1.3 电存储介质的存储原理

电存储技术主要是指半导体存储器SCM（Semiconductor Memory）。早期的SCM采用典型的晶体管触发器作为存储位元，加上选择、读/写等电路构成存储器。现代的SCM采用超大规模集成电路工艺制成存储芯片，每个芯片中包含相当数量的存储位元，再由若干芯片构成存储器。

从集成电路类型的角度看，SCM分为晶体管双极（Bipolar）型和场效应管MOS（Metal Oxide Semiconductor）型。双极型又分射极耦合逻辑即ECL（Emitter Couple Logic），晶体管晶体管逻辑即TTL（Transistor Transistor Logic）和集成注入逻辑即I2L（Integrated Injection Logic）三种类型。从制造工艺看，MOS型有PMOS（P channel MOS）、NMOS（N channel MOS）和CMOS （Complementary MOS）三类，目前广泛采用的是NMOS和CMOS。从加电后能否长时间保持所存信息的角度看，SCM又有静态存储器和动态存储器之分，静态存储器的存储位元电路是双稳态触发器，动态存储器存储位元电路的关键部件是电容；前者只要电源正常供电，信息就能长期保存，后者即使电源正常供电，信息也只能保持几毫秒或十几毫秒，因此必须在规定时间内刷新。若电源电压不正常或断电，两者信息都丢失。双极型存储器都是静态存储器，而MOS型存储器有静态、动态之分。

双极型存储器速度快，通常比MOS存储器至少高一个数量级，但功耗大，集成度低，适用于快速小容量存储器，如高速暂存存储器和Cache。NMOS静态存储器制造工艺简单、集成度高、单片容量大，主要用做快速主存。CMOS静态存储器功耗最小，速度比NMOS快，集成度比双极型高很多，可靠性高，虽然制造工艺复杂，目前仍应用得很广泛，主要用做快速主存和Cache。动态MOS存储器内部结构最简单，在各类SCM中集成度最高，功耗很小，速度虽比静态MOS和双极型存储器低一些、但仍广泛用做主存。

综上所述，根据工作方式的不同，SCM的分类如下。

1.读/写存储器

读/写存储器，或称随机存取存储器。按信息存储方式不同又可分为：

① 静态RAM（SRAM）。

② 动态RAM（DRAM）。

动态RAM利用电容存储电荷的原理来记忆信息。由于电容器的漏电，存储的电荷逐渐减少，当减少到一定程度时，RAM中存入的信息会消失。因此，需要在信息消失之前，给电容器充电。给电容器充电的过程就叫做动态存储器的刷新。

2.只读存储器

只读存储器包含以下几类：

① 掩模式ROM（MROM，MaskROM）：厂家做好内容后不能更改。

② 可编程ROM（PROM，Programmable ROM）：用户只能写入一次，写入后不能再更改。

③ 可擦除PROM（EPROM，Erasable PROM）：这种EPROM在通常工作时只能读取信息，但可以用紫外线擦除已有信息，并在专用设备上高电压写入信息。

④ 电擦除PROM（E2PROM，Electrically Erasable PROM）：用户可以通过程序的控制进行读/写操作，它就是常说的闪存（Flash）。

1.3.1 优盘

优盘是基于USB接口、以闪存芯片为存储介质的无须驱动器的新一代存储设备。优盘的出现是移动存储技术领域的一大突破，其体积小巧，特别适合随身携带，可以随时随地、轻松交换资料数据，是理想的移动办公及数据存储交换产品。

优盘使用标准的USB接口，容量一般在32MB～1GB之间，最高容量已有2GB的产品，能够在各种主流操作系统及硬件平台之间用于大容量数据存储及交换。

总体来说，优盘有着软驱不可比拟的优势，主要具有体积小、功能齐全、使用安全可靠等特点。但也存在容量还不够大且无法扩充、价格较高、在Windows 98等部分操作系统下需安装驱动程序等缺点。

