《电子信息存储材料》PPT课件.ppt

电子信息存储材料简介 材料 0905班 张 * 刘 * 信息存储材料 信息存储材料是指用于各种存储器的多 种能够用来记录和储存信息的材料。 信息存储材料的分类 磁存储材料 :主要是金属磁粉和钡铁氧体磁粉， 用于计算机 半导体存储器材料 :目前以硅为主，用于内存 光存储材料 :有磁光记录材料、相变光盘材料 等，用于外存； 提升两百万倍 从 1兆到 2TB 电脑 存储介质发展史 时代的发展，科技的进步造就了当今的社会，而存储 器的百年发展也同样的惊人的，从最初的打孔机到现 在的蓝光 DVD， 存储器每一步的发展都留下了坚实的 脚印。下面就让我们寻着这条脚印再来回顾下它的发 展史，看看是否还能唤起你曾经的记忆 电脑信息存储介质的发展历史 最早期的存储媒介 打孔纸卡 这个是最早的数据存 储媒介了，在 1725年 由 Basile Bouchon发 明出来，用来保存印 染布上的图案。但是 关于它的第一个真正 的专利权，是 Herman Hollerith在 1884年 9月 23日申请 的，这个发明用了将 近 100年，一直用到 了 20世纪七十年代。 上图是打孔纸卡的典型例子它制成 于 1972年，上面可以打 90列孔。显然 你可以看出，这张卡片上能存储的数据 少的可怜，事实上几乎没有人真的用它 来存数据。一般它是用来保存不同计算 机的设置参数的。 容量比打孔纸卡大 穿孔纸带 Alexander Bain（ 传真机和电传电报机的发明人）在 1846年最早 使用了穿孔纸带。纸带上每一行代表一个字符，显然穿孔纸带的 容量比打孔纸卡大多了。事实上有老师跟我们说，他八十年代读 大学时整个学校就一台电脑，并且用的就是打孔纸 大型磁带记录 盘式磁带 在 1950年代， IBM最早把盘 式磁带用在数据存储上。因 为一卷磁带可以代替 1万张打 孔纸卡，于是它马上获得了 成功，成为直到 80年代之前 最为普及的计算机存储设备。 在 80年代末的时候，大家都 聚在一起看老电影，当时看 待巨大的圆盘来回转，这就 是盘式磁带，现在磁带的最 大容量已经达到 1TB。 盒式录音磁带 盒式录音磁带应该是 80年代人，小时候珍贵的记忆之 一。它显然也是磁带的一种，可是它实在是太普及了， 所以要专门说一下。这是飞利浦公司在 1963年发明的， 可是直到 1970年代才开始流行开来。 一些计算机，如 ZX Spectrum,Commodore 64和 Amstrad CPC使用它来存储数据。一盘 90分钟的录 音磁带，在每一面（记得录音磁带是可以翻面的吗） 可以存储 700KB到 1M的数据。现在的一张 DVD9光盘， 可以保存 4500张这样磁带的数据，如果现在要把这些 数据全部读出来，那要整整播放 281天。 超长的存储设备 磁鼓 一支磁鼓有 12英寸长，一分钟可以转 1万 2千 5 百转。它在 IBM 650系列计算机中被当成主存 储器，每支可以保存 1万个字符（不到 10K）。 软盘的鼻祖 8英寸软盘 软盘是个人计算机（ PC）中作为一种可移贮 存硬件，它是用于那些需要被物理移动的小文 件的理想选择。软盘有八寸、五又四分一寸、 三寸半之分。当中又分为硬磁区 Hard- sectored 及软磁区 Soft-Sectored。软式磁盘 驱动器则称 FDD，软盘片是覆盖磁性涂料的塑 料片。 5.25英寸软盘和餐巾 新一代软盘的开发终于被日本的索尼公司拔得 头筹。 1980年，索尼公司率先推出体积更小、 容量更大的 3.5英寸软驱和软盘，不过刚推出 的时候在当时并没有被一些主要 PC厂家所接 受，市面上流行的依旧是 5.25英寸的软盘。 8英寸 /5.25英寸 /3.5英寸对比 大行其道的 3.5英寸软盘 直到 1987年 4月， IBM推出基于 386的 IBM Personal System/2（ PS/2）个人电脑系列，正式配置了 3.5英 寸的软驱后，这才引起了很多人的注意。