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1、存儲器的發(fā)展史及技術(shù)現(xiàn)狀20122352蔡文杰 計(jì)科3班1 .存儲器發(fā)展歷史1.1 存儲器簡介存儲器(Memory是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備,用來存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算 機(jī)中的全部信息,包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行 結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。自世界上第 一臺計(jì)算機(jī)問世以來,計(jì)算機(jī)的存儲器件也在不斷的發(fā)展更新,從一開始的汞延 遲線,磁帶,磁鼓,磁芯,到現(xiàn)在的半導(dǎo)體存儲器,磁盤,光盤,納米存儲等, 無不體現(xiàn)著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展。1.2 存儲器的傳統(tǒng)分類從使用角度看,半導(dǎo)體存儲器可以分成兩大類:斷電后數(shù)據(jù)會丟失的易失性 存儲器和斷電后數(shù)據(jù)不會丟
2、失的非易失性存儲器。過去都可以隨機(jī)讀寫信息的易失性存儲器稱為RAM(Randoo Aeeess Memory)根據(jù)工作原理和條件不同,RAM又 有靜態(tài)和動態(tài)之分,分別稱為靜態(tài)讀寫存儲器 SR AM(St ate RAM)和動態(tài)讀寫存 儲器DRAM(DynamieRAM);而過去的非易失控存儲器都是只讀存儲 RoM(Readon- y Memo-ry),這種存儲器只能脫機(jī)寫人信息,在使用中只能讀出信息而不能寫人 或改變信息.非易失性存儲器包含各種不同原理、技術(shù)和結(jié)構(gòu)的存儲器.傳統(tǒng)的非 易失性存儲器根據(jù)寫人方法和可寫人的次數(shù)的不同,又可分成掩模只讀存儲器 MROM(Mask ROM廠次性編程的 O
3、TPROM(one Time Programmable ROMH用縈 外線擦除可多次編程的 Uv EPROM(Utravio-let ErasableProgrammable ROM).過 去的OTPROM?是采用雙極性熔絲式,這種芯片只能被編程一次,因此在測試階段 不能對產(chǎn)品進(jìn)行編程性檢側(cè),所以產(chǎn)品交付用戶后,經(jīng)常在編程時才會發(fā)現(xiàn)其缺 陷而失效,有的芯片雖然能被編程,但由于其交流性不能滿足要求,卻不能正常運(yùn) 行.故雙極性熔絲式PROMF品的可彳S度不高.2 .半導(dǎo)體存儲器由于對運(yùn)行速度的要求,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲器多采用半導(dǎo)體存儲器。半導(dǎo)體存儲器包括只讀存儲器(ROM和隨機(jī)讀寫存儲器(RAM兩
4、大類。2.1 只讀存儲器ROM1線路最簡單的半導(dǎo)體電路,通過掩模工藝,一次性制造,在元件正常 工作的情況下,其中的代碼與數(shù)據(jù)將永久保存,并且不能夠進(jìn)行修改。一般地, 只讀存儲器用來存放固定的程序和數(shù)據(jù),如微機(jī)的監(jiān)控程序、BIOS(基本輸入/輸出系統(tǒng)Basic Input/Output System)、匯編程序、用戶程序、數(shù)據(jù)表格等。根據(jù)編程方法不同,ROMT分為以下五種:1、掩碼式只讀存儲器,這類ROM 在制造過程中,其中的數(shù)據(jù)已經(jīng)事先確定了,因而只能讀出,而不能再改變。它 的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高,價格便宜,適宜批量生產(chǎn)。 2、可一次性編程只讀存儲器(PROM,為了使用戶能夠根據(jù)自己的需要來寫 RO
5、M廠家生產(chǎn)了一種PROM允 許用戶對其進(jìn)行一次編程寫入數(shù)據(jù)或程序。一旦編程之后,信息就永久性地固定下來。用戶可以讀出和使用,但再也無法改變其內(nèi)容。3、可擦可編程只讀存儲器(EPROM,這是一種具有可擦除功能,擦除后即可進(jìn)行再編程的RO岫存,寫入前必須先把里面的內(nèi)容用紫外線照射它的IC卡上的透明視窗的方式來清除掉。4、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM,功能與EPROW樣,不同之 處是清除數(shù)據(jù)的方式。另外它還可以用電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入。5、快閃存儲器(Flash Memory),是在EEPROM基礎(chǔ)上發(fā)展而來,只是它提高了 ROM勺讀寫 速度。然而,相比之下,ROM勺讀取速度比RAMS慢的多,因
