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存儲技術原理

發布時間: 2023-03-18 07:58:39

存儲器的原理是什麼

存儲器講述工作原理及作用

介紹

存儲器(Memory)是現代信息技術中用於保存信息的記憶設備。其概念很廣,有很多層次,在數字系統中,只要能保存二進制數據的都可以是存儲器;在集成電路中,一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器,如RAM、FIFO等;在系統中,具有實物形式的存儲設備也叫存儲器,如內存條、TF卡等。計算機中全部信息,包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器,計算機才有記憶功能,才能保證正常工作。計算機中的存儲器按用途存儲器可分為主存儲器(內存)和輔助存儲器(外存),也有分為外部存儲器和內部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質或光碟等,能長期保存信息。內存指主板上的存儲部件,用來存放當前正在執行的數據和程序,但僅用於暫時存放程序和數據,關閉電源或斷電,數據會丟失。

2.按存取方式分類

(1)隨機存儲器(RAM):如果存儲器中任何存儲單元的內容都能被隨機存取,且存取時間與存儲單元的物理位置無關,則這種存儲器稱為隨機存儲器(RAM)。RAM主要用來存放各種輸入/輸出的程序、數據、中間運算結果以及存放與外界交換的信息和做堆棧用。隨機存儲器主要充當高速緩沖存儲器和主存儲器。

(2)串列訪問存儲器(SAS):如果存儲器只能按某種順序來存取,也就是說,存取時間與存儲單元的物理位置有關,則這種存儲器稱為串列訪問存儲器。串列存儲器又可分為順序存取存儲器(SAM)和直接存取存儲器(DAM)。順序存取存儲器是完全的串列訪問存儲器,如磁帶,信息以順序的方式從存儲介質的始端開始寫入(或讀出);直接存取存儲器是部分串列訪問存儲器,如磁碟存儲器,它介於順序存取和隨機存取之間。

(3)只讀存儲器(ROM):只讀存儲器是一種對其內容只能讀不能寫入的存儲器,即預先一次寫入的存儲器。通常用來存放固定不變的信息。如經常用作微程序控制存儲器。目前已有可重寫的只讀存儲器。常見的有掩模ROM(MROM),可擦除可編程ROM(EPROM),電可擦除可編程ROM(EEPROM).ROM的電路比RAM的簡單、集成度高,成本低,且是一種非易失性存儲器,計算機常把一些管理、監控程序、成熟的用戶程序放在ROM中。

3.按信息的可保存性分類

非永久記憶的存儲器:斷電後信息就消失的存儲器,如半導體讀/寫存儲器RAM。

永久性記憶的存儲器:斷電後仍能保存信息的存儲器,如磁性材料做成的存儲器以及半導體ROM。

4.按在計算機系統中的作用分

根據存儲器在計算機系統中所起的作用,可分為主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲器、控制存儲器等。為了解決對存儲器要求容量大,速度快,成本低三者之間的矛盾,目前通常採用多級存儲器體系結構,即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。

能力影響

從寫命令轉換到讀命令,在某個時間訪問某個地址,以及刷新數據等操作都要求數據匯流排在一定時間內保持休止狀態,這樣就不能充分利用存儲器通道。此外,寬並行匯流排和DRAM內核預取都經常導致不必要的大數據量存取。在指定的時間段內,存儲器控制器能存取的有用數據稱為有效數據速率,這很大程度上取決於系統的特定應用。有效數據速率隨著時間而變化,常低於峰值數據速率。在某些系統中,有效數據速率可下降到峰值速率的10%以下。

通常,這些系統受益於那些能產生更高有效數據速率的存儲器技術的變化。在CPU方面存在類似的現象,最近幾年諸如AMD和 TRANSMETA等公司已經指出,在測量基於CPU的系統的性能時,時鍾頻率不是唯一的要素。存儲器技術已經很成熟,峰值速率和有效數據速率或許並不比以前匹配的更好。盡管峰值速率依然是存儲器技術最重要的參數之一,但其他結構參數也可以極大地影響存儲器系統的性能。

影響有效數據速率的參數

有幾類影響有效數據速率的參數,其一是導致數據匯流排進入若干周期的停止狀態。在這類參數中,匯流排轉換、行周期時間、CAS延時以及RAS到CAS的延時(tRCD)引發系統結構中的大部分延遲問題。

匯流排轉換本身會在數據通道上產生非常長的停止時間。以GDDR3系統為例,該系統對存儲器的開放頁不斷寫入數據。在這期間,存儲器系統的有效數據速率與其峰值速率相當。不過,假設100個時鍾周期中,存儲器控制器從讀轉換到寫。由於這個轉換需要6個時鍾周期,有效的數據速率下降到峰值速率的 94%。在這100個時鍾周期中,如果存儲器控制器將匯流排從寫轉換到讀的話,將會丟失更多的時鍾周期。這種存儲器技術在從寫轉換到讀時需要15個空閑周期,這會將有效數據速率進一步降低到峰值速率的79%。表1顯示出針幾種高性能存儲器技術類似的計算結果。

顯然,所有的存儲器技術並不相同。需要很多匯流排轉換的系統設計師可以選用諸如XDR、RDRAM或者DDR2這些更高效的技術來提升性能。另一方面,如果系統能將處理事務分組成非常長的讀寫序列,那麼匯流排轉換對有效帶寬的影響最小。不過,其他的增加延遲現象,例如庫(bank)沖突會降低有效帶寬,對性能產生負面影響。

DRAM技術要求庫的頁或行在存取之前開放。一旦開放,在一個最小周期時間,即行周期時間(tRC)結束之前,同一個庫中的不同頁不能開放。對存儲器開放庫的不同頁存取被稱為分頁遺漏,這會導致與任何tRC間隔未滿足部分相關的延遲。對於還沒有開放足夠周期以滿足tRC間隙的庫而言,分頁遺漏被稱為庫沖突。而tRC決定了庫沖突延遲時間的長短,在給定的DRAM上可用的庫數量直接影響庫沖突產生的頻率。

大多數存儲器技術有4個或者8個庫,在數十個時鍾周期具有tRC值。在隨機負載情況下,那些具有8個庫的內核比具有4個庫的內核所發生的庫沖突更少。盡管tRC與庫數量之間的相互影響很復雜,但是其累計影響可用多種方法量化。

存儲器讀事務處理

考慮三種簡單的存儲器讀事務處理情況。第一種情況,存儲器控制器發出每個事務處理,該事務處理與前一個事務處理產生一個庫沖突。控制器必須在打開一個頁和打開後續頁之間等待一個tRC時間,這樣增加了與頁循環相關的最大延遲時間。在這種情況下的有效數據速率很大程度上決定於I/O,並主要受限於DRAM內核電路。最大的庫沖突頻率將有效帶寬削減到當前最高端存儲器技術峰值的20%到30%。

在第二種情況下,每個事務處理都以隨機產生的地址為目標。此時,產生庫沖突的機會取決於很多因素,包括tRC和存儲器內核中庫數量之間的相互作用。tRC值越小,開放頁循環地越快,導致庫沖突的損失越小。此外,存儲器技術具有的庫越多,隨機地址存取庫沖突的機率就越小。

