存储系列 1：存储基本知识入门介绍
存储系列 1：存储基本知识入门介绍
存储分类
根据使用的存储介质的不同，存储一般可以分为三类：磁存储、光存储和半导体存储。
磁存储
磁存储是一种利用磁性材料存储数据的技术，广泛应用于计算机和其他电子设备中。其工作原理是通过磁性介质的极性变化来表示二进制数据（0和1），常见的磁存储设备包括硬盘（HDD）和磁带等。其中，HDD（机械硬盘）由于容量大、成本低而被广泛使用，但其缺点是存在机械部件，容易因磨损或物理损坏而导致故障。
基本原理如下：
- 磁化方向: 磁性介质上的微小区域称为磁畴，通过改变磁畴的极性来存储数据。
- 数据表示: 磁化方向“向上”或“向下”表示二进制的1或0。读写磁头通过电磁感应在磁介质上写入或读取数据。
光存储
光存储是一种通过光学介质和激光技术来存储和读取数据的存储方式。数据存储在光盘的表面，通过激光束进行读写。根据存储介质的不同，光存储设备主要包括CD、DVD等类型。其具有数据存储稳定，适合长期保存，成本低等优点。同时，也具有容量有限，易受损，写入速度较慢等缺点。
基本原理如下：
- 存储介质: 光盘由多层材料组成，主要包括塑料基板、反射层和保护层。
- 数据表示: 数据存储在光盘的反射层上，其表面布满微小的凹坑（Pit）和平坦区域（Land）。激光束照射到盘片上，遇到凹坑时光线散射，遇到平坦区域时光线反射。光电传感器检测反射光的变化，将其解码为二进制数据（0和1）。
半导体存储
半导体存储是一种基于半导体材料（如硅）制造的电子存储技术，广泛应用于计算机、移动设备和嵌入式系统等各类电子设备中。其工作原理是通过控制半导体器件中的电信号状态来存储和读取数据，具有高速读写、体积小、功耗低等显著优势，成为现代电子信息技术的核心存储方式。常见的半导体存储设备包括固态硬盘（SSD）、内存（RAM）、U盘、闪存卡等。根据存储特性，半导体存储可分为易失性存储器（Volatile Memory）和非易失性存储器（Non-Volatile Memory）两大类。
基本原理如下：
- 存储介质: 存储单元由晶体管和电容组成。
- 数据表示:
- 在SRAM中: 触发器存储数据。
- 在DRAM中: 电容充电与放电表示数据的“1”和“0”。
- 在Flash存储中: 浮栅晶体管捕获电荷，表示数据的“1”和“0”。
易失性存储器（Volatile Memory）
易失性存储器是一种在断电后数据会丢失的存储设备，通常用于需要高速存取和频繁更新的数据存储场景。它主要负责在设备运行期间保存操作数据，是计算机系统中最常用的存储类型之一。
静态随机存储器（SRAM - Static Random Access Memory）
- 工作原理: 使用触发器（Flip-Flop）存储每个数据位，保持数据无需刷新。
- 存储单元: 每个位由6个晶体管组成，结构复杂，存储密度低。
- 特点: 速度极快，功耗低，价格昂贵。不需要刷新，数据稳定。
- 应用: 处理器高速缓存（CPU Cache）、嵌入式设备存储器、寄存器等。
动态随机存储器（DRAM - Dynamic Random Access Memory）
- 工作原理: 使用电容存储数据，充电表示“1”，放电表示“0”。由于电容电荷会随时间消失，数据需要周期性刷新。
- 存储单元: 每个位由一个电容和一个晶体管组成，结构简单，存储密度高。
- 特点: 存储密度高，制造成本低。速度较慢（相比于SRAM），需频繁刷新，功耗较高。
- 应用: 计算机主内存（RAM）、显存（VRAM）、嵌入式系统中的存储模块等。
非易失性存储器（Non-Volatile Memory）
非易失性存储器是一类在断电或电力中断的情况下仍能保持数据的存储技术。与易失性存储器不同，非易失性存储器能够确保数据的持久性，因此广泛应用于需要长期存储数据的设备和场景中，如硬盘驱动器、闪存、嵌入式存储和存档系统等。可分为只读存储器（ROM - Read-Only Memory）和闪存（Flash Memory）等。
只读存储器（ROM - Read-Only Memory）
ROM一般分为可编程只读存储器（PROM - Programmable Read-Only Memory）和电可擦可编程只读存储器（EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）
- 可编程只读存储器（PROM - Programmable Read-Only Memory）: 用户可以通过专用设备在PROM中一次性写入数据，但写入后无法修改。主要用于制造批量生产的设备固件、一次性编程应用等。
- 电可擦可编程只读存储器（EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）: 可通过电信号擦除并重新编程，不需要特殊设备，允许用户多次写入和删除数据。主要用于存储设备配置、嵌入式系统、智能卡、USB设备等。
闪存（Flash Memory）
闪存（Flash Memory）是一种非易失性存储器，它可以在没有电源的情况下保存数据。闪存的工作原理基于电荷存储技术，通过在存储单元中改变电荷的状态来表示数据的二进制“0”和“1”。闪存广泛应用于各种电子设备中，尤其是固态硬盘（SSD）、USB闪存驱动器、内存卡、手机、数码相机等设备中。
基本原理如下：
- 存储单元: 闪存的每个存储单元可以存储一位或多位数据，通常通过在不同的电压状态下来表示“0”或“1”。
- 擦写和编程: 闪存支持在不需要断电的情况下擦写和编程数据。擦除操作将存储单元的电荷状态归零，编程操作则会通过施加特定电压来改变电荷状态。
- 页和块: 闪存的最小读写单位是“页”，而最小擦除单位是“块”。写入数据通常在“页”级别进行，而擦除操作则需要在“块”级别进行。擦写操作是闪存的一大特点，它的使用寿命受写入次数的限制。