信息存储技术的发展过程新选.docx

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信息存储技术的发展过程新选

信息存储发展史

远古信息存储

1.结绳记事

结绳记事是文字发明前，人们所使用的一种记事方法。

即在一条绳子上打结，用以记事。

上古时期的中国及秘鲁印地安人皆有此习惯，即到近代，一些没有文字的民族，仍然采用结绳记事来传播信息

　　上古无文字，结绳以记事。

《易．系辞下》:

"上古结绳而治，后世圣人易之以书契。

"孔颖达疏:

"结绳者，郑康成注云，事大大结其绳，事小小结其绳，义或然

也。

"晋葛洪《抱朴子．钧世》:

"若舟车之代步涉，文墨之改结绳，诸后作而善于前事。

"后以指上古时代。

　　例如：

奇普（或）是古代印加人的一种结绳记事的方法，用来计数或者记录历史。

它是由许多颜色的绳结编成的。

这种结绳记事方法已经失传，目前还没有人能够了解其全部含义。

　　结绳记事（计数）：

原始社会创始的以绳结形式反映客观经济活动及其数量关系的记录方式。

结绳记事（计数）是被原始先民广泛使用的记录方式之一。

文献记载：

“上古结绳而治，后世圣人易以书契，百官以治，万民以察”（《易·系辞下》）。

　　虽然目前末发现原始先民遗留下的结绳实物，但原始社会绘画遗存中的网纹图、陶器上的绳纹和陶制网坠等实物均提示出先民结网是当时渔猎的主要条件，因此，结绳记事（计数）作为当时的记录方式具有客观基础的。

　　其结绳方法，据古书记载为：

“事大，大结其绳；事小，小结其绳，之多少，随物众寡”（《易九家言》），即根据事件的性质、规模或所涉数量的不同结系出不同的绳结。

民族学资料表明，近现代有些少数民族仍在采用结绳的方式来记录客观活动

2.甲骨文文字纸张

甲骨文是中国已发现的古代文字中时代最早、体系较为完整的文字。

甲骨文主要指殷墟甲骨文，又称为“殷墟文字”、“殷契”，是殷商时代刻在龟甲兽骨上的文字。

19世纪末年在殷代都城遗址被今河南安阳小屯发现，继承了陶文的造字方法，是中国商代后期（前14～前11世纪）王室用于占卜记事而刻（或写）在龟甲和兽骨上的文字。

古人以上等蚕茧抽丝织绸，剩下的恶茧、病茧等则用漂絮法制取丝绵。

漂絮完毕，篾席上会遗留一些残絮。

当漂絮的次数多了，篾席上的残絮便积成一层纤维薄片，经晾干之后剥离下来，可用于书写。

这种漂絮的副产物数量不多，在古书上称它为赫蹏或方絮。

这表明了中国造纸术的起源同丝絮有着渊源关系。

东汉元兴元年（105）蔡伦发明造纸术。

他用树皮、麻头及敝布、鱼网等植物原料，经过挫、捣、抄、烘等工艺制造的纸，是现代纸的渊源。

公元三到六世纪的魏晋南北朝时期，我国造纸术不断革新。

在原料方面，除原有的麻、楮外，又扩展到用桑皮、藤皮造纸。

蔡伦首先使用树皮造纸，树皮是比麻类丰富得多的原料，这可以使纸的产量大幅度的提高。

树皮中所含的木素、果胶、蛋白质远比麻类高，因此树皮的脱胶、制浆要比麻类难度大。

这就促使蔡伦改进造纸的技术。

西汉时利用石灰水制浆，东汉时改用草木灰水制浆，草木灰水有较大的碱性，有利于提高纸浆的质量。

现代信息存储技术

1.磁介质存储技术

1.磁带

第一次采用磁带机作外存储器，首先用奇偶校验方法和双重运算线路来提高系统的可靠性，并最先进行了自动编程的试验。

磁带是所有存储器设备发展中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。

它互换性好、易于保存，近年来，由于采用了具有高纠错能力的编码技术和即写即读的通道技术，大大提高了磁带存储的可靠性和读写速度。

根据读写磁带的工作原理可分为螺旋扫描技术、线性记录（数据流）技术、技术以及比较先进的技术。

根据读写磁带的工作原理，磁带机可以分为六种规格。

其中两种采用螺旋扫描读写方式的是面向工作组级的（4）磁带机和面向部门级的8磁带机，另外四种则是选用数据流存储技术设计的设备，它们分别是采用单磁头读写方式、磁带宽度为1/4英寸、面向低端应用的和系列，以及采用多磁头读写方式、磁带宽度均为1/2英寸、面向高端应用的和的3480/3490/3590系列等。

磁带库是基于磁带的备份系统，它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能，但同时具有更先进的技术特点。