第三種情況,每個事務處理就是一次頁命中,在開放頁中定址不同的列地址。控制器不必訪問關閉頁,允許完全利用匯流排,這樣就得到一種理想的情況,即有效數據速率等於峰值速率。

第一種和第三種情況都涉及到簡單的計算,隨機情況受其他的特性影響,這些特性沒有包括在DRAM或者存儲器介面中。存儲器控制器仲裁和排隊會極大地改善庫沖突頻率,因為更有可能出現不產生沖突的事務處理,而不是那些導致庫沖突的事務處理。

然而,增加存儲器隊列深度未必增加不同存儲器技術之間的相對有效數據速率。例如,即使增加存儲器控制隊列深度,XDR的有效數據速率也比 GDDR3高20%。存在這種增量主要是因為XDR具有更高的庫數量以及更低的tRC值。一般而言,更短的tRC間隔、更多的庫數量以及更大的控制器隊列能產生更高的有效帶寬。

實際上,很多效率限制現象是與行存取粒度相關的問題。tRC約束本質上要求存儲器控制器從新開放的行中存取一定量的數據,以確保數據管線保持充滿。事實上,為保持數據匯流排無中斷地運行,在開放一個行之後,只須讀取很少量的數據,即使不需要額外的數據。

另外一種減少存儲器系統有效帶寬的主要特性被歸類到列存取粒度范疇,它規定了每次讀寫操作必須傳輸的數據量。與之相反,行存取粒度規定每個行激活(一般指每個RAS的CAS操作)需要多少單獨的讀寫操作。列存取粒度對有效數據速率具有不易於量化的巨大影響。因為它規定一個讀或寫操作中需要傳輸的最小數據量,列存取粒度給那些一次只需要很少數據量的系統帶來了問題。例如,一個需要來自兩列各8位元組的16位元組存取粒度系統,必須讀取總共32位元組以存取兩個位置。因為只需要32個位元組中的16個位元組,系統的有效數據速率降低到峰值速率的50%。匯流排帶寬和脈沖時間長度這兩個結構參數規定了存儲器系統的存取粒度。

匯流排帶寬是指連接存儲器控制器和存儲器件之間的數據線數量。它設定最小的存取粒度,因為對於一個指定的存儲器事務處理,每條數據線必須至少傳遞一個數據位。而脈沖時間長度則規定對於指定的事務處理,每條數據線必須傳遞的位數量。每個事務處理中的每條數據線只傳一個數據位的存儲技術,其脈沖時間長度為1。總的列存取粒度很簡單:列存取粒度=匯流排寬度×脈沖時間長度。

很多系統架構僅僅通過增加DRAM器件和存儲匯流排帶寬就能增加存儲系統的可用帶寬。畢竟,如果4個400MHz數據速率的連接可實現 1.6GHz的總峰值帶寬,那麼8個連接將得到3.2GHz。增加一個DRAM器件,電路板上的連線以及ASIC的管腳就會增多,總峰值帶寬相應地倍增。

首要的是,架構師希望完全利用峰值帶寬,這已經達到他們通過物理設計存儲器匯流排所能達到的最大值。具有256位甚或512位存儲匯流排的圖形控制器已並不鮮見,這種控制器需要1,000個,甚至更多的管腳。封裝設計師、ASIC底層規劃工程師以及電路板設計工程師不能找到採用便宜的、商業上可行的方法來對這么多信號進行布線的矽片區域。僅僅增加匯流排寬度來獲得更高的峰值數據速率,會導致因為列存取粒度限制而降低有效帶寬。

假設某個特定存儲技術的脈沖時間長度等於1,對於一個存儲器處理,512位寬系統的存取粒度為512位(或者64位元組)。如果控制器只需要一小段數據,那麼剩下的數據就被浪費掉,這就降低了系統的有效數據速率。例如,只需要存儲系統32位元組數據的控制器將浪費剩餘的32位元組,進而導致有效的數據速率等於50%的峰值速率。這些計算都假定脈沖時間長度為1。隨著存儲器介面數據速率增加的趨勢,大多數新技術的最低脈沖時間長度都大於1。

選擇技巧

存儲器的類型將決定整個嵌入式系統的操作和性能,因此存儲器的選擇是一個非常重要的決策。無論系統是採用電池供電還是由市電供電,應用需求將決定存儲器的類型(易失性或非易失性)以及使用目的(存儲代碼、數據或者兩者兼有)。另外,在選擇過程中,存儲器的尺寸和成本也是需要考慮的重要因素。對於較小的系統,微控制器自帶的存儲器就有可能滿足系統要求,而較大的系統可能要求增加外部存儲器。為嵌入式系統選擇存儲器類型時,需要考慮一些設計參數,包括微控制器的選擇、電壓范圍、電池壽命、讀寫速度、存儲器尺寸、存儲器的特性、擦除/寫入的耐久性以及系統總成本。

選擇存儲器時應遵循的基本原則

1、內部存儲器與外部存儲器

一般情況下,當確定了存儲程序代碼和數據所需要的存儲空間之後,設計工程師將決定是採用內部存儲器還是外部存儲器。通常情況下,內部存儲器的性價比最高但靈活性最低,因此設計工程師必須確定對存儲的需求將來是否會增長,以及是否有某種途徑可以升級到代碼空間更大的微控制器。基於成本考慮,人們通常選擇能滿足應用要求的存儲器容量最小的微控制器,因此在預測代碼規模的時候要必須特別小心,因為代碼規模增大可能要求更換微控制器。目前市場上存在各種規模的外部存儲器器件,我們很容易通過增加存儲器來適應代碼規模的增加。有時這意味著以封裝尺寸相同但容量更大的存儲器替代現有的存儲器,或者在匯流排上增加存儲器。即使微控制器帶有內部存儲器,也可以通過增加外部串列EEPROM或快閃記憶體來滿足系統對非易失性存儲器的需求。

2、引導存儲器

在較大的微控制器系統或基於處理器的系統中,設計工程師可以利用引導代碼進行初始化。應用本身通常決定了是否需要引導代碼,以及是否需要專門的引導存儲器。例如,如果沒有外部的定址匯流排或串列引導介面,通常使用內部存儲器,而不需要專門的引導器件。但在一些沒有內部程序存儲器的系統中,初始化是操作代碼的一部分,因此所有代碼都將駐留在同一個外部程序存儲器中。某些微控制器既有內部存儲器也有外部定址匯流排,在這種情況下,引導代碼將駐留在內部存儲器中,而操作代碼在外部存儲器中。這很可能是最安全的方法,因為改變操作代碼時不會出現意外地修改引導代碼。在所有情況下,引導存儲器都必須是非易失性存儲器。

可以使用任何類型的存儲器來滿足嵌入式系統的要求,但終端應用和總成本要求通常是影響我們做出決策的主要因素。有時,把幾個類型的存儲器結合起來使用能更好地滿足應用系統的要求。例如,一些PDA設計同時使用易失性存儲器和非易失性存儲器作為程序存儲器和數據存儲器。把永久的程序保存在非易失性ROM中,而把由用戶下載的程序和數據存儲在有電池支持的易失性DRAM中。不管選擇哪種存儲器類型,在確定將被用於最終應用系統的存儲器之前,設計工程師必須仔細折中考慮各種設計因素。

