1.3 電存儲介質的存儲原理

電存儲技術主要是指半導體存儲器SCM（Semiconductor Memory）。早期的SCM采用典型的晶體管觸發器作為存儲位元，加上選擇、讀/寫等電路構成存儲器?，F代的SCM采用超大規模集成電路工藝制成存儲芯片，每個芯片中包含相當數量的存儲位元，再由若干芯片構成存儲器。

從集成電路類型的角度看，SCM分為晶體管雙極（Bipolar）型和場效應管MOS（Metal Oxide Semiconductor）型。雙極型又分射極耦合邏輯即ECL（Emitter Couple Logic），晶體管晶體管邏輯即TTL（Transistor Transistor Logic）和集成注入邏輯即I2L（Integrated Injection Logic）三種類型。從制造工藝看，MOS型有PMOS（P channel MOS）、NMOS（N channel MOS）和CMOS （Complementary MOS）三類，目前廣泛采用的是NMOS和CMOS。從加電后能否長時間保持所存信息的角度看，SCM又有靜態存儲器和動態存儲器之分，靜態存儲器的存儲位元電路是雙穩態觸發器，動態存儲器存儲位元電路的關鍵部件是電容；前者只要電源正常供電，信息就能長期保存，后者即使電源正常供電，信息也只能保持幾毫秒或十幾毫秒，因此必須在規定時間內刷新。若電源電壓不正常或斷電，兩者信息都丟失。雙極型存儲器都是靜態存儲器，而MOS型存儲器有靜態、動態之分。

雙極型存儲器速度快，通常比MOS存儲器至少高一個數量級，但功耗大，集成度低，適用于快速小容量存儲器，如高速暫存存儲器和Cache。NMOS靜態存儲器制造工藝簡單、集成度高、單片容量大，主要用做快速主存。CMOS靜態存儲器功耗最小，速度比NMOS快，集成度比雙極型高很多，可靠性高，雖然制造工藝復雜，目前仍應用得很廣泛，主要用做快速主存和Cache。動態MOS存儲器內部結構最簡單，在各類SCM中集成度最高，功耗很小，速度雖比靜態MOS和雙極型存儲器低一些、但仍廣泛用做主存。

綜上所述，根據工作方式的不同，SCM的分類如下。

1.讀/寫存儲器

讀/寫存儲器，或稱隨機存取存儲器。按信息存儲方式不同又可分為：

① 靜態RAM（SRAM）。

② 動態RAM（DRAM）。

動態RAM利用電容存儲電荷的原理來記憶信息。由于電容器的漏電，存儲的電荷逐漸減少，當減少到一定程度時，RAM中存入的信息會消失。因此，需要在信息消失之前，給電容器充電。給電容器充電的過程就叫做動態存儲器的刷新。

2.只讀存儲器

只讀存儲器包含以下幾類：

① 掩模式ROM（MROM，MaskROM）：廠家做好內容后不能更改。

② 可編程ROM（PROM，Programmable ROM）：用戶只能寫入一次，寫入后不能再更改。

③ 可擦除PROM（EPROM，Erasable PROM）：這種EPROM在通常工作時只能讀取信息，但可以用紫外線擦除已有信息，并在專用設備上高電壓寫入信息。

④ 電擦除PROM（E2PROM，Electrically Erasable PROM）：用戶可以通過程序的控制進行讀/寫操作，它就是常說的閃存（Flash）。

1.3.1 優盤

優盤是基于USB接口、以閃存芯片為存儲介質的無須驅動器的新一代存儲設備。優盤的出現是移動存儲技術領域的一大突破，其體積小巧，特別適合隨身攜帶，可以隨時隨地、輕松交換資料數據，是理想的移動辦公及數據存儲交換產品。

優盤使用標準的USB接口，容量一般在32MB～1GB之間，最高容量已有2GB的產品，能夠在各種主流操作系統及硬件平臺之間用于大容量數據存儲及交換。

總體來說，優盤有著軟驅不可比擬的優勢，主要具有體積小、功能齊全、使用安全可靠等特點。但也存在容量還不夠大且無法擴充、價格較高、在Windows 98等部分操作系統下需安裝驅動程序等缺點。