优盘的结构基本上由五部分组成：USB端口、主控芯片、Flash（闪存）芯片、PCB底板、外壳封装。

优盘的基本工作原理也比较简单：USB端口负责连接计算机，是数据输入或输出的通道；主控芯片负责各部件的协调管理和下达各项动作指令，并使计算机将优盘识别为“可移动磁盘”，是优盘的“大脑”；Flash芯片就是PROM，是保存数据的实体，其特点是断电后数据不会丢失，能长期保存；PCB底板提供相应数据处理的平台，且将各部件连接在一起。当优盘被操作系统识别后，使用者下达数据存取的动作指令后，USB移动存储盘的工作便包含了这几个处理过程。

1.3.2 数码卡

随着数码相机、MP3播放器、PDA等数码产品的不断普及，一些新型的存储设备也逐渐进入寻常百姓之家。其中最具有代表性的是存储卡和微型硬盘。通常所说的存储卡可以看做是对数码存储设备的总称，实际上存储卡产品包含小型闪存卡（CF卡）、智慧卡（SM卡）、记忆棒（MS）、多媒体卡（MMC卡）和安全数字卡（SD卡）等众多的数码存储设备。不同存储卡设备的性能和用途也不尽相同，而且市面上不断有新品出现。下面介绍一下这些数码存储设备。

1.小型闪存卡（CF卡）

CF卡是最早推出的存储卡产品，其全称是“Compact Flash”，由当时最大的Flash Memory卡厂商之一美国SanDisk公司于1994年推出。大小为43mm×36mm×3.3mm，重量大约在15g以内。由于推出时间早，所以发展上较为成熟，采用ATA协议的Compact Flash，接口为50针。发展到今天，它的最高容量已经由当初的8MB、16MB一路跃升到今天最高达6GB，目前市面上应用最多的是1GB的产品。

现在能见到的CF卡有两种型号：CF TypeⅠ和CF TypeⅡ。在技术方面CF卡本身带有记忆口和控制器。CF存储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。

现在数码相机采用的CF存储卡中，存取速度的标志为×，其中“1×”=150KB/s，例如， 4×（600KB/s）、8×（1.2MB/s）、10×（1.5MB/s）、12×（1.8MB/s）。现在已经有了最高45 ×的CF存储卡。相对而言，采用更快的CF卡会提高数码相机的拍摄效果，但在实际应用中一些中、低端的数码相机产品由于CCD感光器、使用的元器件及技术方面的原因，即使使用了更高速度的CF存储卡，速度方面的优势也很难体现出来。

2.智慧卡（SM卡）

SM卡的全称是“Smart Media”，是东芝公司（TAEC）于1995年11月发布的Flash Memory存储卡。三星公司和东芝公司是最主要的Smart Media厂商。其外形尺寸为45mm×37mm×0.76mm，是目前最薄的Flash Memory存储卡，仅重1.8g。由于SM卡本身没有控制电路，而且由塑胶制成（被分成了许多薄片），因此体积小，非常轻薄，被广泛应用于数码产品中。但由于SM卡的控制电路集成在数码产品中（如数码相机），这使数码相机的兼容性容易受到影响。

接口方面，Smart Media采用22针接口，在卡外部只能看到扁平的金手指。容量上，目前已经发展到128MB以上。由于控制格式的不统一，在以前它的兼容性不是太好，往往出现格式互不兼容的现象，有时会出现不同厂商的数码相机或MP3上使用的SM卡互不能直接使用，或者新的大容量SM卡不能被旧的SM读取设备所读取等怪现象，现在东芝公司力图统一这种控制格式，希望可以提高它的兼容水平。其优点是体积小，价格低，是目前最便宜的Flash Memory。