大家都被这 种体积更为小巧、容量却是 5.25英寸软盘的几倍的新 软盘所吸引，从那时起，在 IBM、康柏为代表的厂商 极力推崇下，这种 3.5英寸的软盘开始大行其道， 3.5 寸软盘以其便宜的价格、相对巨大的存储量（ 1.44M， 百万级字节存储量）很快全面占领市场，而 3.5英寸软 盘驱动器也开始正式取代 5英寸的软驱成为 PC的标准 配置，走向了它一生中最辉煌的时期。这一绝对的垄 断地位持续了十几年，一直到 2002年，最大容量 1.44MB。 3.5英寸标准软盘 硬盘 1973年 IBM公司制造出了一台 640MB的硬盘、第一次采用“温彻斯特” 技术，是现在硬盘的开端，因为磁头悬浮在盘片上方，所以镀磁的盘 片在密封的硬盘里可以飞速的旋转，但有好几十公斤重。 1975年 Soft- adjacent layer（软接近层）专利的 MR磁头结构产生 1979年 IBM发明 了薄膜磁头，这意味着硬盘可以变的很小，速度可以更快，同体积下 硬盘可以更大。 1979年 IBM 3370诞生，它是第一款采用 thin-film感应 磁头及 Run-Length-Limited(RLL)编码配置的硬盘， 2-7RLL编码将能 减小硬盘错误 1986年 IBM 9332诞生，它是第一款使用更高效的 1-7 run-length-limited(RLL)代码的硬盘。 1989年第一代 MR磁头出现 1991年 IBM磁阻 MR（ Magneto Resistive)磁头硬盘出现。带动了一个 G的硬盘也出现。磁阻磁头对信号变化相当敏感，所以盘片的存储密 度可以得到几十倍的提高。意味着硬盘的容量可以作的更大。意味着 硬盘进入了 G级时代。 1993年 GMR(巨磁阻磁头技术 )推出，这使硬盘 的存储密度又上了一个台阶。 磁存储材料 铁磁性物质分为： 软磁性材料 矫顽力低、磁导率高、磁滞损耗低、易磁化、易退磁 用于磁头磁芯材料，包括软铁磁性合金材料和软铁磁性铁氧体 材料。 硬磁性材料 矫顽力高、磁导率低、磁滞特性显著 用于磁记录介质材料，包括磁带、硬磁盘、软磁盘、磁卡片等， 可以为磁粉（颗粒）涂布型介质或者连续薄膜型介质。 各种磁记录介质的主要性能 材料 种类 性能 饱和磁矩 emu/g 居里温度 磁晶各向 异性常数 erg/cm3 矫顽力 Oe 矩形比 氧化物 磁粉 -Fe2O3 Fe3O4 -CoxFe2-xO3 CoxFe3-xO4 BaFe12O19 74 84 44-50 65-80 58 590 575 520-570 4.64 104 1.1 109 1 106 3-6 105 3.3 104 250-365 350-450 400-600 600-980 200-2000 0.7-0.8 0.7 0.7 0.65-0.1 800 300-1300 0.95 0.75-0.9 卡片存储设备 卡片存储设备，小小的闪存卡却已经成为我们 现在生活中必不可少的东西，充斥在我们生活 的处处角落，不过其容量最大也不到百 GB。 最普遍应用的移动存储产 品了 U盘 全称“ USB闪存盘”，英文名“ USB flash disk”。 U 盘的称呼最早来源于朗科公司生产的一种新型存储设 备，名曰“优盘”，使用 USB接口进行连接。 USB接 口就连到电脑的主机后， U盘的资料就可放到电脑上 了。电脑上的数据也可以放到 U盘上，很方便。而之 后生产的类似技术的设备由于朗科已进行专利注册， 而不能再称之为“优盘”，而改称谐音的“ U盘”。 发展至今，他已经成为人手必备之物，与人们生活工 作密不可分，最大容量 256GB。 形形色色的 U盘 很多人不知道的是 U盘 最早是由中国朗科公司发明 的。 这是中国在计算机存储领域二十年来唯一 属于中国人的原创性发明专利成果。 