6、此,一般都用 RAMfe 存放當(dāng)前正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù),并且隨時可以對存放在里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和 存取。而面對CPU勺高速發(fā)展,內(nèi)存的速度使得高速運(yùn)算受到了限制,為了緩解這種矛盾,人們找到了幾種方法,其中一種就是采用更高速的技術(shù), 使用更先進(jìn) 的RAM乍為內(nèi)存。于是,就有了 RAM勺發(fā)展歷史。2.2 隨機(jī)存儲器RAMT分為SRAMStatic RAM靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器) 和DRAMDynamic RAM 動態(tài)隨機(jī)存取存儲器)。SRAM1經(jīng)是一種主要的內(nèi)存,它以6顆電子管組成一 位存儲單元,以雙穩(wěn)態(tài)電路形式存儲數(shù)據(jù),因此不斷電時即可正常工作,而且它 的處理速度比較快而穩(wěn)定,不過由于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)
7、部需要使用更多的晶體管構(gòu) 成寄存器以保存數(shù)據(jù),所以它采用的硅片面積相當(dāng)大,制造成本也相當(dāng)高,所以 現(xiàn)在常把SRAMS在比主內(nèi)存小的多的高速緩存上。而DRAM勺結(jié)構(gòu)相比之下要簡 單的多,其基本結(jié)構(gòu)是一個電子管和一個電容,具有結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、功耗 低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn),適合制造大容量存儲器,所以現(xiàn)在我們用的內(nèi)存大多是 由DRAMfe成的。但是,由于是DRAM1每個內(nèi)存位作為一個電荷保存在位存儲單 元中,用電容的充放電來做儲存動作,因電容本身有漏電問題,因此必須每幾微 秒就要刷新一次,否則數(shù)據(jù)會丟失。3 .內(nèi)存的發(fā)展內(nèi)存是以一塊塊的IC (集成電路)焊接到主板上的,然而,這樣做對于后 期維護(hù)產(chǎn)生
8、了很多問題,十分不方便。于是,內(nèi)存條的概念出現(xiàn)了。3.1 FP DRAM在80286主板剛推出的時候,內(nèi)存條采用了 SIMM (Single In-line Memory Modules,單邊接觸內(nèi)存模組)接口。其在 80286處理器上是30pin SIMM內(nèi)存, 隨后,到了 386, 486時期,由于CPUE經(jīng)向16bit發(fā)展,30pin SIMM內(nèi)存無法 滿足需求,其較低的內(nèi)存帶寬已經(jīng)成為急待解決的瓶頸,因此就出現(xiàn)了70pinSIMM內(nèi)存。72線的SIMM內(nèi)存引進(jìn)了一個FP DRAM(快頁內(nèi)存),因?yàn)?DRAM! 要恒電流以保存信息,一旦斷電,信息即丟失。它的刷新頻率每秒鐘可達(dá)幾百次, 但
9、由于FP DRAMS用同一電路來存取數(shù)據(jù),所以 DRAM勺存取時間有一定的時間 間隔,這導(dǎo)致了它的存取速度并不是很快。另外,在DRAW,由于存儲地址空間是按頁排列的,所以當(dāng)訪問某一頁面時,切換到另一頁面會占用CPL外的時 鐘周期。3.2 FPM DRAM486時期普遍應(yīng)用的內(nèi)存是 FPM DRAMFast Page Mode DRAM 快速頁切換 模式動態(tài)隨機(jī)存取存儲器),這是改良版的DRAM傳統(tǒng)的DRAMfc存取一個BIT的數(shù)據(jù)時,必須送出行地址和列地址各一次才能讀寫數(shù)據(jù)。而 FRM DRA混觸發(fā) 了行地址后,如果CPUB要的地址在同一行內(nèi),則可以連續(xù)輸出列地址而不必再 輸出行地址了。由于一
