信息存储技术一览

光(激光束)储存器系统：CD光盘，DVD光盘等

光盘 存储原理:

    常见的各种光盘就是将模拟数据通过刻录设备在上面刻出的一个信号凹坑，再在光盘的另一面涂上反光材料制成的。而CD—ROM的激光头发出的光束照到光盘的平地方和凹地方所反射回的信号不同，CD-ROM上的光敏元件就根据反射信号的强弱产生高低电平输出到光驱的数字电路中，而高低电平在电脑中分别代表O和l，电脑就根据这些0和l来完成数据的输出。一般现在的DVD用红色激光；HD-DVD、Blue ray用蓝紫色激光。蓝紫色激光光盘的储存密度大的多，Blue ray达到单碟双层50GB；HD-DVD为30GB，而DVD只有8.5GB。
  有一类非磁性记录介质，经激光照射后可形成小凹坑，每一凹坑为一位信息。这种介质的吸光能力强、熔点较低，在激光束的照射下，其照射区域由于温度升高而被熔化，在介质膜张力的作用下熔化部分被拉成一个凹坑，此凹坑可用来表示一位信息。因此，可根据凹坑和未烧蚀区对光反射能力的差异，利用激光读出信息。
工作时，将主机送来的数据经编码后送入光调制器，调制激光源输出光束的强弱，用以表示数据1和0；再将调制后的激光束通过光路写入系统到物镜聚焦，使光束成为1大小的光点射到记录介质上，用凹坑代表1，无坑代表0。读取信息时，激光束的功率为写入时功率的1/10即可。读光束为未调制的连续波，经光路系统后，也在记录介质上聚焦成小光点。无凹处，入射光大部分返回；在凹处，由于坑深使得反射光与入射光抵消而不返回。这样，根据光束反射能力的差异将记录在介质上的“1”和“0”信息读出。光存储介质，采用的存储方式都与软盘硬盘相近，也是以二进制数据的形式来存储信息。光存储工作原理是改变存储单元的某种性质(如是否反射，反射率、反射光极化方向等)，利用这种性质的改变来存储二进制数据。在读取数据时，光检测器检测出反射，光强或极化方向等的变化，从而读出存储在光盘上的数据。由于激光光束可以聚焦到很小的直径，因此有较高的存储容量。如果要在这些光盘上面储存数据，需要借助激光把电脑转换后的二进制数据用数据模式刻在扁平、具有反射能力的盘片上。为了识别数据，光盘上可以定义激光刻出的小坑(或小点)就代表二进制的“1”，而空白处则代表二进制的“0”。

  我们常见的光存储介质主要有CD和DVD光盘。光盘外面都有保护膜，一般看不出来。
但能看出来有信息和没有信息的部分。 
   DVD盘的记录点比CD更小，且螺旋储存点的距离也更小。DVD存放数据信息非常紧密，最小记录点长度仅为0.4μm。
 DVD盘每个记录点间的距离大约是CD-ROM的50%，轨距只有0.74μm。
　CD光驱、DVD光驱等一系列光存储设备，主要的部分就是激光发生器和光监测器。光驱上的激光发生器实际上就是一个激光二极管，可以产生对应波长的激光光束，然后经过一系列的处理后射到光盘上，然后经由光监测器捕捉反射回来的信号从而识别实际的数据。

  CD-R，英文全称为：compact disk–recordable. CD-R的另一英文名称是CD-WO（Write Once ），顾名思义，就是只允许写一次，写完以后，记录在CD-R盘上的信息无法被改写，但可以象CD-ROM盘片一样，在CD-ROM驱动器和CD-R驱动器上被反复地读取多次。CD-R盘与CD-ROM盘相比有许多共同之处，它们的主要差别在于CD-R盘上增加了一层有机染料作为记录层，反射层用金，而不是CD-ROM中的铝。当写入激光束聚焦到记录层上时，染料被加热后烧溶，形成一系列代表信息的凹坑。这些凹坑与CD-ROM盘上的凹坑类似，但CD-ROM盘上的凹坑是用金属压模压出的。
  CD-R驱动器中使用的光学读/写头与CD-ROM的光学读出头类似，只是其激光功率受写入信号的调制。CD-R驱动器刻录时，在要形成凹坑的地方，半导体激光器的输出功率变大；不形成凹坑的地方，输出功率变小。在读出时，与CD-ROM一样，要输出恒定的小功率

