1、 存储器的发展史及技术现状20122352 蔡文杰 计科 3班1.存储器发展历史1.1存储器简介存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。自世界上第一台计算机问世以来，计算机的存储器件也在不断的发展更新，从一开始的汞延迟线，磁带，磁鼓，磁芯，到现在的半导体存储器，磁盘，光盘，纳米存储等，无不体现着科学技术的快速发展。1.2存储器的传统分类从使用角度看,半导体存储器可以分成两大类:断电后数据会丢失的易失性存储器和断电后数据不会丢失的非易失
2、性存储器。过去都可以随机读写信息的易失性存储器称为 RAM(Randoo Aeeess Memory),根据工作原理和条件不同,RAM又有静态和动态之分,分别称为静态读写存储器 SR AM(St ate RAM)和动态读写存储器 DRAM(Dynamie RAM);而过去的非易失控存储器都是只读存储 RoM(Readon一 y Memo-ry),这种存储器只能脱机写人信息,在使用中只能读出信息而不能写人或改变信息.非易失性存储器包含各种不同原理、技术和结构的存储器.传统的非易失性存储器根据写人方法和可写人的次数的不同,又可分成掩模只读存储器 MROM(Mask ROM)、一次性编程的 OTPR
3、OM(one Time Programmable ROM)和可用萦外线擦除可多次编程的 Uv EPROM(Utravio-let ErasableProgrammable ROM).过去的 OT PROM都是采用双极性熔丝式,这种芯片只能被编程一次,因此在测试阶段不能对产品进行编程性检侧,所以产品交付用户后,经常在编程时才会发现其缺陷而失效,有的芯片虽然能被编程,但由于其交流性不能满足要求,却不能正常运行.故双极性熔丝式 PROM产品的可信度不高.2.半导体存储器由于对运行速度的要求，现代计算机的内存储器多采用半导体存储器。半导体存储器包括只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）两大类。
4、2.1只读存储器ROM是线路最简单的半导体电路，通过掩模工艺，一次性制造，在元件正常工作的情况下，其中的代码与数据将永久保存，并且不能够进行修改。一般地，只读存储器用来存放固定的程序和数据，如微机的监控程序、BIOS(基本输入/输出系统 Basic Input/Output System)、汇编程序、用户程序、数据表格等。根据编程方法不同，ROM 可分为以下五种：1、掩码式只读存储器，这类ROM在制造过程中，其中的数据已经事先确定了，因而只能读出，而不能再改变。它的优点是可靠性高，价格便宜，适宜批量生产。2、可一次性编程只读存储器（PROM），为了使用户能够根据自己的需要来写 ROM，厂家生产
5、了一种 PROM。允许用户对其进行一次编程写入数据或程序。一旦编程之后，信息就永久性地固定下来。用户可以读出和使用，但再也无法改变其内容。3、可擦可编程只读存储器（EPROM），这是一种具有可擦除功能，擦除后即可进行再编程的ROM内存，写入前必须先把里面的内容用紫外线照射它的 IC卡上的透明视窗的方式来清除掉。4、电可擦可编程只读存储器（EEPROM），功能与 EPROM一样，不同之处是清除数据的方式。另外它还可以用电信号进行数据写入。5、快闪存储器（Flash Memory），是在 EEPROM的基础上发展而来，只是它提高了 ROM的读写速度。然而，相比之下，ROM 的读取速度比 RAM要慢
6、的多，因此，一般都用 RAM来存放当前正在运行的程序和数据，并且随时可以对存放在里面的数据进行修改和存取。而面对 CPU的高速发展，内存的速度使得高速运算受到了限制，为了缓解这种矛盾，人们找到了几种方法，其中一种就是采用更高速的技术，使用更先进的 RAM作为内存。于是，就有了 RAM的发展历史。2.2随机存储器RAM可分为 SRAM（Static RAM，静态随机存取存储器）和 DRAM（Dynamic RAM，动态随机存取存储器）。SRAM 曾经是一种主要的内存，它以 6颗电子管组成一位存储单元，以双稳态电路形式存储数据，因此不断电时即可正常工作，而且它的处理速度比较快而稳定，不过由于它结构
