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第10版:科技创新·科普
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2018 年 07 月 03 日 星期 放大 缩小 默认  

计算机为什么能存储那么多的信息

殷立峰

  1997年6月,由国防科技大学研制的“银河-3”并行巨型计算机通过国家鉴定。该机采用分布式共享存储结构。那么,你可知道,为什么计算机能存储那么多的信息呢?

  材料的磁化和退磁性质已被广泛应用于信息的存储。磁存储介质的发展已经历了磁带、软磁盘和硬磁盘等几个阶段。

  磁带是在塑料薄膜表面涂上一层颗粒状软铁磁性物质,通过磁头将其分段磁化或者消磁就可以记录下声音和画面等信息,这就是录音带和录像带的基本原理。相比于用胶木刻制的唱片,录音磁带要廉价且易于保存,因此很快得到商业推广。类似于磁带,人们将磁性颗粒涂在圆形盘面上制作了磁盘。便携式的软磁盘能够存取和转移计算机中的信息。硬磁盘是将精密的磁盘盒装起来,可以更加快速地读取和存储信息,磁盘的发明避免了数据录入的重复劳动,极大地推动了计算机技术的发展。

  现代计算机硬盘技术已经可以实现太字节以上的单块硬盘容量了,这主要得益于巨磁阻效应的应用。所谓巨磁阻效应,指的是一些特殊制备的磁性多层薄膜材料在外部磁场发生微弱变化时,可以导致其电阻发生剧烈变化,从而通过其电流大小来探测微弱磁场的改变。将巨磁阻材料用于磁头,这意味着即便硬盘的磁性小区域做得非常小,磁头也可以清晰地分辨。采用固态电子存储芯片阵列制成的固态硬盘具有更快的读取和写入速度,也是将来硬盘的发展方向之一。

  下一代磁存储器将可能是集成硬盘和内存优势的磁随机存取存储器(MRAM)。它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力,以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度,基本上可以无限次重复写入。目前内存的读写速率是硬盘的100万倍,这是为何计算机在运行中必须依靠内存的读写来加快速度的原因。MRAM将能集内存和硬盘功能为一体,使得计算机在运行过程中不再需要反复写入内存,这就令计算机的运行速率大大提高。MRAM的原理基于磁致电阻效应,即外加磁场的变化会引起某些材料电阻的变化,从而把磁信号迅速转化成电信号,通过灵敏的探测器可以分辨电流变化,进一步获得读写的数据信息。2007年,IBM公司和TDK公司成功研制出了1吉字节的MRAM,同年中国自主研发的MRAM原理型器件获得了成功。下一代磁存储器的竞争将会更加激烈,信息社会在科技的推动下也将加速向前发展。

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