② 磁儲存原理

磁存儲技術的工作原理

是通過改變磁粒子的極性來在磁性介質上記錄數據。在讀取數據時,磁頭將存儲介質上的磁粒子極性轉換成相應的電脈沖信號,並轉換成計算機可以識別的數據形式。進行寫操作的原理也是如此。要使用硬碟等介質上的數據文件,通常需要依靠操作系統所提供的文件系統功能,文件系統維護著存儲介質上所有文件的索引。因為效率等諸多方面的考慮,在我們利用操作系統提供的指令刪除數據文件的時候,磁介質上的磁粒子極性並不會被清除。操作系統只是對文件系統的索引部分進行了修改,將刪除文件的相應段落標識進行了刪除標記。同樣的,目前主流操作系統對存儲介質進行格式化操作時,也不會抹除介質上的實際數據信號。正是操作系統在處理存儲時的這種設定,為我們進行數據恢復提供了可能。

值得注意的是,這種恢復通常只能在數據文件刪除之後相應存儲位置沒有寫入新數據的情況下進行。因為一旦新的數據寫入,磁粒子極性將無可挽回的被改變從而使得舊有的數據真正意義上被清除。另外,除了磁存儲介質之外,其它一些類型存儲介質的數據恢復也遵循同樣的原理,例如U盤、CF卡、SD卡等等。因為這些存儲設備也和磁碟一樣使用類似扇區、簇這樣的方式來對數據進行管理。舉個例子來說,目前幾乎所有的數碼相機都遵循DCIM標准,該標准規定了設備以FAT形式來對存儲器上的相片文件進行處理。

③ 快閃記憶體卡的存儲原理是什麼

快閃記憶體卡存儲原理是什麼?快閃記憶體(Flash Memory)是非揮發存儲的一種,具有關掉電源仍可保存數據的優點,同時又可重復讀寫且讀寫速度快、單位體積內可儲存最多數據量,以及低功耗特性等優點。其存儲物理機制實際上為一種新型EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲)。是SCM(半導體存儲器)的一種。早期的SCM採用典型的晶體管觸發器作為存儲位元,加上選擇、讀寫等電路構成存儲器。現代的SCM採用超大規模集成電路工藝製成存儲晶元,每個晶元中包含相當數量的存儲位元,再由若干晶元構成存儲器。目前SCM廣泛採用的主要材料是金屬氧化物場效應管(MOS),包括PMOS、NMOS、CMOS三類,尤其是NMOS和CMOS應用最廣泛。RAM(隨機存取存儲),是一種半導體存儲器。必須在通電情況下工作,否則會喪失存儲信息。RAM又分為DRAM(動態)和SRAM(靜態)兩種,我們現在普遍使用的PC機內存即是SDRAM(同步動態RAM),它在運行過程當中需要按一定頻率進行充電(刷新)以維持信息。DDR DDR2內存也屬於SDRAM。而SRAM不需要頻繁刷新,成本比DRAM高,主要用在CPU集成的緩存(cache)上。PROM(可編程ROM)則只能寫入一次,寫入後不能再更改。EPROM(可擦除PROM)這種EPROM在通常工作時只能讀取信息,但可以用紫外線擦除已有信息,並在專用設備上高電壓寫入信息。EEPROM(電可擦除PROM),用戶可以通過程序的控制進行讀寫操作。快閃記憶體實際上是EEPROM的一種。一般MOS閘極(Gate)和通道的間隔為氧化層之絕緣(gate oxide),而Flash Memory的特色是在控制閘(Control gate)與通道間多了一層稱為「浮閘」(floating gate)的物質。拜這層浮閘之賜,使得Flash Memory可快速完成讀、寫、抹除等三種基本操作模式;就算在不提供電源給存儲的環境下,也能透過此浮閘,來保存數據的完整性。 Flash Memory晶元中單元格里的電子可以被帶有更高電壓的電子區還原為正常的1。Flash Memory採用內部閉合電路,這樣不僅使電子區能夠作用於整個晶元,還可以預先設定「區塊」(Block)。在設定區塊的同時就將晶元中的目標區域擦除干凈,以備重新寫入。傳統的EEPROM晶元每次只能擦除一個位元組,而Flash Memory每次可擦寫一塊或整個晶元。Flash Memory的工作速度大幅領先於傳統EEPROM晶元。 MSM(磁表面存儲)是用非磁性金屬或塑料作基體,在其表面塗敷、電鍍、沉積或濺射一層很薄的高導磁率、硬矩磁材料的磁面,用磁層的兩種剩磁狀態記錄信息"0"和"1"。基體和磁層合稱為磁記錄介質。依記錄介質的形狀可分別稱為磁卡存儲器、磁帶存儲器、磁鼓存儲器和磁碟存儲器。計算機中目前廣泛使用的MSM是磁碟和磁帶存儲器。硬碟屬於MSM設備。ODM(光碟存儲)和MSM類似,也是將用於記錄的薄層塗敷在基體上構成記錄介質。不同的是基體的圓形薄片由熱傳導率很小,耐熱性很強的有機玻璃製成。在記錄薄層的表面再塗敷或沉積保護薄層,以保護記錄面。記錄薄層有非磁性材料和磁性材料兩種,前者構成光碟介質,後者構成磁光碟介質。ODM是目前輔存中記錄密度最高的存儲器,存儲容量很大且碟片易於更換。缺點是存儲速度比硬碟低一個數量級。現已生產出與硬碟速度相近的ODM。CD-ROM、DVD-ROM等都是常見的ODM。

④ 什麼是雲存儲雲存儲的基本概念,工作原理是什麼

雲存儲的概念與雲計算類似,它是指通過集群應用、網格技術或分布式文件系統等功能,網路中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟體集合起來協同工作,共同對外提供數據存儲和業務訪問功能的一個系統,保證數據的安全性,並節約存儲空間。簡單來說,雲存儲就是將儲存資源放到雲上供人存取的一種新興方案。使用者可以在任何時間、任何地方,透過任何可連網的裝置連接到雲上方便地存取數據。