MO可擦写光盘存储器

MO是英文Magnet-Optical的缩写，是指利用激光与磁性共同作用的结果记录信息的光磁盘。MO盘用来存储信息的媒体与软磁盘相似，但其信息记录密度和容量却比软磁盘高的多。这是由于记录时在盘的上面施加磁场，而在盘下面用激光照射。磁场作用于盘面上的区域比较大，而激光通过光学系统聚焦于盘面的光点直径只有1～2微米。在受光区域，激光的光能转化为热能，并使磁性层受热而变的不稳定，即变的易受磁场影响。这样，在直径只有1～2微米的极小区域内就可记录下一个单位的信息。通常的磁性记录方式存储一个单位的信息时，要占用相当大的区域，因而磁道也相应变宽，盘上记录信息的总量也就很小。

MO盘片虽然比硬盘和软盘便宜和耐用，但是与CD-R盘片相比就显得比较昂贵了。MO的致命缺点是不能用普通CD-ROM驱动器读出，因而不能满足信息社会对计算机数据进行交换和数据分发的要求，在网络技术和网络建设不发达的地方，这一问题日驱突出和严重。MO没有市场共享性，购买者只是将它们用于数据备份，中文意思为一次性可写光盘。光盘刻录原理，是借助于高功率激光照射CD-R光盘的染料层，使其产生化学变化；而所谓化学变化，即表示再也无法恢复到原来的状态，所以CD-R光盘片，只能写入一次，不能重复写入，而由刻录机照射染料层所产生之化学变化所造成CD-R光盘片平面产生之凹洞 (Pit)，而在一般光驱读取这些平面(Land)与凹洞(Pit)所产生的0与1的讯号， 经过译码器分析后，组织成我们想要看或听的资料。

　　CD-RW,英文全称为：Cd ReWritable。为一种可以重复写入的光盘。刻录机除了能刻录CD-RW光盘之外，理所当然也有向前整合的功能，也就是说，刻录机也能刻录一般的CD-R光盘。CD-RW比CD-R多一层一层200~500埃(1埃=10-8cm)的薄膜，而此种薄膜的材质多为银，铟，硒或碲的结晶层，这个结晶层的特色是能呈现出结晶与非结晶的状态。因此激照的照射后，使这两种状态之间相互转换，而这两种状态也在光盘片上呈现出平面(Land)与凹洞(Pit)的效果。同样的，而在一般光驱读取这些平面(Land)与凹洞(Pit)所产生的0与1的讯号，经过译码器分析后，组织成我们想要看或听的资料。　

　　除上述外，那么CD-R刻录盘与CD-RW刻录盘有什么差异呢？1.但是由于度层材料的特性(状态改变的次数有限制，大约为一千次)而且此类材质对于激光的反射率较差，大约只有15%，不及于CD-R光盘片的65%，所以光驱必须要具有Multi-read的功能才能读取CD-RW光盘片。 2.CD-RW可重复刻录1000次，对于一些时常更新资料的使用者而言，是非常方便的。　

　　DVD，是英文Digital VideoDisc 与 Digital Versatile Disc的缩写，即数字视频光盘或数字多用途的光盘，它利用MPEG2的压缩技术来储存影像，也可以满足人们对大存储容量、高性能的存储媒体的需求。DVD光盘不仅已在音/视频领域内得到了广泛应用，而且将会带动出版、广播、通信、WWW等行业的发展。它的用途非常广泛，这一点可以从它设定的五种规格中看出来：　

DVD－ROM——电脑软件只读光盘，用途类似CD－ROM；　

　　DVD－Video——家用的影音光盘，用途类似LD或Video CD；　

　　DVD－Audio——音乐盘片，用途类似音乐CD；　

　　DVD－R（或称DVD－Write－Once)——限写一次的DVD，用途类似CD－R；　

　　DVD－RAM(或称DVD－Rewritable)——可多次读写的光盘，用途类似MO。　

　　与CD相比，DVD具有以下的几项优势：　

　　1、大容量和快速读取∶大多DVD与一般CD的大小相同，直径约12公分（也有8公分的），由二个厚度各为0.6mm的基质层粘贴而成，采用多面多层的技术，即每一面光盘可以储存双层信息，一张光盘最多可有四面的储存空间，DVD利用聚焦更集中的红光镭射提高了每单位面积的储存密度，因此可说其储存空间是空前的大，（表一）将各种不同储存形式的储存容量和适用规格做了整理。此外，利用较短波长的镭射和较密集的信息坑制作，可以使单层DVD的最大读取率达 11.08 Mbit/sec，相当于八倍速的光盘机。　

