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Cómo funciona MP3
Los reproductores MP3 utilizan un DSP (procesador de señal digital) para completar la tarea de transmitir y decodificar archivos MP3. DSP es responsable de la transmisión de datos, el control de la interfaz del dispositivo, la decodificación de archivos y la reproducción del Walkman. DSP puede completar una variedad de tareas de procesamiento en muy poco tiempo y este proceso consume muy poca energía (esta también es una característica importante por ser adecuado para reproductores portátiles).
Un reproductor MP3 completo se divide en varias partes: CPU, decodificador, dispositivo de almacenamiento, puerto de comunicación host, DAC de audio y amplificador de potencia, interfaz de pantalla y teclas de control. La CPU y el decodificador son el núcleo de todo el sistema. La unidad central de procesamiento aquí suele denominarse MCU (microcontrolador), o microcontrolador para abreviar. Ejecuta todo el programa de control de MP3, también conocido como fireware (o programa de firmware). Controle el trabajo de cada componente de MP3: lea datos del dispositivo de almacenamiento y envíelos al decodificador para decodificarlos; complete el intercambio de datos con el host cuando esté conectado al host, reciba operaciones de clave de control, muestre el estado operativo del sistema y otras tareas. El decodificador es un módulo de hardware en el chip, o decodificación de hardware (algunos reproductores de MP3 utilizan decodificación de software, que se completa mediante una unidad central de procesamiento de alta velocidad). Puede decodificar directamente flujos de datos MP3 en varios formatos y generar señales de audio digital en formato PCM o I2S.
El dispositivo de almacenamiento es una parte importante del reproductor MP3. Normalmente, los reproductores de MP3 utilizan una memoria semiconductora o un disco duro (HDD) como dispositivo de almacenamiento. Recibe datos (generalmente en forma de archivos) desde el puerto de comunicación del host de almacenamiento y la MCU lee los datos en la memoria y los envía al decodificador durante la reproducción. Los datos deben almacenarse en algún formato. Como todos sabemos, la PC administra los datos del disco en forma de archivos y el MP3 no es una excepción. El método más común es utilizar el sistema de archivos de la PC directamente para administrar la memoria. El sistema operativo de Microsoft utiliza el sistema de archivos FAT, que también es el más utilizado. Una de las tareas del reproductor es implementar el sistema de archivos FAT, es decir, acceder y leer datos del disco del sistema de archivos FAT según el nombre del archivo.
El puerto de comunicación del host es la forma en que el reproductor MP3 y la PC intercambian datos. La PC puede operar los datos en el dispositivo de almacenamiento del reproductor MP3 a través de este puerto, copiar, eliminar y copiar archivos. El más utilizado actualmente es el bus USB, que sigue la especificación del protocolo de almacenamiento móvil de gran capacidad definida por Microsoft y utiliza reproductores MP3 como dispositivos de almacenamiento móvil host. Aquí hay varias especificaciones a seguir: protocolo de comunicación USB, especificación de almacenamiento móvil de gran capacidad y protocolo SCSI.
Un DAC de audio convierte señales de audio digitales en señales de audio analógicas para controlar dispositivos de audio analógicos como auriculares y amplificadores de potencia. Aquí presentaremos las señales de audio digitales. Las señales de audio digital son relativas a las señales de audio analógicas. Sabemos que la esencia del sonido es una onda. La gente dice que la frecuencia del sonido audible está entre 20 Hz y 20 kHz, lo que se llama onda sonora. La representación de ondas mediante señales analógicas es una función continua y el principio básico es que se superponen ondas de diferentes frecuencias y amplitudes. Las señales de audio digitales son señales analógicas cuantificadas. Un enfoque típico es muestrear las coordenadas de tiempo a intervalos iguales y cuantificar la amplitud. El número de muestras por unidad de tiempo se llama frecuencia de muestreo. De esta manera, una onda de sonido se puede digitalizar en una serie de valores, correspondiendo cada valor al valor de amplitud del punto de muestreo correspondiente. Organizar estos números en orden es una señal de audio digital. Este es un proceso ADC (conversión de analógico a digital), mientras que el proceso DAC (conversión de digital a analógico) es lo opuesto, convirtiendo números consecutivos en voltajes correspondientes en secuencia a la frecuencia de muestreo. La información decodificada por el decodificador MP3 pertenece a señales de audio digitales (las señales de audio digitales tienen diferentes formatos, los más utilizados son PCM e I2S), que deben convertirse en señales analógicas a través de un convertidor DAC para controlar un amplificador de potencia y ser reconocido por el oído humano.
