专利名称：存储装置、存储系统以及数据存储方法
技术领域：
本发明实施例涉及数据存储技术，尤其涉及一种存储装置、存储系统以及数据存储方法。
背景技术：
随着计算机技术的不断发展进步，数据存储容量的需求越来越高，因此，对大容量数据存储装置的需求也变得越来越高；同时，随着数据存储装置容量的提高，对数据读取性能的要求也就越来越高。特别是随着多媒体、数据库、网络、电子等高速发展，数据存储容量急剧膨胀，全世界每年数据增长达到50%-100%，而且，随着数据的多样化、分散性和大容量性成为态势，对存储数据的性能，例如读写性能的要求也越来越高。因此，具有更快存储速度和更大存储容量的数据存储装置和更安全容错的存储装置则成为人们不断追求的目标。目前，数据存储装置通常采用磁盘作为存储介质，其中，磁盘就是利用极细微的磁性粒子簇的N/S极性来进行数据存储的存储装置，其主要由盘片、磁头、控制电机、接口、缓存、磁头控制器和数据转换器组成。现有磁盘存储装置中，所有盘片都安装在一个旋转轴上，每张盘片平行的在轴上飞速旋转以方便磁头进行数据的读/写，其中，磁盘的容量可以达到。转速较为常见的为4500，5400，7200，10000转/分。磁头与盘片之间的距离为
O.2-0. 5um,比头发丝直径还小。容量从1956年IBM开发的5M大小发展到现在2TB大小。但是，现有采用磁盘存储介质的存储装置中，是通过采用极细微的磁性粒子进行数据存储，单盘容量基本已处于饱和状态，无法再进行数量级的提升，导致单盘的数据存储容量受限，而通过增加单盘数量来提高容量时，会带来单盘管理复杂等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种存储装置、存储系统以及数据存储方法，可克服现有采用磁盘存储介质所存在的单盘数据存储容量较小的问题。第一方面，本发明实施例提供一种存储装置，用于存储数据，所述存储装置包括存储介质，所述存储介质上按预设规律排列有多个原子单元组，每个原子单元组均由多个原子组成；所述原子单元组中原子的排列形状可改变，并具有第一排列形状和第二排列形状，其中，所述第一排列形状用于表示数据位1，所述第二排列形状用于表示数据位O。第二方面，本发明实施例提供一种存储系统，包括原子探针和存储装置，其中，所述存储装置为采用上述本发明实施例提供的存储装置；所述原子探针，用于对所述存储装置中存储介质上的原子单元组中原子排列形状进行识别，以及用于通过对所述原子单元组中原子的位置进行移动来改变原子的排列形状。第三方面，本发明实施例提供一种数据存储方法，包括接收数据读写命令，所述数据读写命令携带有地址信息；
基于所述地址信息，将原子探针定位到所述存储装置的存储介质上的相应位置；通过原子探针对所述位置上的原子单元组进行操作，以进行数据读写操作；所述通过原子探针对所述位置上的原子单元进行操作，具体包括所述数据读写命令为读命令时，通过原子探针识别所述位置上原子单元组的形状，获取所述原子单元组代表的数据位，实现数据的读操作；所述数据读写命令为写命令时，通过原子探针来移动所述位置上原子单元组中原子的位置，以将原子单元组的形状与待写数据一致，实现数据的写操作。本发明实施例通过采用原子单元组的排列形状来表示数据存储时的数据位，从而可实现原子级别的数据存储，使得单位存储介质的数据存储容量得到极大的提升，相对于现有采用磁盘作为存储介质而言，可有效提高单个存储介质的单位存储容量，使得单个存储装置的容量得到极大的提升。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1A为本发明实施例一提供的存储装置的结构示意图；图1B为图1A中环形区域A中连续的8个原子单元组排列的放大示意图；图2为本发明实施例二提供的存储系统的结构示意图；图3为本发明实施例三提供的数据存储方法的流程示意图；图4为本发明实施例四提供的数据存储方法的流程示意图；图5为本发明实施例五中的存储装置的存储介质中一个扇形区域的划分示意图；图6为本发明实施例中原子单元组形成8位数据的结构示意图。
