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我的计算机收藏之旅(9):你见过或没有见过的存储器

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内存

1947年8月,所谓世界上第一台电子计算机ENIAC被运往美国阿伯丁军械试验场弹道实验室。这个由近1.8万只电子管、7万个电阻器等元件组成的大家伙耗电太大,它一开机,周围就得拉闸停电。每次开机或进行新的运算,一群工程师就得把6000多根多芯导线拔出再插上。

造成这种现象的根本原因是ENIAC没有内存(也叫主存),所有的数据和指令都通过外设来完成,连接外设的就是那6000多根多芯导线。不久,水银延迟线存储器诞生了,它却不是世界上最早的内存。

电子管时代(19461958

在电子管计算机时代,主存主要有磁鼓、水银延迟线、威廉管等。

1. 磁鼓

1942年,一对磁鼓用于ABC电子数字计算机。后来,磁鼓存储器有时也被用于外存。

2. 水银延迟线存储器

水银延迟线最早应用在雷达设备上,1947年开始用作ENIAC的内存。它由一系列直径10毫米、长1500毫米的水银管组成,每个重量超过1吨。

3. 威廉管

威廉管类似于小型CRT的显像管,1947年被投入商用。类似的还有并没有投入生产的选数管。

晶体管时代(19591963

中国人应该为磁芯存储器感到骄傲,因为发明人是著名的美裔华人科学家王安。实际上,从50年代初到70年代初,磁芯一直是内存的首选,贯穿了晶体管计算机整个时代。

磁芯存储器由一个个磁芯组成,磁芯是一个个芝麻粒大小的小磁环,从中间穿两根线,正一根、反一根,难度极大。

集成电路时代(1964至今)

这一时期,半导体存储器上位为主流内存。

19694月到1970年,英特尔陆续推出了4款具有里程碑意义的产品:世界第一块固态存储器3101;第一款MOS存储器1101;第一款大规模商业生产的动态随机存取存储器(DRAM1103,也被称为“最不好用的半导体”;第一个可擦写可编程只读存储器(EPROM1702,它为英特尔公司前期阶段赚的钱最多。图1为笔者收藏的部分内存,从左到右、从上到下分别为磁致伸缩延迟线内存,美国、苏联的磁芯存储器,Intel 3101110111031702

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内存此后的发展轨迹为:28630 pin SIMM内存48672 pin SIMMPentiumEDO DRAMPIISDRAMP4DDR内存→现在的DDR4内存。

外存

外存的历史更加悠久,且种类五花八门、精彩纷呈。

以主流存储器硬盘出现的时间(1956年)和光驱开始应用的时间(1982年)为分界线,外存的历史可以分为早期、近期和当今三个时期。

早期(17251955

1.穿孔卡片

穿孔卡片是最早的存储媒介。

1725年,法国纺织工人巴西莱·布乔(Basile Bouchon)发明了穿孔卡;1801年,机械师约瑟夫-玛丽·雅卡尔(Joseph-Marie Jacquard)利用穿孔卡控制织花图样。1887年,美国工程师赫尔曼·何乐礼(Herman Hollerith)发明了自动制表机,第一次把数据转化为二进制信息,用于储存和统计数据。穿孔卡片一度是数据和程序的重要载体,至今仍未绝迹,生命周期长达200多年。

2.穿孔纸带

雅卡尔将穿孔卡片按顺序捆绑在一起,已是穿孔纸带的雏形。1857年,英国人用连续的穿孔纸带来记录莫尔斯电码,后被广泛用于电子计算机。

在小小的纸带上,箭头表示其运行方向。纸带上面有同步定位孔、中导孔、数据分组孔、奇偶校验孔,另外有数字行、字母行;有孔表示1,无孔为0100米纸带的容量约为8K

3.数据磁带

磁带最早存储的不是歌曲,而是数据。早期的磁带是张直径为12英寸的金属圆盘,盘磁带长达1200英尺,非常重。盒式磁带出现得较晚,其中一种就是存放歌曲的录音磁带。1972年,惠普公司首次将它应用在HP 9830计算机上。

盒式磁带的存读需要一定技术,一般人玩不转。当时不少人有过这样的体验,即费了九牛二虎之力,却怎么也存不进、读不出。图2为笔者收藏的部分早期存储器,第一行为穿孔卡片和穿孔纸带,第二行为钢丝录音带、数据磁带和圆盘磁带。

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近期(19561981

1.硬盘

19569月,IBM制造出世界第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC,直径24英寸,重达1吨,容量5MB。早期硬盘的直径有24221410.5英寸等多种,最大的为39英寸。

IBM为硬盘技术出了重要贡献:1968年首次提出“温彻斯特”技术,制造出世界第一个温盘;发明了薄膜磁头;2000年推出第一款“玻璃硬盘”等。5英寸和3英寸硬盘则分别由希捷和昆腾发明。

美国的硬盘技术是当之无愧的世界一流水平,日本、韩国和中国台湾在第二梯队各据一席。

2.软盘

软盘有328531.8英寸等规格。

1967年,IBM推出世界第一款软盘,直径为32英寸。4年后,磁盘之父艾伦·舒加特(Alan Shugart)推出8英寸磁盘。之后,他又研制出5.25英寸软盘,容量为360KB,后来达到了1.18MB。因此5英寸软盘有高密度和低密度两种。

1979年,索尼推出了3.5英寸的双面软盘。20世纪90年代,容量为1.44MB3.5英寸软盘大行其道。图3为笔者收藏的部分硬盘、软盘及驱动器,从左到右、从上到下依次1485英寸的硬盘(5M,容量最小的st-506硬盘),世界最小的温盘东芝0.85英寸硬盘、8英寸软盘和8英寸软驱。

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当今(1982至今)

1.光盘

光盘经历了LDCD-DACD-ROM三个阶段。现在的光盘技术正朝向高密度方向发展,蓝光、多层多阶光盘和全息存储光盘,以及采用双光子3D技术等新型光盘已经出现。

2.其他盘片

其他存储技术可谓璨如繁花、转瞬即逝,如闪存、微盘等。图4展示了笔者收藏的一部分昙花一现的存储器,从左至右、从上到下依次为磁光盘、MO光盘、光软盘、ZIP盘,巨龙硬盘仿真卡、LS-120软盘、Clik!磁盘和MD74碟片。

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为了寻找更好的存储器,人们对电、光、声、磁等多种物理现象进行探索,在存储器的容量、尺寸、速度、价格上挖空心思,但都败在了光驱、U和移动硬盘上。不过,一切都是暂时的。

中国存储业的突围之路

目前市场上最主要的存储器有三种:DRAMNOR flashNAND flash,前两项占存储市场的98%,而这两项又被韩国、美国占据了95%99%的市场份额。同时,PRAMMRAMReRAM等新型存储技术正喷薄欲出。

中国大陆的存储市场巨大,但国产化率几乎为零。不过,目前新型存储器还不成熟,尚未形成行业垄断,所以我国在存储行业机遇尚存。

在巨大的铁幕笼罩下,中国要发挥自己的优势,在导向、基础、生态、人才、技术、资本上下功夫,从设计、制造、封测三大环节突破一点从而带动其余,星火燎原,杀出一条中国存储业的突围之路


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