7、复杂，内部需要使用更多的晶体管构成寄存器以保存数据，所以它采用的硅片面积相当大，制造成本也相当高，所以现在常把 SRAM用在比主内存小的多的高速缓存上。而 DRAM的结构相比之下要简单的多，其基本结构是一个电子管和一个电容，具有结构简单、集成度高、功耗低、生产成本低等优点，适合制造大容量存储器，所以现在我们用的内存大多是由 DRAM构成的。但是，由于是 DRAM将每个内存位作为一个电荷保存在位存储单元中，用电容的充放电来做储存动作，因电容本身有漏电问题，因此必须每几微秒就要刷新一次，否则数据会丢失。3.内存的发展内存是以一块块的 IC（集成电路）焊接到主板上的，然而，这样做对于后期维护产生了很
8、多问题，十分不方便。于是，内存条的概念出现了。3.1 FP DRAM在 80286主板刚推出的时候，内存条采用了 SIMM（Single In-line Memory Modules，单边接触内存模组）接口。其在 80286处理器上是 30pin SIMM内存，随后，到了 386，486 时期，由于 CPU已经向 16bit发展，30pin SIMM内存无法满足需求，其较低的内存带宽已经成为急待解决的瓶颈，因此就出现了 70pin SIMM内存。72 线的 SIMM内存引进了一个 FP DRAM（快页内存），因为 DRAM需要恒电流以保存信息，一旦断电，信息即丢失。它的刷新频率每秒钟可达几百次
9、，但由于 FP DRAM使用同一电路来存取数据，所以 DRAM的存取时间有一定的时间间隔，这导致了它的存取速度并不是很快。另外，在 DRAM中，由于存储地址空间是按页排列的，所以当访问某一页面时，切换到另一页面会占用 CPU额外的时钟周期。3.2 FPM DRAM486时期普遍应用的内存是 FPM DRAM（Fast Page Mode DRAM，快速页切换模式动态随机存取存储器），这是改良版的 DRAM，传统的 DRAM在存取一个 BIT的数据时，必须送出行地址和列地址各一次才能读写数据。而 FRM DRAM在触发了行地址后，如果 CPU需要的地址在同一行内，则可以连续输出列地址而不必再输出
10、行地址了。由于一般的程序和数据在内存中排列的地址是连续的，这种情况下输出行地址后连续输出列地址就可以得到所需要的数据，从而大大提高读取速度。3.3 EDO DRAM继 FPM之后，出现的一种存储器EDO DRAM（Extended Date Out RAM，外扩充数据模式存储器）内存开始盛行。EDO-RAM 不需要像 FPM DRAM那样在存取每一 BIT数据时必须输出行地址和列地址并使其稳定一段时间，然后才能读写有效的数据，而下一个 BIT的地址必须等待这次读写操作完成才能输出，它取消了扩展数据输出内存与传输内存两个存储周期之间的时间间隔，在把数据发送给 CPU的同时去访问下一个页面，故而速
11、度要比普通 DRAM快 1530%。3.4 SDRAM自 Intel Celeron系列以及 AMD K6处理器以及相关的主板芯片组推出后，EDO DRAM内存性能再也无法满足需要了，内存技术必须彻底得到个革新才能满足新一代 CPU架构的需求，此时内存开始进入 SDRAM时代。SDRAM（Synchronous DRAM，同步动态随机存取存储器），是一种与 CPU实现外频 Clock同步的内存模式。所谓 clock同步是指内存能够与 CPU同步存取资料，这样可以取消等待周期，减少数据传输的延迟，因此可提升计算机的性能和效率。SDRAM 内存有 PC66规范，PC100 规范，PC133 规范，
