存儲(chǔ)器地發(fā)展與技術(shù)現(xiàn)狀

WORD格式存儲(chǔ)器的發(fā)展史及技術(shù)現(xiàn)狀20122352 蔡文杰 計(jì)科3班存儲(chǔ)器發(fā)展歷史1.1 存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介存儲(chǔ)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(chǔ)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(tái)計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)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(chǔ)器，磁盤，光盤，納米存儲(chǔ)等，無不體現(xiàn)著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展。1.2 存儲(chǔ)器的傳統(tǒng)分類從使用角度看 , 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以分成兩大類 : 斷電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失的易失性存儲(chǔ)器和斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失的非易失性存儲(chǔ)器。 過去都可以隨機(jī)讀寫信息的易失性存儲(chǔ)器稱為 RAM(RandooAeeessMemory),根據(jù)工作原理和條件不同 ,RAM又有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)之分 , 分別稱為靜態(tài)讀寫存儲(chǔ)器SRAM(StateRAM) 和動(dòng)態(tài)讀寫存儲(chǔ)器DRAM(DynamieRAM);而過去的非易失控存儲(chǔ)器都是只讀存儲(chǔ) RoM(Readon一yMemo-ry), 這種存儲(chǔ)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(chǔ)器包含各種不同原理、 技術(shù)和結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器 . 傳統(tǒng)的非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)器 MROM(MaskROM)、一次性編程的OTPROM(oneTimeProgrammableROM)和可用縈外線擦除可多次編程的 UvEPROM(Utravio-letErasableProgrammableROM). 過去的OTPROM都是采用雙極性熔絲式 , 這種芯片只能被編程一次 , 因此在測(cè)試階段不能對(duì)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(shí)才會(huì)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PROM產(chǎn)品的可信度不高.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器由于對(duì)運(yùn)行速度的要求， 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器多采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ)器（ ROM）和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（ RAM）兩大類。2.1 只讀存儲(chǔ)器ROM是線路最簡(jiǎn)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，只讀專業(yè)資料整理WORD格式存儲(chǔ)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)BasicInput/OutputSystem)、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(chǔ)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(jià)格便宜，適宜批量生產(chǎn)。2、可一次性編程只讀存儲(chǔ)器（PROM），為了使用戶能夠根據(jù)自己的需要來寫 ROM，廠家生產(chǎn)了一種 PROM。允許用戶對(duì)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(chǔ)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 ROM內(nèi)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(chǔ)器（EEPROM），功能與 EPROM一樣，不同之處是清除數(shù)據(jù)的方式。另外它還可以用電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入。5、快閃存儲(chǔ)器（FlashMemory ），是在 EEPROM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(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，并且隨時(shí)可以對(duì)存放在里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和存取。而面對(duì) CPU的高速發(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作為內(nèi)存。于是，就有了RAM的發(fā)展歷史。2.2 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM可分為SRAM（StaticRAM ，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）和 DRAM（DynamicRAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(chǔ)單元， 以雙穩(wěn)態(tài)電路形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， 因此不斷電時(shí)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(jiǎn)單的多，其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)電子管和一個(gè)電容，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǔ)器， 所以現(xiàn)在我們用的內(nèi)存大多是由 DRAM構(gòu)成的。