1、电子信息存储材料简介电子信息存储材料简介材料0905班张*刘*信息存储材料信息存储材料信息存储材料是指用于各种存储器的多信息存储材料是指用于各种存储器的多种能够用来记录和储存信息的材料。种能够用来记录和储存信息的材料。信息存储材料的分类信息存储材料的分类l磁存储材料磁存储材料:主要是金属磁粉和钡铁氧体磁粉，用于计算机l半导体存储器材料半导体存储器材料:目前以硅为主，用于内存l光存储材料光存储材料:有磁光记录材料、相变光盘材料等，用于外存；提升两百万倍 从1兆到2TB电脑存储介质发展史 时代的发展，科技的进步造就了当今的社会，而存储器的百年发展也同样的惊人的，从最初的打孔机到现在的蓝光DVD，存
2、储器每一步的发展都留下了坚实的脚印。下面就让我们寻着这条脚印再来回顾下它的发展史，看看是否还能唤起你曾经的记忆电脑信息存储介质的发展历史电脑信息存储介质的发展历史最早期的存储媒介最早期的存储媒介打孔纸卡打孔纸卡这个是最早的数据存这个是最早的数据存储媒介了，在储媒介了，在1725年年由由Basile Bouchon发发明出来，用来保存印明出来，用来保存印染布上的图案。但是染布上的图案。但是关于它的第一个真正关于它的第一个真正的专利权，是的专利权，是Herman Hollerith在在1884年年9月月23日申请日申请的，这个发明用了将的，这个发明用了将近近100年，一直用到年，一直用到了了20世
3、纪七十年代。世纪七十年代。上图是打孔纸卡的典型例子它制成上图是打孔纸卡的典型例子它制成于于1972年，上面可以打年，上面可以打90列孔。显然列孔。显然你可以看出，这张卡片上能存储的数据你可以看出，这张卡片上能存储的数据少的可怜，事实上几乎没有人真的用它少的可怜，事实上几乎没有人真的用它来存数据。一般它是用来保存不同计算来存数据。一般它是用来保存不同计算机的设置参数的。机的设置参数的。容量比打孔纸卡大容量比打孔纸卡大穿孔纸带穿孔纸带lAlexander Bain（传真机和电传电报机的发明人）在1846年最早使用了穿孔纸带。纸带上每一行代表一个字符，显然穿孔纸带的容量比打孔纸卡大多了。事实上有老师
4、跟我们说，他八十年代读大学时整个学校就一台电脑，并且用的就是打孔纸大型磁带记录大型磁带记录盘式磁带盘式磁带l在在1950年代，年代，IBM最早把盘最早把盘式磁带用在数据存储上。因式磁带用在数据存储上。因为一卷磁带可以代替为一卷磁带可以代替1万张打万张打孔纸卡，于是它马上获得了孔纸卡，于是它马上获得了成功，成为直到成功，成为直到80年代之前年代之前最为普及的计算机存储设备。最为普及的计算机存储设备。在在80年代末的时候，大家都年代末的时候，大家都聚在一起看老电影，当时看聚在一起看老电影，当时看待巨大的圆盘来回转，这就待巨大的圆盘来回转，这就是盘式磁带，现在磁带的最是盘式磁带，现在磁带的最大容量已
5、经达到大容量已经达到1TB。盒式录音磁带l盒式录音磁带应该是盒式录音磁带应该是80年代人，小时候珍贵的记忆之年代人，小时候珍贵的记忆之一。它显然也是磁带的一种，可是它实在是太普及了，一。它显然也是磁带的一种，可是它实在是太普及了，所以要专门说一下。这是飞利浦公司在所以要专门说一下。这是飞利浦公司在1963年发明的，年发明的，可是直到可是直到1970年代才开始流行开来。年代才开始流行开来。l 一些计算机，如一些计算机，如ZX Spectrum,Commodore 64和和Amstrad CPC使用它来存储数据。一盘使用它来存储数据。一盘90分钟的录分钟的录音磁带，在每一面（记得录音磁带是可以翻面
6、的吗）音磁带，在每一面（记得录音磁带是可以翻面的吗）可以存储可以存储700KB到到1M的数据。现在的一张的数据。现在的一张DVD9光盘，光盘，可以保存可以保存4500张这样磁带的数据，如果现在要把这些张这样磁带的数据，如果现在要把这些数据全部读出来，那要整整播放数据全部读出来，那要整整播放281天。天。超长的存储设备超长的存储设备磁鼓磁鼓 l一支磁鼓有12英寸长，一分钟可以转1万2千5百转。它在IBM 650系列计算机中被当成主存储器，每支可以保存1万个字符（不到10K）。软盘的鼻祖软盘的鼻祖8英寸软盘英寸软盘 l软盘是个人计算机（PC）中作为一种可移贮存硬件，它是用于那些需要被物理移动的小文
