1750A存储器管理与保护

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1) 汞延迟线

汞在常温下为液态,同时又有导电的特性。用机械波波峰(1)和波谷(2)表示数据,当机械波从汞柱一端开始,一定厚度的熔融太金属汞通过一振动膜片沿着纵向从一端传到另一端,并由传感器将信息反馈到起点,利用汞获取并延迟了数据,实现了存储。这种汞延迟线存储器被应用于EDVAC—世界上第一台具有存储功能的计算机,但由于环境条件的限制,这种存储方式受各种环境因素影响而不精确。

图1延迟线存储器

2) 磁带

磁带存储器是以磁带为存储介质,由磁带机及其控制器组成的存储设备,是计算机的一种辅助存储器。磁带机由磁带传动机构和磁头等组成,能驱动磁带相对磁头运动,用磁头进行电磁转换,在磁带上顺序地记录或读出数据。磁带存储器以顺序方式存取数据。存储数据的磁带可脱机保存和互换读出。1951年,由埃克特设计的第一台通用计算机UNIVAC—I就是采用的磁带存储器。磁带是所有存储器发展中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化最高的常用存储介质之一。由磁带机和磁带结合的磁带库其存储容量可以达到PB。在网络系统中,磁带库通过SAN系统可形成网络存储系统,是大型网络应用的良好存储设备。

图2 磁带存储器

3) 磁鼓

1932年,奥地利的Gustav Tauschek发明了磁鼓存储器。磁鼓存储器是利用高速旋旋转的圆柱体磁性表面作记录媒体的存储设备。磁鼓存储器在50至60年代用作计算机的主要外存储器。它利用电磁感应原理进行数字信息的写入与读出,由作为信息载体的磁鼓筒,磁头,读写及译码电路和控制电路等主要部分组成。磁鼓筒是一个高速旋转的精密非磁性材料圆柱,其外表面涂敷一层极薄的磁性记录媒体。作为电磁转换器的磁头与鼓筒表面保持微小而恒定的间隙(0.02~以下)并沿鼓筒轴线均匀排列,在电子电路的控制下进行信息的写入和读出。50年代中期,磁鼓存储器的容量已经有10KB,但它最大的缺点就是利用率不高。磁鼓存储器采用饱和磁记录,从固定磁头发展到浮动式磁头,从采用磁胶发展到采用电镀的连续磁介质,这些都为后来的磁盘存储器打下了基础。

图3 鼓存储器

4) 磁芯

在铁氧体磁环里穿进一根导线,导线中流过不同方向的电流时,可使磁环按两种不同方向磁化,代表“1”或“0”的信息便以磁场形式储存下来。美籍华人王安博士利用这一思想研制的“脉冲传输控制装置于1949年获得了美国专利,开创了磁芯存储器时代。磁芯在导线上流过一定电流下会被磁化或者改变磁化方向,事先可以通过实验和材料的工艺控制得到这个能够让磁芯磁化的电流最小阈值。每个磁芯都有XY互相垂直的两个方向

的导线穿过,另外还有一条斜穿的读出线,上面的照片中可以清楚地看到这些线,这些线组成阵列,XY分别做两个不同方向的寻址。磁芯根据磁化时电流的方向可以产生两个相反方向的磁化,这就可以作为0和1的状态来记录数据。通常情况下一个存储器的写入总是比读出要慢,但是磁芯存储器恰恰相反,它是读出比写入慢,因为它的读出是破坏性的,所以读出必须包括一个写入的过程以恢复数据。

由于磁化相对来说是永久的,所以在系统电源关闭后,存储的数据仍然保留。磁场能以电子的速度来阅读,这是交互式计算机有了可能。

图4 存储器

5) 磁盘

世界第一台硬盘存储器是由IBM公司在1956年发明的,其型号为IBM 350 RAMAC。这套系统的总容量只有5MB,共使用了50个直径为24英寸的磁盘。1968年,IBM公司提出“温彻斯特/Winchester”技术,其要点是将高速旋转的磁盘、磁头及其寻道机构等全部密封在一个无尘的封闭体中,形成一个头盘组合件,与外界环境隔绝,避免了灰尘的污染,并采用小型化轻浮力的磁头浮动块,盘片表面涂润滑剂,实行接触起停,这是现代绝大多数硬盘的原型。1979年,IBM发明了薄膜磁头,进一步减轻了磁头重量,使更快的存取速度、更高的存储密度成为可能。20世纪80年代末期,IBM公司又对存储器设备发展作出一项重大贡献,发明了MR磁阻磁头,这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感,使得盘片的存储密度比以往提高了数十倍。1991年,IBM生产的3.5英寸硬盘使用了MR磁头,使硬盘的容量首次达到了1GB,从此,硬盘容量开始进入了GB数量级。IBM还发明了PRML的信号读取技术,使信号检测的灵敏度大幅度提高,从而可以大幅度提高记录密度。

硬盘

硬盘的面密度已经达到每平方英寸100Gb以上,是容量、性价比最大的一种存储设备。因而,在计算机的外存储设备中,还没有一种其他的存储设备能够在最近几年中对其统治地位产生挑战。硬盘不仅用于各种计算机和服务器中,在磁盘阵列和各种网络存储系统中,它也是基本的存储单元。值得注意的是,近年来微硬盘的出现和快速发展为移动存储提供了一种较为理想的存储介质。在闪存芯片难以承担的大容量移动存储领域,微硬盘可大显身手。目前尺寸为1英寸的硬盘,存储容量已达4GB,10GB容量的1英寸硬盘不久也会面世。微硬盘广泛应用于数码相机、MP3设备和各种手持电子类设备。

图5 硬盘存储器

软盘

另一种磁盘存储设备是软盘,从早期的8英寸软盘、5.25英寸软盘到3.5英寸软盘,主要为数据交换和小容量备份之用。其中,3.5英寸1.44MB软盘占据计算机的标准配置地位近20年之久,之后出现过24MB、100MB、200MB的高密度过渡性软盘和软驱产品。然而,由于USB接口的闪存出现,软盘作为数据交换和小容量备份的统治地位已经动摇,不久会退出存储器设备发展历史舞台。

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