12、甚至为超频需求，又提供了 PC150、PC166 规范的内存。3.5 Rambus DRAMIntel与 Rambus公司联合开始在 PC市场推广 Rambus DRAM内存。与 SDRAM不同的是，RDRAM 采用了新一代高速简单内存架构，基于一种类 RISC（Reduced Instruction Set Computing，精简指令集计算机）理论，这个理论可以减少数据的复杂性，使得整个系统性能得到提高。尽管 RDRAM在时钟频率上有了突破性的进展。3.6 DDR SDRAMDDR SDRAM（Double Data Rate 二倍速率同步动态随机存取存储器），可说是 SDRAM的升级版本
13、，DDR 在时钟信号上升沿与下降沿各传输一次数据，这使得 DDR的数据传输速度为传统 SDRAM的两倍。由于仅多采用了下降沿信号，因此并不会造成能耗增加。至于定址与控制信号则与传统 SDRAM相同，仅在时钟上升沿传输。DDR 内存有 DDR266规范，DDR333 规范，DDR400 规范及 DDR533规范等。3.7 DDR2DDR2 SDRAM是由 JEDEC进行开发的新生代内存技术标准，它与上一代 DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，但 DDR2内存却拥有两倍于上一代 DDR内存预读取能力。3.8DDR3DDR3的特点有：更高的
14、外部数据传输率，更先进的地址/命令与控制总线的拓朴架构，在保证性能的同时将能耗进一步降低。3.9可现场改写的非易失性存储器在存储器市场上非 R OM型可现场改写的非易失性存储器的需求增长速度最快,这些芯片技术正在迅速地改变着存储器世界的面貌.这主要有可电擦写可编程的 EE PROM利用锉电池作为数据保持后备电源的一体化非易失性静态读写存储器 NVSRAM、在 EPROM和 EEPROM芯片技术基础上发展起来的快擦写存储器PlashMemory和利用铁电材料的极化方向来存储数据的铁电读写存储器 FRAM.随着新的半导体存储技术的发明,各种不同的可现场改写信息的非易失性存储器被推上市场,首先是可电
15、擦写的 EEp RoM(Eleetrieally Erasa blepro-grammable ROM),这种存储器写人速度比较慢,为 T提高写人速度,把 RAM与 EEPROM结合起来,由 RAM和与其逐位相通的 EEPROM组成兼有两者优点的非易失性读写存储器NOVRAM(Non一 volatile RAM)1.2发展迅速的快擦写存储器 Flash由于快擦写存储器不需要存储电容器,故其集成度更高,制造成本低于 DRAM。它使用方便,既具有 SRAM读写的灵活性和较快的访问速度,又具有 ROM在断电后可不丢失信息的特点,所以快擦写存储器技术发展迅速,随着快擦写存储器技术的发展,已开始越来越多
16、地取代 EPROM,其中还有一个方面就是固态盘的未来市场.固态盘是以大容 t非易失性半导体存储器作为记忆媒体,经没有机械运动部件,比磁盘机和磁带机更能承受温度变化、机械展动和冲击,而且其读写速度要比磁盘或磁带机快几个数 t级.随着快擦写存储器技术的发展,容易不断提高、价格不断下降,用这种存储器来构成固态盘在很多应用领域将会取代传统的磁盘和磁带机1.4非昌失性存储舒 FRAM理想存储器产品应该是高集成度、快读写速度、低成本、具有无限读写周期的非易失性存储器.铁电读写存储器最有希望成为这种理想的未来存储器.FRAM 技术综合了 DRAM高集成度、低成本和 SRAM的读写速度以及 EPROM的非易失
