可移动存储的工作原理

可移动存储很有用，原因有以下几点

现代可移动存储设备提供了令人难以置信的选择，存储容量从标准软盘的1.44兆字节（MB）到某些便携式硬盘的20千兆字节（GB）以上。所有这些设备都属于以下三类之一

在以下章节中，我们将深入探讨这些技术。

最常见和最持久的可移动存储技术是磁性存储。例如，使用3.5英寸软盘的1.44MB软盘驱动器已经存在约15年，并且在当今销售的几乎所有计算机上仍然可见。在大多数情况下，可移动磁存储使用驱动器，这是一种连接到计算机的机械设备。您将实际存储信息的介质插入驱动器。

就像硬盘一样，可移动磁存储设备中使用的介质涂有氧化铁。这种氧化物是一种铁磁性材料，这意味着如果将其暴露在磁场中，它会永久磁化。该介质通常被称为磁盘或磁带盒。驱动器使用电机高速旋转介质，并使用称为磁头的小型设备访问（读取）存储的信息。

每个磁头都带有一个微型电磁铁，由一个缠绕着导线的铁芯组成。电磁铁将磁通量施加到介质上的氧化物，氧化物会永久“记住”它所看到的磁通量。在写入过程中，数据信号通过线圈发送，在磁芯中产生磁场。在间隙处，磁通量形成一个边缘图案。这个图案桥接了间隙，磁通量使介质上的氧化物磁化。当驱动器读取数据时，读磁头在间隙处产生一个变化的磁场，在磁芯中形成一个变化的磁场，从而在线圈中产生一个信号。然后，这个信号作为二进制数据发送到计算机。

磁性磁盘或磁带盒有一些共同点

如果您曾经使用过音频磁带，您就会知道它有一个很大的缺点——它是一种顺序设备。磁带没有开头和结尾，要将磁带移到后面的歌曲，您必须使用快进和倒带按钮来找到歌曲的开头。这是因为磁头是固定的。

磁盘或磁带盒，就像盒式磁带一样，由两面涂有磁性材料的薄塑料片制成。然而，它的形状像一个磁盘，而不是一条长而细的带子。磁道排列成同心环，因此软件可以从“文件1”跳到“文件19”，而无需快进2到18号文件。磁盘或磁带盒像唱片一样旋转，磁头移动到正确的磁道，提供所谓的直接访问存储。一些可移动设备实际上有一个磁性盘片，类似于硬盘的设置。磁带仍然用于某些长期存储，例如备份服务器硬盘，在这种情况下，快速访问数据并不重要。

读/写磁头（“写入”是将新信息保存到存储介质）在磁头在磁道之间移动时不会接触介质。通常有某种机制可以设置，以保护磁盘或磁带盒不被写入。例如，电子光学器件会检查3.5英寸软盘（或5.25英寸软盘侧面的缺口）的下角是否存在开口，以查看用户是否希望防止数据写入。

多年来，磁性技术取得了长足的进步。由于软盘的巨大普及和低成本，高容量可移动存储未能完全取代软盘驱动器。但是，也有一些替代品本身变得非常受欢迎。其中一个例子就是Iomega的Zip。

Zip磁盘与软盘的主要区别在于所使用的磁性涂层。在Zip磁盘上，涂层的质量要高得多。高质量的涂层意味着Zip磁盘上的读写磁头可以比软盘上的磁头小得多（大约小10倍）。较小的磁头，加上类似于硬盘中使用的磁头定位机制，意味着Zip驱动器可以在磁盘表面每英寸存储数千个磁道。Zip驱动器还使用每磁道可变扇区数量来最大化利用磁盘空间。所有这些特性结合起来，创造了一个可以容纳大量数据（目前高达750MB）的软盘。

使用磁性技术实现可移动存储的另一种方法本质上是将硬盘驱动器放入一个独立的盒中。使用这种方法最成功的产品之一是Iomega Jaz。每个Jaz磁带盒基本上就是一个硬盘，包含多个盘片，并封装在一个坚硬的塑料外壳中。磁带盒不包含磁头，也不包含用于旋转磁盘的电机；这两个部件都在驱动器单元中。