El dispositivo de visualización de los reproductores MP3 suele utilizar pantallas de cristal líquido o diodos emisores de luz orgánicos para mostrar el estado de funcionamiento del sistema. El teclado de control suele ser un interruptor de botón. El teclado y el dispositivo de visualización constituyen juntos la interfaz de interacción persona-computadora del reproductor MP3.
La estructura de software del reproductor MP3 corresponde al hardware, es decir, cada parte del hardware tiene un código de software correspondiente, porque la mayoría de las partes del hardware son programables digitalmente.
Para resumir, el principio de funcionamiento más simple de MP3 se puede resumir de la siguiente manera: primero, saque el archivo de canción MP3 de la memoria, lea la señal en la memoria → el chip decodificador decodifica la señal → el digital El convertidor a analógico decodificará la señal. La señal digital que sale se convierte en una señal analógica → el audio analógico convertido se amplifica → se filtra de paso bajo y luego se emite la música que escuchamos.
La tecnología de memoria flash global está controlada principalmente por AMD, ATMEL, Fujistu, Hitachi, Hyundai, Intel, Micron, Mitsubishi, Samsung, SST, Sharp y Toshiba. Se divide en varios campos debido a diferentes aspectos técnicos. arquitecturas.
1.Tecnología NOR
Ninguna
La memoria flash con tecnología NOR (también conocida como tecnología lineal) es la primera memoria flash y todavía es compatible con la mayoría de los proveedores en la actualidad. Arquitectura técnica. Se originó a partir de dispositivos EPROM tradicionales. En comparación con otras tecnologías de memoria flash, tiene las ventajas de una alta confiabilidad y una rápida velocidad de lectura aleatoria. Se usa ampliamente en situaciones donde las operaciones de borrado y programación son menores y el código se ejecuta directamente, especialmente en aplicaciones de almacenamiento de código puro, como firmware BIOS de PC y teléfonos móviles, memoria de control de discos duros, etc.
La memoria flash con tecnología NOR tiene las siguientes características: (1) Los programas y los datos se pueden almacenar en un mismo chip, con buses de datos y buses de direcciones independientes, los cuales se pueden leer de forma aleatoria y rápida, permitiendo al sistema leer directamente desde el código Flash Fetch para su ejecución sin descargar primero el código en la RAM (2) Es posible la programación de un solo byte o de una sola palabra, pero no se permite el borrado de un solo byte. Las operaciones de borrado deben realizarse en bloque o en todo el chip, y las operaciones de preprogramación y borrado deben realizarse en un bloque o en todo el chip antes de reprogramar la memoria. Debido a que las velocidades de programación y borrado de memoria flash de la tecnología NOR son más lentas y el tamaño del bloque es mayor, el borrado y la programación toman más tiempo. En aplicaciones puras de almacenamiento de datos y archivos, la tecnología NOR es insuficiente. Sin embargo, todavía hay partidarios que siguen siendo optimistas sobre el uso de la tecnología en aplicaciones basadas en escritura, como las tarjetas CompactFlash.
