存儲器的發(fā)展與技術(shù)現(xiàn)狀

1、WOR格式存儲器的發(fā)展史及技術(shù)現(xiàn)狀20122352蔡文杰 計科3班1. 存儲器發(fā)展歷史1.1存儲器簡介存儲器(Memory)是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中的 全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、 中間運行結(jié)果和最終運行結(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。自世界上第一臺計算機問世以來，計算機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

2、會丟失的非易失性存儲器。過去都可以隨機讀寫信息的易失性存儲器稱為RAM(Ra ndoo 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(D yn amie RAM而過去的非易失控存儲器都是只讀存儲RoM(Reador一 yMemo-ry),這種存儲器只能脫機寫人信息,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 RO、一次性編程的

3、OTPROM(one Time Programmable ROM和可用縈外線 擦除可多次編程的 Uv EPROM(Utravio-let ErasableProgrammable ROM). 過 去的OTPROME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 常運行.故雙極性熔絲式PROM產(chǎn)品的可信度不高.2. 半導(dǎo)體存儲器由于對運行速度的要求，現(xiàn)代計算機的內(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和隨機讀寫存儲器(RA

4、M)兩大類。2.1只讀存儲器ROM!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，ROM可分為以下五種：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 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)行一次編程一一寫入數(shù)據(jù)或程序。一旦編程之后，信息就永久性地能與是清除數(shù)Flash Memory ），是在EEPRO的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，只是它提高了 ROM的讀寫 速度。然而，相比之下，ROM的讀取速度比RAM要慢的多，因此，一般都用 RAM來存放當(dāng) 前正在運行的程序和數(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的高速發(fā)展， 內(nèi)存的速度使得高速運算受到了限制， 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的發(fā)展歷史。2.2隨機存儲器RAM可分為SRAM（ S

6、tatic RAM ，靜態(tài)隨機存取存儲器）和 DRAM（ Dynamic RAM 動 態(tài)隨機存取存儲器）。SRAM曾經(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)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SRAM用在比主內(nèi)存小的多的高速緩存上。而DRAM的結(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， 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D

7、RAM構(gòu)成的。但是，由于是DRAM各每個內(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專業(yè)資料整理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CPU已經(jīng)

8、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70pin SIMM內(nèi)存。72線的SIMM內(nèi)存引進(jìn)了一個FP DRAM（快頁內(nèi)存），因為 DRAM需要恒電 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，但由于 FP DRAM使用同一電路來存取數(shù)據(jù)，所以 DRAM的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 DRAM中,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CPU額外的時鐘周期。3.2 FPM DRAM486時期普遍應(yīng)用的內(nèi)存是 FPM DRA（ F

9、ast Page Mode DRAM 快速頁切換模式動態(tài) 隨機存取存儲器），這是改良版的 DRAM傳統(tǒng)的DRAM在存取一個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 DRAMt觸發(fā)了行地址后，如果CPU需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之后，出現(xiàn)的一種存儲器 EDO DRAMExtended Date Out RAM，外擴充 數(shù)據(jù)模式存儲器）內(nèi)存開始盛行。EDO-RAMF需要像F

10、PM DRAM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間隔，在把數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU的同時去訪問下一個頁面，故而速度要比普通DRAM快 1530%。3.4 SDRAM自In tel Celero n系列以及AMD K6處理器以及相關(guān)的主板芯片組推出后，EDODRAM內(nèi)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CPU架構(gòu)的需求，此時內(nèi)存開始進(jìn)入 SDRAM寸代。SDRAMSynchronous DRAM 同步動態(tài)隨

11、機存取存儲器），是一種與CPU實現(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CPU同步存取資料，這樣可以取消等待周期，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，因此可提升計算機的性能和效率。SDRAM內(nèi)存有PC66規(guī)范，PC100規(guī)范，PC133規(guī)范，甚至為超頻需求，又提供了 PC150、PC166規(guī)范的內(nèi)存。3.5 Rambus DRAMIn tel 與Rambus公司聯(lián)合開始在 PC市場推廣 RambusDRAI內(nèi)存。與SDRAM不同 的是，RDRAM采用了新一代高速簡單內(nèi)存架構(gòu)，基于一種類RISC （ReducedIn structio n Set Computi ng，精簡指令集計算