完全外置的便携式硬盘正迅速普及，这很大程度上归功于USB技术。这些设备，就像普通PC内部的硬盘一样，将驱动器机制和介质全部集成在一个密封的外壳中。该驱动器通过USB线缆连接到PC，首次安装驱动软件后，Windows会自动将其列为可用驱动器。

另一种便携式硬盘被称为微硬盘。这些微型硬盘内置在PCMCIA卡中，可以插入任何带有PCMCIA插槽的设备，例如笔记本电脑。

您可以在硬盘的工作原理和磁带录音机的工作原理中了解更多关于磁存储的信息。要了解光存储技术，请查看下一页。

我们大多数人熟悉的光存储设备是光盘 (CD)。CD可以在极小的表面上存储大量的数字信息（783 MB），而且制造成本非常低廉。实现这一目标的设计很简单：CD表面是一面镜子，上面覆盖着数十亿个微小的凹凸点，这些凹凸点排列成一条长而紧密缠绕的螺旋形。CD播放器用精确的激光读取这些凹凸点，并将信息解释为数据位。

CD上的螺旋形凹凸点从中心开始。CD磁道非常小，必须以微米（百万分之一米）为单位测量。CD磁道约0.5微米宽，相邻磁道之间间隔1.6微米。细长的凹凸点每个宽0.5微米，最短0.83微米长，高125纳米（十亿分之一米）。

CD的大部分质量是厚度约1.2毫米的注塑成型透明聚碳酸酯塑料片。在制造过程中，这种塑料被压印上构成长螺旋轨道的微观凹凸点。然后，在光盘顶部涂上一层薄薄的反射性铝层，覆盖这些凹凸点。CD技术中棘手的部分是正确、按顺序和以正确的速度读取所有微小的凹凸点。为了做到这一切，CD播放器在将激光聚焦到凹凸点轨道上时必须非常精确。

当您播放CD时，激光束穿过CD的聚碳酸酯层，从铝层反射，然后射到一个光电装置上，该装置检测光线变化。凹凸点对光的反射与铝层的平坦部分（称为平面）不同。光电传感器检测到这些反射率变化，CD播放器驱动器中的电子设备将这些变化解释为数据位。

这就是普通CD的工作方式，对于预包装软件来说非常棒，但对于您自己的文件作为可移动存储则毫无帮助。这就是可刻录CD（CD-R）和可重写CD（CD-RW）发挥作用的地方。

CD-R的工作原理是用有机染料化合物替代普通CD中的铝层。这种化合物通常是反射性的，但当激光聚焦在一个点并将其加热到一定温度时，它会“烧焦”染料，使其变暗。当您想要检索写入CD-R的数据时，激光会回到光盘上方，并认为每个烧焦的点都是一个凹凸点。这种方法的问题在于，您只能将数据写入CD-R一次。染料在一个点上被烧焦后，就无法再改变回来了。

CD-RW通过使用相变来解决这个问题，这依赖于锑、铟、银和碲的特殊混合物。这种化合物具有一个惊人的特性：当加热到某一温度时，它在冷却时会结晶并变得非常反光；当加热到另一个更高的温度时，该化合物在冷却时不会结晶，因此外观会变得暗淡。

CD-RW驱动器有三种激光设置来利用这一特性

其他偏离CD标准的光学设备，例如DVD，采用与CD-R和CD-RW类似的方法。一种较旧的混合技术，称为磁光（MO），现在已很少使用。MO使用激光加热介质表面。一旦表面达到特定温度，磁头就会在介质上移动，根据需要改变颗粒的极性。

一种非常流行的小型设备可移动存储类型，例如数码相机和PDA，是闪存。闪存是一种固态技术，基本上意味着没有移动部件。芯片内部是一个由列和行组成的网格，网格的每个交点处都有一个双晶体管单元。这两个晶体管由一层薄薄的氧化层隔开。其中一个晶体管被称为浮栅，另一个是控制栅。浮栅与行（或字线）的唯一连接是通过控制栅。只要这个连接存在，单元格的值就是“1”。

