数据存储技术

    由于越来越多的信息变成了电子信息，这就使信息存储技术显得更加重要，特别是

计算机网络应用的迅速发展大大增加了对信息存储产品的需求量和对信息存储技术的

安全性、可靠性的要求。

一. 数据存储介质

    所谓数据存储介质就是数据承载的物体。目前数据存储技术可以分成以下四大类：

    1．光存储

    光存储是由光盘表面的介质实现的，光盘上有凹凸不平的小坑，光驱中激光头发出

的激光照射到上面会有不同的光反射回来，光驱再将这些反射回来的光转化为0或者l

的二进制数据……光盘外面还有保护膜，肉眼一般看不出来，不过可以看出来有信息和

没有信息的地方（即已经刻录的部分和未刻录部分），如图1-1所示。

    光盘只是一个统称，它分成两类。一类是只读型光盘，其中包括CD-Audio、

CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等。另一类是可记录型光

盘，它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD+R、DVD+RW、DVD-RAM、Double layer DVD+R

等各种类型。图1-2所示为一张CD-R光盘。

    随着光学技术、激光技术、微电子技术、材料科学、细微加工技术、计算机与自动

控制技术的发展，光存储技术在记录密度、容量、数据传输率、寻址时间等关键技术上

有了巨大突破。在21世纪初，光盘存储在功能多样化、操作智能化方面都有了显著的

进展。蓝光技术的出现，就是典型的案例。蓝光光盘比DVD的存储量还要大5倍，是

未来几年内最好的光储存设备。

    2．Flash存储

    目前市场上出现了大量新式的便携存储设备，早就替代了1.44MB的软盘。这些设

备大部分是以半导体芯片为存储介质的。采用半导体存储介质，可以把体积变得很小，便

于携带；与硬盘之类的存储设备不同，它没有机械结构，所以也不怕碰撞；没有机械噪声；

与其他存储设备相比，耗电能很小；读写速度也非常快。

    Flash存储可以简单地理解成采用半导体芯片作为存储介质的技术的总称，一般叫

做“Flash Memory”技术，从字面上可理解为闪速存储器。手机内的TF卡，数码照相

机用的Flash卡，U盘等都属于这类产品。

    目前市场上的半导体存储卡种类繁多，下面介绍几种常见的半导体存储卡。

    (1) CF卡

    CF (Comapact Flash)卡是目前数码照相机上中应用最广泛的闪存卡，如图1-3所

示。它的最大的优势就是价格便宜，一张2GB的CF卡现在也就几十元。它的缺点就是

体积较大，质量较大，同时，存储的速度比较慢。

    (2) MMC卡

    MMC全称为MultiMedia Card，是由西门子公司和首推CF的SanDisk公司于1997

年推出的。MMC的接口设计非常简单，只有7针，MMC的操作电压为2.7～3.6V，读／

写电流只有23mA/27mA，功耗很小。最小的数据传送是以块为单位的，默认块大小为

512B。由于封装技术先进，MMC卡目前已经相当成熟。它的构架较为简单，因此具有

不错的兼容性，加上体积小、抗冲击性强，可反复擦写记录30万次。其价格便宜，适

用面广，功耗小，如图1-4所示。

    MMC卡的特点：技术成熟、应用广泛、价格较低。

    图1-3

    (3) RS-MMC卡

    RS-MMC卡是普通MMC卡的缩微版，仅在长度方面有所减小，而在接口方面则与普通MMC卡一致，通过适配器可转换为普通的MMC卡使用，如图1-5所示。RS-MMC卡的外形尺寸仅为普通MMC卡的一半，质量只有lg，然而却继承和沿袭了MMC卡所有的优势和性能特征。作为存储卡技术的延伸，它将海量存储及小巧的外形尺寸融为一体，