El último miembro de la familia StrataFlash de Intel, 28F128J3, es el dispositivo de memoria flash con mayor capacidad de almacenamiento producido por la tecnología NOR hasta el momento, alcanzando los 128 Mb (bit). Es ideal para aplicaciones convencionales que requieren programas y. datos que se almacenarán en el mismo chip. El chip utiliza un proceso de fabricación de 0,25 μm y tecnología MLC para admitir una alta capacidad de almacenamiento y un bajo costo. La tecnología MLC (tecnología de celda multinivel) se refiere a cargar la puerta flotante de polisilicio a diferentes niveles para corresponder a diferentes voltajes de umbral y representar diferentes datos. Cada celda de memoria cuenta con cuatro voltajes umbral (00/01/10/11), por lo que se puede almacenar información 2b. En la tecnología tradicional, cada celda de memoria tiene sólo dos voltajes umbral (0/1) y sólo puede almacenar 1b de información. Proporcionar el doble de capacidad de almacenamiento en el mismo espacio tiene el costo de reducir el rendimiento de escritura. Intel mejora el rendimiento de escritura hasta cierto punto mediante el uso de un método de software llamado VFM (Virtual Small Block File Manager) para administrar y operar un bloque de almacenamiento grande como un sector pequeño, lo que permite aplicarlo al almacenamiento de datos.
DINOR
La tecnología DINOR (NOR de línea de bits dividida) es una tecnología patentada desarrollada por Mitsubishi e Hitachi, que mejora en cierta medida el rendimiento de escritura de la tecnología NOR. La memoria flash con tecnología DINOR tiene la misma función de lectura aleatoria rápida que la tecnología NOR, la velocidad de programación aleatoria de bytes es ligeramente menor que NOR y la velocidad de borrado de bloques es más rápida que NOR. Esto se debe a que al programar una memoria flash con tecnología NOR, la carga interna de la celda de memoria se mueve hacia la puerta flotante del conjunto de transistores y la carga se acumula, haciendo que el potencial cambie de 1 a 0 al borrar la carga acumulada; la puerta flotante se retira para cambiar el potencial de 0 a 1. El sentido del movimiento de la carga en las memorias flash con tecnología DINOR es opuesto al de las operaciones de programación y borrado. La tecnología flash DINOR no requiere preprogramación de la página durante la operación de borrado, y el voltaje requerido para la operación de programación es menor que el requerido para la operación de borrado, lo cual es contrario a la tecnología NOR.
Aunque la tecnología DINOR tiene ventajas sobre la tecnología NOR, debido a sus propias limitaciones técnicas y de proceso, todavía no tiene la capacidad de competir con la tecnología NOR que se ha desarrollado durante décadas, y la tecnología y los procesos. Actualmente se encuentran en desventaja. El mercado de las memorias flash también está cada vez más maduro. En la actualidad, la capacidad máxima de la memoria flash con tecnología DINOR alcanza los 64Mb.
El dispositivo con tecnología DINOR lanzado por Mitsubishi Corporation - M5M29GB/T320, utiliza la tecnología BGO patentada por Mitsubishi e Hitachi para dividir la memoria flash en cuatro áreas de almacenamiento. Mientras se programa o borra cualquier área de memoria, se puede leer una de las otras tres áreas de memoria. Las operaciones de programación y borrado se implementan en el hardware sin necesidad de una EEPROM externa. La velocidad del sistema aumenta porque hay múltiples canales de acceso. El chip utiliza un proceso de fabricación de 0,25 μm, que no solo tiene una velocidad de lectura rápida de 80 ns, sino que también tiene un rendimiento avanzado de ahorro de energía. El consumo de energía en el modo de espera y de ahorro de energía automático es de solo 0?33 μW. Cuando cualquier línea de dirección o señal de habilitación del chip permanece sin cambios durante 200 ns, entrará en el modo de ahorro de energía automático. Para aplicaciones con requisitos estrictos de consumo de energía y requisitos de velocidad de lectura rápida, como teléfonos móviles digitales, sistemas de navegación y posicionamiento global para automóviles, computadoras portátiles y decodificadores, computadoras portátiles, asistentes digitales personales, comunicaciones inalámbricas y otros campos, pueden mostrar sus talentos.