要将单元格值更改为“0”，需要一个奇特的过程，称为福勒-诺德海姆隧穿效应。隧穿用于改变浮栅中电子的位置。通常在10到13伏特之间的电荷被施加到浮栅。电荷来自列（或位线），进入浮栅并流向地。

这种电荷使得浮栅晶体管像一个电子枪。受激的带负电的电子被推过氧化层并被困在另一侧，氧化层因此获得负电荷。这些电子在控制栅和浮栅之间形成一道屏障。一个称为单元传感器的设备会监测通过浮栅的电荷水平。如果通过栅极的电荷流量大于总电荷的百分之五十，则其值为“1”。如果通过的电荷低于百分之五十的阈值，则其值变为“0”。

闪存使用福勒-诺德海姆隧穿效应

来改变电子的位置。

通过施加电场（更高电压的电荷），闪存芯片单元中的电子可以恢复正常（“1”）。闪存使用电路内布线将此电场应用于整个芯片或预定部分（称为块）。这会擦除芯片的目标区域，然后可以重新写入。闪存比传统的电可擦可编程只读存储器（EEPROM）芯片工作速度快得多，因为它不是一次擦除一个字节，而是擦除一个块或整个芯片。

CompactFlash或SmartMedia卡等闪存存储设备是当今最常见的电子非易失性存储形式。CompactFlash卡由SanDisk于1994年开发，它们与SmartMedia卡在两个重要方面有所不同：它们更厚，并且使用控制器芯片。

CompactFlash由一个带有闪存芯片和专用控制器芯片的小型电路板组成，所有这些都封装在一个比SmartMedia卡厚几倍的坚固外壳中。卡片厚度的增加允许更大的存储容量。

CompactFlash的容量范围从8MB到令人难以置信的4GB。板载控制器可以提高性能，尤其是在处理器速度较慢的设备上。然而，与SmartMedia卡相比，外壳和控制器芯片增加了CompactFlash卡的大小、重量和复杂性。

固态软盘卡（SSFDC），更广为人知的名称是SmartMedia，最初由东芝开发。SmartMedia卡有2MB到128MB不等的容量。如下所示，卡片本身相当小。

SmartMedia卡以其简洁性而著称。一个平面电极通过键合线连接到闪存芯片。闪存芯片、平面电极和键合线使用一种名为薄型包覆成型封装（OMTP）的技术嵌入树脂中。这使得所有组件无需焊接即可集成到单个封装中。

SmartMedia卡能够提供快速、可靠的性能，同时允许您指定希望保留的数据。它们小巧、轻便且易于使用。它们不如其他形式的可移动固态存储坚固，因此在处理和存储时应非常小心。有关更多信息，请参阅闪存的工作原理。

可移动存储的一个普遍趋势是缩小物理封装尺寸，同时增加可存储的数据量。以下是每种技术的一些示例

磁性

磁存储正在朝着两个平行的方向发展。一类是使用小型磁带盒（容量以兆字节计）的产品，另一类是容量达千兆字节的便携式硬盘。

光学

一家名为DataPlay的公司推出了一款微型光驱。这种微型驱动器，大小与火柴盒相仿，使用封装在塑料外壳中的微型光盘。每张光盘能够存储500MB的信息。该驱动器实际上可以读取光盘的两面，这意味着每面光盘可存储250MB。

固态

SmartMedia和CompactFlash卡的容量持续增加，同时保持其微小尺寸。其他固态存储设备，例如索尼的记忆棒，甚至更小。

对我们所有人来说，好消息是，尽管物理尺寸不断缩小，存储容量持续增长，但每兆字节的成本却不断下降！Iomega和Pockey Drives等公司预测，您很快就能将您的硬盘从一台计算机带到另一台，随身携带您定制的整个设置。DataPlay的微型光学系统是一个很好的例子，这项技术的影响将远远超出台式PC，其驱动器将应用于从数码相机到MP3播放器再到PDA等各种设备。

有关可移动存储的更多信息，请查看下一页的链接。