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MP3的工作原理

MP3播放器使用DSP(数字信号处理器)来完成传输和解码MP3文件的任务。DSP负责随身听的数据传输、设备接口控制、文件解码和播放。DSP可以在极短的时间内完成多种处理任务，而且这个过程消耗的能量非常少(这也是它适合便携播放器的一个显著特点)。

一个完整的MP3播放器分为几个部分:CPU、解码器、存储设备、主机通讯口、音频DAC和功放、显示接口和控制键。CPU和解码器是整个系统的核心。这里的中央处理器通常称为MCU(单片机)，简称单片机。它运行MP3的整个控制程序，也称为fireware(或固件程序)。控制MP3各个部件的工作:从存储设备中读取数据，送到解码器进行解码；与主机连接时完成与主机的数据交换；接收控制键的操作，显示系统运行状态等任务。解码器是芯片中的硬件模块，或者说硬件解码(有些MP3播放器是软件解码，由高速中央处理器完成)。它可以直接解码各种格式的MP3数据流，输出PCM或I2S格式的数字音频信号。

存储设备是MP3播放器的重要组成部分。通常，MP3随身听使用半导体存储器或硬盘(HDD)作为存储设备。它从存储主机的通信口接收数据(通常是文件形式)，MCU读取存储器中的数据，并在回放时发送给解码器。数据应该以某种格式存储。众所周知，PC以文件的形式管理磁盘数据，MP3也不例外。最常见的方法是直接使用PC的文件系统来管理内存。微软的操作系统使用的是FAT文件系统，也是应用最广泛的一种。播放器的任务之一就是实现FAT文件系统，即根据文件名从FAT文件系统的磁盘中访问和读取数据。

主机通信口是MP3播放器与PC交换数据的方式，PC可以通过该端口操作MP3播放器存储设备中的数据，复制、删除、拷贝文件。目前应用最广泛的是USB总线，它遵循微软定义的大容量移动存储协议规范，以MP3播放器作为主机的移动存储设备。这里要遵循几个规范:USB通信协议，大容量移动存储规范，SCSI协议。

音频DAC将数字音频信号转换为模拟音频信号，以驱动模拟音频设备，如耳机和功率放大器。这里我们将介绍数字音频信号。数字音频信号是相对于模拟音频信号的。我们知道声音的本质是波，人们说可听声音的频率在20Hz到20kHz之间，称为声波。模拟信号对波的表示是连续函数，基本原理是不同频率和振幅的波叠加在一起。数字音频信号是模拟信号的量化。典型的方法是以相等的时间间隔采样时间坐标，并量化幅度。单位时间内的采样次数称为采样频率。这样就可以将一个声波数字化，变成一系列的值，每个值对应相应采样点的振幅值。将这些数字按顺序排列就是数字音频信号。这是一个ADC(模数转换)过程，而DAC(数模转换)过程则相反，按照采样时的频率顺序将连续的数字转换成相应的电压。MP3解码器解码的信息属于数字音频信号(数字音频信号有不同的格式，最常用的是PCM和I2S)，需要通过DAC转换器转换成模拟信号，驱动功放，被人耳识别。

MP3播放器的显示设备通常使用液晶显示器或有机发光二极管来显示系统的工作状态。控制键盘通常是一个按钮开关。键盘和显示设备共同构成MP3播放器的人机交互界面。

MP3播放器的软件结构是和硬件相对应的，也就是每个硬件部分都有相应的软件代码，因为大部分硬件部分都是数字可编程的。

总结一下，最简单的MP3的工作原理可以概括为:首先从存储器中取出MP3歌曲文件，读取存储器上的信号→解码芯片对信号进行解码→数模转换器将解出来的数字信号转换成模拟信号→将转换后的模拟音频放大→低通滤波，然后输出的就是我们听到的音乐。

全球闪存的技术主要由AMD、ATMEL、Fujistu、日立、现代、Intel、美光、三菱、三星、SST、夏普、东芝掌控，由于技术架构不同分为几大阵营。

1.NOR技术

也不

NOR技术(也称线性技术)闪存是最早的闪存，至今仍是大多数供应商支持的技术架构。它起源于传统的EPROM设备。与其他闪存技术相比，具有可靠性高、随机读取速度快的优点。广泛应用于擦除和编程操作较少的直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用，如PC、手机的BIOS固件、硬盘驱动器的控制内存等。