具体实施例方式本实施例提供的存储装置，利用多个原子组成的原子单元组中原子的排列形状，来表示数据存储时的数据位(bit)，其中原子单元组的形状可通过原子探针移动原子的方式来改变，使得原子单元组可在原子探针作用下在两个形状之间转换，一个形状可以表示数据位0，一个形状可以表示数据位1，因此，一个原子单元组可用来表示数据位。为便于对本发明实施例技术方案的理解，下面将对原子探针以及原子存储介质进行说明。随着人们对材料技术以及原子技术的研究，现有对原子进行操作的技术，即原子探针技术已经被应用于一些原子操控的应用技术中。其中，原子探针技术是对物质表面进行原子探测和操作的一种技术，具有原子级高空间分辨能力，能用来处理超微细组织，其主要可以实现探测原子成像和操作原子到特定位置，其中探测原子成像就可以识别原子的排列形状，而操作原子到特定位置就可以实现原子的移动。目前，原子探针技术已广泛应用到STM等技术中，其中，STM中利用原子探针可以识别被测样品表面的形状，并可对原子进行位置移动，具体说明如下。STM进行原子排列形状识别时，原子探针与被测样品表面的盘面距离〈lnm时，通过压电陶瓷材料控制原子探针中的探针针尖对表面原子进行扫描，从而可分析出原子排列情况，这样就可以对原子排列形状进行识别。而利用STM进行原子位置移动时，可利用原子探针与被测样品表面存在的作用力，调节针尖的位置和偏压，通过改变这个作用力的大小和方向，就可以在探针向上移动时把被测样品表面的原子提起来，再把它移动到适当的位置放下，或者，也可拖曳原子走过表面到所需的位置。STM中原子探针的具体工作过程在此不再详细说明，详细可参见现有STM的工作过程，本实施例采用原子探针对原子排列形状进行识别，以及对原子位置进行移动具有与STM相同的工作过程。现有技术中，已经研制出原子稳定的材料，例如美国威斯康星州大学研制出原子级的硅记忆材料，硅材料表面让金元素进行升华后，可形成精确的用于原子排列的原子轨道。目前，也有利用原子探针，从排列整齐的硅原子中间隔抽出硅原子，以表示数据存储时的数据位0，而余下的硅原子则代表数据位I。但是这种利用原子有无来表示数据位的方法，极易因原子错位而导致数据存储错误。为此，本发明实施例提供一种可利用原子排列形状来表示数据位的技术方案，可在利用原子作为数据存储的同时，提高数据存储的安全性和可靠性。图1A为本发明实施例一提供的存储装置的结构示意图；图1B为图1A中环形区域A中连续的8个原子单元组排列的放大示意图。如图1A和图1B所示，本实施例存储装置可用于存储数据，包括存储介质10，该存储介质10上按预设规律排列有多个原子单元组11，每个原子单元组11均由多个原子组成；原子单元组11中原子的排列形状可改变，并具有第一排列形状和第二排列形状，其中，第一排列形状用于表示数据位1，第二排列形状用于表示数据位O。本实施例中，存储介质10为圆盘形状，原子单元组11均匀排列在该圆盘形状的存储介质上，与圆盘同心的多个环形区域内。其中，图1A仅示意出一个环形区域A，其中所述的环形区域A是排列原子单元组的一个区域；图1B仅示意出A环形区域中8个原子单元组的排列示意图。本实施例中，存储介质上的各原子单元组11中原子的个数可以为2个或2个以上，优选地，如图1B所示，本实施例中每个原子单元组11中原子的个数设定为6个，这样，原子单元组11中原子的排列形成的第一排列形状就可以为6个原子排列形成的矩形形状，第二排列形状就可以为6个原子排列形成的三角形形状，如图1B所示的6个原子形成的矩形形状Al，以及6个原子形成的三角形形状A2。