深圳市朗科科技有限公司 （ Netac Technology Co., Ltd.） 是一家由留学归国人 员创办的高新科技企业。 朗科公司推出的以优盘为 商标的闪存盘（ OnlyDisk ） 是世界上首创基于 USB 接口，采用闪存（ Flash Memory） 介质的新一代 存储产品。闪存盘，是中 国在计算机存储领域二十 年来唯一属于中国人的原 创性发明专利成果。它的 缔造者 深圳市朗科科 技有限公司亦因此而驰名 中外。 第一张视频光盘 LD光盘 1958年就发明光盘技术了，可是直到 1972年， 第一张视频光盘才问世， 6年后的 1978年它开 始在市场上卖。那个时候的光盘是只读的，虽 然不能写，但是能够保存达到 VHS录像机水准 的视频，使得它很有吸引力。 CD代表小型镭射盘，是一个用于所有 CD媒体格式的一般术语， 最大容量 700MB。 1982年 8月 31日傍晚，日本各大媒体都争相 报导“引发音频之梦的数字 Player终于上市”、“数字音频时代 开幕”等消息。 原来，当天 SONY CBS SONY荷兰飞利浦 与 POLYGRAM四家公司共同举办了 CD这个数字录音格式的发 布会，并决定从秋季起开始在日本发售。直径仅仅 12cm，利用 数字信号录音，只要一个按钮就可执行选曲，能够半永久的使用， CD实现了许多乐迷的梦想。是年 10月 1日， SONY推出了第一台 CD机 CDP-101。 16万 8,000日圆的价格，对一般消费者而言是 很难接受的。不过只要想到里面的技术与开发时间，能做成商品 的确是一个奇迹。进入 1983年后，其它公司的 CD机也相继上市， 销售形势一片大好。但是，大家看到了，由于网络下载、 mp3 的出现，现在的 CD也已经没落。 CD全称： COMPACT DISC（激光唱片， 光盘） 采用红外激光 DVD光盘 DVD是使用了不同激光技术的 CD，它采用了 780纳米的红外激光（标准 CD则采用 625 650纳米的红色激光），这种激光技术使得 DVD可以在同样的面积中保存更多的数据。一 张双层 DVD容量可达 8.5GB 此“盘”非彼盘 没有盘的“硬盘” 固态硬盘（ Solid State Drive）是 由控制单元和存 储单元组成，简 单的说就是用固 态电子存储芯片 阵列而制成的硬 盘 分类 固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪 存（ FLASH芯片）作为存储介质，另外一种 是采用 DRAM作为存储介质。 优势 Advantages 启动快 没有电机加速旋转的过程。 读取延迟小 不用磁头，快速随机读取，读延迟极小。根据相关测试：两台电脑在同样配置的电脑下，搭载固态 硬盘的笔记本从开机到出现桌面一共只用了 18秒，而搭载传统硬盘的笔记本总共用了 31秒 写入速度快 基于 DRAM的固态硬盘写入速度极快。 无噪音 因为没有机械马达和风扇，工作时噪音值为 0分贝。某些高端或大容量产品装有风扇，因此仍会产 生噪音。 发热量较低 低容量的基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低，但高端或大容量产品能耗会较高。 不会发生机械故障 内部不存在任何机械活动部件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。这样即使在高速移 动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时 能够将数据丢失的可能性降到最小。 体积小重量轻 低容量的固态硬盘比同容量硬盘体积小、重量轻。但这一优势随容量增大而逐渐减弱。直至 256GB，固态硬盘仍比相同容量的普通硬盘轻。 抗震动 比起传统硬盘，固态硬盘抗震能力要强很多，使得数据能更加安全地保存。 