它的存储容量可达到数百，可以实现连续备份、自动搜索磁带，也可以在驱动管理软件控制下实现智能恢复、实时监控和统计，整个数据存储备份过程完全摆脱了人工干涉。

磁带库不仅数据存储量大得多，而且在备份效率和人工占用方面拥有无可比拟的优势。

在网络系统中，磁带库通过（，存储区域网络）系统可形成网络存储系统，为企业存储提供有力保障，很容易完成远程数据访问、数据存储备份或通过磁带镜像技术实现多磁带库备份，无疑是数据仓库、等大型网络应用的良好存储设备。

磁带

2.磁鼓

1953年，第一台磁鼓应用于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。

　　磁鼓是摄像机的关键部件，其性能的好坏直接影响到记录后的质量，因此在使用中应倍加呵护，以延长其使用寿命。

一种磁鼓，包含有：

固定磁鼓，固定地安装在卡座上；旋转磁鼓，可旋转地与固定磁鼓同轴安装，且具有若干个磁头；第一变换器，安装在旋转磁鼓上并与磁头电连接，用于向／从磁头发送和接收电信号；第二变换器，与第一变换器对置安装在固定磁鼓上，用于发送并接收电信号而不与第一变换器接触；若干信道，独立绕制在第二变换器上并构

磁鼓

成信号传输路径；短路环，绕制在第二变换器的信道之间，用于防止其间的信号交叉；以及电线，与若干信道电连接，且具有一条与短路环相连的地线用于接地。

激光打印机硒鼓按组合方式的不同可以分为三类:

即一体化硒、二体化硒鼓和三体化硒鼓。

一体化硒鼓是光导鼓（感光鼓）、磁鼓（显影辊）以及墨粉盒合为一体的硒鼓，这种硒鼓在设计结构上原则上不允许用户填加墨粉。

二体化硒鼓是指硒鼓分为两个部分，一部分为光导鼓，另一部分为磁鼓与墨粉盒，用户用完墨粉后，只要更换磁鼓与墨粉盒部件，而不用更换光导鼓。

三体化硒鼓是指硒鼓分为三个独立的部分:

即光导鼓、磁鼓、墨粉盒。

用户用完墨粉后只要更换墨粉盒，就是大家通常所说的鼓粉分离技术。

对于二体和三体硒鼓，其光导鼓也是有一定的使用寿命。

3.磁芯

磁芯：

磁芯是指由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物。

例如，锰-锌铁氧体和镍-锌铁氧体是典型的磁芯体材料。

锰-锌铁氧体具有高磁导率和高磁通密度的特点，且在低于1的频率时，具有较低损耗的特性。

镍-锌铁氧体具有极高的阻抗率、不到几百的低磁导率等特性，及在高于1的频率亦产生较低损耗等。

铁氧体磁芯用于各种电子设备的线圈和变压器中。

美国物理学家王安1950年提出了利用磁性材料制造存储器的思想。

福雷斯特则将这一思想变成了现实。

为了实现磁芯存储，福雷斯特需要一种物质，这种物质应该有一个非常明确的磁化阈值。

他找到在新泽西生产电视机用铁氧体变换器的一家公司的德国老陶瓷专家，利用熔化铁矿和氧化物获取了特定的磁性质。

　　对磁化有明确阈值是设计的关键。

这种电线的网格和芯子织在电线网上，被人称为芯子存储，它的有关专利对发展计算机非常关键。

这个方案可靠并且稳定。

磁化相对来说是永久的，所以在系统的电源关闭后，存储的数据仍然保留着。

既然磁场能以电子的速度来阅读，这使交互式计算有了可能。

更进一步，因为是电线网格，存储阵列的任何部分都能访问，也就是说，不同的数据可以存储在电线网的不同位置，并且阅读所在位置的一束比特就能立即存取。

这称为随机存取存储器（），它是交互式计算的革新概念。

福雷斯特把这些专利转让给麻省理工学院，学院每年靠这些专利收到1500万～2000万美元。

　　最先获得这些专利许可证的是，最终获得了在北美防卫军事基地安装“旋风”的商业合同。

更重要的是，自20世纪50年代以来，所有大型和中型计算机也采用了这一系统。

磁芯存储从20世纪50年代、60年代，直至70年代初，一直是计算机主存的标准方式。

（磁芯）

4.磁盘

磁盘

计算机的外部存储器中也采用了类似磁带的装置，比较常用的一种叫磁盘，将圆形的磁性盘片装在一个方的密封盒子里，这样做的目的是为了防止磁盘表面划伤，导致数据丢失。

硬盘发展

从第一块硬盘的问世到现在单碟容量高达250多的硬盘，硬盘也经历了几代的发展，以下是其发展历史。

　　1.1956年9月，的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统350（），其磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，这套系统的总容量只有5，共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，它们被叠起来固定在一起，绕着同一个轴旋转。

此款当时主要应用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域。

　　2.1968年公司首次提出“温彻斯特”技术，探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。

“温彻斯特”技术的精隋是：

“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也是现代绝大多数硬盘的原型。

　　3.1973年公司制造出第一台采用“温彻期特”技术的硬盘，从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。

它的容量为60，转速略低于3000，采用4张14英寸盘片，存储密度为每平方英寸1.7。

　　4.1979年，再次发明了薄膜磁头，为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。

　　5.80年代末期发明的（）磁阻是对硬盘技术发展的又一项重大贡献，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每英寸20提高了数十倍。