10、般的程序和數(shù)據(jù)在內(nèi)存中排列的地址是連續(xù)的,這種情況下輸出行地址后連續(xù)輸出列地址就可以得到所需要的數(shù)據(jù),從而大大提高讀取速度。3.3 EDO DRAM繼 FPM-后,出現(xiàn)的一種存儲器 EDO DRAMExtended Date Out RAM , 外擴(kuò)充數(shù)據(jù)模式存儲器)內(nèi)存開始盛行。EDO-RA環(huán)需要像FPM DRA那樣在存 取每一 BIT數(shù)據(jù)時必須輸出行地址和列地址并使其穩(wěn)定一段時間,然后才能讀寫有效的數(shù)據(jù),而下一個BIT的地址必須等待這次讀寫操作完成才能輸出,它取消 了擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出內(nèi)存與傳輸內(nèi)存兩個存儲周期之間的時間問隔,在把數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU勺同時去訪問下一個頁面,故而速度要比普通DRA瞅1
11、530%3.4 SDRAM自Intel Celeron 系列以及AMD KM理器以及相關(guān)的主板芯片組推出后, EDO DRAM存性能再也無法滿足需要了,內(nèi)存技術(shù)必須徹底得到個革新才能滿 足新一代CP邸構(gòu)的需求,此時內(nèi)存開始進(jìn)入 SDRAMNto SDRAMSynchronous DRAM同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器),是一種與CPU現(xiàn)外頻Clock同步的內(nèi)存模 式。所謂clock同步是指內(nèi)存能夠與CPM步存取資料,這樣可以取消等待周期, 減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t,因此可提升計(jì)算機(jī)的性能和效率。SDRAMJ存有PC66M范,PC100ttt范,PC133規(guī)范,甚至為超頻需求,又提供了 PC150 PC166
12、規(guī)范的 內(nèi)存。3.5 Rambus DRAMIntel與Rambus司聯(lián)合開始在 PC市場推廣Rambus DRAM1存。與SDRAM 不同的是,RDRA陳用了新一代高速簡單內(nèi)存架構(gòu),基于一種類 RISC (Reduced Instruction Set Computing ,精簡指令集計(jì)算機(jī))理論,這個理論可以減少數(shù) 據(jù)的復(fù)雜性,使得整個系統(tǒng)性能得到提高。盡管RDRA混時鐘頻率上有了突破性 的進(jìn)展。3.6 DDR SDRAMDDR SDRAMDouble Data Rate 二倍速率同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器),可說 是SDRAMJ升級版本,DDR&時鐘信號上升沿與下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù),這使得
13、DDR勺數(shù)據(jù)傳輸速度為傳統(tǒng)SDRAMJ兩倍。由于僅多采用了下降沿信號,因此并 不會造成能耗增加。至于定址與控制信號則與傳統(tǒng)SDRAM1同,僅在時鐘上升沿 傳輸。DD時存有DDR266范,DDR33覬范,DDR40覦范及DDR53覲范等。3.7 DDR2DDR2 SDRAM由JEDEGS行開發(fā)的新生代內(nèi)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),它與上一代 DDR 內(nèi)存技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最大的不同就是,雖然同是采用了在時鐘的上升 /下降延同時進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞?,?DDR也存卻擁有兩倍于上一代 DD時存預(yù)讀取能力。3.8 DDR3DDR3勺特點(diǎn)有:更高的外部數(shù)據(jù)傳輸率,更先進(jìn)的地址 /命令與控制總線的 拓樸架構(gòu),在保證性能的同時將