　　2、高分辨率的视频：采用MPEG2标准影像压缩技术的DVD，其分辨率可达720×480，远超过VCD的352×240。MPEG2具有可弹性调整视频读取率的能力，因此可以在保有原画面品质的情况下，大量节省信息的储存空间。此外，DVD player内建的Letterbox和Pan and Scan的显示模式还可调整16:9或4:3电视的画面宽高比例。　

　　3、高传真的音质∶DVD可利用更精确的取样精度转换类比信息，并且将传统的二声道扩充至5.1声道，让人们真正进入多声道的世界。

　　蓝盘(Blu-Ray Disc)

　　为了适应人们不断对大容量存贮的需求，2002年9家国际主流电子巨头（9C；Matsushita、Hitachi、Pioneer、Sharp、Philips、Tohomson、Samsung、LGE）共同发表有关High Definition DVD（HD-DVD）的Blu-Ray Disc规格。Blu-Ray Disc采用蓝色激光的技术，因此也称为蓝光光盘，它提供更快速、更高容量的储存媒体，让家庭娱乐有更多精致及不同的选择。

由于DVD技术的不断进步，采用了不同技术，当然有不同的存贮量，以下是各种不同光盘存储量的对照表：

　　只读标准DVD

　　DVD-Video/DVD-ROM 1 1 4.7GB (DVD-5)

　　DVD-Video/DVD-ROM 1 2 8.5GB (DVD-9)

　　DVD-Video/DVD-ROM 2 1 9.4GB (DVD-10)

　　DVD-Video/DVD-ROM 2 2 17.0GB (DVD-18)

　　只读高密DVD

　　Blu-ray (BD-ROM) 1 1 25.0GB

　　Blu-ray (BD-ROM) 1 2 50.0GB

　　HD DVD-ROM 1 1 15.0GB

　　HD DVD-ROM 1 2 30.0GB

　　一次性可写DVD

　　DVD-R (A) 1 1 4.7GB

　　DVD-R (G) 1 1 4.7GB

　　DVD-R (G) 2 1 9.4GB

　　DVD-R DL 1 2 8.5GB

　　DVD+R 1 1 4.7GB

　　DVD+R DL 1 2 8.5GB

　　一次性可写高密DVD

　　Blu-ray (BD-R) 1 1 25.0GB

　　Blu-ray (BD-R) 1 2 50.0GB

　　HD DVD-R 1 1 15.0GB

　　HD DVD-R 1 2 30.0GB

　　可重写DVD(100K cycles)

　　DVD-RAM Ver. 1 1 1 2.6GB

　　DVD-RAM Ver. 1 2 1 5.2GB

　　DVD-RAM Ver. 2 1 1 4.7GB

　　DVD-RAM Ver. 2 2 1 9.4GB

　　DVD-RAM (80 mm) 1 1 1.46GB

　　DVD-RAM (80 mm) 2 1 2.92GB

　　可重写DVD (1K cycles)

　　alled "Re-recordable")

　　DVD-RW 1 1 4.7GB

　　DVD-RW 2 1 9.4GB

　　DVD+RW 1 1 4.7GB

　　DVD+RW 2 1 9.4GB　

　　可重写HD-DVD (10K cycles)

　　Blu-ray (BD RE) 1 1 25.0GB

　　Blu-ray (BD RE) 1 2 50.0GB

　　HD DVD Rewritable 1 1 15.0GB

　　HD DVD Rewritable 1 2 30.0GB

 

 举例，如果光盘不反射激光则代表那里有一个小点，那么电脑就知道它代表一个“1”。
如果激光被反射回来，电脑就知道这个点是一个“0”。然后电脑就可以将这些二
进制代码转换成为原来的程序。

 当光盘在光驱中做高速转动，激光头在电机的控制下前后移动，数据就这样不断的
读取出来了，同理刻录也是这个原理，刻录的光比较强，可以在盘片上留下不同的烙
印。

它由驱动单元和存在于旋转盘片中的存储媒体组成。通常，这些碟片预先都被格式化成凹槽和轨道以便能够定位光学（信号）采集器或录制磁头来存取碟片上的信息。通常利用媒介的热敏作用，用光度头发出的聚集激光束（照射），而使媒介的物理特性产生变化，这样，信息就被录制下来。媒介上的一个点可记录二进制的一个数位，而这个点能够确定读出器光线的相位、密度、极性或反射率，最终该光线会被光度头上的检测器检测出来。媒介碟片和（信号）采集器的旋转以及位置都是由驱动马达和伺服系统来确定的，而在定位的过程中，要以磁盘上的轨道为参照。数据的控制、获取以及编码/解码还需要借助其它的外围电子器件来进行。

