文件系统存储介质、原理与架构是怎样的？

liwen01 2024.01.01 前言 从系统角度来看，文件系统是对文件存储器空间进行组织、分配、负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的一个系统。 它的目的是使用户和应用程序能够方便地管理存储器上的文件和目录，比如常见的对文件的增、删、改、查。 每当我们操作一个文件的时候，实际都会涉及到存储器、管理系统、被管理文件，还有就是实施文件管理所需的数据结构。 存储器，我们也叫存储介质，也就是电子设备用来存储数据信息的器件。 (一)存储介质介绍 存储介质，也就是用来存储信息的介质，从远古的石壁刻画，到古代的笔墨纸砚记录，再到电气时代的磁存储、光存储、半导体芯片存储。 光盘存储已近逐渐地退出大众的视野，我们这里主要介绍磁存储和半导体存储。磁存储的代表就是机械硬盘，半导体存储已近被非常广泛地应用了，比如我们常用的U盘、SD卡、TF卡、固态硬盘等。 机械硬盘因为它容量大、价格低，在个人电脑中广泛使用， 固态存储速度快，功耗低，无噪音，同等容量的价格也比较的平民，在各种便携式存储设备中广泛使用。 (二)固态存储 固态存储，也就是不依赖机械传动，直接使用半导体芯片为介质的一种存储。大的分类可以分为两种: RAM和ROM。 Flash其实也算是ROM的一种变种，现在广泛使用的 ROM 大部分都是基于Flash设计的。大部分固态硬盘的存储介质也是Flash。 (1)RAM与ROM RAM(随机访问存储器): 是一种临时存储器，用于保存正在运行时所需的数据和程序，可读可写，允许在需要时快速读取或写入数据，但它也是易失性存储器，设备断电时里面的数据会丢失。 ROM(只读存储器): 用于存储固定的、不经常变化的数据和程序，它是只读的，通常在制造时被写入，并且其内容在正常操作期间不可更改。但它存在一些变种，如可擦写可编程只读存储器(EPROM)和闪存(Flash)，它们允许有限次的可编程操作。 Flash存储器： 它是一种非易失性存储技术，广泛用于各种电子设备、USB、固态硬盘等产品。它分为NOR Flash 和NAND Flash 两种 (2) NOR Flash 它采用 NOR(不或非)门结构，与NAND Flash相比，NOR Flash具有一些特定的特性和优势： 读取速度快 随机访问能力 适用于代码存储 写入擦除速度较慢 低功耗 NOR门结构 NOR Flash,NOR就是“非或”的意思 NOR门是由两个输入端(A和B)和一个输出端组成的。其输出取决于输入信号的状态，具体逻辑运算规则如下： 输出为高电平(1)的条件：只有当A和B都为低电平(0)时，NOR门的输出才为高电平。 输出为低电平(0)的条件：如果A或B中至少有一个为高电平，NOR门的输出就会是低电平。 NOR门的逻辑运算符号通常用符号“+”表示，其输出(Y)可以表示为：Y = A + B(其中，“+”表示逻辑或运算)。 NOR门的逻辑符号如下所示： ----- A --| | | NOR |---- Y B --| | ----- (3) NAND Flash NAND Flash采用NAND门结构，与NOR Flash相比，它具有一些独特的特点和优势。 高密度存储 相对低成本 擦写熟读快 适用于大容量数据存储 顺序访问 NAND门结构: NAND门由两个输入端(A和B)和一个输出端组成。其输出取决于输入信号的状态，具体逻辑运算规则如下： 输出为高电平(1)的条件：当A和B都为高电平时，NAND门的输出为低电平(0)。 输出为低电平(0)的条件：只有当A和B中至少有一个为低电平时，NAND门的输出才为高电平。 NAND门的逻辑运算符号通常用“⊼”(或称“AND非”)表示，其输出(Y)可以表示为：Y = A ⊼ B(其中，“⊼”表示逻辑AND非运算)。 NAND门的逻辑符号如下所示： ----- A --| | | NAND|---- Y B --| | ----- (4)基于Flash的应用 嵌入式设备中的应用 在嵌入式设备，一般是直接使用Flash存储器来存储程序和代码，按总线类型，可以分为串行和并行总线接口，在嵌入式设备中使用的比较多的是SPI串行总线。 比如常用来存储程序的SPI NOR Flash:PY25Q128HA、MX25L51245G、FM25Q128A、EN25QH128A、BY25Q128AS 它的特点是容量较小，可以随机访问。