　　6.1991年生产的3.5英寸的硬盘使用了磁头，使硬盘的容量首次达到了1，从此硬盘容量开始进入了数量级。

　　7.1999年9月7日，宣布了首块单碟容量高达10.2的硬盘，从而把硬盘的容量引入了一个新的里程碑。

　　8.2000年2月23日，希捷发布了转速高达15，000的X15系列硬盘，其平均寻道时间仅3.9，它也是到目前为止转速最高的硬盘；其性能相当于阅读一整部只花.15秒。

此系列产品的内部数据传输率高达48，数据缓存为4~16，支持160及（光纤通道），这将硬盘外部数据传输率提高到了160200。

总得来说，希捷的此款（"捷豹"）X15系列将硬盘的性能提升到了一个全新的高度。

　　9.2000年3月16日，硬盘领域又有新突破，第一款“玻璃硬盘”问世，这就是推出的75及40，此两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料，这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性。

另外玻璃材料在高转速时具有更高的稳定性。

此外75系列产品的最高容量达75，而40的数据存储密度则高达14.3十亿数据位/每平方英寸，这再次刷新数据存储密度世界记录

软盘

软盘（）是个人计算机（）中最早使用的可移介质。

软盘的读写是通过软盘驱动器完成的。

软盘驱动器设计能接收可移动式软盘，目前常用的就是容量为1.44的3.5英寸软盘。

软盘存取速度慢，容量也小，但可装可卸、携带方便。

作为一种可移贮存方法，它是用于那些需要被物理移动的小文件的理想选择。

　软盘驱动器是电脑一个不可缺少的部件，在必要的时候，它可以为我们　　

软盘

启动计算机，还能用它来传递和备份一些比较小的文件。

软盘都是3.5英寸的，通常简称3寸。

3寸软盘都有一个塑料外壳，比较硬，它的作用是保护里边的盘片。

盘片上涂有一层磁性材料（如氧化铁），它是记录数据的介质。

在外壳和盘片之间有一层保护层，防止外壳对盘片的磨损。

软盘插入驱动器时是有反正的，3寸盘一般不会插错（放错了是插不进的）。

通常使用的软盘容量是1.44M。

可移动磁盘

可移动磁盘盘符

许多移动存储装置在电脑上都显示为“可移动磁盘”，其中最主要的是移动硬盘，U盘和3等可与计算机设备分离并在断电后仍可存储数据信息的可移动设备。

可移动磁盘从字面上讲就是可以移动的磁盘，而磁盘是一种存储设备，故可移动磁盘

可移动磁盘

就是可移动的存储设备。

目前应该分为两大类：

基于芯片存储的U盘或闪盘，另一类是基于硬盘的移动硬盘。

移动硬盘又因硬盘的不同，而分为笔记本移动硬盘和台式机移动硬盘。

一般可移动硬盘都是通过接口与电脑相连。

2.光介质存储技术

光盘以光信息做为存储物的载体。

用来存储数据的一种物品。

分不可擦写光盘，如，等；和可擦写光盘，如，等。

定义：

高密度光盘（）是近代发展起来不同于磁性载体的光学存储介质

光盘

用聚焦的氢离子激光束处理记录介质的方法存储和再生信息,又称激光光盘.　　由于软盘的容量太小，光盘凭借大容量得以广泛使用。

我们听的是一种光盘，看的、也是一种光盘。

光盘（港台称之为光碟）的发展历程纸的发明极大地促进了人类文明的进步，它记载了人类文明的发展史，造就了一批新兴的工业。

从信息存储的角度看，完全可以看成一种新型的纸。

一张小小的塑料圆盘，其直径不过12厘米（5英寸），重量不过20克，而存储容量却高达600多兆字节。

如果单纯存放文字，一张相当于15万张16开的纸，足以容纳数百部大部头的著作。

但是，在记录信息原理上却与纸大相径庭，盘上信息的写入和读出都是通过激光来实现的。

激光通过聚焦后，可获得直径约为1微米（μm）的光束。

据此，荷兰飞利浦（）公司的研究人员开始使用激光光束来进行记录和重放信息的研究。

1972年，他们的研究获得了成功，1978年投放市场。

最初的产品就是大家所熟知的激光视盘（）系统。

从的诞生至今，光盘有了很大的发展，它经历了三个阶段：

　　①激光视盘；　　②激光唱盘；　　③

3.纳米存储技术

纳米是一种长度单位，符号为。

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。

研究小组负责人赫姆萨尔教授说，在室温条件下，一次操纵一批原子进行排列并不容易。

更为重要的是，记忆材料中硅原子排列线内的间隔是一个原子大小。

这保证了记忆材料的原子级水平。

赫姆萨尔教授说，新的硅记忆材料与目前硅存储材料存储功能相同，而不同之处在于，前者为原子级体积，利用其制造的计算机存储材料体积更小、密度更大。

这可使未来计算机微型化，且存储信息的功能更为强大。

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