17、性的多种优点于一身;它的进一步发展将会对计算机科学技术产生促进作用.铁电读写存储器与其他存储器不同的一点是,其读操作是破坏性的,同样也影响寿命,虽然现产品的读和写的总寿命周期已达 100亿次,但是它目前仍然不适于作佑要频繁进行读操作的主程序存储器,而只适于不需要频繁读操作而需要经常重新写人更新数据的领域.在实验室已经研制出试验样品,其可重写人的次数已经超过 1万亿次.进一步的研究希望在未来产品中可无限次读写,并随着对其长期稳定性的不断改进,那就会成为比较理想的存储器.2.存储器技术现状而现如今，存储器发展迅速，技术也是与过去有了很大的不同。2.1 嵌入式闪存2014年 5月 27日，全球领先的
18、闪存存储解决方案供应商闪迪公司今日面向中国及其他高速增长市场的入门级平板电脑和智能手机发布一款理想的存储解决方案iNAND Standard嵌入式闪存驱动器(EFD)。利用最新 1Y纳米 X3 NAND闪存解决方案，原始设备制造商(OEM)可快速推出搭载性能可靠的闪迪存储器的新型入门级数码设备。2.2 TTN光存储器NTT发表世界首创的光存储器技术，容量超过 100bit，可免除光讯号转换为电子讯号的资料处理动作，有助于未来的发展高速化，低耗电的资通讯技术。但有鱼研发的光记忆体尺寸偏大，无法收容在一起，所以使用光子晶体素材的光纳米共振器结构，研发出可收纳与晶体内的超小型光记忆体，奖光封闭鱼装置
19、中以存储资讯。2.3 SSD现如今处理器频率提高了、制程更新了；内存频率提高了；硬盘容量提高了。尽管硬盘在接口方面将 PATA变成了 SATA，SCSI 变成了 SAS，垂直记录技术在容量上有所突破，但仍未能改变硬盘采用磁记录的方式，存储系统的瓶颈越来越明显。为了解决这一瓶颈，各厂商纷纷将 SSD推入企业级和消费级市场。在消费端，目前很多的笔记本都采用 SSD作为标准配置，它不仅具有零噪音、低功耗、响应速度快等特点，还可以延长笔记本电池的续航时间。SSD 全称是 Solid State Disk，译成中文是固态存储，采用电子存储介质进行数据存储和读取的一种技术。使用 SSD的优势在于：一、速度
20、快SSD 具有数据存取速度快的特点。根据相关测试：两台电脑在同样配置的电脑下，搭载 SSD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，两者几乎有将近一半的差距。二、体积小、便于携带在产品外形和尺寸上 SSD完全可以做到与普通硬盘一致,包括3.5“, 2.5“, 1.8“英寸等，甚至可以做得更小。SSD 在重量方面更轻，与常规1.8英寸硬盘相比，重量轻20-30克，减少的重量有利于移动设备的携带。三、功耗、噪音低、发热量小SSD 工作时很静音，因为固态存储器没有传统硬盘的机械马达和风扇，因此工作时噪音值为0分贝。正因为没有传统硬盘磁头与盘体之间的摩擦，因此它的
21、发热量小、散热速度也快。IBM 公司 BladeCenter的全球市场经理 Scott Tease说， “IBM是第一个在其刀片服务器当中使用企业级固态硬盘的主要刀片服务器供应商。由于消除了旋转部件，与传统的、采用机械式部件的硬盘相比，SanDisk 公司的固态硬盘的功耗降低了87%。同时，固态硬盘也消除了常见的硬盘故障，使 HS21 XM刀片服务器变得更可靠。 ”四、不易损坏防震、抗摔也是 SSD的一个特点之一，因为全部采用了闪存芯片，所以 SSD固态存储器内部不存在任何机械部件，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。作为 PC不可缺少的重要核心部件内存，它伴随着 DIY硬件走过了多年历程。从286时代的30pin SIMM 内存、486时代的72pin SIMM 内存，到 Pentium时代的 EDODRAM内存、PII 时代的 SDRAM内存，到 P4时代的 DDR内存和目前9X5平台的 DDR2内存。内存从规格、技术、总线带宽等不断更新换代。不过我们有理由相信，内存的更新换代可谓万变不离其宗，其目的在于提高内存的带宽，以满足 CPU不断攀升的带宽要求、避免成为高速 CPU运算的瓶颈。
