基于一個有趣存儲問題的研究分析

摘要：存儲器是計算機的核心，圍繞“向MP3播放器存儲了100MB歌曲后質量是否變重”這一問題，延伸分析比較了各類存儲介質及其存儲原理， 對上世紀四十年代以來的存儲介質進行了深入的研究，得到了解決質量問題的全面回答。對存儲的新技術也作了展望。

關鍵詞：存儲介質；讀寫；原理

中圖分類號：TP334.5文獻標識碼：A文章編號：1009-3044（2008）36-2827-01

TheAnalysis Based on an Interesting Problem about Storage

SHIJing1， SHI Hai-feng 2

(1.Changzhou College of Information Technical，Changzhou 213164，China;2.Jiangsu Polytechnic University，Changzhou 213164， China)

Abstract: Storage is the kernel of a computer. On the issue about “Could the mp3 player be heavier after loaded 100MB ”， Carry out an in-depth study to the various types of storage media and storage principle since the 1940s.Made an extensive and comparative analysis.For the storage of new technologies have also made prospects.

Key words: storage media; write and read; principle

人類文明發展至今，文字的作用是功不可沒的，正式因為有了歷史給我們遺留下來的寶貴文字等信息，才使得我們能了解過去從而更好的走向未來。而現在信息的存儲已經跟數字存儲設備密不可分。

1 問題的提出

越來越多的各類數字存儲設備存儲了幾乎我們所有的信息，這些設備同時與我們的日常生活又是緊密相關，軟磁盤，優盤，移動硬盤，數字相機和手機的SD/MMC卡，CF卡等等。而要回答”向播放器存儲了100MB歌曲后質量是否變重”這一問題時，關鍵點也就歸結到了這些存儲設備是如何來存儲信息的，也就是各類存儲介質是如何來存儲0和1的。

2 存儲介質分類及原理

2.1 紙帶/卡片存儲

紙帶存儲就是將信息存儲在紙帶上，這是最古老的計算機存儲介質，它以紙帶相應位置上有孔和無孔來標示信息，在存數據的階段使用打孔機對紙帶進行打孔，早期更有使用人工方式打孔的。而信息的讀出則有讀帶機完成。 主要應用于早期的計算機存儲，在60-80年代間的電傳打字機就采用了紙帶存儲信息。典型的有西門子T100S電傳打字機。后來逐漸被傳真機代替。

2.2 磁芯存儲

采用具有矩形磁滯回線的鐵氧體磁性材料，利用兩種不同的剩磁狀態表示1或0。通俗的來講就是將磁芯作為回路的一部分，通過對線圈通兩個不同方向的電流所產生的磁通，使磁芯磁化，并且用這兩個不同的方向來存儲數據。讀出時，回路不加電流，當某一磁化單元進入回路時，使得磁通有大的變化，于是在回路產生感應電動勢，產生一個正脈沖，經過放大，檢波，限幅整形和選通后獲得符合要求的信號。從20世紀50年代開始，一度成為主存的主要存儲介質。但因為容量小速度慢體積大可靠性低從70年代開始逐漸被半導體存儲器代替。

2.3 半導體存儲

簡單來講，就是通過半導體的導通和截止來標示1或0。 實際是依據處于回路中的電容C有或無電荷來決定。主要由MOS型和雙極型，是依據制作工藝而分。半導體RAM存儲的信息會因為斷電而丟失。現在主要數字存儲設備采用的是半導體ROM的Flash Memory，即閃速存儲，快擦寫型存儲器，既可在不加電的情況下長期保存信息，即可實現移動存儲，又能在線進行快速擦除和重寫，也就完成內容的添加或刪除，使用方便，并且由于半導體工藝的進步，可在越來越小的體積存儲越來越多的內容，價格相對也不貴，所以其應用是相當廣泛。

2.4 磁表面存儲

這類存儲的讀寫原理與磁芯的是一樣的，不同的是，它是在非磁性的金屬或塑料載體上，涂覆一層磁性材料，用磁性材料存儲信息。根據載體的性質，又分為軟質和硬質。在磁帶和軟磁盤中使用軟質載體，一般為聚酯薄膜層;在硬磁盤中使用硬質載體一般為鋁合金片。讀寫原理與磁芯的是一樣的。

2.5 光存儲

光存儲最基本的原理是用盤面的凹凸來存儲0或1，通常在盤面上有很多細小的”坑”存在，平坦部分為1，而由平地進入坑或坑到平地的這類下降和上升邊緣存儲為0。依據數據的寫入方式大致來講分三類，一類是直接壓制的，如CD唱片，先灌錄好一張高質量的母盤而后交由制作部門，制作相應的模板，而后對CD盤面進行壓制即可得到與母盤一樣的信息。第二類是CD-R，即CD-Recordable，一次性寫入CD，這類事在盤面上有一層可記錄數據的數據染料層，通過激光對這層打”坑”也就存儲了0或1。第三類是CD-RW，可多次寫CD。主要原理是選用可逆的染料材質作為數據層，利用材料的特性來完成數據的多次讀寫。 讀取是通過激光的打到盤道的不同的位置的不同反射情況來獲取0或1。

2.6 其他各類新存儲介質

IBM在2007年推出了單原子存儲技術，也是利用了原子內部的磁性原理，并且在實驗室成功的在一個原子上存儲比特的信息，而當今即使是最高密度的硬盤，存儲一個信息至少需要100萬個磁性原子。效率的提高可想而知。

3 結論

到此，文章開頭的問題似乎已不重要了，了解幾類主要介質及其原理應該更為重要。存儲介質的發展史也是計算機的發展史，每次存儲介質的改進，計算機及其相關設備的改進也就隨之產生，這對我們的生活起到了很大的推動作用。

可以預見的是，隨著材料科學等學科的不斷發展，新的存儲技術也可能將隨之而來，我們期待人類無窮的智慧。

參考文獻：

[1] 曹岳輝，李力，李夢暉編著.計算機硬件技術基礎[M].北京: 清華大學出版社，2006.31-32.

[2] [美]施敏著， 趙鶴鳴， 錢敏等譯.半導體器件與工藝[M].(第2版).蘇州:蘇州大學出版社，2002.2-7.

[3] 蔣本珊 編著.計算機組成原理[M].北京:清華大學出版社，2004.228-229，245-250.