数据存储的实现

介质实现数据存储必须有三个基本条件：存储介质的不同状态、存储介质的状态感知、存储介质的状态转换。
1，存储介质的不同状态：
根据磁性薄膜上剩余磁化方向不同实现此表面记录技术，磁化方向不同可表示电平的跳变，经解码识别为01，实现数据存储。
根据电平高低状态，实现用于记忆的电路，如半导体静态随机存取存储器（SRAM 6个晶体管组成）。
基于电阻值的大小存储数据，阻变存储器RRAM，相变存储器PCM、磁性存储器MRAM。
光盘表面采用不同波长激光产生凹坑大小不同，光盘记录容量也不同。
2，存储介质的状态感知：
写入时，写入电流的改变在磁介质表面留下不同方向的剩余磁化状态。读出时，读出磁头感应出剩余磁化方向的改变，经解码后转化为读出数据。通过对光盘表面照射激光束检测有无凹坑读出光盘数据。
3，存储介质的状态转换：
对磁盘而言，通过改变流经写入磁头的电流方向，改变磁盘表面的磁化方向。
对SRAM而言，通过改变位线上的电平改变高低电平状态。
对于阻变存储单元，通过对某一单元施加高低电平实现低高阻态。
光盘大多为一次写入，多次读出。

数据写入与读出技术

  • 首先是晶体管的工作原理，如下图所示，我们可以在栅极（Gate）上施加正电荷使得s和d两端导通。
    在这里插入图片描述
  • 六管SRAM单元图，1bit对应六个晶体管组成的基本单元：
    在这里插入图片描述
    M1和M3是高电平开关，M2和M4是低电平开关。
    SRAM的读取操作，SRAM读取信号是依靠两条bitline（BL和BLB）的电压信号差来读取信号的。假设bit存储数据为时对应的SNL=0，SNR=1，存储数据为1时，对应SNL=1，SNR=0。假设目前bit里面存储的数据为0，SNL=0，SNR=1. 在读取的时候对BL，BLB进行预充电，对应的测试条件如下：BL=BLB=1，WL=1。在这样的条件下，如下图所示 ，SNL=0 处于低电位，SNR=1处于高电位，左侧的PU关断，PD开启，右侧的PU开启，PD关断。右侧色BLB会保持电压不变，但是左侧的PD开启，导致电流由BL流向GND，会导致BL的电位下降。初始时BL=BLB=1，BL电位下降之后，BL和BLB会出现电压差，这个信号会通过外围放大电路输出，自此SRAM的信号读取完成。在这样的条件下，为了保证信号能够准确读取，需要使PD的电流大于PG的电流，以此来保证BL与BLB的电位差足够大，能够准确读取。
    在这里插入图片描述
    SRAM的写操作，假设目前bit里面存储的数据为0，SNL=0，SNR=1. 写操作就是将SRAM中SNL和SNR的电位反转，以此达到写入的目的。在写入的时候对BL，BLB进行预充电，对应的测试条件如下：BL= 1，BLB=0，WL=1。此时左侧的状态与读取时相同，而右侧由于BLB=0，SNR的电位会逐渐下降，SNR的电位下降又会导致左侧PU的开启，PD的关断，这样SNL电位会逐步抬升到1，右侧的PD打开，PU关断，数据翻转完成，为了保证写入的顺利，SNR的电位必须能够下降，所以PU的电流必须小于PG，这样PU的高电位就不足以拉升SNR的电位，SNR的电位由BLB的电位决定。
    保持操作，BL=BLB=1，WL=0，在这样的条件下，PG关断，BL，BLB不能对bit中保持的数据进行修改。

数据存储设备的发展历史与分类

3.1 数据存储设备发展史：
穿孔卡片、磁鼓存储器、磁带存储器、软盘存储器、硬盘存储器；
3.2 数据存储设备分类
（1）按照存储介质分类：

  • 半导体存储器： 计算机高速缓存的SRAM、用作内存的DRAM、用作大容量移动存储的闪存如固态硬盘（SSD）和U盘。
  • 磁表面存储器： 常见的磁带存储器和磁盘存储器（磁盘，硬盘）。
  • 光盘存储器： 光盘驱动器，光盘片。

（2）按照数据保持时间分类：

  • 易失性存储器： 需要依靠电源维持存储状态，一旦断电，数据丢失。如DRAM，SRAM；
  • 非易失性存储器： 不需要电源维持存储状态。如磁盘存储器、闪存等。

    磁盘存储器（磁盘，硬盘）

    4.1 磁盘存储器的基本结构：
    4.2 磁盘存储器的工作原理：
    4.3 磁盘存储器的性能指标：

    光盘存储器

    数据存储系统

    1，cache、主存、外存；
    2，cache基本原理与替换策略；
    3，虚拟存储器（段页式）；

没写完，后边有时间再补坑