解剖硬盘 NAND 闪存 NAND闪存 英特尔 -美光 Intel与美光的合资企业 Intel-Micron Flash Technologies(IMFT)日前表示，采用 25nm新工艺的 NAND闪存 芯片已经开始批量出货，相信不久后我们就能够看到采用该颗粒 的固态硬盘、 U盘、存储卡等产品。 Intel和美光 2010年 2月宣布，开始试产 25nm工艺闪存这一 制程据称比竞争对手至少领先一年。近日首先量产的 25nm颗粒 为 8GB(64Gb)容量 MLC NAND闪存，采用沉浸式光刻技术，核 心面积 167mm2。支持开放式 NAND闪存接口 ONFi 2.2，界面速 度最高可达 200MB/s，页面 (page)尺寸从 50/34nm时代的 4KB翻 番到了 8KB，块 (Block)尺寸从 128个页面加倍到 256个页面，读 写性能预计将有显著提升。 光存储 “蓝光之星” 蓝光（ Blu-ray）这一名称是所用激光的颜色“蓝色” （ blue）与“光线”（ ray）两个词组合而成。按照 厂商的要求，特意去掉“ blue”中的字母“ e”，因为 日常用语不能成为商标 光盘将数字编码的视频和音频信息储存在凹槽中，即 从光盘中心到边缘的螺旋槽。激光读取这些凹槽的背 面，即凸起，播放在 DVD上储存的电影或节目。光盘 上包含的数据越多，凹槽就必须越小、越紧凑。凹槽 （与之相对的是凸起）越小，读取激光的精度就必须 越高。 与当前使用红色激光的 DVD不同，蓝光光盘使用蓝色 激光（该格式也因此得名）。与红色激光（波长为 650毫微米）相比，蓝色激光波长更短（ 405毫微米）。 较小的光束聚焦更精确，能够读取只有 0.15微米 （ m ）（ 1微米 =10-6米）长的凹槽中记录的信息 这个长度还不到 DVD上凹槽长度的二分之一。此外， 蓝光光盘还将轨距从 0.74微米缩小到 0.32微米。更小 的凹槽、更小的光束以及更短的轨距结合起来，使得 单层蓝光光盘能够保存 25GB以上的信息 大约是 DVD可储存信息量的五倍。 蓝光光盘的设计有助于节省制造成本。传统 DVD的生 产方法是：注塑成型两个 0.6毫米的盘片，记录层位于 两个盘片之间。为防止出现双折射，生产过程必须非 常小心。 先模制这两个盘片。 将记录层添加到其中一个盘片上。 然后将两个盘片粘起来。 蓝光光盘则只需要在一个 1.1毫米的盘片上执行注塑 成型工艺，从而减少成本。节省的成本可与添加保护 层的成本相抵，因此最终价格并不比普通 DVD的价格 高。 目前 DVD的传输速率 10Mbps（每秒兆位数），蓝光 光盘的数据传输速率更高，为 36Mbps。 蓝光光盘可 以在不到两个小时的时间内录制 25GB的内容。 神马蓝光都是浮云 300G全息光盘 InPhase Technologies公司日前宣布 已经开始量产并销售全息存储驱动器 和 300GB容量的全息光盘 (HVD)， 其 中驱动器“ Tapestry HDS-300R”要价 18000美元， 300GB容量的全息光盘 也高达 180美元。目前主要的客户是政 府机构和大型企业。 双光子 3D技术 12cm光盘存储 1TB 目前，双光子吸收技术能够实现 50倍于蓝光、 400倍于 DVD 的容量，但是在未来 Call/Recall的光学技术不光能够实现 1TB、 5TB甚至 15TB。 美国 Call/Recall公司日前宣布， 它们已经成功开发并测试了 TB 级光盘，并且已经加入产品设 计以及生产范围的讨论。早今 年早期该公司开发的 253GB光 盘一样， TB级光盘仍然采用双 光子吸收 3D技术，利用双光子 吸收现象进行记录时，由于能 够抑制上下记录层之间的干涉 （串扰），因此在多层记录时 便于通过缩小层间隔来提高记 录密度。 吸收以后的光盘变成浅蓝色