優盤的結構基本上由五部分組成：USB端口、主控芯片、Flash（閃存）芯片、PCB底板、外殼封裝。

優盤的基本工作原理也比較簡單：USB端口負責連接計算機，是數據輸入或輸出的通道；主控芯片負責各部件的協調管理和下達各項動作指令，并使計算機將優盤識別為“可移動磁盤”，是優盤的“大腦”；Flash芯片就是PROM，是保存數據的實體，其特點是斷電后數據不會丟失，能長期保存；PCB底板提供相應數據處理的平臺，且將各部件連接在一起。當優盤被操作系統識別后，使用者下達數據存取的動作指令后，USB移動存儲盤的工作便包含了這幾個處理過程。

1.3.2 數碼卡

隨著數碼相機、MP3播放器、PDA等數碼產品的不斷普及，一些新型的存儲設備也逐漸進入尋常百姓之家。其中最具有代表性的是存儲卡和微型硬盤。通常所說的存儲卡可以看做是對數碼存儲設備的總稱，實際上存儲卡產品包含小型閃存卡（CF卡）、智慧卡（SM卡）、記憶棒（MS）、多媒體卡（MMC卡）和安全數字卡（SD卡）等眾多的數碼存儲設備。不同存儲卡設備的性能和用途也不盡相同，而且市面上不斷有新品出現。下面介紹一下這些數碼存儲設備。

1.小型閃存卡（CF卡）

CF卡是最早推出的存儲卡產品，其全稱是“Compact Flash”，由當時最大的Flash Memory卡廠商之一美國SanDisk公司于1994年推出。大小為43mm×36mm×3.3mm，重量大約在15g以內。由于推出時間早，所以發展上較為成熟，采用ATA協議的Compact Flash，接口為50針。發展到今天，它的最高容量已經由當初的8MB、16MB一路躍升到今天最高達6GB，目前市面上應用最多的是1GB的產品。

現在能見到的CF卡有兩種型號：CF TypeⅠ和CF TypeⅡ。在技術方面CF卡本身帶有記憶口和控制器。CF存儲卡的插槽可以向下兼容。例如，TypeⅡ插槽既可以使用CF TypeⅡ卡，又可以使用CF TypeⅠ卡；而TypeⅠ插槽只能使用CF TypeⅠ卡，不能使用CF TypeⅡ卡。

現在數碼相機采用的CF存儲卡中，存取速度的標志為×，其中“1×”=150KB/s，例如， 4×（600KB/s）、8×（1.2MB/s）、10×（1.5MB/s）、12×（1.8MB/s）?，F在已經有了最高45 ×的CF存儲卡。相對而言，采用更快的CF卡會提高數碼相機的拍攝效果，但在實際應用中一些中、低端的數碼相機產品由于CCD感光器、使用的元器件及技術方面的原因，即使使用了更高速度的CF存儲卡，速度方面的優勢也很難體現出來。

2.智慧卡（SM卡）

SM卡的全稱是“Smart Media”，是東芝公司（TAEC）于1995年11月發布的Flash Memory存儲卡。三星公司和東芝公司是最主要的Smart Media廠商。其外形尺寸為45mm×37mm×0.76mm，是目前最薄的Flash Memory存儲卡，僅重1.8g。由于SM卡本身沒有控制電路，而且由塑膠制成（被分成了許多薄片），因此體積小，非常輕薄，被廣泛應用于數碼產品中。但由于SM卡的控制電路集成在數碼產品中（如數碼相機），這使數碼相機的兼容性容易受到影響。

接口方面，Smart Media采用22針接口，在卡外部只能看到扁平的金手指。容量上，目前已經發展到128MB以上。由于控制格式的不統一，在以前它的兼容性不是太好，往往出現格式互不兼容的現象，有時會出現不同廠商的數碼相機或MP3上使用的SM卡互不能直接使用，或者新的大容量SM卡不能被舊的SM讀取設備所讀取等怪現象，現在東芝公司力圖統一這種控制格式，希望可以提高它的兼容水平。其優點是體積小，價格低，是目前最便宜的Flash Memory。