这样，上述的原子探针就可以通过移动6个原子中的一个，就可以改变原子单元组11的形状，可以由三角形转换为矩形；同时，上述的原子探针可通过检测原子单元组中6个原子的排列形状，确定原子单元组当前表示的数据位是O或1，其中，原子单元组中原子排列形状为矩形时表示当前原子单元组表示数据位1，原子单元组中原子排列形状为三角形时表示当前原子单元组表示数据位为O。如此，通过识别原子单元组的形状就可以识别原子单元组代表的数据位，从而可通过识别原子单元组中原子排列形状实现对数据的读操作；通过移动原子单元组中原子的位置，就可以改变原子单元组的形状，从而可通过识别原子单元组的形状并对原子单元组的形状进行更改，就可以实现数据的写操作。其具体实现将会在后面方法实施例中进行说明。本实施例中，通过原子第一排列形状和第二排列形状来表示存储的数据位(0/1)。只需要对原子单元组中的一个原子进行移动，就可以改变原子单元组的排列形状，实现数据位I和O的转换。
本领域技术人员可以理解，当原子单元组中的原子数量为其他个数时，例如2个，3个，4个，5个或6个以上时，同样可通过原子排列的形状来识别原子单元组表示的数据位，以实现数据读操作，通过更改原子排列形状来改变原子单元组表示的数据位，实现数据写操作，其中通过移动原子来改变原子排列形状，也可通过移动一个或多个原子实现。其具体实现与6个原子形成的原子单元组类似。本实施例中，各原子单元组之间可预留有I个或多个空格，即在两个原子单元组之间预留一个或多个原子空间位置，而每8个原子单元组之间可设置有2个以上的空格。本实施例中，在原子单元组之间设置I个空格，而在8个原子单元组之间则设置2个空格。通过在原子单元组之间设置空格，可便于对数据存储时出现错位情况进行辨识，以提高数据存储的稳定性和可靠性，这样，在原子出现位置偏移后，通过对空格进行识别，就可以快速确定原子单元组的原子排列形状是否出现偏差，从而快速识别原子单元组是否出现偏差，并可在原子单元组出现错位时，及时将错位信息通知存储装置管理单元，以表示该原子单元所在的区域损坏，不能存放数据；同时，通过设置空格，还可有效对原子单元组的相对位置进行识别。本实施例中，可将表示32K数据容量的多个原子单元组形成一个存储单元，各存储单元之间可设置有5个或5个以上的空格。其中，每个存储单元均为数据存储操作时的最小的操作单元，即进行数据读写操作的最小单位，通过设置5个或5个以上的空格，可提高数据读写操作时对存储介质进行分割，便于探针读写操作时的位置定位，同时也可识别原子位置是否偏移。本领域技术人员可以理解，实际应用中，存储介质的形状除了可以是圆盘形状外，也可以是其他形状，例如矩形、椭圆形等，其具体形状在此并不做特别限制；而且，在具体实现时，对于不同形状的存储介质，原子单元组的排列的方式也可不同，例如为矩形时，可以将矩形的存储介质，等距离的划分成矩形区域，在矩形区域内均匀排列原子单元组等等。本发明实施例提供的存储装置，通过采用原子单元组的排列形状来表示数据存储时的数据位，从而可实现原子级别的数据存储，使得单位存储介质的数据存储容量得到极大的提升，相对于现有采用磁盘作为存储介质而言，可有效提高单个存储介质的单位存储容量，使得单个存储装置的容量得到极大的提升。本实施例提供的存储装置可应用于数据存储中，并且可与原子探针共同形成一个存储系统，实现数据的存储操作。下面将以具有原子探针和存储装置构成的存储系统为例进行说明。图2为本发明实施例二提供的存储系统的结构示意图。如图2所示，本实施例存储系统可包括原子探针I以及存储装置2，其中存储装置2可采用上述图1A和图1B所示的存储装置，其中，原子探针I可用于对存储装置2中存储介质上的原子单元组中原子排列形状进行识别，以及用于通过对原子单元组中原子的位置进行移动来改变原子的排列形状。本实施例中，通过原子探针来对原子单元组的形状进行识别，或者对原子单元组的形状进行改变，就可以实现数据的读写操作。