但是，由于是 DRAM將每個(gè)內(nèi)存位作為一個(gè)電荷保存在位存儲(chǔ)單元中，用電容的充放電來做儲(chǔ)存動(dòng)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(huì)丟失。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(duì)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。3.1FPDRAM專業(yè)資料整理WORD格式在80286 主板剛推出的時(shí)候，內(nèi)存條采用了 SIMM（SingleIn-lineMemory專業(yè)資料整理WORD格式Modules，單邊接觸內(nèi)存模組）接口。其在 80286 處理器上是 30pinSIMM 內(nèi)存，隨后，到了386，486時(shí)期，由于 CPU已經(jīng)向16bit 發(fā)展，30pinSIMM 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(gè) FPDRAM（快頁內(nèi)存），因?yàn)?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 FPDRAM使用同一電路來存取數(shù)據(jù)，所以DRAM的存取時(shí)間有一定的時(shí)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(chǔ)地址空間是按頁排列的， 所以當(dāng)訪問某一頁面時(shí)， 切換到另一頁面會(huì)占用CPU額外的時(shí)鐘周期。3.2FPMDRAM時(shí)期普遍應(yīng)用的內(nèi)存是FPMDRAM（FastPageModeDRAM，快速頁切換模式動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器），這是改良版的DRAM，傳統(tǒng)的DRAM在存取一個(gè)BIT的數(shù)據(jù)時(shí)，必須送出行地址和列地址各一次才能讀寫數(shù)據(jù)。而 FRMDRAM在觸發(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。3.3EDODRAM繼FPM之后，出現(xiàn)的一種存儲(chǔ)器—— EDODRAM（ExtendedDateOutRAM ，外擴(kuò)充數(shù)據(jù)模式存儲(chǔ)器）內(nèi)存開始盛行。 EDO-RAM不需要像FPMDRAM那樣在存取每一BIT 數(shù)據(jù)時(shí)必須輸出行地址和列地址并使其穩(wěn)定一段時(shí)間， 然后才能讀寫有效的數(shù)據(jù)，而下一個(gè)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(gè)存儲(chǔ)周期之間的時(shí)間間隔， 在把數(shù)據(jù)發(fā)送給 CPU的同時(shí)去訪問下一個(gè)頁面，故而速度要比普通 DRAM快15~30%。3.4SDRAM自IntelCeleron 系列以及 AMDK6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(gè)革新才能滿足新一代CPU架構(gòu)的需求，此時(shí)內(nèi)存開始進(jìn)入 SDRAM時(shí)代。SDRAM（SynchronousDRAM，同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器） ，是一種與 CPU實(shí)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(jì)算機(jī)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。3.5RambusDRAMIntel 與Rambus公司聯(lián)合開始在 PC市場(chǎng)推廣RambusDRAM內(nèi)存。與SDRAM不同的是，RDRAM采用了新一代高速簡(jiǎn)單內(nèi)存架構(gòu)，基于一種類 RISC（ReducedInstructionSetComputing ，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）理論，這個(gè)理論可以減少數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，使得整個(gè)系統(tǒng)性能得到提高。 盡管RDRAM在時(shí)鐘頻率上有了突破性的進(jìn)展。專業(yè)資料整理WORD格式3.6DDRSDRAMDDRSDRAM（DoubleDataRate 二倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器） ，可說是SDRAM的升級(jí)版本， DDR在時(shí)鐘信號(hào)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的兩倍。由于僅多采用了下降沿信號(hào)， 因此并不會(huì)造成能耗增加。至于定址與控制信號(hào)則與傳統(tǒng) SDRAM相同，僅在時(shí)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。3.7DDR2DDR2SDRAM是由JEDEC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 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(shí)鐘的上升 / 下降延同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞?，?DDR2內(nèi)存卻擁有兩倍于上一代 DDR內(nèi)存預(yù)讀取能力。3.8DDR3DDR3的特點(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(shí)將能耗進(jìn)一步降低。