2. Tecnología NAND
"Y NO"
Samsung, Toshiba y Fujitsu admiten memoria flash con tecnología NAND. La memoria flash con esta estructura es adecuada para el almacenamiento de datos y archivos. Se utiliza principalmente como medio de almacenamiento para tarjetas SmartMedia, tarjetas CompactFlash, tarjetas PCMCIA ATA y unidades de estado sólido.
La memoria flash de tecnología NAND tiene las siguientes características: (1) Lectura y programación en unidades de página, 1 página es de 256 o 512B (borrado en unidades de bloque, 1 bloque es de 4K, 8K o 16KB). Tiene funciones de programación y borrado rápidos, y su tiempo de borrado de bloque es de 2 ms. El tiempo de borrado de bloque de la tecnología NOR alcanza varios cientos de ms. Los datos y la dirección utilizan el mismo bus para realizar la lectura en serie. Las lecturas aleatorias son lentas y no se pueden programar aleatoriamente byte a byte. (3) La memoria de estado sólido tiene un tamaño de chip pequeño, pocos pines y el costo de bits más bajo. Pronto superará el límite de precio de 1 dólar por megabyte. (4) El chip contiene entre 3 y 35 bloques fallidos (dependiendo de la densidad de la memoria). Los bloques no válidos no afectan el rendimiento de los bloques válidos, pero los diseñadores deben enmascarar los bloques no válidos en la tabla de asignación de direcciones. A finales de 1999, Samsung desarrolló la primera memoria flash del mundo utilizando tecnología NAND de 1 Gb. Se dice que esta memoria flash puede almacenar 560 fotografías de alta resolución o 32 canciones con calidad de CD y se convertirá en un medio ideal para la próxima generación de productos de información portátiles. Samsung ha utilizado muchas tecnologías DRAM, incluido el primer uso de un proceso de fabricación de 0,15 μm para producir este Flash. El K9K1208UOM producido en masa utiliza un proceso de 0,18 μm y tiene una capacidad de almacenamiento de 512 Mb.
Ultra NAND
La tecnología UltraNAND lanzada por AMD y Fujitsu se denomina tecnología de memoria flash NAND avanzada. Compatible con los estándares NAND: se puede utilizar una mayor accesibilidad que la tecnología NAND para almacenar código, lo que hace que la ventaja de costos de la tecnología NAND se refleje en las aplicaciones de almacenamiento de código por primera vez; no tiene bloques no válidos, por lo que se puede usar en sistemas sin sistema; - Situación de funciones de corrección y detección de errores a nivel, puede utilizar la capacidad de memoria de manera más eficiente.
Al igual que la tecnología DINOR, aunque la tecnología UltraNAND tiene ventajas, la tecnología NAND sigue siendo la corriente principal del mercado actual. El primer miembro de la familia UltraNAND es el AM30LV0064, que utiliza un proceso de fabricación de 0,25 μm y no tiene bloques muertos. Puede lograr un funcionamiento sin errores de al menos 104 ciclos de borrado y es adecuado para aplicaciones que requieren alta confiabilidad, como sistemas de redes y telecomunicaciones, asistentes digitales personales y unidades de disco duro de estado sólido. La capacidad del AM30LV0128 en desarrollo alcanza los 128Mb, y en planificación de AMD, la tecnología UltraNAND Flas.
3. Tecnología
La tecnología es la tecnología patentada de Hitachi. Tanto Hitachi como Mitsubishi admiten tecnología y memoria flash. La tecnología, al igual que NAND, adopta el concepto de "la memoria más completa". Actualmente, es otra tecnología de almacenamiento flash importante en el campo del almacenamiento de datos y documentos.