7、件的理想选择。软盘有八寸、五又四分一寸、三寸半之分。当中又分为硬磁区Hard-sectored 及软磁区Soft-Sectored。软式磁盘驱动器则称FDD，软盘片是覆盖磁性涂料的塑料片。5.25英寸软盘和餐巾英寸软盘和餐巾 l新一代软盘的开发终于被日本的索尼公司拔得新一代软盘的开发终于被日本的索尼公司拔得头筹。头筹。1980年，索尼公司率先推出体积更小、年，索尼公司率先推出体积更小、容量更大的容量更大的3.5英寸软驱和软盘，不过刚推出英寸软驱和软盘，不过刚推出的时候在当时并没有被一些主要的时候在当时并没有被一些主要PC厂家所接厂家所接受，市面上流行的依旧是受，市面上流行的依旧是5.25英寸的
8、软盘。英寸的软盘。8英寸/5.25英寸/3.5英寸对比大行其道的大行其道的3.5英寸软盘英寸软盘 l直到直到1987年年4月，月，IBM推出基于推出基于386的的IBM Personal System/2（PS/2）个人电脑系列，正式配置了）个人电脑系列，正式配置了3.5英英寸的软驱后，这才引起了很多人的注意。大家都被这寸的软驱后，这才引起了很多人的注意。大家都被这种体积更为小巧、容量却是种体积更为小巧、容量却是5.25英寸软盘的几倍的新英寸软盘的几倍的新软盘所吸引，从那时起，在软盘所吸引，从那时起，在IBM、康柏为代表的厂商、康柏为代表的厂商极力推崇下，这种极力推崇下，这种3.5英寸的软盘开
9、始大行其道，英寸的软盘开始大行其道，3.5寸软盘以其便宜的价格、相对巨大的存储量（寸软盘以其便宜的价格、相对巨大的存储量（1.44M，百万级字节存储量）很快全面占领市场，而百万级字节存储量）很快全面占领市场，而3.5英寸软英寸软盘驱动器也开始正式取代盘驱动器也开始正式取代5英寸的软驱成为英寸的软驱成为PC的标准的标准配置，走向了它一生中最辉煌的时期。这一绝对的垄配置，走向了它一生中最辉煌的时期。这一绝对的垄断地位持续了十几年，一直到断地位持续了十几年，一直到2019年，最大容量年，最大容量1.44MB。3.5英寸标准软盘英寸标准软盘 硬盘硬盘l1973年IBM公司制造出了一台640MB的硬盘、
10、第一次采用“温彻斯特”技术，是现在硬盘的开端，因为磁头悬浮在盘片上方，所以镀磁的盘片在密封的硬盘里可以飞速的旋转，但有好几十公斤重。1975年Soft-adjacent layer（软接近层）专利的MR磁头结构产生 1979年IBM发明了薄膜磁头，这意味着硬盘可以变的很小，速度可以更快，同体积下硬盘可以更大。1979年IBM 3370诞生，它是第一款采用thin-film感应磁头及Run-Length-Limited(RLL)编码配置的硬盘，2-7RLL编码将能减小硬盘错误 1986年IBM 9332诞生，它是第一款使用更高效的1-7 run-length-limited(RLL)代码的硬盘。
11、1989年第一代MR磁头出现 1991年IBM磁阻MR（Magneto Resistive)磁头硬盘出现。带动了一个G的硬盘也出现。磁阻磁头对信号变化相当敏感，所以盘片的存储密度可以得到几十倍的提高。意味着硬盘的容量可以作的更大。意味着硬盘进入了G级时代。1993年GMR(巨磁阻磁头技术)推出，这使硬盘的存储密度又上了一个台阶。磁存储材料磁存储材料l铁磁性物质分为：铁磁性物质分为：l软磁性材料软磁性材料l 矫顽力低、磁导率高、磁滞损耗低、易磁化、易退磁矫顽力低、磁导率高、磁滞损耗低、易磁化、易退磁 l 用于磁头磁芯材料，包括软铁磁性合金材料和软铁磁性铁氧体用于磁头磁芯材料，包括软铁磁性合金材料
12、和软铁磁性铁氧体材料。材料。l硬磁性材料硬磁性材料l 矫顽力高、磁导率低、磁滞特性显著矫顽力高、磁导率低、磁滞特性显著l 用于磁记录介质材料，包括磁带、硬磁盘、软磁盘、磁卡片等，用于磁记录介质材料，包括磁带、硬磁盘、软磁盘、磁卡片等，可以为磁粉（颗粒）涂布型介质或者连续薄膜型介质。可以为磁粉（颗粒）涂布型介质或者连续薄膜型介质。各种磁记录介质的主要性能各种磁记录介质的主要性能卡片存储设备卡片存储设备l卡片存储设备，小小的闪存卡却已经成为我们现在生活中必不可少的东西，充斥在我们生活的处处角落，不过其容量最大也不到百GB。最普遍应用的移动存储产最普遍应用的移动存储产品了品了U盘盘l全称全称“USB