⑤ 網路存儲技術的工作原理是什麼有圖解釋么

網路存儲技術(Network Storage Technologies)是基於數據存儲的一種通用網路術語。網路存儲結構大致分為三種:直連式存儲(DAS:Direct Attached Storage)、網路存儲設備(NAS:Network Attached Storage)和存儲網路(SAN:Storage Area Network)。
網路存儲技術
直連式存儲(DAS):這是一種直接與主機系統相連接的存儲設備,如作為伺服器的計算機內部硬體驅動。到目前為止,DAS 仍是計算機系統中最常用的數據存儲方法。 DAS即直連方式存儲,英文全稱是Direct Attached Storage。中文翻譯成「直接附加存儲」。顧名思義,在這種方式中,存儲設備是通過電纜(通常是SCSI介面電纜)直接到伺服器的。I/O(輸入/輸入)請求直接發送到存儲設備。DAS,也可稱為SAS(Server-Attached Storage,伺服器附加存儲)。它依賴於伺服器,其本身是硬體的堆疊,不帶有任何存儲操作系統。
DAS的適用環境為:
1) 伺服器在地理分布上很分散,通過SAN(存儲區域網路)或NAS(網路直接存儲)在它們之間進行互連非常困難時(商店或銀行的分支便是一個典型的例子); 2) 存儲系統必須被直接連接到應用伺服器(如Microsoft Cluster Server或某些資料庫使用的「原始分區」)上時; 3) 包括許多資料庫應用和應用伺服器在內的應用,它們需要直接連接到存儲器上,群件應用和一些郵件服務也包括在內。 典型DAS結構如圖所示: 典型DAS結構如圖所示
對於多個伺服器或多台PC的環境,使用DAS方式設備的初始費用可能比較低,可是這種連接方式下,每台PC或伺服器單獨擁有自己的存儲磁碟,容量的再分配困難;對於整個環境下的存儲系統管理,工作煩瑣而重復,沒有集中管理解決方案。所以整體的擁有成本(TCO)較高。目前DAS基本被NAS所代替。下面是DAS與NAS的比較。 DAS與NAS的比較圖
網路存儲設備(NAS):NAS 是一種採用直接與網路介質相連的特殊設備實現數據存儲的機制。由於這些設備都分配有 IP 地址,所以客戶機通過充當數據網關的伺服器可以對其進行存取訪問,甚至在某些情況下,不需要任何中間介質客戶機也可以直接訪問這些設備。
NAS網路存儲器
1. 最大存儲容量
最存儲大存儲容量是指NAS存儲設備所能存儲數據容量的極限,通俗的講,就是NAS設備能夠支持的最大硬碟數量乘以單個硬碟容量就是最大存儲容量。這個數值取決於NAS設備的硬體規格。不同的硬體級別,適用的范圍不同,存儲容量也就有所差別。通常,一般小型的NAS存儲設備會支持幾百GB的存儲容量,適合中小型公司作為存儲設備共享數據使用,而中高檔的NAS設備應該支持T級別的容量(1T=1000G)。
2. 處理器
同普通電腦類似,NAS產品也都具有自己的處理器(CPU)系統,來協調控制整個系統的正常運行。其採用的處理器也常常與台式機或伺服器的CPU大體相同。目前主要有以下幾類。 (1)Intel系列處理器 (4)AMD系列處理器 (5)PA-RISC型處理器 (6)PowerPC處理器 (7)MIPS處理器 一般針對中小型公司使用NAS產品採用AMD的處理器或Intel PIII/PIV等處理器。而大規模應用的NAS產品則使用Intel Xeon處理器、或者RISC型處理器等。但是也不能一概而論,視具體應用和廠商規劃而定。
3. 內存
NAS從結構上講就是一台精簡型的電腦,每台NAS設備都配備了一定數量的內存,而且大多用戶以後可以擴充。在NAS設備中,常見的內存類型由SDRAM(同步內存)、FLASH(快閃記憶體)等。不同的NAS產品出廠時配備的內存容量不同,一般為幾十兆到數GB(1GB=1000MB)容量不等,這取決於NAS產品的應用范圍,一般來講,應用在小規模的區域網當中的NAS,如果只是應付幾台設備的訪問,64M以下內存容量即可。如果是上百個節點以上的訪問,就得需要上G容量的內存。當然,這不是絕對的因素,NAS產品的綜合性能發揮還取決於它的處理器能力、硬碟速度及其網路實際環境等因素的制約。總之,選購NAS產品時,應該綜合考慮各個方面的性能參數。
4. 介面
NAS產品的外部介面比較簡單,由於只是通過內置網卡與外界通訊,所以一般只具有乙太網絡介面,通常是RJ45規格,而這種介面網卡一般都是100M網卡或1000M網卡。另外,也有部分NAS產品需要與SAN(存儲區域網路)產品連接提供更為強大的功能,所以也可能會有FC(Fiber Channel光纖通道)介面。
5. 預置軟體系統
預制操作系統是指NAS產品出廠時隨機帶的操作系統或者管理軟體。目前NAS產品一般帶有以下幾種系統軟體。 精簡的WINDOWS2000系統 這類系統只是保留了WINDOWS2000 SERVER系統核心網路中最重要的部分,能夠驅動NAS產品正常工作。我們可以把它理解為WINDOWS2000的「精簡版」。 FreeBSD嵌入式系統 FreeBSD是類UNIX系統,在網路應用方面具備極其優異的性能。 Linux嵌入式系統 Linux系統類似於UNIX操組系統,但相比之下具有界面友好、內核升級迅速等特點。常常用來作為電器等產品的嵌入式控制系統。
6. 網路管理
網路管理,是指網路管理員通過網路管理程序對網路上的資源進行集中化管理的操作,包括配置管理、性能和記賬管理、問題管理、操作管理和變化管理等。一台設備所支持的管理程度反映了該設備的可管理性及可操作性。 一般的網路滿足SNMP MIB I / MIB II統計管理功能。常見的網路管理方式有以下幾種: (1)SNMP管理技術 (2)RMON管理技術 (3)基於WEB的網路管理 SNMP是英文「Simple Network Management Protocol」的縮寫,中文意思是「簡單網路管理協議」。SNMP首先是由Internet工程任務組織(Internet Engineering Task Force)(IETF)的研究小組為了解決Internet上的路由器管理問題而提出的。 SNMP是目前最常用的環境管理協議。SNMP被設計成與協議無關,所以它可以在IP,IPX,AppleTalk,OSI以及其他用到的傳輸協議上被使用。SNMP是一系列協議組和規范(見下表),它們提供了一種從網路上的設備中收集網路管理信息的方法。SNMP也為設備向網路管理工作站報告問題和錯誤提供了一種方法。 目前,幾乎所有的網路設備生產廠家都實現了對SNMP的支持。領導潮流的SNMP是一個從網路上的設備收集管理信息的公用通信協議。設備的管理者收集這些信息並記錄在管理信息庫(MIB)中。這些信息報告設備的特性、數據吞吐量、通信超載和錯誤等。MIB有公共的格式,所以來自多個廠商的SNMP管理工具可以收集MIB信息,在管理控制台上呈現給系統管理員。 通過將SNMP嵌入數據通信設備,如交換機或集線器中,就可以從一個中心站管理這些設備,並以圖形方式查看信息。目前可獲取的很多管理應用程序通常可在大多數當前使用的操作系統下運行,如Windows3.11、Windows95 、Windows NT和不同版本UNIX的等。 一個被管理的設備有一個管理代理,它負責向管理站請求信息和動作,代理還可以藉助於陷阱為管理站提供站動提供的信息,因此,一些關鍵的網路設備(如集線器、路由器、交換機等)提供這一管理代理,又稱SNMP代理,以便通過SNMP管理站進行管理。