磁储存器系统：硬盘，软盘，磁带等

 磁存储技术的工作原理是通过改变磁粒子的极性来在磁性介质上记录数据。利用每
个存储点上的磁场方向代表二进制的0或1，要读取这些数据，需要电极扫过这个磁场。
在磁场作用下，磁性金属内部电子自旋方向发生改变而导致电阻改变，从而改变电流
的强度，被称为“磁阻”效应。
 有兴趣的可以参看诺贝尔物理学奖有关的“巨磁电阻”。
 
 在读取数据时，磁头将存储介质上的磁粒子极性转换成相应的电脉冲信号，并转换
成计算机可以识别的数据形式。写操作的原理也是如此。

 要使用硬盘等介质上的数据文件，通常需要依靠操作系统所提供的文件系统功能，
文件系统维护着存储介质上所有文件的索引。因为效率等诸多方面的考虑，在我们利
用操作系统提供的指令删除数据文件的时候，磁介质上的磁粒子极性并不会被清除。
操作系统只是对文件系统的索引部分进行了修改，将删除文件的相应段落作了删除
标记。同样的，目前主流操作系统对存储介质进行格式化操作时，也不会抹除介质上的
实际数据信号。

 我们所接触的数据恢复正是利用了操作系统的这种设定。值得注意的是，这种恢
复通常只能在数据文件删除之后相应存储位置没有写入新数据的情况下进行。一旦
新的数据写入，磁粒子极性将无可挽回的被改变从而使得旧有的数据真正意义上被
清除。

 

就如磁带和硬盘这样的磁记录媒介都是由附在基片上的磁性（物质）覆盖层构成的。要利用一个或多个录制磁头来录制或播放（磁媒介上的）信息。录制磁头由一个高导磁率的磁芯和在其周围缠绕了几圈的导体构成，而在这个磁芯上，有一个非常狭窄的缝隙。当电流通过导体时，在磁芯中便产生了磁通量，并从缝隙处散发出来，穿透磁介质，并使它向左或向右磁化。磁化过程中，二进制的数据（在磁盘上）按照顺时针的顺序被编码成跃迁（1）或无变化（0）形式，同时整个过程与磁盘或磁带的旋转同步。在回读的过程中，用一个类似的磁头在磁盘上检测由录制下来的跃迁发出的磁通。

 

 

 

 

半导体存储器：

  ROM（Read Only Memory），如BIOS的ROM。ROM在系统掉电后仍然可以保持数据，

  ROM也有很多种，PROM是可编程的ROM，PROM和EPROM(可擦除可编程ROM)两者区别是，PROM是一次性的，也就是软件灌入后，就无法修改了，这种是早期的产品，现在已经不可能使用了，而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序，是一种通用的存储器。另外一种EEPROM是通过电子擦出，价格很高，写入时间很长，写入很慢。
举个例子，手机软件一般放在EEPROM中，我们打电话，有些最后拨打的号码，暂时是存在SRAM中的，不是马上写入通过记录(通话记录保存在EEPROM中)，因为当时有很重要工作(通话)要做，如果写入，漫长的等待是让用户忍无可忍的。