13、闪存盘闪存盘”，英文名，英文名“USB flash disk”。U盘盘的称呼最早来源于朗科公司生产的一种新型存储设备，的称呼最早来源于朗科公司生产的一种新型存储设备，名曰名曰“优盘优盘”，使用，使用USB接口进行连接。接口进行连接。USB接口就连接口就连到电脑的主机后，到电脑的主机后，U盘的资料就可放到电脑上了。电盘的资料就可放到电脑上了。电脑上的数据也可以放到脑上的数据也可以放到U盘上，很方便。而之后生产盘上，很方便。而之后生产的类似技术的设备由于朗科已进行专利注册，而不能的类似技术的设备由于朗科已进行专利注册，而不能再称之为再称之为“优盘优盘”，而改称谐音的，而改称谐音的“U盘盘”。发展至
14、今，。发展至今，他已经成为人手必备之物，与人们生活工作密不可分，他已经成为人手必备之物，与人们生活工作密不可分，最大容量最大容量256GB。形形色色的形形色色的U盘盘很多人不知道的是很多人不知道的是U盘盘最早是由中国朗科公司发明最早是由中国朗科公司发明的。的。这是中国在计算机存储领域二十年来唯一这是中国在计算机存储领域二十年来唯一属于中国人的原创性发明专利成果。属于中国人的原创性发明专利成果。深圳市朗科科技有限公司深圳市朗科科技有限公司（Netac Technology Co.,Ltd.）是一家由留学归国人）是一家由留学归国人员创办的高新科技企业。员创办的高新科技企业。l朗科公司推出的以优盘为
15、朗科公司推出的以优盘为商标的闪存盘（商标的闪存盘（OnlyDisk）是世界上首创基于是世界上首创基于USB接接口，采用闪存（口，采用闪存（Flash Memory）介质的新一代）介质的新一代存储产品。闪存盘，是中存储产品。闪存盘，是中国在计算机存储领域二十国在计算机存储领域二十年来唯一属于中国人的原年来唯一属于中国人的原创性发明专利成果。它的创性发明专利成果。它的缔造者缔造者深圳市朗科科深圳市朗科科技有限公司亦因此而驰名技有限公司亦因此而驰名中外。中外。第一张视频光盘第一张视频光盘LD光盘光盘 l1958年就发明光盘技术了，可是直到1972年，第一张视频光盘才问世，6年后的1978年它开始在市
16、场上卖。那个时候的光盘是只读的，虽然不能写，但是能够保存达到VHS录像机水准的视频，使得它很有吸引力。lCD代表小型镭射盘，是一个用于所有代表小型镭射盘，是一个用于所有CD媒体格式的一般术语，媒体格式的一般术语，最大容量最大容量700MB。1982年年8月月31日傍晚，日本各大媒体都争相报日傍晚，日本各大媒体都争相报导导“引发音频之梦的数字引发音频之梦的数字Player终于上市终于上市”、“数字音频时代开幕数字音频时代开幕”等消息。等消息。原来，当天原来，当天SONYCBSSONY荷兰飞利浦与荷兰飞利浦与POLYGRAM四家公司共同举办了四家公司共同举办了CD这个数字录音格式的发布这个数字录音
17、格式的发布会，并决定从秋季起开始在日本发售。直径仅仅会，并决定从秋季起开始在日本发售。直径仅仅12cm，利用数，利用数字信号录音，只要一个按钮就可执行选曲，能够半永久的使用，字信号录音，只要一个按钮就可执行选曲，能够半永久的使用，CD实现了许多乐迷的梦想。是年实现了许多乐迷的梦想。是年10月月1日，日，SONY推出了第一台推出了第一台CD机机CDP-101。16万万8,000日圆的价格，对一般消费者而言是日圆的价格，对一般消费者而言是很难接受的。不过只要想到里面的技术与开发时间，能做成商品很难接受的。不过只要想到里面的技术与开发时间，能做成商品的确是一个奇迹。进入的确是一个奇迹。进入1983年
18、后，其它公司的年后，其它公司的CD机也相继上市，机也相继上市，销售形势一片大好。但是，大家看到了，由于网络下载、销售形势一片大好。但是，大家看到了，由于网络下载、mp3的的出现，现在的出现，现在的CD也已经没落。也已经没落。CD全称：全称：COMPACT DISC（激光唱片，（激光唱片，光盘）光盘）采用红外激光采用红外激光DVD光盘光盘 lDVD是使用了不同激光技术的CD，它采用了780纳米的红外激光（标准CD则采用625650纳米的红色激光），这种激光技术使得DVD可以在同样的面积中保存更多的数据。一张双层DVD容量可达8.5GB 此此“盘盘”非彼盘非彼盘没有盘的没有盘的“硬盘硬盘”l固态硬