基本解决了困扰手机开发者的存储卡所占空间的问题。由于它的出现，未来的手机外形

设计有可能趋于小巧。RS-MMC卡的价格比MMC卡要高一些。

    RS-MMC卡的特点：体积、质量仅为MMC卡的一半。

    (4) SD卡

    SD卡是Secure Digital Card的简称，直译成中文就是“安全数字卡”，其是由日本

松下公司、东芝公司和美国Sandisk公司共同开发研制的存储卡产品，如图1-6所示。

SD卡是在MMC卡的基础上发展而来的，它的长度和宽度与MMC卡完全相同，比MMC

卡略厚一些，尺寸为32mm×24mm×2.lmm，可容纳更大容量的存储单元。SD卡与MMC

卡保持着“向上兼容”的特点，即MMC卡可以在内置SD扩展卡槽的手机中使用，但

SD卡却不能用在仅支持MMC卡的手机中。从外观上来看，SD卡的接口数量由MMC

卡的7个针脚增加到了9个，将MMC卡的串行传输方式改为并行传输方式，从而大大

提高了SD卡的传输速率。SD卡卡身上的物理写保护配合数字内容版权的保护功能，有

效地保证了用户数据的安全，因此SD卡号称是版权保护方面安全级别最高的存储卡，

同时它在读、写速度上也高于MMC卡。SD卡最大的特点就是通过加密功能，可以保证

数据资料的安全。

    SD卡的特点：安全性强、速度高于MMC卡、价格适中。

    ( 5)  Mini SD卡

    顾名思义，Mini SD卡在尺寸上相对于标准SD卡做了变化，体积更小，可以通过

适配器转接成为标准的SD卡，如图1-7所示。

    (6) TF卡

    TF卡外观轻薄小巧，只有一元硬币的一半大小，体积约为llmm×15mm×Imm，

据称是目前市面上体积最小的手机存储卡，如图1-8所示。TF卡兼具嵌入式存储卡体积

小、节省空间的优点，又具备可移除式闪存卡的灵活特性，完全不影响手机外形与体积，

并附有SD转接器，兼容任何SD读卡器。

    TF卡的特点：它是目前体积最小的存储卡。

  (7)记忆棒

    MS/MS PRO/MSD/MS PRO D是直译为“记忆棒”的存储卡。MS是索尼专用的一

种高速存储介质，分为短棒( Memory Stick Duo)和长棒(Memory Stick)。长棒体积约

为50mm×21.5mm×0.28mm，质量为4g，和SD卡一样具有写保护开关。而短棒Memory

Stick Duo存储卡在体积上已经比它的前辈Memory Stick小了很多，体积为31mm×20mm

×1.6mm，质量约为2g。Memory Stick Duo可以在2.7～3.6V的电压下正常工作，加装

适配器后可用于支持长棒Memory Stick存储卡的设备中。

    目前全球生产记忆棒的厂家只有三家：索尼( SONY)、晟碟(SanDisk)、雷克沙

( LEXAR)。图1-9所示为一款记忆棒。

    目前就手机而言，使用的都是短棒，即使用Memory Stick Duo（普通短棒）或者

Memory Stick Pro Duo（高速短棒）进行扩展。一般来说高速记忆棒功耗相对较低。

    记忆棒的特点：速度快，性能高，读写能力强，价格适中。只适用于索尼爱立信全

部系列产品。

    (8) XD卡

    XD卡(XD-Picture  Card)属于目前小巧的存储卡，同时具有很大的容量，主要是

适应数码照相机的小型化的需求，如图1-10所示。

圈一

    除了上述存储卡之外，以Flash技术为核心的电子固态硬盘(SSD)也在不断发展

中，凭借其高可靠性和高速度，目前主要应用于一些特殊服务器中，相信伴随SSD价格

的降低，其会应用在更多的领域。

    3．硬盘

    英文“hard-disk”简称HD，即硬盘。它是一种储存量巨大的设备。IBM于1956年

制造出世界上第一块硬盘350 RAMAC，一问世就被广泛地用于计算机设备上。硬盘按

照盘体直径的不同分为3.5英寸（1英寸=2.54cm）、2.5英寸、1.8英寸、1英寸等几种，