FLASH存储器又称闪存，它结合了ROM和RAM的长处，如数码存储卡，U盘等不仅具备电子可擦出可编程(EEPROM)的性能，还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据(NVRAM的优势)，U盘和MP3里用的就是这种存储器。在过去的20年里，嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备，然而近年来Flash全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位，用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用(U盘)。
目前Flash主要有两种NOR Flash和NADN Flash。NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样，用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码，这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。NAND Flash没有采取内存的随机读取技术，它的读取是以一次读取一快的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，采用这种技术的Flash比较廉价。用户不能直接运行NAND Flash上的代码，因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外，还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。
一般小容量的用NOR Flash，因为其读取速度快，多用来存储操作系统等重要信息，而大容量的用NAND FLASH，最常见的NAND FLASH应用是嵌入式系统采用的DOC(Disk On Chip)和我们通常用的"闪盘"，可以在线擦除。目前市面上的FLASH 主要来自Intel，AMD，Fujitsu和Toshiba，而生产NAND Flash的主要厂家有Samsung和Toshiba。
话说SRAM,DRAM,SDRAM
SRAM是Static Random Access Memory的缩写，中文含义为静态随机访问存储器，它是一种类型的半导体存储器。"静态"是指只要不掉电，存储在SRAM中的数据就不会丢失。这一点与动态RAM(DRAM)不同，DRAM需要进行周期性的刷新操作。 然后，我们不应将SRAM与只读存储器(ROM)和Flash Memory相混淆，因为SRAM是一种易失性存储器，它只有在电源保持连续供应的情况下才能够保持数据。"随机访问"是指存储器的内容可以以任何顺序访问，而不管前一次访问的是哪一个位置。
SRAM中的每一位均存储在四个晶体管当中，这四个晶体管组成了两个交叉耦合反向器。这个存储单元具有两个稳定状态，通常表示为0和1。另外还需要两个访问晶体管用于控制读或写操作过程中存储单元的访问。因此，一个存储位通常需要六个MOSFET。对称的电路结构使得SRAM的访问速度要快于DRAM。SRAM比DRAM访问速度快的另外一个原因是SRAM可以一次接收所有的地址位，而DRAM则使用行地址和列地址复用的结构。
SRAM不应该与SDRAM相混淆，SDRAM代表的是同步DRAM(Synchronous DRAM)，这与SRAM是完全不同的。SRAM也不应该与PSRAM相混淆，PSRAM是一种伪装成SRAM的DRAM。
从晶体管的类型分，SRAM可以分为双极性与CMOS两种。从功能上分，SRAM可以分为异步SRAM和同步SRAM(SSRAM)。异步SRAM的访问独立于时钟，数据输入和输出都由地址的变化控制。同步SRAM的所有访问都在时钟的上升/下降沿启动。地址、数据输入和其它控制信号均于时钟信号相关。

 

 

 

  RAM（Random Access Memory），RAM在掉电之后易丢失数据（典型的RAM就是计算机的内存）。内存的存储原理

内存，英文名为RAM(Random Access Memory)，全称是随机存取存储器。主要的作用就是存储代码和数据供CPU在需要的时候调用。但是这些数据并不是像用木桶盛水那么简单，而是类似图书馆中用有格子的书架存放书籍一样，不但要放进去还要能够在需要的时候准确的调用出来，虽然都是书但是每本书是不同的。对于内存等存储器来说也是一样的，虽然存储的都是代表0和1的代码，但是不同的组合就是不同的数据。让我们重新回到书和书架上来。

如果有一个书架上有10行和10列格子(每行和每列都有0～9编号)，有100本书要存放在里面，那么我们使用一个行的编号和一个列的编号就能确定某一本书的位置。如果已知这本书的编号36，那么我们首先锁定第3行，然后找到第6列就能准确的找到这本书了。

在内存中也是利用了相似的原理现在让我们回到内存上，对于它而言数据总线是用来传入数据或者传出数据的。因为存储器中的存储空间是如果前面提到的存放图书的书架一样通过一定的规则定义的，所以我们可以通过这个规则来把数据存放到存储器上相应的位置，而进行这种定位的工作就要依靠地址总线来实现了。

对于CPU来说，内存就像是一条长长的有很多空格的“线”，每个空格都有一个唯一的地址与之相对应。如果CPU想要从内存中调用数据，它首先需要给地址总线发送地址数据定位要存取的数据，然后等待若干个时钟周期之后，数据总线就会把数据传输给CPU。当地址解码器接收到地址总线送来的地址数据之后，它会根据这个数据定位CPU想要调用的数据所在的位置，然后数据总线就会把其中的数据传送到CPU。

CPU在一行数据中每次知识存取一个字节的数据。会到实际中，通常CPU每次需要调用64bit或者是128bit的数据(单通道内存控制器为64bit，双通道为128bit)。如果数据总线是64bit的话，CPU就会在一个时间中存取8个字节的数据，因为每次还是存取1个字节的数据，64bit总线将不会显示出来任何的优势，工作的效率将会降低很多。这也就是现在的主板和CPU都使用双通道内存控制器的原因。

1.        静态RAM(Static RAM/SRAM)，SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。

2.        另一种称为动态RAM(Dynamic RAM/DRAM)，DRAM保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。

     DRAM分为很多种，常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等，这里介绍其中的一种DDR RAM（Double Date-Rate RAM）。它和SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory 同步动态随机存储器）是基本一样的，不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据，这样就使得数据传输速度加倍了。在很多高端的显卡上，也配备了高速DDR RAM来提高带宽，这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。

 

铁电存储器(FRAM ferroelectric RAM)。