本实施例中，如图2所示，原子探针I具体可包括探针11、以及与探针11连接的压力控制器12、原子探针控制器13和反馈电路控制器14，其中，原子探针I中的原子探针控制器13可基于读写命令中的地址信息，将原子探针I中的探针移动到存储介质的对应位置，并通过压力控制器12或反馈电路控制器14实现对原子单元组的操控，例如识别原子单元组的原子排列形状，或者通过移动原子单元组中原子位置来改变原子单元组中原子排列形状，从而可实现数据的读操作或写操作。本实施例中，所述的原子探针可与扫描隧道显微镜STM中原子探针相同或类似，且具有相同的使用原理来对原子进行操控，其具体实现与扫描隧道显微镜STM相同或类似，在此不再赘述。图3为本发明实施例三提供的数据存储方法的流程示意图。本实施例方法可应用于图2所示的存储系统中，用于数据存储操作，其执行主体为原子探针，其中，图2所示的原子探针中的控制器可基于接收到的数据读写命令，将探针移动到指定的位置，实现数据的读写操作，具体地，如图3所示，本实施例方法可包括如下步骤步骤101、接收数据读写命令，数据读写命令携带有地址信息；步骤102、基于地址信息，将原子探针定位到存储装置的存储介质上的相应位置；步骤103、通过原子探针对该位置上的原子单元组进行操作，以进行数据读写操作。其中，上述步骤103中，通过原子探针对所述位置上的原子单元进行操作，具体可包括当数据读写命令为读命令时，通过原子探针识别地址信息对应位置上原子单元组的形状，获取原子单元组代表的数据位，实现数据的读操作；当数据读写命令为写命令时，通过原子探针来移动地址信息对应的位置上原子单元组中原子的位置，以将原子单元组的形状与待写数据一致，实现数据的写操作。本实施例中，存储系统中的原子探针可接收数据读写命令，并可基于读写命令中携带的地址信息，来将原子探针定位到存储介质的相应位置，从而可实现数据的读写操作，其中所述的读操作就是通过原子探针来识别原子单元组的形状，确定原子单元组代表的数据位，实现数据读操作，所述的写操作就是通过原子探针对原子单元组的形状进行改变，将原子单元组表示所要写的数据位，实现数据的写操作。本领域技术人员可以理解，在数据读写操作过程中，存储系统还应包括地址控制器等，以实现逻辑地址寻址等操作，其具体实现与传统磁盘的存储系统的实现过程相同或类似，可用于接收计算机系统中的处理器发送的读写请求，并对读写请求进行处理，确定待读写数据对应的地址信息，并发送读写请求命令给读写装置，由读写装置查找到地址信息对应的位置，实现数据的读写操作，其中，该读写装置在本实施例就为原子探针，而在磁盘存储系统中，则为磁头。地址控制器的具体实现可与传统磁盘存储系统中的地址控制器相同或类似，在此不再赘述。本领域技术人员可以理解，本实施例中的原子探针与传统磁盘存储系统中的磁头进行数据的读写操作类似，只是原子探针是通过识别原子单元组的形状和移动原子单元组中的原子位置来实现数据的读写操作，而磁头则是通过感应磁性粒子的极性和改变磁性粒子的极性来实现数据的读写操作。其中原子探针的寻址方式可与传统磁头的寻址方式相同或类似。图4为本发明实施例四提供的数据存储方法的流程示意图。本实施例中，存储装置的存储介质可被划分为多个存储区域，每个存储区域包括多个作为数据存储的最小操作单元的存储单元，每个存储单元包括多个原子单元组，相应的，读写请求命令中携带的地址信息可为存储区域的位置信息，具体地，存储介质为圆盘形状，存储介质被划分为多个扇形区域和多个同心的环形轨道，每个扇形区域被划分为多个扇叶区域，每个轨道被划分为与轨道平行的多个环形轨道条，每个轨道条和扇叶区域形成一个存储区域，读写请求命令中携带的地址信息可包括扇形区域的位置、轨道位置、扇叶区域的位置和轨道条的位置。