7. 網路協議
網路協議即網路中(包括互聯網)傳遞、管理信息的一些規范。如同人與人之間相互交流是需要遵循一定的規矩一樣,計算機之間的相互通信需要共同遵守一定的規則,這些規則就稱為網路協議。 一台計算機只有在遵守網路協議的前提下,才能在網路上與其他計算機進行正常的通信。網路協議通常被分為幾個層次,每層完成自己單獨的功能。通信雙方只有在共同的層次間才能相互聯系。常見的協議有:TCP/IP協議、IPX/SPX協議、NetBEUI協議等。在區域網中用得的比較多的是IPX/SPX.。用戶如果訪問Internet,則必須在網路協議中添加TCP/IP協議。 TCP/IP是「transmission Control Protocol/Internet Protocol」的簡寫,中文譯名為傳輸控制協議/互聯網路協議)協議, TCP/IP(傳輸控制協議/網間協議)是一種網路通信協議,它規范了網路上的所有通信設備,尤其是一個主機與另一個主機之間的數據往來格式以及傳送方式。TCP/IP是INTERNET的基礎協議,也是一種電腦數據打包和定址的標准方法。在數據傳送中,可以形象地理解為有兩個信封,TCP和IP就像是信封,要傳遞的信息被劃分成若干段,每一段塞入一個TCP信封,並在該信封面上記錄有分段號的信息,再將TCP信封塞入IP大信封,發送上網。在接受端,一個TCP軟體包收集信封,抽出數據,按發送前的順序還原,並加以校驗,若發現差錯,TCP將會要求重發。因此,TCP/IP在INTERNET中幾乎可以無差錯地傳送數據。 對普通用戶來說,並不需要了解網路協議的整個結構,僅需了解IP的地址格式,即可與世界各地進行網路通信。 IPX/SPX是基於施樂的XEROX』S Network System(XNS)協議,而SPX是基於施樂的XEROX』S SPP(Sequenced Packet Protocol:順序包協議)協議,它們都是由novell公司開發出來應用於區域網的一種高速協議。它和TCP/IP的一個顯著不同就是它不使用ip地址,而是使用網卡的物理地址即(MAC)地址。在實際使用中,它基本不需要什麼設置,裝上就可以使用了。由於其在網路普及初期發揮了巨大的作用,所以得到了很多廠商的支持,包括microsoft等,到現在很多軟體和硬體也均支持這種協議。 NetBEUI即NetBios Enhanced User Interface ,或NetBios增強用戶介面。它是NetBIOS協議的增強版本,曾被許多操作系統採用,例如Windows for Workgroup、Win 9x系列、Windows NT等。NETBEUI協議在許多情形下很有用,是WINDOWS98之前的操作系統的預設協議。總之NetBEUI協議是一種短小精悍、通信效率高的廣播型協議,安裝後不需要進行設置,特別適合於在「網路鄰居」傳送數據。所以建議除了TCP/IP協議之外,區域網的計算機最好也安上NetBEUI協議。另外還有一點要注意,如果一台只裝了TCP/IP協議的WINDOWS98機器要想加入到WINNT域,也必須安裝NetBEUI協議。
8. 網路文件協議
網路文件系統是基於網路的分布式文件系統,其文件系統樹的各節點可以存在於不同的聯網計算機甚至不同的系統平台上,可以用來提供跨平台的信息存儲與共享。 當今最主要的兩大網路文件系統是Sun提出的NFS(Network File System)以及由微軟、EMC和NetApp提出的CIFS(Common Internet File System),前者主要用於各種Unix平台,後者則主要用於Windows平台,我們熟悉的「網上鄰居」的文件共享方式就是基於CIFS系統的。其他著名的網路文件系統還有Novell公司的NCP(網路控制協議)、Apple公司的AFP以及卡內基-梅隆大學的Coda等,NAS的主要功能之一便是通過各種網路文件系統提供存儲服務。
9. 網路備份軟體
目前在數據存儲領域可以完成網路數據備份管理的軟體產品主要有Legato公司的NetWorker、IBM公司 的Tivoli、Veritas公司 的NetBackup等。另外有些操作系統,諸如Unix的tar/cpio、Windows2000/NT的Windows Backup、Netware的Sbackup也可以作為NAS的備份軟體。
NetBackup
NetBackup是Veritas公司推出的適用於中型和大型的存儲系統的備份軟體,可以廣泛的支持各種開放平台。另外該公司還推出了適合低端的備份軟體Backup Exec。
NetWorker
NetWorker是Legato公司推出的備份軟體,它適用於大型的復雜網路環境,具有各種先進的備份技術機制,廣泛的支持各種開放系統平台。值得一提的是, NetWorker中的Cellestra技術第一個在產品上實現了Serverless Backup(無伺服器備份)的思想。
IBM Tivoli
IBM Tivoli是IBM公司推出的備份軟體,與Veritas的NetBackup和Legato的NetWorker相比,Tivoli Storage Manager更多的適用於IBM主機為主的系統平台,其強大的網路備份功能可以勝任大規模的海量存儲系統的備份需要。 此外,CA公司原來的備份軟體ARCServe,在低端市場具有相當廣泛的影響力。其新一代備份產品--BrightStor,定位直指中高端市場,也具有不錯的性能。 選購備份軟體時,應該根據不同的用戶需要選擇合適的產品,理想的網路備份軟體系統應該具備以下功能:
集中式管理
網路存儲備份管理系統對整個網路的數據進行管理。利用集中式管理工具的幫助,系統管理員可對全網的備份策略進行統一管理,備份伺服器可以監控所有機器的備份作業,也可以修改備份策略,並可即時瀏覽所有目錄。所有數據可以備份到同備份伺服器或應用伺服器相連的任意一台磁帶庫內。
全自動的備份
備份軟體系統應該能夠根據用戶的實際需求,定義需要備份的數據,然後以圖形界面方式根據需要設置備份時間表,備份系統將自動啟動備份作業,無需人工干預。這個自動備份作業是可自定的,包括一次備份作業、每周的某幾日、每月的第幾天等項目。設定好計劃後,備份作業就會按計劃自動進行。
資料庫備份和恢復
在許多人的觀念里,資料庫和文件還是一個概念。當然,如果你的資料庫系統是基於文件系統的,當然可以用備份文件的方法備份資料庫。但發展至今,資料庫系統已經相當復雜和龐大,再用文件的備份方式來備份資料庫已不適用。是否能夠將需要的數據從龐大的資料庫文件中抽取出來進行備份,是網路備份系統是否先進的標志之一。
在線式的索引
備份系統應為每天的備份在伺服器中建立在線式的索引,當用戶需要恢復時,只需點取在線式索引中需要恢復的文件或數據,該系統就會自動進行文件的恢復。
歸檔管理
用戶可以按項目、時間定期對所有數據進行有效的歸檔處理。提供統一的Open Tape Format 數據存儲格式從而保證所有的應用數據由一個統一的數據格式作為永久的保存,保證數據的永久可利用性。
有效的媒體管理
備份系統對每一個用於作備份的磁帶自動加入一個電子標簽,同時在軟體中提供了識別標簽的功能,如果磁帶外面的標簽脫落,只需執行這一功能,就會迅速知道該磁帶的內容。