19、盘（固态硬盘（Solid State Drive）是）是由控制单元和存由控制单元和存储单元组成，简储单元组成，简单的说就是用固单的说就是用固态电子存储芯片态电子存储芯片阵列而制成的硬阵列而制成的硬盘盘 分类分类l固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种芯片）作为存储介质，另外一种是采用是采用DRAM作为存储介质。作为存储介质。优势优势 Advantagesl启动快启动快l没有电机加速旋转的过程。l读取延迟小读取延迟小l不用磁头，快速随机读取，读延迟极小。根据相关测试：两台电脑在同样配置的电脑下，搭载固态硬盘的
20、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l写入速度快写入速度快l基于DRAM的固态硬盘写入速度极快。l无噪音无噪音l因为没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝。某些高端或大容量产品装有风扇，因此仍会产生噪音。l发热量较低发热量较低l低容量的基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低，但高端或大容量产品能耗会较高。不会发生机械故障不会发生机械故障l内部不存在任何机械活动部件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。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。l
21、体积小重量轻体积小重量轻l低容量的固态硬盘比同容量硬盘体积小、重量轻。但这一优势随容量增大而逐渐减弱。直至256GB，固态硬盘仍比相同容量的普通硬盘轻。l抗震动抗震动l比起传统硬盘，固态硬盘抗震能力要强很多，使得数据能更加安全地保存。解剖硬盘解剖硬盘NAND 闪存闪存NAND闪存闪存英特尔英特尔-美光美光lIntel与美光的合资企业与美光的合资企业Intel-Micron Flash Technologies(IMFT)日前表示，采用日前表示，采用25nm新工艺的新工艺的NAND闪存闪存芯片已经开始批量出货，相信不久后我们就能够看到采用该颗粒芯片已经开始批量出货，相信不久后我们就能够看到采用该
22、颗粒的固态硬盘、的固态硬盘、U盘、存储卡等产品。盘、存储卡等产品。lIntel和美光和美光2019年年2月宣布，开始试产月宣布，开始试产25nm工艺闪存这一工艺闪存这一制程据称比竞争对手至少领先一年。近日首先量产的制程据称比竞争对手至少领先一年。近日首先量产的25nm颗粒颗粒为为8GB(64Gb)容量容量MLC NAND闪存，采用沉浸式光刻技术，核闪存，采用沉浸式光刻技术，核心面积心面积167mm2。支持开放式。支持开放式NAND闪存接口闪存接口ONFi 2.2，界面速，界面速度最高可达度最高可达200MB/s，页面，页面(page)尺寸从尺寸从50/34nm时代的时代的4KB翻翻番到了番到了
23、8KB，块，块(Block)尺寸从尺寸从128个页面加倍到个页面加倍到256个页面，读个页面，读写性能预计将有显著提升。写性能预计将有显著提升。光存储光存储“蓝光之星蓝光之星”l蓝光（蓝光（Blu-ray）这一名称是所用激光的颜色）这一名称是所用激光的颜色“蓝色蓝色”（blue）与）与“光线光线”（ray）两个词组合而成。按照厂）两个词组合而成。按照厂商的要求，特意去掉商的要求，特意去掉“blue”中的字母中的字母“e”，因为日常，因为日常用语不能成为商标用语不能成为商标l光盘将数字编码的视频和音频信息储存在凹槽中，即光盘将数字编码的视频和音频信息储存在凹槽中，即从光盘中心到边缘的螺旋槽。激光