14、能耗進(jìn)一步降低。3.9 可現(xiàn)場改寫的非易失性存儲器在存儲器市場上非R OM型可現(xiàn)場改寫的非易失性存儲器的需求增長速度最 快,這些芯片技術(shù)正在迅速地改變著存儲器世界的面貌.這主要有可電擦寫可編程的EEPROMU用鋰電池作為數(shù)據(jù)保持后備電源的一體化非易失性靜態(tài)讀寫存儲 器NVSRAM在EPRO肺EEPROM片技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的快擦寫存儲器 PlashMemory和利用鐵電材料的極化方向來存儲數(shù)據(jù)的鐵電讀寫存儲器FRAM隨著新的半導(dǎo)體存儲技術(shù)的發(fā)明,各種不同的可現(xiàn)場改寫信息的非易失性存儲器被 推上市場,首先是可電擦寫的 EEp RoM(Eleetrieally Erasa blepro-gramm
15、able ROM)這種存儲器寫人速度比較慢,為T提高寫人速度,把RAMf EEPROM合起來, 由RAMffi與其逐位相通的EEPROM成兼有兩者優(yōu)點(diǎn)的非易失性讀寫存儲器 NOVRAM(Non volatile RAM)1.2 發(fā)展迅速的快擦寫存儲器Flash由于快擦寫存儲器不需要存儲電容器, 故其集成度更高,制造成本低于DRAM它使用方便,既具有SRAMS寫的靈活性和 較快的訪問速度,又具有ROMS斷電后可不丟失信息的特點(diǎn),所以快擦寫存儲器 技術(shù)發(fā)展迅速,隨著快擦寫存儲器技術(shù)的發(fā)展,已開始越來越多地取代EPROMS 中還有一個方面就是固態(tài)盤的未來市場.固態(tài)盤是以大容t非易失性半導(dǎo)體存儲 器作
16、為記憶媒體,經(jīng)沒有機(jī)械運(yùn)動部件,比磁盤機(jī)和磁帶機(jī)更能承受溫度變化、機(jī) 械展動和沖擊,而且其讀寫速度要比磁盤或磁帶機(jī)快幾個數(shù) t級.隨著快擦寫存 儲器技術(shù)的發(fā)展,容易不斷提高、價格不斷下降,用這種存儲器來構(gòu)成固態(tài)盤在很 多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)〈鷤鹘y(tǒng)的磁盤和磁帶機(jī)1.4 非昌失性存儲舒FRAM!想存儲器產(chǎn)品應(yīng)該是高集成度、快讀寫速度、 低成本、具有無限讀寫周期的非易失性存儲器.鐵電讀寫存儲器最有希望成為這 種理想的未來存儲器.FRAMft術(shù)綜合了 DRAMS集成度、低成本和SRAM勺讀寫速度以及EPROMJ非易失性的多種優(yōu)點(diǎn)于一身;它的進(jìn)一步發(fā)展將會對計(jì)算機(jī)科學(xué) 技術(shù)產(chǎn)生促進(jìn)作用.鐵電讀寫存儲器與其他存
17、儲器不同的一點(diǎn)是,其讀操作是破 壞性的,同樣也影響壽命,雖然現(xiàn)產(chǎn)品的讀和寫的總壽命周期已達(dá) 100億次,但是 它目前仍然不適于作佑要頻繁進(jìn)行讀操作的主程序存儲器,而只適于不需要頻繁 讀操作而需要經(jīng)常重新寫人更新數(shù)據(jù)的領(lǐng)域.在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研制出試驗(yàn)樣品,其 可重寫人的次數(shù)已經(jīng)超過1萬億次.進(jìn)一步的研究希望在未來產(chǎn)品中可無限次讀 寫,并隨著對其長期穩(wěn)定性的不斷改進(jìn),那就會成為比較理想的存儲器.2.存儲器技術(shù)現(xiàn)狀而現(xiàn)如今,存儲器發(fā)展迅速,技術(shù)也是與過去有了很大的不同。2.1 嵌入式閃存2014年5月27日,全球領(lǐng)先的閃存存儲解決方案供應(yīng)商閃迪公司今日面向中國及其他 高速增長市場的入門級平板電腦和智能手
18、機(jī)發(fā)布一款理想的存儲解決方案一一iNANDStandard嵌入式閃存驅(qū)動器(EFD)。利用最新1Y納米X3 NAND閃存解決方案,原始設(shè)備制 造商(OEM可快速推出搭載性能可靠的閃迪存儲器的新型入門級數(shù)碼設(shè)備。2.2 TTN光存儲器NTT發(fā)表世界首創(chuàng)的光存儲器技術(shù),容量超過100bit ,可免除光訊號轉(zhuǎn)換為電子訊號的資料處理動作,有助于未來的發(fā)展高速化,低耗電的資通訊技術(shù)。 但有魚研發(fā)的光記憶體尺寸偏大,無法收容在一起,所以使用光子晶體素材的光納米共振器結(jié)構(gòu),研發(fā)出可收納與晶體內(nèi)的超小型光記憶體,獎光封閉魚裝置中以存儲資訊。2.3 SSD現(xiàn)如今處理器頻率提高了、制程更新了;內(nèi)存頻率提高了;硬盤容量提高了。盡管硬盤在接口方面將PATA變成了 SATA SCSI變成了 SAS垂直記錄技術(shù)在容量上有所突破,但仍 未能改變硬
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