滿足系統不斷增加的需求
備份軟體必須能支持多平台系統,當網路上連接上其它的應用伺服器時,對於網路存儲管理系統來說,只需在其上安裝支持這種伺服器的客戶端軟體即可將數據備份到磁帶庫或光碟庫中。
10. 網站瀏覽器支持
網站瀏覽器支持是指能否夠通過WEB(就是WWW,俗稱互聯網)手段對NAS產品進行管理,以及管理時使用的瀏覽器類型。絕大部分的NAS產品都支持WEB管理,這樣的好處是管理方便,用戶在任何地方只要能夠上網就可以輕松的管理NAS設備。 目前NAS產品支持的常用瀏覽器有微軟的IE(Internet Explorer)瀏覽器以及網景公司的Netscape瀏覽器。
11. 網路服務
網路服務是指NAS產品在運行時系統能夠提供何種服務。典型的網路服務有DHCP、DNS、FTP、Telnet、WINS、SMTP等。
DHCP
DHCP的全名是「Dynamic Host Configuration Protocol」,即動態主機配置協議。在使用DHCP的網路里,用戶的計算機可以從DHCP伺服器那裡獲得上網的參數,幾乎不需要做任何手工的配置就可以上網。 一般情況下,DHCP伺服器會盡量保持每台計算機使用同一個IP地址上網。如果計算機長時間沒有上網或配置為使用靜態地址上網,DHCP伺服器就會把這個地址分配給其他計算機。
WINS
WINS是「Windows Internet Name Service」的簡稱,中文為Windows網際命名服務,WINS伺服器主要用於NetBIOS名字(計算機名稱)服務,它處理的是NetBIOS計算機名(Computer Name),所以也被稱為NetBIOS名字伺服器(NBNS,NetBIOS Name Server)。WINS伺服器可以登記WINS-enabled工作站(下面簡稱為「WINS工作站」)的計算機名、IP地址、DNS域名等數據,當工作站查詢名字時,它又可以將這些數據提供給工作站。
DNS
DNS,Domain Name System或者Domain Name Service(域名系統或者余名服務)。域名系統為Internet上的主機分配域名地址和IP地址。用戶使用域名地址,該系統就會自動把域名地址轉為IP地址。域名服務是運行域名系統的Internet工具。執行域名服務的伺服器稱之為DNS伺服器,通過DNS伺服器來應答域名服務的查詢。
FTP
文件傳輸協議FTP(File Transfer Protocol)是Internet傳統的服務之一。FTP使用戶能在兩個聯網的計算機之間傳輸文件,它是Internet傳遞文件最主要的方法。使用匿名(Anonymous)FTP, 用戶可以免費獲取Internet豐富的資源。除此之外,FTP還提供登錄、目錄查詢、文件操作及其他會話控制功能。
SMTP
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)即簡單郵件傳輸協議,它是一組用於由源地址到目的地址傳送郵件的規則,由它來控制信件的中轉方式。SMTP協議屬於TCP/IP協議族,它幫助每台計算機在發送或中轉信件時找到下一個目的地。通過SMTP協議所指定的伺服器,我們就可以把E-mail寄到收信人的伺服器上了,整個過程只要幾分鍾。SMTP伺服器則是遵循SMTP協議的發送郵件伺服器,用來發送或中轉你發出的電子郵件。
Telnet
有的時候我們需要運行一些很大的程序,而自己的PC又達不到運行這個程序所必須的配置,在這種情況下,我們可以通過網路連接上一台功能強大的計算機,並且把自己的PC模擬成那台計算機的終端,進而達到在該計算機上運行程序的目的。這種利用網路遠程登錄到其他計算機上,並且以虛擬終端方式遙控程序運行的做法就是TELNET。隨著計算機硬體的發展,目前TELNET在一般網路用戶中已經不是很普遍了,但是對於網路管理員來說,它仍然是個得力助手。
12. 網路安全
網路安全是指網路系統的硬體、軟體及其系統中的數據受到保護,不受偶然的或者惡意的原因而遭到破壞、更改、泄露,系統連續可靠正常地運行,網路服務不中斷。 網路安全實際上包括兩部分:網路的安全和主機系統的安全。網路安全主要通過設置防火牆來實現,也可以考慮在路由器上設置一些數據包過濾的方法防止來自Internet上的黑客的攻擊。至於系統的安全則需根據不同的操作系統來修改相關的系統文件,合理設置用戶許可權和文件屬性。 NAS產品的網路安全應具有以下四個方面的特徵: 保密性:信息不泄露給非授權用戶、實體或過程,或供其利用的特性。 完整性: 數據未經授權不能進行改變的特性。即信息在存儲或傳輸過程中保持不被修 改、不被破壞和丟失的特性。 可用性:可被授權實體訪問並按需求使用的特性。即當需要時能否存取所需的信息。例 如網路環境下拒絕服務、破壞網路和有關系統的正常運行等都屬於對可用性的攻擊; 可控性:對信息的傳播及內容具有控制能力。
13. NAS
NAS是英文「Network Attached Storage」的縮寫, 中文意思是「網路附加存儲」。按字面簡單說就是連接在網路上, 具備資料存儲功能的裝置,因此也稱為「網路存儲器」或者「網路磁碟陣列」。 從結構上講,NAS是功能單一的精簡型電腦,因此在架構上不像個人電腦那麼復雜,在外觀上就像家電產品,只需電源與簡單的控制鈕, 結構圖如下: NAS是一種專業的網路文件存儲及文件備份設備,它是基於LAN(區域網)的,按照TCP/IP協議進行通信,以文件的I/O(輸入/輸出)方式進行數據傳輸。在LAN環境下,NAS已經完全可以實現異構平台之間的數據級共享,比如NT、UNIX等平台的共享。 一個NAS系統包括處理器,文件服務管理模塊和多個硬碟驅動器(用於數據的存儲)。 NAS 可以應用在任何的網路環境當中。主伺服器和客戶端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件,包括SMB格式(Windows)NFS格式(Unix, Linux)和CIFS(Common Internet File System)格式等等。典型的NAS的網路結構如下圖所示: 存儲網路(SAN):SAN 是指存儲設備相互連接且與一台伺服器或一個伺服器群相連的網路。其中的伺服器用作 SAN 的接入點。在有些配置中,SAN 也與網路相連。SAN 中將特殊交換機當作連接設備。它們看起來很像常規的乙太網絡交換機,是 SAN 中的連通點。SAN 使得在各自網路上實現相互通信成為可能,同時並帶來了很多有利條件。 SAN英文全稱:Storage Area Network,即存儲區域網路。它是一種通過光纖集線器、光纖路由器、光纖交換機等連接設備將磁碟陣列、磁帶等存儲設備與相關伺服器連接起來的高速專用子網。 SAN由三個基本的組件構成:介面(如SCSI、光纖通道、ESCON等)、連接設備(交換設備、網關、路由器、集線器等)和通信控制協議(如IP和SCSI等)。這三個組件再加上附加的存儲設備和獨立的SAN伺服器,就構成一個SAN系統。SAN提供一個專用的、高可靠性的基於光通道的存儲網路,SAN允許獨立地增加它們的存儲容量,也使得管理及集中控制(特別是對於全部存儲設備都集群在一起的時候)更加簡化。而且,光纖介面提供了10 km的連接長度,這使得物理上分離的遠距離存儲變得更容易.

