浅谈光存储器、闪存、存储保护
摘要:光存储器是由光盘驱动器和光盘片组成的光盘驱动系统,它的制造成本
低,其技术的成功认为是计算机数据存储技术上的一次革命。闪存是
一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存
储器,通常被用来保存设置信息,如在电脑的BIOS(基本输入输出程序)、
PDA(个人数字助理)、数码相机中保存资料等。当多个用户共享主存时,
应防止由于一个用户程序出错而破坏其他用户的程序和系统软件,以及一
个用户程序不合法地访问不是分配给它的主存区域。在虚拟存储系统中,
通常采用页表保护、段表保护、键式保护和环式保护方法。
关键词:光存储器闪存存储保护
Abstract:OpticalstorageiscompodbythelightofaudioCDdrivedisc
drivesystem,it'scostofmanufactureislow,thetechnologyof
flashisakindoflonglifenonvolatile(withoutpowercanstill
keepstoreddatainformation)memory,isusuallyudtosave
ttings,suchasinthecomputerinformationinputandoutputof
theBIOSprocedures(basic),personaldigitalassistant(PDA),
digitalcamerastoreinformation,ltipleurstoshare
thedeposit,shouldpreventduetoaurprogramerroranddestroy
otherurprogramandsystemsoftware,aswellasaurprogram
avirtualstoragesystem,apage,table,keyandringprotection
methodareusuallyud.
Keywords:opticalmemoryflashmemorymemoryprotection
一、光存储器
光存储器的概念
光存储是由光盘表面的介质影响的,光盘上有凹凸不平的小坑,光照射到上
面有不同的反射,再转化为0、1的数字信号就成了光存储。当然光盘外面
还有保护膜,一般看不出来,不过能看出来有信息和没有信息的地方。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
layerDVD+R等各种类型。
光存储的原理
无论是CD光盘、DVD光盘等光存储介质,采用的存储方式都与软盘、硬盘相
同,是以二进制数据的形式来存储信息。而要在这些光盘上面储存数据,需
要借助激光把电脑转换后的二进制数据用数据模式刻在扁平、具有反射能力
的盘片上。而为了识别数据,光盘上定义激光刻出的小坑就代表二进制的
“1”,而空白处则代表二进制的“0”。DVD盘的记录凹坑比CD-ROM更小,
且螺旋储存凹坑之间的距离也更小。DVD存放数据信息的坑点非常小,而且
非常紧密,最小凹坑长度仅为0.4μm,每个坑点间的距离只是CD-ROM的50%,
并且轨距只有0.74μm。CD光驱、DVD光驱等一系列光存储设备,主要的部
分就是激光发生器和光监测器。光驱上的激光发生器实际上就是一个激光二
极管,可以产生对应波长的激光光束,然后经过一系列的处理后射到光盘上,
然后经由光监测器捕捉反射回来的信号从而识别实际的数据。如果光盘不反
射激光则代表那里有一个小坑,那么电脑就知道它代表一个“1”;如果激光
被反射回来,电脑就知道这个点是一个“0”。然后电脑就可以将这些二进制
代码转换成为原来的程序。当光盘在光驱中做高速转动,激光头在电机的控
制下前后移动,数据就这样源源不断的读取出来了。
光存储技术的发展状况
光驱虽然在1991年的时候就已经问世,但是发展显得非常缓慢。1993年,
第二代MPC规格问世,光驱的速度已变成了双倍速,传输率达到了300KB/S,
平均搜寻时间为400ms。1995年夏,MultimdeiaPCWorkingGroup公布第
三代规格标准,光驱速度提高到四倍速,数据传输率为600KB/S,数据的平
均时间不大于250ms。兼容光盘格式:CD-Audio、CD-Mode1/2、CD-ROM/XA、
photo-CD、CD-R、Video-CD、CD-I等。再以后,光驱提速也成为各家厂
商技术发展的主要目标,速度从4倍速、8倍速,一直提高到48倍速、52
倍速不等。随着技术的发展和成熟,光驱的价格已经下降了一个可以接受的
水平,当时间进化到97年左右的时候,光驱已经开始普及开来了。
光存储发展的关键技术
1.高密、高效、高速的母盘刻录技术
采用短波激光和大数值孔径的物镜,可使道间距减小,比特长度减小,从
而可提高光盘的刻录密度;采用脉宽调制,可显著提高记录效率。
单面盘的精密注塑及双盘的封装技术。
将DVD母盘、模板生产线挑选出的合格模板,用精密注塑机注塑成形,制
得的DVD半成品经适当冷却,送入溅射室,根据不同要求,分别溅射金或铅,
然后进行粘合剂旋涂、封装、紫外光固化、在线检测、商标印刷等,制成DVD
只读光盘。
二、闪存
闪存的概念
闪存是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)
的存储器,数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位,区
块大小一般为256KB到20MB。闪存是电子可擦除只读存储器(EEPROM)的变
种,EEPROM与闪存不同的是,它能在字节水平上进行删除和重写而不是整个
芯片擦写,这样闪存就比EEPROM的更新速度快。由于其断电时仍能保存数