3.多媒體卡（MMC卡）

MMC卡的全稱是“Multi Media Card”，是一種小巧大容量的快閃存儲卡，由西門子公司Siemens（現在稱為Infineon）和首推CF的SanDisk于1997年推出。它的封裝技術較為先進，而且目前已經相當成熟。其外形尺寸大約為32mm×24mm×1.4mm，重量在2g以下，7針引腳，體積甚至比Smart Media還要小，不怕沖擊，可反復讀/寫記錄30萬次，驅動電壓在2.7～3.6V，目前容量多為512MB，1GB以上容量的產品也已面世?，F在這種閃存卡已廣泛用于移動電話、數碼相機、數碼攝像機、MP3等多種數碼產品上，不足之處是價格相對較貴。

4.記憶棒（Memory Stick）

自從1997年7月Sony宣布開發記憶棒以來，記憶棒已經在Sony全系列產品上得到充分應用，從4MB到128MB容量的產品都能在Sony自己的產品上得到不同的應用。數碼設備的產品線最為豐富的Sony甚至力圖使這種Flash Memory成為業界標準。Sony自己稱它的中文名字是記憶棒，其實它的大小為50mm×21.5mm×0.28mm，重量4g。接口采用單一平面的10針接合器連獨立針槽，并具有寫保護開關。在越來越強調的版權保護需求中，在1999年12月Sony推出了新的Magic Gate Memory Stick，主要的變化在于加入了稱為Magic Gate的Sony專利的版權保護技術，遵從SDMI的標準。

Sony的Memory Stick卡中，因外形尺寸大小不同，又分成三種規格，即Memory Stick、Memory Stick PRO、Memory Stick DUO：目前Memory Stick的容量在16～128MB之間，Memory Stick Pro的容量在256MB～1GB之間，未來可以達到32GB；Memory Stick DUO的容量最小，在16～32MB之間，通過一個適配器，可以像原來的MS卡那樣插在卡槽中。

MS PRO屬于MS家族中的高檔產品，盡管形狀和MS卡相同，但它的傳輸速度有所提高，最低記錄速度為15Mbps。可以適應記錄連續的動態圖像。

由于Sony在業界的強勢形象，Memory Stick在自己的產品上得到了充分的應用，可惜不能成為開放式的行業標準，就不可能為其他廠商的產品所用，而且價格太貴。

5.安全數字卡（SD卡）

SD卡的全稱是“Secure Digital”，意為“安全數碼”，它由日本兩大電器集團松下電器、東芝和SanDisk聯合推出，1999年8月首次發布，其最大的特點就是通過加密功能，保證數據資料的安全保密。由于SD卡數據傳送和物理規范皆由MMC發展而來，因此大小和MMC差不多，尺寸為32mm×24mm×2.1mm，僅比MMC厚了0.7mm，以容納更大容量的存儲單元，重量上也秉承了MMC的輕重量，僅重約1.6g。重要的是，SD卡與MMC卡保持著向上兼容，也就是說，MMC也可以被新的SD設備存取，但SD卡不可以被MMC設備存取。從外觀來看， SD接口除了保留MMC的7針外，還在兩邊加了2針作為數據線，并且帶了物理寫保護開關。目前Secure Digital卡的容量多在4～512MB之間，更大容量的SD卡也有產品上市。SD卡在售價方面要高于同容量的Multi Media Card卡。

為適應小型化發展，SD卡新近出現了Mini SD卡，主要用于手機、PDA、掌上電腦等信息終端中。

6.XD圖像卡（XD Picture Card）

傳統CF卡的容量大、體積大，而SM卡的體積小、容量小，如何設計一個體積更小、容量更大的存儲卡就成為了許多廠商追求的目標。而富士膠卷和奧林巴斯光學工業為SM卡的后續產品成功開發的XD圖像卡“XD Picture Card”，就使這個夢想成為了現實。

這種專為數碼相機開發的新型介質的特點是體積小、容量大。外觀尺寸在現有的小型存儲卡中是最小的，僅為20mm×25mm×1.7mm，和一張普通的郵票差不多。

各種數碼存儲設備比較見表1-2。

各種數碼存儲設備實物圖見表1-3。