⑥ 請問光儲存原理!

光碟存儲技術是利用激光在介質上寫入並讀出信息。這種存儲介質最早是非磁性的,以後發展為磁性介質。在光碟上寫入的信息不能抹掉,是不可逆的存儲介質。用磁性介質進行光存儲記錄時,可以抹去原來寫入的信息,並能夠寫入新的信息,可擦可寫反復使用。
1.非磁性介質存儲原理
有一類非磁性記錄介質,經激光照射後可形成小凹坑,每一凹坑為一位信息。這種介質的吸光能力強、熔點較低,在激光束的照射下,其照射區域由於溫度升高而被熔化,在介質膜張力的作用下熔化部分被拉成一個凹坑,此凹坑可用來表示一位信息。因此,可根據凹坑和未燒蝕區對光反射能力的差異,利用激光讀出信息。
工作時,將主機送來的數據經編碼後送入光調制器,調制激光源輸出光束的強弱,用以表示數據1和0;再將調制後的激光束通過光路寫入系統到物鏡聚焦,使光束成為1大小的光點射到記錄介質上,用凹坑代表1,無坑代表0。讀取信息時,激光束的功率為寫入時功率的1/10即可。讀光束為未調制的連續波,經光路系統後,也在記錄介質上聚焦成小光點。無凹處,入射光大部分返回;在凹處,由於坑深使得反射光與入射光抵消而不返回。這樣,根據光束反射能力的差異將記錄在介質上的「1」和「0」信息讀出。
圖2.1是光存儲器寫入和讀出原理框圖。
圖2.1光存儲器寫入和讀出原理框圖
製作時,先在有機玻璃盤基上做出導向溝槽,溝間距約1.65 ,同時做出道地址、扇區地址和索引信息等,然後在盤基上蒸發一層碲硒膜。系統中有兩個激光源,一個用於寫入和讀出信息,另一個用於抹除信息。碲硒薄膜構成光吸收層,當激光照射膜層接近熔化而迅速冷卻時,形成很小的晶粒,它對激光的反射能力比未照射區的反射能力小的多,因而可根據反射光強度的差別來區分是否已記錄信息。
圖2.2可擦除光碟結構示意圖
記錄信息的抹除可採用低功率的激光長時間照射記錄信息的部位來進行。由於激光介質的光照明「熱處理」使晶粒長大,使其恢復到未記錄信息時的初始晶相狀態,故對激光的發射率也提高到記錄信息前的狀態。
2. 磁性介質存儲原理
磁光碟是在光碟的基片上鍍上一層矯頑力很大的,具有垂直磁化特性的磁性材料薄膜製成。當在磁記錄介質表面上施加強度小於其室溫矯頑力Hi 的磁物時,不發生磁通翻轉,故不能記錄信息。若用激光照射此介質後,則在被照射處溫度上升,矯頑力下降為Hc′。如果這時再對記錄介質施以外加弱磁場Hr(Hc′
磁光存儲信息的再生如圖2.4所示。
圖中由激光源發出的激光經過起偏器、半反鏡和聚光鏡照射在盤上,行成小於1 的光點。同樣,照射區溫度上升,矯頑力下降,在照射區形成的磁場使該區磁化。當信息再生時,照射在磁化區的激光束反射光經半反鏡、檢偏器到光檢測器上讀出信息。

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大家可能都知道,電腦是用二進制數據的「0」或「1」來保存數據的,而「0」和「1」體現到光碟上就是凹和突起,「1」表示「從凹到凸或從凸到凹的變化過程」,「0」表示兩個變化過程之間的長度。所以不要簡單地認為「凹」和「凸」就是「1」和「0」。那麼在光碟的生產中,壓盤機通過激光在空盤上以環繞方式刻出無數條寬度為1.6mm的磁軌,在磁軌上產生高低不同的凹進和凸起,就是這個目的。
參考資料:http://info.laser.hc360.com/html/001/002/008/14534.htm

⑦ 磁碟儲存數據的原理是什麼

在網上找的

現在的硬碟,無論是IDE還是SCSI,採用的都是"溫徹思特「技術,都有以下特點:1。磁頭,碟片及運動機構密封。2。固定並高速旋轉的鍍磁碟片表面平整光滑。3。磁頭沿碟片徑向移動。4。磁頭對碟片接觸式啟停,但工作時呈飛行狀態不與碟片直接接觸。
碟片:硬碟碟片是將磁粉附著在鋁合金(新材料也有用玻璃)圓碟片的表面上.這些磁粉被劃分成稱為磁軌的若干個同心圓,在每個同心圓的磁軌上就好像有無數的任意排列的小磁鐵,它們分別代表著0和1的狀態。當這些小磁鐵受到來自磁頭的磁力影響時,其排列的方向會隨之改變。利用磁頭的磁力控制指定的一些小磁鐵方向,使每個小磁鐵都可以用來儲存信息。
盤體:硬碟的盤體由多個碟片組成,這些碟片重疊在一起放在一個密封的盒中,它們在主軸電機的帶動下以很高的速度旋轉,其每分鍾轉速達3600,4500,5400,7200甚至以上。
磁頭:硬碟的磁頭用來讀取或者修改碟片上磁性物質的狀態,一般說來,每一個磁面都會有一個磁頭,從最上面開始,從0開始編號。磁頭在停止工作時,與磁碟是接觸的,但是在工作時呈飛行狀態。磁頭採取在碟片的著陸區接觸式啟停的方式,著陸區不存放任何數據,磁頭在此區域啟停,不存在損傷任何數據的問題。讀取數據時,碟片高速旋轉,由於對磁頭運動採取了精巧的空氣動力學設計,此時磁頭處於離盤面數據區0.2---0.5微米高度的」飛行狀態「。既不與盤面接觸造成磨損,又能可靠的讀取數據。
電機:硬碟內的電機都為無刷電機,在高速軸承支撐下機械磨損很小,可以長時間連續工作。高速旋轉的盤體產生了明顯的陀螺效應,所以工作中的硬碟不宜運動,否則將加重軸承的工作負荷。硬碟磁頭的尋道飼服電機多採用音圈式旋轉或者直線運動步進電機,在飼服跟蹤的調節下精確地跟蹤碟片的磁軌,所以在硬碟工作時不要有沖擊碰撞,搬動時要小心輕放

⑧ 硅晶元存儲數據的原理是什麼

硅晶元存儲數據的原理是sram裡面的單位是若干個開關組成一個觸發器,形成可以穩定存儲0, 1信號,同時可以通過時序和輸入信號改變存儲的值。dram,主要是根據電容上的電量,電量大時,電壓高表示1反之表示0晶元就是有大量的這些單元組成的,所以能存儲數據。

硅材料具有耐高溫和抗輻射性能較好,特別適宜製作大功率器件的特性而成為應用最多的一種半導體材料,集成電路半導體器件大多數是用硅材料製造的。硅在室溫的化學性質很穩定,且現在的矽片加工工藝,很容易制備大尺寸平整度在納米級水平的矽片,使得該方法有望用於信息存儲技術。

相關資料

單晶硅:熔融的單質硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核,如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒,則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶硅。單晶硅具有準金屬的物理性質,有較弱的導電性,其電導率隨溫度的升高而增加,有顯著的半導電性。

超純的單晶硅是本徵半導體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素,如硼可提高其導電的程度,而形成p型硅半導體;如摻入微量的ⅤA族元素,如磷或砷也可提高導電程度,形成n型硅半導體。