本实施例方法可基于上述对存储介质的划分，来对读写命令进行处理，具体地，如图4所示，本实施例方法可包括如下步骤步骤201、接收数据读写命令，数据读写命令携带有地址信息，该地址信息包括扇形区域的位置、轨道位置、扇叶区域的位置和轨道条的位置；步骤202、基于该地址信息中的扇形区域的位置、轨道位置、扇叶区域的位置和轨道条的位置，依次找到所对应的扇形区域、轨道、扇叶区域和轨道条，从而将原子探针定位到存储装置的存储介质上的相应位置；步骤203、判断该读写命令是否为读命令，是则执行步骤204，否则，该读写命令为写命令，执行步骤205 ；步骤204、通过原子探针识别地址信息对应位置上原子单元组的形状，获取原子单元组代表的数据位，实现数据的读操作，结束；步骤205、通过原子探针来移动地址信息对应的位置上原子单元组中原子的位置，以将原子单元组的形状与待写数据一致，实现数据的写操作，结束。本实施例中，所述的扇形区域就是将圆盘形状的存储介质，均匀划分成多个扇形区域，所述的轨道就是以圆盘的圆形等距离的划分成多个环形区域，这与传统磁盘的划分的扇区、磁道相同；同时，本实施例中，还可对扇形区域进行进一步地划分，划分得到更小区域的扇叶区域，该扇叶区域也就是扇形区域的进一步的细分，也可称为小的扇形区域；轨道条就是为轨道区域的进一步的划分，该轨道条就是将轨道划分成多个小的轨道。由于存储介质是以原子的排列形状作为数据存储的数据位，单位存储介质上的存储容量相对于传统磁盘有着极大的提高，因此，通过将存储介质划分成扇形区域、扇叶区域、轨道和轨道条，可有效实现对存储介质上存储数据的精确定位，提高原子探针的定位效率和定位的精确度。本领域技术人员可以理解，实际应用中，可以根据需要，如原子探针的定位方式，将存储介质划分成合适的区域，以便于原子探针进行寻址，对此本发明实施例并不做特别限制。为便于对本发明实施例技术方案有更好的了解，下面将以圆盘形的存储介质的划分方式以及在该划分方式下的数据存储方式进行说明。图5为本发明实施例五中的存储装置的存储介质中一个扇形区域的划分示意图。如图5所示，上述图1A所示的圆盘形状的存储介质被划分成多个扇形区域Al以及多个轨道BI，而一个扇形区域Al又被划分成多个扇叶区域A2，轨道BI被划分成多个轨道条B2(图5中仅示出一个轨道条)。具体地，扇叶区域A2为对扇形区域Al进行扇形划分后的区域更小的区域；轨道条B2则是平行于轨道BI的一个一个小的圆环区域。每个扇叶区域A2和每个轨道条B2则构成一个一个的存储区域C，每个存储区域C可包括有多个区块(Block)，该Block是指数据存储过程中，进行读/写操作的最小单位，容量为32K，这里扇叶区域A2与轨道条B2形成的区域也可称为一节,每节包括多个Block,且每个Block可包括Block头和Data,所述的Bock头就是区块头,可以为一个编号，即Block在该节中的位置,Data就是指Block中的数据区，用于存储数据用；数据存储时的最小单位为8位，即8bit，由48个原子单元组组成，形成8位的数据，这个最小单位也可称为cell。本领域技术人员可以理解，一个Block除了可以是32K外，也可以设置成其它容量大小，在此并不做特别限制。图6为本发明实施例中原子单元组形成8位数据的结构示意图。如图6所示，一个cell包括8个原子单元组，每个原子单元组有6个原子组成，每个原子单元组中原子排列形状表示一个数据位，其中矩形表示数据位1，三角形表示数据位O。可以看出，每个Cell由三层原子组成，共计48个原子，每6个原子为一个原子单元组。通过移动图中所示具有填充区域的原子K，就可以将一个原子单元组中的原子排列形状在矩形与三角形之间转换，其中所述的矩形就是6个原子呈两排排列，每排3个原子形成的矩形，三角形则是指将上述形成的矩形中左侧的原子K移动到第三排的右侧，所形成的三角形形状。13、根据权利要求12所述的数据存储方法，其特征在于，所述存储区域内包括多个区块，每个区块包括区块头和数据区；所述地址信息中还包括区块头位置。本实施例中，每个读写命令，即输入输出(I/O)数据格式具体可以如下表I表示表I
权利要求