Hitachi y Mitsubishi utilizan un proceso de fabricación de 0,18 μm y lo combinan con la tecnología MLC para producir memoria flash y de 512 MB con un tamaño de chip más pequeño, mayor capacidad de almacenamiento y menor consumo de energía. Luego, utilizando DDP (tecnología de embalaje de doble densidad), se apilan dos chips de 512 Mb en un paquete de 1 TSOP48 para formar un chip de 1 Gb.
HN29V51211T tiene características excepcionales de bajo consumo de energía, con una corriente de lectura de 2 mA y una corriente de espera de solo 1 μA. Al mismo tiempo, debido al búfer de RAM interno del mismo tamaño de bloque, la tecnología HN29V51211T no reducirá seriamente su rendimiento de escritura. otras tecnologías de memoria flash que utilizan MLC. Hitachi utiliza el chip para fabricar tarjetas multimedia de 128 MB y tarjetas PC-ATA de 2 MB para teléfonos inteligentes, asistentes digitales personales, computadoras de mano, cámaras digitales, videocámaras, reproductores de música portátiles, etc.
4. La memoria flash derivada de EEPROM
EEPROM es muy flexible y se puede leer y escribir en un solo byte (los datos se pueden reescribir directamente sin borrarlos), pero la densidad de almacenamiento es alta. Bajo, el costo unitario es alto. Algunos fabricantes producen otro tipo de memoria flash que utiliza EEPROM como matriz de memoria flash, como ATMEL, la memoria flash de sector pequeño de SST y la memoria flash de datos de ATMEL. Este tipo de dispositivo tiene las características de rendimiento de un compromiso entre la memoria flash de tecnología EEPROM y NOR: (1) La flexibilidad de lectura y escritura no es tan buena como la de EEPROM y los datos no se pueden reescribir directamente. La página debe borrarse antes de la programación, pero en comparación con la estructura de bloques de la memoria flash con tecnología NOR, su tamaño de página es más pequeño y tiene las características de lectura aleatoria rápida, programación rápida y borrado rápido. (2) En comparación con EEPROM, tiene ventajas de costos obvias. (3) La densidad de almacenamiento es mayor que la EEPROM, pero menor que la memoria flash con tecnología NOR. Por ejemplo, la densidad de almacenamiento de la memoria flash de sector pequeño puede alcanzar los 4 Mb y se proporcionan muestras de prueba del chip de memoria DataFlash de 32 Mb. Precisamente debido a su flexibilidad de rendimiento y ventajas de costes, este tipo de dispositivo todavía ocupa un lugar en el mercado actual de memorias flash.
La memoria flash de sector pequeño utiliza un bus de datos paralelo y una estructura de páginas (1 página es 128 o 256 B) para leer y escribir páginas. Por lo tanto, tiene las ventajas de una lectura aleatoria rápida de la tecnología NOR sin las desventajas de sus funciones de programación y borrado, es adecuado para el almacenamiento de códigos y datos de pequeña capacidad y se usa ampliamente para reemplazar la EPROM.
La memoria DataFlash es un producto patentado de ATMEL. Adopta una interfaz serial SPI y solo puede leer datos a su vez, pero es útil para reducir costos, aumentar la confiabilidad del sistema y reducir el tamaño del paquete. El área de almacenamiento principal adopta una estructura de páginas. Hay dos buffers de datos SRAM con el mismo tamaño de página entre el área de memoria principal y la interfaz serie. La estructura especial determina que tiene múltiples canales de lectura y escritura: se puede leer directamente desde el área de almacenamiento principal, se puede leer o escribir desde el área de almacenamiento principal a través del búfer y los dos búfer se pueden leer o escribir entre sí. Las zonas también pueden realizar comparaciones de datos con buffers. Adecuado para aplicaciones de almacenamiento de datos o archivos, como contestadores automáticos, buscapersonas, cámaras digitales, etc. , puede aceptar puerto serie, la velocidad de lectura es lenta. La memoria superará el límite de precio de 1 dólar por megabyte, lo que demuestra su ventaja de precio sobre la tecnología NOR.