据,闪存通常被用来保存设置信息,如在电脑的BIOS(基本输入输出程序)、
PDA(个人数字助理)、数码相机中保存资料等。另一方面,闪存不像RAM
(随机存取存储器)一样以字节为单位改写数据,因此不能取代RAM。
技术及特点
NOR型与NAND型闪存的区别很大,NOR型闪存更像内存,有独立的地址线和
数据线,但价格比较贵,容量比较小;而NAND型更像硬盘,地址线和数据
线是共用的I/O线,类似硬盘的所有信息都通过一条硬盘线传送一般,而且
NAND型与NOR型闪存相比,成本要低一些,而容量大得多。因此,NOR型闪
存比较适合频繁随机读写的场合,通常用于存储程序代码并直接在闪存内运
行,手机就是使用NOR型闪存的大户,所以手机的“内存”容量通常不大;
NAND型闪存主要用来存储资料,我们常用的闪存产品,如闪存盘、数码存储
卡都是用NAND型闪存。
那就是闪存的速度其实很有限,它本身操作速度、频率就比内存低得多,而
且NAND型闪存类似硬盘的操作方式效率也比内存的直接访问方式慢得多。
NAND型闪存的操作方式效率低,这和它的架构设计和接口设计有关,它操作
起来确实挺像硬盘(其实NAND型闪存在设计之初确实考虑了与硬盘的兼容
性),它的性能特点也很像硬盘:小数据块操作速度很慢,而大数据块速度
就很快,这种差异远比其他存储介质大的多。
闪存的分类
目前市场上常见的存储按种类可分:U盘、CF卡、SM卡、SD/MMC卡、
记忆棒。国内市场常见的品牌有:金士顿、索尼、晟碟、Kingmax、鹰泰、
创见。
闪存发展过程
在1984年,东芝公司的发明人FujioMasuoka首先提出了快速闪存存
储器(此处简称闪存)的概念。与传统电脑内存不同,闪存的特点是非易失性
(也就是所存储的数据在主机掉电後不会丢失),其记录速度也非常快。
Intel是世界上第一个生产闪存并将其投放市场的公司。1988年,公司
推出了一款256Kbit闪存芯片。它如同鞋盒一样大小,并被内嵌于一个录
音机里。後来,Intel发明的这类闪存被统称为NOR闪存。它结合EPROM(可
擦除可编程只读存储器)和EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)两项技术,
并拥有一个SRAM接口。
第二种闪存称为NAND闪存。它由日立公司于1989年研制,并被认为是
NOR闪存的理想替代者。NAND闪存的写周期比NOR闪存短90%,它的保存与
删除处理的速度也相对较快。NAND的存储单元只有NOR的一半,在更小的存
储空间中NAND获得了更好的性能。鉴于NAND出色的表现,它常常被应用于
诸如CompactFlash、SmartMedia、SD、MMC、xD、andPCcards、USBsticks
等存储卡上。
应用及前景
“优盘”是闪存走进日常生活的最明显写照,其实早在U盘之前,闪存已经
出现在许多电子产品之中。传统的存储数据方式是采用RAM的易失存储,电
池没电了数据就会丢失。采用闪存的产品,克服了这一毛病,使得数据存储
更为可靠。除了闪存盘,闪存还被应用在计算机中的BIOS、PDA、数码相机、
录音笔、手机、数字电视、游戏机等电子产品中。
闪存盘可用来在电脑之间交换数据。从容量上讲,闪存盘的容量从16MB
到2GB可选,突破了软驱1.44MB的局限性。从读写速度上讲,闪存盘采用
USB接口,读写速度比软盘高许多。从稳定性上讲,闪存盘没有机械读写装
置,避免了移动硬盘容易碰伤、跌落等原因造成的损坏。部分款式闪存盘具
有加密等功能,令用户使用更具个性化。闪存盘外形小巧,更易于携带。且
采用支持热插拔的USB接口,使用非常方便。
目前,闪存正朝大容量、低功耗、低成本的方向发展。与传统硬盘相比,
闪存的读写速度高、功耗较低,目前市场上已经出现了闪存硬盘。随着制造
工艺的提高、成本的降低,闪存将更多地出现在日常生活之中。
三、存储保护
当多个用户共享主存时,应防止由于一个用户程序出错而破坏其他用户的程
序和系统软件,以及一个用户程序不合法地访问不是分配给它的主存区域。
在虚拟存储系统中,通常采用页表保护、段表保护、键式和环式保护方法。
页表保护和段表保护
每个程序的段表和页表本身都有自己的保护功能。每个程序的虚页号是固定
的,经过虚地址向实地址变换后的实存页号也就固定了。那么不论虚地址如
何出错,也只能影响到相对的几个主存页面。不会侵犯其他程序空间。段
表和页表的保护功能相同,但段表中除包括段表起点外,还包括段长。
键保护方式
这种方法是为主存的每一页配一个键,称为存储键,每个用户的实存页面的
键都相同。为了打开这个锁,必须有钥匙,称为访问键。访问键赋予每道程
序,并保存在该道程序的状态寄存器中。当数据要写入主存的某一页时,访
问键要与存储键相比较。若两键相符,则允许访问该页,否则拒绝访问。
环保护方式
环保护方式可以做到对正在执行的程序本身的核心部分或关键部分进行保
护。它是按系统程序和用户程序的重要性及对整个系统的正常运行的影响程
度进行分层,每一层叫做一个环。在现行程序运行前由操作系统定好程序各
页的环号,并置入页表中。然后把该道程序的开始环号送入CPU的现行环号
寄存器。程序可以访问任何外层空间;访问内层空间则需由操作系统的环控
例行程序判断这个向内访问是否合法。
此外还有访问方式保护,对主存信息的使用可以有三种方式:读(R)、写(W)
和执行(E),相应的访问方式保护就有R,W,E三种方式形成的逻辑组合.这
些访问方式保护通常作为程序状态寄存器的保护位,并且和区域保护结合起
来实现。
参考文献:
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[4]望月.存储保护技术扫描[J],电脑应用文萃,2001,(11)
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