24、读取这些凹槽的背从光盘中心到边缘的螺旋槽。激光读取这些凹槽的背面，即凸起，播放在面，即凸起，播放在DVD上储存的电影或节目。光盘上储存的电影或节目。光盘上包含的数据越多，凹槽就必须越小、越紧凑。凹槽上包含的数据越多，凹槽就必须越小、越紧凑。凹槽（与之相对的是凸起）越小，读取激光的精度就必须（与之相对的是凸起）越小，读取激光的精度就必须越高。越高。l与当前使用红色激光的与当前使用红色激光的DVD不同，蓝光光盘使用蓝色不同，蓝光光盘使用蓝色激光（该格式也因此得名）。与红色激光（波长为激光（该格式也因此得名）。与红色激光（波长为650毫微米）相比，蓝色激光波长更短（毫微米）相比，蓝色激光波长更短（4
25、05毫微米）。毫微米）。较小的光束聚焦更精确，能够读取只有较小的光束聚焦更精确，能够读取只有0.15微米（微米（m）（1微米微米=10-6米）长的凹槽中记录的信息米）长的凹槽中记录的信息这个长这个长度还不到度还不到DVD上凹槽长度的二分之一。此外，蓝光光上凹槽长度的二分之一。此外，蓝光光盘还将轨距从盘还将轨距从0.74微米缩小到微米缩小到0.32微米。更小的凹槽、微米。更小的凹槽、更小的光束以及更短的轨距结合起来，使得单层蓝光更小的光束以及更短的轨距结合起来，使得单层蓝光光盘能够保存光盘能够保存25GB以上的信息以上的信息大约是大约是DVD可储可储存信息量的五倍。存信息量的五倍。l蓝光光盘的设
26、计有助于节省制造成本。传统蓝光光盘的设计有助于节省制造成本。传统DVD的生的生产方法是：注塑成型两个产方法是：注塑成型两个0.6毫米的盘片，记录层位于毫米的盘片，记录层位于两个盘片之间。为防止出现双折射，生产过程必须非两个盘片之间。为防止出现双折射，生产过程必须非常小心。常小心。l先模制这两个盘片。先模制这两个盘片。将记录层添加到其中一个盘片上。将记录层添加到其中一个盘片上。然后将两个盘片粘起来。然后将两个盘片粘起来。l 蓝光光盘则只需要在一个蓝光光盘则只需要在一个1.1毫米的盘片上执行注塑毫米的盘片上执行注塑成型工艺，从而减少成本。节省的成本可与添加保护成型工艺，从而减少成本。节省的成本可与
27、添加保护层的成本相抵，因此最终价格并不比普通层的成本相抵，因此最终价格并不比普通DVD的价格的价格高。高。目前目前DVD的传输速率的传输速率10Mbps（每秒兆位数），蓝光（每秒兆位数），蓝光光盘的数据传输速率更高，为光盘的数据传输速率更高，为36Mbps。蓝光光盘可蓝光光盘可以在不到两个小时的时间内录制以在不到两个小时的时间内录制25GB的内容。的内容。神马蓝光都是浮云神马蓝光都是浮云300G全息光盘全息光盘InPhase Technologies公司日前宣布公司日前宣布已经开始量产并销售全息存储驱动器已经开始量产并销售全息存储驱动器和和300GB容量的全息光盘容量的全息光盘(HVD)，其，
28、其中驱动器中驱动器“Tapestry HDS-300R”要价要价18000美元，美元，300GB容量的全息光盘容量的全息光盘也高达也高达180美元。目前主要的客户是政美元。目前主要的客户是政府机构和大型企业。府机构和大型企业。双光子双光子3D技术技术12cm光盘存储光盘存储1TB目前，双光子吸收技术能够实现目前，双光子吸收技术能够实现50倍于蓝光、倍于蓝光、400倍于倍于DVD的容量，但是在未来的容量，但是在未来Call/Recall的光学技术不光能够实现的光学技术不光能够实现1TB、5TB甚至甚至15TB。l美国美国Call/Recall公司日前宣布，公司日前宣布，它们已经成功开发并测试了它们已经成功开发并测试了TB级光盘，并且已经加入产品设级光盘，并且已经加入产品设计以及生产范围的讨论。早今计以及生产范围的讨论。早今年早期该公司开发的年早期该公司开发的253GB光光盘一样，盘一样，TB级光盘仍然采用双级光盘仍然采用双光子吸收光子吸收3D技术，利用双光子技术，利用双光子吸收现象进行记录时，由于能吸收现象进行记录时，由于能够抑制上下记录层之间的干涉够抑制上下记录层之间的干涉（串扰），因此在多层记录时（串扰），因此在多层记录时便于通过缩小层间隔来提高记便于通过缩小层间隔来提高记录密度。录密度。吸收以后的光盘变成浅蓝色