曾经有过0.8英寸硬盘的研究报告，近年来世界硬盘四巨头之一日立提出了1.3英寸微

型硬盘的概念。

    关于硬盘方面的知识在本书第三章中有详细、全面的介绍，这里就不做详细介绍了。

    4．磁带

    磁带存储可以说是最古老的存储方式之一。从1952年第一台0.5英寸磁带机在IBM

公司问世以来，它已经有了50多年的历史，积累了大量的使用经验和可靠性数据。磁带

存储是一种安全、可靠、易用、效率高的数据备份方法。因为磁带可以从驱动器上取出，

因此可以实现非现场方式的保存或存放过去版本的数据。图1-11所示为一款磁带机。

    磁带存储系统大都易于操作，甚至可以进行无人值守的数据备份和磁带管理。磁带

的速度虽然比硬盘和光盘慢，但它也能在相对短的时间内（如一个晚上）备份需要的数

据。由于磁带的可靠性很高（实践证明，一盘磁带上的数据可以保存30年以上），而且

容量大(以目前的存储技术，一盘磁带存储容量可达200GB，磁带库则可扩展到几十太

字节( TB)的水平），所以它是当之无愧的大容量数据备份的首选存储介质。

    磁带存储目前仅应用于存储、备份企业中的大量数据。

二. 存储技术展望

    存储技术的应用、集成是目前全球发展最快的工业技术之一。存储技术产业已经成

为IT业内的第三大产业，即使IT业增长放缓，它仍然始终保持着稳步增长的势头。面

对一个蕴涵着如此巨大商机与发展潜力的市场，存储技术的发展将何去何从昵？

    总体看来，未来的散据存储技术有以下几个发展方向：

    1．存储容量的快速增长

    硬盘的容量每年都有明显增长，但一直有观点认为硬盘的存储密度已越来越接近其

物理极限，很难再有新的突破。一种称为AFC的存储技术，可将硬盘密度成倍增长，

将硬盘容量达到物理极限的时间再次推后。

    AFC技术由IBM提出，是数据存储技术的一次创新。AFC技术可以使每平方英寸

的面积上存储100GB的数据，此种技术能使数据的存储密度提高到目前的4倍——这在

以前被业界认为是不可能达到的。

    2．存取速度的快速增加

    刻录机、闪存、硬盘等的存取速度每年都有质的变化。目前，移动存储设备在存储

市场上异军突起。相比较而言，移动存储的平均搜索时间为12ms。

    现在的移动存储设备多带有缓存，以保证数据存储快捷而且稳定。同时因为

USB2.0/3.0等高速接口的支持。对于移动存储而言，复制一个1GB左右的文件，只需要

几分钟而已。应该说，数据存储速度的提升提高了我们工作的效率。

    3．存储价格的降低

    存储技术领域，也有摩尔定律，容量增加，但是价格下降。刻录机、闪存、硬盘等

存储设备在持续地降价，技术的发展为数据存储提供了广阔的空间和施展的舞台。以硬

盘为例，现在TB级别的硬盘，价格也在千元以内。

    4．存储介质和类型的多元化

    刻录机、闪存等多种存储设备极大地丰富和改善了我们对于存储介质的使用范畴。

数年以前，我们还在为存取和带走一个几十兆字节的文件发愁。现在，有闪存、移动硬

盘、光盘等多种形式可以供我们使用。同时，Flash Memory等电子存储技术，在未来几

年将高速发展，估计5年左右的时间，会替代所有容量低于100GB的硬盘。存取速度更

快的电子固态硬盘，会成为未来的一个大趋势。

    5．存取管理手段的多元化和便捷化

    对数据进行存储、管理、移动、备份的工具越来越多，方式也更加灵活。例如，现

在使用的移动存储设备十分轻巧，通常提供80GB、160GB、320GB、500GB等的容量，

同时具有极高的存取速度，无损耗并且系统资源占用较少。大多数移动存储设备厂商都

考虑到移动的目的，不但外观精美小巧，有多种色彩可供选择。更重要的是重量轻，这

样无论到哪里进行数据共享都轻松自如。

    6．数据存储更加安全可靠

    多样化的数据存储方式为备份选择提供了方便快捷和安全的手段。例如，现在使用的

移动存储设备，很多产品在安全性方面达到了相当高的水准。而且，正在普及的SSD固

态硬盘，其没有机械结构，抗震动能力大大提高，性能和安全性也极大地提高。