NOR技术闪存具有以下特点:(1)程序和数据可以存储在同一个芯片上，有独立的数据总线和地址总线，可以快速随机读取，允许系统直接从Flash中读取代码执行，无需先将代码下载到RAM中；(2)单字节或单字编程是可能的，但不允许单字节擦除。擦除操作必须以块为基础或在整个芯片上执行，并且在对存储器重新编程之前，需要在块或整个芯片上进行预编程和擦除操作。由于NOR技术的闪存擦除和编程速度较慢，块大小较大，所以擦除和编程需要较长时间。在纯数据存储和文件存储的应用中，NOR技术是不足的。然而，仍然有支持者继续看好这项技术在基于写入的应用中的应用，例如CompactFlash卡。

英特尔公司StrataFlash家族的最新成员28F128J3是迄今为止NOR技术生产的存储容量最大的闪存器件，达到128Mb(位)，是要求程序和数据存储在同一芯片上的主流应用的理想选择。芯片采用0.25μm制造工艺和MLC技术，支持高存储容量和低成本。MLC技术(多电平单元技术)是指将多晶硅浮栅充电到不同的电平，以对应不同的阈值电压，代表不同的数据。每个存储单元提供有四个阈值电压(00/01/10/11)，因此可以存储2b信息。在传统技术中，每个存储单元只有两个阈值电压(0/1)，只能存储1b信息。在相同空间中提供双倍存储容量是以降低写入性能为代价的。Intel通过使用一种叫做VFM(Virtual Small Block File Manager，虚拟小块文件管理器)的软件方法，将一个大的存储块作为一个小扇区进行管理和操作，在一定程度上提高了写入性能，使其能够应用于数据存储。

迪诺尔

DINOR(Divided bit-line NOR)技术是三菱和日立开发的专利技术，在一定程度上提高了NOR技术的写入性能。DINOR技术闪存具有与NOR技术相同的快速随机读取功能，按字节随机编程的速度略低于NOR，块擦除速度快于NOR。这是因为用NOR技术编程闪存时，存储单元的内部电荷向晶体管阵列的浮栅移动，电荷积累，从而使电位从1变为0；当擦除时，积累在浮栅上的电荷被移除以将电势从0改变到1。而DINOR技术闪存中的电荷移动方向与编程和擦除操作中的相反。DINOR技术闪存在擦除操作时不需要对页面进行预编程，编程操作所需的电压低于擦除操作所需的电压，这与NOR技术相反。

DINOR技术虽然相对NOR技术有优势，但是由于自身技术和工艺的限制，仍然不具备与NOR技术相抗衡的能力，NOR技术已经发展了几十年，技术和工艺在当前的闪存市场也越来越成熟。目前DINOR技术闪存最大容量达到64Mb。三菱公司推出的DINOR技术器件——M5M29GB/T320，采用三菱和日立专利的BGO技术，将闪存分为四个存储区域。在对任意一个存储区进行编程或擦除的同时，可以读取其他三个存储区中的一个，编程和擦除操作由硬件实现，无需外部EEPROM。因为有多个接入信道，所以提高了系统速度。芯片采用0.25μm制造工艺，不仅具有80ns的快速读取速度，还具有先进的省电性能。待机和自动省电模式下只有0？33μW功耗，当任一地址线或芯片使能信号保持200ns不变时，将进入自动省电模式。对于功耗要求严格、读取速度要求快的应用，如数字蜂窝电话、汽车导航和全球定位系统、掌上电脑和机顶盒、便携式电脑、个人数字助理、无线通信等领域，都可以大显身手。

2.NAND技术

“与非”

三星、东芝、富士通支持NAND技术闪存。这种结构的闪存适用于纯数据存储和文件存储，主要用作SmartMedia卡、CompactFlash卡、PCMCIA ATA卡和固态硬盘的存储介质，正在成为闪存盘技术的核心。