3.9 可現(xiàn)場(chǎng)改寫的非易失性存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)器市場(chǎng)上非 ROM型可現(xiàn)場(chǎng)改寫的非易失性存儲(chǔ)器的需求增長(zhǎng)速度最快 , 這些芯片技術(shù)正在迅速地改變著存儲(chǔ)器世界的面貌 . 這主要有可電擦寫可編程的EEPROM利用銼電池作為數(shù)據(jù)保持后備電源的一體化非易失性靜態(tài)讀寫存儲(chǔ)器 NVSRAM、在EPROM和EEPROM芯片技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的快擦寫存儲(chǔ)器PlashMemory和利用鐵電材料的極化方向來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的鐵電讀寫存儲(chǔ)器 FRAM隨.著新的半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)明 , 各種不同的可現(xiàn)場(chǎng)改寫信息的非易失性存儲(chǔ)器被推上市場(chǎng) , 首先是可電擦寫的 EEpRoM(EleetrieallyErasablepro-grammableROM), 這種存儲(chǔ)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(diǎn)的非易失性讀寫存儲(chǔ)器NOVRAM(Non一volatileRAM)1.2 發(fā)展迅速的快擦寫存儲(chǔ)器 Flash 由于快擦寫存儲(chǔ)器不需要存儲(chǔ)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(diǎn),所以快擦寫存儲(chǔ)器技術(shù)發(fā)展迅速,隨著快擦寫存儲(chǔ)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(gè)方面就是固態(tài)盤的未來市場(chǎng) . 固態(tài)盤是以大容t 非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為記憶媒體 , 經(jīng)沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(dòng)和沖擊 , 而且其讀寫速度要比磁盤或磁帶機(jī)快幾個(gè)數(shù) t 級(jí).隨著快擦寫存儲(chǔ)器技術(shù)的發(fā)展 , 容易不斷提高、價(jià)格不斷下降 , 用這種存儲(chǔ)器來構(gòu)成固態(tài)盤在很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)取代傳統(tǒng)的磁盤和磁帶機(jī)1.4 非昌失性存儲(chǔ)舒 FRAM理想存儲(chǔ)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(chǔ)器 . 鐵電讀寫存儲(chǔ)器最有希望成為這種理想的未來存儲(chǔ)器 .FRAM技術(shù)綜合了DRAM高集成度、低成本和 SRAM的讀寫速度以專業(yè)資料整理WORD格式及EPROM的非易失性的多種優(yōu)點(diǎn)于一身 ; 它的進(jìn)一步發(fā)展將會(huì)對(duì)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(chǔ)器與其他存儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)其長(zhǎng)期穩(wěn)定性的不斷改進(jìn) , 那就會(huì)成為比較理想的存儲(chǔ)器.存儲(chǔ)器技術(shù)現(xiàn)狀而現(xiàn)如今，存儲(chǔ)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(chǔ)解決方案供應(yīng)商閃迪公司今日面向中國(guó)及其他高速增長(zhǎng)市場(chǎng)的入門級(jí)平板電腦和智能手機(jī)發(fā)布一款理想的存儲(chǔ)解決方案—— iNANDStandard嵌入式閃存驅(qū)動(dòng)器 (EFD)。利用最新 1Y納米X3NAND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(chǔ)器的新型入門級(jí)數(shù)碼設(shè)備。2.2TTN 光存儲(chǔ)器NTT發(fā)表世界首創(chuàng)的光存儲(chǔ)器技術(shù)， 容量超過 100bit ，可免除光訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電子訊號(hào)的資料處理動(dòng)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(jiǎng)光封閉魚裝置中以存儲(chǔ)資訊。2.3SSD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(chǔ)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(jí)和消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)。在消費(fèi)端，目前很多的筆記本都采用SSD作為標(biāo)準(zhǔn)配置，它不僅具有零噪音、低功耗、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，還可以延長(zhǎng)筆記本電池的續(xù)航時(shí)間。SSD全稱是SolidStateDisk ，譯成中文是固態(tài)存儲(chǔ)，采用電子存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取的一種技術(shù)。使用 SSD的優(yōu)勢(shì)在于：一、速度快SSD具有數(shù)據(jù)存取速度快的特點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)測(cè)試：兩臺(tái)電腦在同樣配置的電腦下，搭載SSD的筆記本從開機(jī)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。專業(yè)資料整理WORD格式二、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3.5",1.8"英寸等，2.5",甚至可以做得更小。SSD在重量方面更輕，與常規(guī)1.8英寸硬盤相比，20-30克，