B10621 21 梁宁 储存器发展史

细说计算机储存器的发展历史B10621梁宁21号「前言」：如今，我们电脑上常用的存储设备容量基本都是几百G。

即便是小巧的MP3播放器和其他手持设备，通常都是好几G。

然而在几十年前，这种却只能在科幻小说中出现。

比如，第一款容量上G的硬盘大如冰箱。

这是1980年的事，离现在还并不遥远。

「摘要」：计算机存储器的变化发展和飞跃，以及未来的动向。

「关键词」：计算机存储器历史飞跃背景计算机器件从电子管到晶体管，再从分立元件到集成电路以至微处理器，促使计算机的发展出现了三次飞跃。

1、在电子管计算机时期(1946～1959)，计算机主要用于科学计算。

主存储器是决定计算机技术面貌的主要因素。

当时，主存储器有水银延迟线存储器、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常也是按此对计算机进行分类的。

2、到了晶体管计算机时期(1959～1964)，主存储器均采用磁心存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。

不仅科学计算用计算机继续发展，而且中、小型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。

3、1964年以后，在集成电路发展的同时，计算机也进入了产品系列化的发展时期。

半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。

随着各种半导体只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应用，计算机系统中开始出现固件子系统。

引言：伴随着计算机的飞速发展，计算机上面的储存器也出现了翻天覆地的变化。

也可以说，储存器的飞跃，也促进了计算机的发展。

第一节储存器的童年如今，我们电脑上常用的存储设备容量基本都是几百G。

即便是小巧的MP3播放器和其他手持设备，通常都是好几G。

在几十年前，这只能在科幻小说中出现。

比如，第一款容量上G的硬盘大如冰箱。

这是1980年的事，离现在还并不遥远。

有时候，我们会理所当然地认为当今的硬盘存储量就应该这么大，其实不然。

早期的储存器容量是很低很低的。

一：选数管选数管的容量是256-4096位（即：32-512字节）。

4096位的选数管长10英寸、宽3英寸。

虽然在1946年就开始研发选数管，但因造价昂贵和产量问题，选数管没有投入生产。

二：打孔卡/穿孔卡打孔卡是早期计算机的信息输入设备，通常可以储存80列数据。

打孔卡盛行于20世纪70年代中期。

我们应当注意的是：打孔卡比计算机更在出现。

其历史可以追溯到1725年的纺织品行业，用于机械化的织布机。

说到打孔卡，不得不说到IBM的创始人赫尔曼·霍尔瑞斯教授，他于1888年发明自动制表机——首个使用打孔卡技术的数据处理机器。

自动制表机用于1890年以及后续的美国人口普查，并获得巨大成功。

《全球9大高科技公司是如何起家的》一文就有相关说明。

第二节开始成长的储存器一：磁鼓存储器1953年，随着存储器设备发展，第一台磁鼓应用于IBM 701，它是作为内存储器使用的。

磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的。

鼓筒旋转速度很高，因此存取速度快。

它采用饱和磁记录，从固定式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。

磁鼓最大的缺点是利用率不高，一个大圆柱体只有表面一层用于存储，而磁盘的两面都利用来存储，显然利用率要高得多。

因此，当磁盘出现后，磁鼓就被淘汰了。

二：磁盘储存器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 （Random Access Method of Accounting and Control）。

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（HDA），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（Magneto Resistive)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（Partial Response Maximum Likelihood）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。

目前，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。

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。

第三节成熟后的计算机储存器存储器设备发展之光盘光盘主要分为只读型光盘和读写型光盘。

只读型指光盘上的内容是固定的，不能写入、修改，只能读取其中的内容。

读写型则允许人们对光盘内容进行修改，可以抹去原来的内容，写入新的内容。

用于微型计算机的光盘主要有CD-ROM、CD-R/W和DVD-ROM等几种。

CD-DA激光唱盘LD虽然取得了成功，但由于事先没有制定统一的标准，使它的开发和制作一开始就陷入昂贵的资金投入中。

1982年，由飞利浦公司和索尼公司制定了CD-DA 激光唱盘的红皮书（Red Book）标准。

由此，一种新型的激光唱盘诞生了。

CD-DA激光唱盘记录音响的方法与LD系统不同，CD-DA激光唱盘系统首先把模拟的音响信号进行PCM （脉冲编码调制）数字化处理，再经过EMF（8～14位调制）编码之后记录到盘上。

数字记录代替模拟记录的好处是，对干扰和噪声不敏感，由于盘本身的缺陷、划伤或沾污而引起的错误可以校正。

CD-DA系统取得成功以后，使飞利浦公司和索尼公司很自然地想到利用CD-DA作为计算机的大容量只读存储器。

但要把CD-DA作为计算机的存储器，还必须解决两个重要问题，即建立适合于计算机读写的盘的数据结构，以及CD-DA误码率必须从现有的10-9降低到10-12以下，由此就产生了CD-ROM的黄皮书(Y ellow Book)标准。

这个标准的核心思想是，盘上的数据以数据块的形式来组织，每块都要有地址，这样一来，盘上的数据就能从几百兆字节的存储空间上被迅速找到。

为了降低误码率，采用增加一种错误检测和错误校正的方案。

错误检测采用了循环冗余检测码，即所谓CRC，错误校正采用里德－索洛蒙(Reed Solomon)码。

黄皮书确立了CD-ROM的物理结构，而为了使其能在计算机上完全兼容，后来又制定了CD-ROM的文件系统标准，即ISO 9660。

在上世纪80年代中期，光盘存储器设备发展速度非常快，先后推出了WORM光盘、磁光盘（MO）、相变光盘（Phase Change Disk，PCD）等新品种。

20世纪90年代，DVD-ROM、CD-R、CD-R/W等开始出现和普及，目前已成为计算机的标准存储设备。

光盘技术进一步向高密度发展，蓝光光盘是不久将推出的下一代高密度光盘。

多层多阶光盘和全息存储光盘正在实验室研究之中，可望在5年之内推向市场。

第四节计算机储存器的未来存储器设备发展之纳米存储纳米是一种长度单位，符号为nm。

1纳米=1毫微米，约为10个原子的长度。

假设一根头发的直径为0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度即约为1纳米。

与纳米存储有关的主要进展有如下内容。

1998年，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系。

一个量子磁盘相当于我们现在的10万～100万个磁盘，而能源消耗却降低了1万倍。

1988年，法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年，采用巨磁电阻原理的纳米结构器件已在美国问世，它在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头等方面均有广阔的应用前景。

2002年9月，美国威斯康星州大学的科研小组宣布，他们在室温条件下通过操纵单个原子，研制出原子级的硅记忆材料，其存储信息的密度是目前光盘的100万倍。

这是纳米存储材料技术研究的一大进展。

该小组发表在《纳米技术》杂志上的研究报告称，新的记忆材料构建在硅材料表面上。

研究人员首先使金元素在硅材料表面升华，形成精确的原子轨道；然后再使硅元素升华，使其按上述原子轨道进行排列；最后，借助于扫瞄隧道显微镜的探针，从这些排列整齐的硅原子中间隔抽出硅原子，被抽空的部分代表“0”，余下的硅原子则代表“1”，这就形成了相当于计算机晶体管功能的原子级记忆材料。

整个试验研究在室温条件下进行。

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