NAND技术的闪存有以下特点:(1)以页为单位读取和编程，1页为256或512B(字节)；以块为单位擦除，1块为4K、8K或16KB。具有快速编程和快速擦除功能，其块擦除时间为2 msNOR技术的块擦除时间达到几百ms)数据和地址使用同一总线实现串行读取。随机读取很慢，不能按字节随机编程。(3)固态存储器，芯片尺寸小，管脚少，比特成本最低，即将突破每兆1美元的价格限制。(4)芯片包含3~35个失效块(取决于内存密度)。无效块不会影响有效块的性能，但是设计者需要在地址映射表中屏蔽无效块。1999年底，三星研发出全球首款采用1Gb NAND技术的闪存。据说，这种闪存可以存储560张高分辨率照片或32首CD质量的歌曲，它将成为下一代便携式信息产品的理想介质。三星采用了很多DRAM技术，包括首次采用0.15μm的制造工艺来生产这款Flash。量产的K9K1208UOM采用0.18μm工艺，存储容量为512Mb。

超NAND

AMD和富士通***推出的UltraNAND技术被称为高级NAND闪存技术。兼容NAND标准:比NAND技术的可访问性更高；可用于存储代码，使NAND技术的成本优势首次体现在代码存储的应用上；它没有无效块，因此在没有系统级错误检测和纠正功能的情况下，它可以更有效地使用内存容量。

和DINOR技术一样，虽然UltraNAND技术有优势，但NAND技术仍然是当前市场的主流。UltraNAND家族的第一个成员是AM30LV0064，采用0.25μm制造工艺，没有失效块。可实现至少104个擦除周期的无错运行，适用于电信和网络系统、个人数字助理、固态硬盘驱动器等要求高可靠性的场合。正在开发中的AM30LV0128容量达到128Mb，而在AMD的规划中，UltraNAND技术Flas。

3.和技术

而技术是日立的专利技术。日立和三菱***都是闪存支持和技术。而技术和NAND一样，采用了“最完好内存”的概念。目前，它是数据和文档存储领域的又一项重要的闪存存储技术。

日立和三菱采用0.18μm的制造工艺并结合MLC技术，生产出芯片尺寸更小、存储容量更大、功耗更低的512Mb-和闪存。然后利用DDP(双密度封装技术)，在1 TSOP48的封装中堆叠两个512Mb的芯片，形成一个1Gb的芯片。HN29V51211T具有突出的低功耗特性，读取电流2mA，待机电流仅为1μA，同时由于有相同块大小的内部RAM缓冲，与技术不会像其他使用MLC的闪存技术那样严重降低其写入性能。日立利用该芯片制造128MB多媒体卡和2MB PC-ATA卡，用于智能手机、个人数字助理、掌上电脑、数码相机、便携式摄像机、便携式音乐播放器等。

4.从EEPROM衍生而来的闪存

EEPROM灵活性高，可以单字节读写(数据可以直接重写，不需要擦除)，但存储密度低，单位成本高。一些制造商生产另一种以EEPROM作为闪存阵列的闪存，如ATMEL、SST的小扇区闪存和ATMEL的数据闪存。这类器件具有折中EEPROM和NOR技术闪存的性能特点:(1)读写的灵活性不如EEPROM，数据不能直接重写。编程前需要擦除页面，但与NOR技术闪存的块结构相比，其页面尺寸较小，具有快速随机读取、快速编程和快速擦除的特点。(2)与EEPROM相比，具有明显的成本优势。(3)存储密度大于EEPROM，但小于NOR技术闪存。比如小扇区闪存的存储密度可以达到4Mb，而32Mb的DataFlash存储芯片则提供了试用样片。正是因为性能上的灵活性和成本上的优势，这类器件在如今的闪存市场上依然占据一席之地。

小扇区闪存采用并行数据总线和页结构(1页为128或256B)读写页。因此，它具有NOR技术的快速随机读取的优点，而没有其编程和擦除功能的缺点，适用于代码存储和小容量数据存储，广泛用于替代EPROM。

DataFlash存储器是ATMEL的专利产品，采用SPI串行接口，只能轮流读取数据，但有利于降低成本，增加系统的可靠性，减小封装尺寸。主存储区采用页面结构。主存储区和串行接口之间有两个页面大小相同的SRAM数据缓冲区。特殊的结构决定了它有多个读写通道:可以直接从主存储区读取，可以通过缓冲区从主存储区读取或写入，两个缓冲区可以相互读取或写入，主存储区也可以与缓冲区进行数据比较。适用于数据或文件存储应用，如应答机、寻呼机、数码相机等。，可以接受串口，读取速度慢。内存将突破每兆1美元的价格限制，显示其相对NOR技术的价格优势。