12、機）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RDRAh在時鐘頻率上有了突破性的 進(jìn)展。3.6 DDR SDRAMDDRSDRAMDouble Data Rate 二倍速率同步動態(tài)隨機存取存儲器)，可說是SDRAM的升級版本，DDR在時鐘信號上升沿與下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù)，這使得DDR的數(shù)據(jù)傳輸速度為傳統(tǒng)SDRAM勺兩倍。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) SDRAM冃同，僅在時鐘上升沿傳輸。DDR內(nèi)存有DDR266規(guī)范，DDR333規(guī)范，DDR400規(guī)范及DDR533規(guī)范等。3.7 DDR2DDF內(nèi) 存DDR2 SDRA是由J

13、EDEC進(jìn)行開發(fā)的新生代內(nèi)存技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它與上一代/下降延同時進(jìn)行數(shù)據(jù)DDR內(nèi)存預(yù)讀取能力。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 傳輸?shù)幕痉绞?，?DDRM存卻擁有兩倍于上一代 3.8DDR3DDR3的特點有：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ROM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)正在迅速地改變看存儲器世界的面貌 .這主要有可電擦寫可編程的EE PROMU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 NVSRA、在EPROM和

14、EEPROM芯片技術(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FRAMf.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-grammable ROM), 這種存儲器寫人速度比較慢,為T提高寫人速度,把RAM與 EEPROM結(jié)合起來, 由RAM和與其逐位相通的EEPROM組成兼有兩者優(yōu)點的非易失性讀寫存儲器NOVRAM(Nc一 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

15、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SRAM讀寫的靈活性和較 快的訪問速度,又具有ROM在斷電后可不丟失信息的特點,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EPROM其中 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 作為記憶媒體,經(jīng)沒有機械運動部件,比磁盤機和磁帶機更能承受溫度變化、機械展動和沖擊,而且其讀寫速度要比磁盤或磁帶機快幾個數(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1.4非昌失性存儲舒FRAM理想存

16、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.FRAM技術(shù)綜合了 DRAM高集成度、低成本和SRAM的讀寫速度以及EPRO的非易失性的多種優(yōu)點于一身；它的進(jìn)一步發(fā)展將會對計算機科學(xué)技術(shù)產(chǎn) 生促進(jìn)作用.鐵電讀寫存儲器與其他存儲器不同的一點是,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.在實驗室已經(jīng)研制出試驗樣品,其可重寫人 的次數(shù)已經(jīng)超過1萬億次.進(jìn)一步的研

17、究希望在未來產(chǎn)品中可無限次讀寫,并隨看對其長期穩(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機發(fā)布一款理想的存儲解決方案iNAND Sta ndard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

18、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，但仍未能改變硬盤采用磁記錄的方式，存儲系統(tǒng)的瓶頸越來越明顯。為了解決這一瓶頸， 各廠商紛紛將SSD推入企業(yè)級和消費級市場。 在消費端， 目前很多的筆記本都采用 SSD作為標(biāo)準(zhǔn)配置， 它

19、不僅具有零噪音、 低功耗、 響應(yīng) 速度快等特點， 還可以延長筆記本電池的續(xù)航時間。SSD全稱是Solid State Disk ，譯成中文是固態(tài)存儲，采用電子存儲介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲 和讀取的一種技術(shù)。使用SSD的優(yōu)勢在于：一、速度快SSD具有數(shù)據(jù)存取速度快的特點。根據(jù)相關(guān)測試：兩臺電腦在同樣配置的電腦下，搭載SSD的筆記本從開機到出現(xiàn)桌面一共只用了18秒，而搭載傳統(tǒng)硬盤的筆記本總共用了31秒，兩者幾乎有將近一半的差距。二、體積小、便于攜帶在產(chǎn)品外形和尺寸上SSD完全可以做到與普通硬盤一致,包括 1.8英寸等, 3.5, 2.5, 甚至可以做得更小。SSD在重量方面更輕，與常規(guī)1.8 20-30克，減少 英寸硬盤相比，重量輕的重量有利于移動設(shè)備的攜帶。三