以上內容參考:網路-硅晶片

⑨ 電腦儲存器儲存信息的原理是什麼

U盤是晶元.
硬碟是碟片.
u盤是半導體材料製作的,記錄的加電的信號
硬碟是磁碟,就象磁帶一樣的東西,不過它有扇區,柱面,磁軌,磁頭==

一、U盤基本工作原理
U盤是採用Flash晶元存儲的,Flash晶元屬於電擦寫電門。在通電以後改變狀態,不通電就固定狀態。所以斷電以後資料能夠保存。
Flash晶元的擦寫次數在10萬次以上,而且你要是沒有用到後面的空間,後面的就不會通電

通用串列匯流排(Universal serial Bus)是一種快速靈活的介面,

當一個USB設備插入主機時,由於USB設備硬體本身的原因,它會使USB匯流排的數據信號線的電平發生變化,而主機會經常掃描USB匯流排。當發現電平有變化時,它即知道有設備插入。

當USB設備剛插入主機時,USB設備它本身會初始化,並認為地址是0。也就是沒有分配地址,這有點象剛進校的大學生沒有學號一樣。

正如有一個陌生人闖入時我們會問「你是什麼人」一樣,當一個USB設備插入主機時,,它也會問:「你是什麼設備」。並接著會問,你使用什麼通信協議等等。當這一些信息都被主機知道後,主機與USB設備之間就可以根據它們之間的約定進行通信。

USB的這些信息是通過描述符實現的,USB描述符主要包括:設備描述符,配置描述符,

介面描述符,端點描述符等。當一個U盤括入主機時,你立即會發現你的資源管理器里多了一個可移動磁碟,在Win2000下你還可以進一步從主機上知道它是愛國者或是朗科的。這里就有兩個問題,首先主機為什麼知道插入的是移動磁碟,而不是鍵盤或列印機等等呢?另外在Win2000下為什麼還知道是哪個公司生產的呢?其實這很簡單,當USB設備插入主機時,主機首先就會要求對方把它的設備描述符傳回來,這些設備描述符中就包含了設備類型及製造商信息。又如傳輸所採用的協議是由介面描述符確定,而傳輸的方式則包含在端點描述符中。

USB設備分很多類:顯示類,通信設備類,音頻設備類,人機介面類,海量存儲類.特定類的設備又可分為若乾子類,每一個設備可以有一個或多個配置,配置用於定義設備的功能。配置是介面的集合,介面是指設備中哪些硬體與USB交換信息。每個與USB交換信息的硬體是一個端點。因些,介面是端點的集合。

U盤應屬於海量存儲類。

USB海量存儲設備又包括通用海量存儲子類,CDROM,Tape等,U盤實際上屬於海量存儲類中通用海量存儲子類。通用海量存儲設備實現上是基於塊/扇區存儲的設備。

USB組織定義了海量存儲設備類的規范,這個類規范包括4個獨立的子類規范。主要是指USB匯流排上的傳輸方法與存儲介質的操作命令。

海量存儲設備只支持一個介面,即數據介面,此介面有三個端點Bulk input ,Bulk output,中斷端點

這種設備的介面採用SCSI-2的直接存取設備協議,USB設備上的介質使用與SCSI-2以相同的邏輯塊方式定址

二、 Bulk-Only傳輸協議

當一個U盤插入主機以後,主機會要求USB設備傳回它們的描述符,當主機得到這些描述符後,即完成了設備的配置。識別出USB設備是一個支持Bulk-Only傳輸協議的海量存儲設備。這時應可進行Bulk-Only傳輸方式。在此方式下USB與設備之間的數據傳輸都是通過Bulk-In和Bulk-Out來實現的。

硬碟,英文名稱是 Hard disk,發明於1950年。開始的時候,它的直徑長達20英寸;並且只能容納幾MB(兆位元組)的信息。最初的時候它並不稱為Hard disk ,而是叫做「fixed disk"或者"Winchester"(IBM產品流行的代碼名稱);如果在某些文獻里提到這些名詞,我們知道它們是硬碟就可以了。隨後,為了把 硬碟的名稱與"floppy disk"(軟盤)區分開來,它的名稱就演變成了"hard disk"。硬碟的內部有磁碟,作為保存信息的磁介質;而磁帶和軟盤裡面則使用柔韌的塑料薄膜作為磁介質。

在簡單的標准上,硬碟與盒式磁帶並沒有太大的區別。所有的硬碟和盒式磁帶都使用相同的磁性技術錄制信息,這點將在「磁帶錄音機是怎麼工作的有介紹」,但這已經不是屬於IT硬體的范疇了。硬碟和磁帶錄音機都從磁存儲技術獲得最大的效益--磁介質可以輕易地進行擦除和復寫,並且信息將記錄在磁軌里,儲存 的信息可以永久保存。
想明白硬碟工作原理的最好途徑是看清楚它的內部結構。注意:打開硬碟會損壞硬體,因此朋友們不要自己嘗試,當然你有一個損壞的硬碟就另當別論了。
硬碟使用了鋁片把表面給密封了起來,而另外的一邊則布滿了控制用的電子元件。電子控制器控制硬碟的讀/寫機制,還有轉動碟片的馬達。電子元件還把硬碟磁區域的信息匯編成byte(讀),並把bytes轉化為磁區域(寫)。這些電子元件被裝配在與硬碟碟片分開的小電路板上。
在電路板下面是連接碟片的馬達,還有採用了高度過濾的通風孔,以便維持硬碟內部和外部的空氣壓力平衡。
移開了硬碟的頂蓋之後,展現在大家眼前的是非常簡單但卻精密的內部結構。
碟片--當硬碟在工作的時候,它可以轉動5,400或者72,00 rpm(通常的情況下,當然最快也有10,000rpm,SCSI硬碟甚至達到了15,000rpm)。這些碟片製造的時候有驚人的精確度,並且表面如鏡子般光滑。(你甚至還在碟片里看到了作者的肖像)
臂--位於左上角,是用來保持磁頭的讀/寫 控制機制,能夠把磁頭從碟片的中心移動到硬碟的邊緣。臂和它的移動機制相當的輕,並且速度飛快。普通的硬碟每秒可以在碟片中心和邊緣之間來會移動50次,如果用肉眼看的話,速度真的是非常驚人。
為了增加硬碟儲存的信息量,很多硬碟都使用了多碟片的設計。我們打開的硬碟有三個碟片和6個讀/寫的磁頭。
硬碟裡面保持臂的移動速度和精確度都達到了不可置信的地步,它使用了高速的線性馬達。
很多硬碟使用了音圈(Voice coil)的方法來移動臂部--與你的立體聲系統中揚聲器使用的技術類似。

數據的儲存
數據儲存在碟片表面的扇區(Sector)和磁軌(track)里,磁軌是一系列的同心圓,而扇區則是磁軌組成的圓狀表面,如下:
上圖黃色部分展示的就是典型的磁軌,而藍色部分則是扇區。扇區包括了固定數量的byte---例如,256或者512byte。無論是在硬碟還是在操作系統水平,扇區都通常組成群集(cluster)。
硬碟的低級格式化過程在碟片上建立了扇區和磁軌,每個扇區的開始和結束部分都被寫到了碟片上,這個處理使硬碟准備開始以byte的形式保持數據。高級格式化則寫入文件儲存的結構,例如把文件分配表寫入到扇區,這個過程使硬碟准備保持文件。

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