1.一种存储装置，用于存储数据，其特征在于，所述存储装置包括存储介质，所述存储介质上按预设规律排列有多个原子单元组，每个原子单元组均由多个原子组成； 所述原子单元组中原子的排列形状可改变，并具有第一排列形状和第二排列形状，其中，所述第一排列形状用于表示数据位1，所述第二排列形状用于表示数据位O。
2.根据权利要求1所述的存储装置，其特征在于，所述存储介质上的各原子单元组中原子的个数为2个以上。
3.根据权利要求2所述的存储装置，其特征在于，所述存储介质上的各原子单元组中原子的个数为6个。
4.根据权利要求3所述的存储装置，其特征在于，所述第一排列形状为6个原子排列形成的矩形形状，所述第二排列形状为6个原子排列形成的三角形形状。
5.根据权利要求1-4任一所述的存储装置，其特征在于，各原子单元组之间设置有I个或多个空格。
6.根据权利要求1-5任一所述的存储装置，其特征在于，每8个原子单元组之间设置有2个以上的空格。
7.根据权利要求1-6任一所述的存储装置，其特征在于，用于表示32K数据存储容量的多个原子单元组形成一个存储单元，所述存储单元之间设置有5个以上的空格。
8.根据权利要求1-7任一所述的存储装置，其特征在于，所述存储介质为圆盘形状。
9.一种存储系统，其特征在于，包括原子探针和存储装置，其中，所述存储装置为采用权利要求1-8任一所述的存储装置； 所述原子探针，用于对所述存储装置中存储介质上的原子单元组中原子排列形状进行识别，以及用于通过对所述原子单元组中原子的位置进行移动来改变原子的排列形状。
10.一种数据存储方法，应用于权利要求9所述的存储系统中，其特征在于，包括 接收数据读写命令，所述数据读写命令携带有地址信息； 基于所述地址信息，将原子探针定位到所述存储装置的存储介质上的相应位置； 通过原子探针对所述位置上的原子单元组进行操作，以进行数据读写操作； 所述通过原子探针对所述位置上的原子单元进行操作，具体包括 所述数据读写命令为读命令时，通过原子探针识别所述位置上原子单元组的形状，获取所述原子单元组代表的数据位，实现数据的读操作； 所述数据读写命令为写命令时，通过原子探针来移动所述位置上原子单元组中原子的位置，以将原子单元组的形状与待写数据一致，实现数据的写操作。
11.根据权利要求10所述的数据存储方法，其特征在于，所述存储装置的存储介质被划分为多个存储区域，每个存储区域包括多个作为数据存储的最小操作单元的存储单元，每个存储单元包括多个原子单元组； 所述地址信息为所述存储区域的位置信息。
12.根据权利要求11所述的数据存储方法，其特征在于，所述存储介质为圆盘形状，所述存储介质被划分为多个扇形区域和多个同心的环形轨道； 每个扇形区域被划分为多个扇叶区域，每个轨道被划分为与轨道平行的多个环形轨道条，每个轨道条和扇叶区域形成所述存储区域； 所述地址信息包括扇形区域的位置、轨道位置、扇叶区域的位置和轨道条的位置。
13.根据权利要求12所述的数据存储方法，其特征在于，所述存储区域内包括多个区块，每个区块包括区块头和数据区； 所述地址信息中还包括区块头位置。
全文摘要
本发明提供一种存储装置、存储系统以及数据存储方法。该装置存储数据，包括存储介质，所述存储介质上按预设规律排列有多个原子单元组，每个原子单元组均由多个原子组成；所述原子单元组中原子的排列形状可改变，并具有第一排列形状和第二排列形状，其中，所述第一排列形状用于表示数据位1，所述第二排列形状用于表示数据位0。本发明实施例还提供一种数据存储方法，可对利用原子排列形状的操作来对数据进行存储。本发明实施例可基于原子排列形状来表示数据存储时的数据位，从而可实现原子级的数据存储，可有效提高单位存储介质的存储容量。
文档编号G11B5/02GK103065643SQ201210558490
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者赵国庆, 李更 申请人:华为技术有限公司