3.多媒体卡（MMC卡）

MMC卡的全称是“Multi Media Card”，是一种小巧大容量的快闪存储卡，由西门子公司Siemens（现在称为Infineon）和首推CF的SanDisk于1997年推出。它的封装技术较为先进，而且目前已经相当成熟。其外形尺寸大约为32mm×24mm×1.4mm，重量在2g以下，7针引脚，体积甚至比Smart Media还要小，不怕冲击，可反复读/写记录30万次，驱动电压在2.7～3.6V，目前容量多为512MB，1GB以上容量的产品也已面世。现在这种闪存卡已广泛用于移动电话、数码相机、数码摄像机、MP3等多种数码产品上，不足之处是价格相对较贵。

4.记忆棒（Memory Stick）

自从1997年7月Sony宣布开发记忆棒以来，记忆棒已经在Sony全系列产品上得到充分应用，从4MB到128MB容量的产品都能在Sony自己的产品上得到不同的应用。数码设备的产品线最为丰富的Sony甚至力图使这种Flash Memory成为业界标准。Sony自己称它的中文名字是记忆棒，其实它的大小为50mm×21.5mm×0.28mm，重量4g。接口采用单一平面的10针接合器连独立针槽，并具有写保护开关。在越来越强调的版权保护需求中，在1999年12月Sony推出了新的Magic Gate Memory Stick，主要的变化在于加入了称为Magic Gate的Sony专利的版权保护技术，遵从SDMI的标准。

Sony的Memory Stick卡中，因外形尺寸大小不同，又分成三种规格，即Memory Stick、Memory Stick PRO、Memory Stick DUO：目前Memory Stick的容量在16～128MB之间，Memory Stick Pro的容量在256MB～1GB之间，未来可以达到32GB；Memory Stick DUO的容量最小，在16～32MB之间，通过一个适配器，可以像原来的MS卡那样插在卡槽中。

MS PRO属于MS家族中的高档产品，尽管形状和MS卡相同，但它的传输速度有所提高，最低记录速度为15Mbps。可以适应记录连续的动态图像。

由于Sony在业界的强势形象，Memory Stick在自己的产品上得到了充分的应用，可惜不能成为开放式的行业标准，就不可能为其他厂商的产品所用，而且价格太贵。

5.安全数字卡（SD卡）

SD卡的全称是“Secure Digital”，意为“安全数码”，它由日本两大电器集团松下电器、东芝和SanDisk联合推出，1999年8月首次发布，其最大的特点就是通过加密功能，保证数据资料的安全保密。由于SD卡数据传送和物理规范皆由MMC发展而来，因此大小和MMC差不多，尺寸为32mm×24mm×2.1mm，仅比MMC厚了0.7mm，以容纳更大容量的存储单元，重量上也秉承了MMC的轻重量，仅重约1.6g。重要的是，SD卡与MMC卡保持着向上兼容，也就是说，MMC也可以被新的SD设备存取，但SD卡不可以被MMC设备存取。从外观来看， SD接口除了保留MMC的7针外，还在两边加了2针作为数据线，并且带了物理写保护开关。目前Secure Digital卡的容量多在4～512MB之间，更大容量的SD卡也有产品上市。SD卡在售价方面要高于同容量的Multi Media Card卡。

为适应小型化发展，SD卡新近出现了Mini SD卡，主要用于手机、PDA、掌上电脑等信息终端中。

6.XD图像卡（XD Picture Card）

传统CF卡的容量大、体积大，而SM卡的体积小、容量小，如何设计一个体积更小、容量更大的存储卡就成为了许多厂商追求的目标。而富士胶卷和奥林巴斯光学工业为SM卡的后续产品成功开发的XD图像卡“XD Picture Card”，就使这个梦想成为了现实。

这种专为数码相机开发的新型介质的特点是体积小、容量大。外观尺寸在现有的小型存储卡中是最小的，仅为20mm×25mm×1.7mm，和一张普通的邮票差不多。

各种数码存储设备比较见表1-2。

各种数码存储设备实物图见表1-3。