)器設(shè)備發(fā)展之納米存儲(chǔ)納米是一種長度單位，符號(hào)為nm。1納米二1毫微米，約為10個(gè)原子的長度。假 設(shè)一根頭發(fā)的直徑為毫米，把它徑向平均剖成5萬根，每根的厚度即約為1納米。 與納米存儲(chǔ)有關(guān)的主要進(jìn)展有如下內(nèi)容。1998年，美國明尼蘇達(dá)大學(xué)和普林斯頓大學(xué)制備成功量子磁盤，這種磁盤是山 磁性納米棒組成的納米陣列體系。一個(gè)量子磁盤相當(dāng)

16、于我們現(xiàn)在的10萬100 萬個(gè)磁盤，而能源消耗卻降低了 1萬倍。1988年，法國人首先發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，到1997年，釆用巨磁電阻原理的納 米結(jié)構(gòu)器件已在美國問世，它在磁存儲(chǔ).磁記憶和計(jì)算機(jī)讀寫磁頭等方面均有廣 闊的應(yīng)用前景。2002年9月，美國威斯康星州大學(xué)的科研小組宣布，他們?cè)谑覝貤l件下通過操 縱單個(gè)原子，研制岀原子級(jí)的硅記憶材料，其存儲(chǔ)信息的密度是L1前光盤的100 萬倍。這是納米存儲(chǔ)材料技術(shù)研究的一大進(jìn)展。該小組發(fā)表在納米技術(shù)雜志 上的研究報(bào)告稱，新的記憶材料構(gòu)建在硅材料表面上。研究人員首先使金元素在 硅材料表面升華，形成精確的原子軌道；然后再使硅元素升華，使其按上述原子 軌道進(jìn)行排列；最后，借助于掃瞄隧道顯微鏡的探針，從這些排列整齊的硅原子 中間隔抽岀硅原子，被抽空的部分代表“0”，余下的硅原子則代表“1”