存储器及虚拟存储器技术

文章目录

存储器
读和写
RAM &ROM
分级存储
主存储器
存储容量
辅助存储器
Cache的出现
虚拟存储技术

存储器

存储器又被称为主存储器，它是微型计算机的存储和记忆装置，用以存放数据和程序。

读和写

CPU对内存的操作有两种：读和写。读操作是CPU将内存单元的内容写入CPU内部，而写操作时CPU将其内部消息传送到内存单元保存起来。内存又分为RAM（Random Access Memory, 随机访问存储器）和ROM(Random Only Memory, 只读存储器)。

RAM &ROM

RAM也被成为读写存储器，用来临时存放程序和数据，电源掉电时信息丢失，是一种易失性的存储器。Rom工作时只能读不能写，电源掉电时信息不会丢失，是一种非易失性的存储器。
输入/输出设备通过输入/输出接口与系统总线相连，外存也是一种输入/输出设备。程序和数据都以二进制形式存放在存储器中。程序一般按照指令在存储器中的存放顺序执行，碰到转移指令则转向目标地址执行。开机时首先运行ROM中的引导程序，由引导程序将外存中的操作系统装入RAM中运行，之后的操作系统管理微型计算机运行。

分级存储

存储器是用来存放数据和程序的部件。为了满足存储容量和存取速度的需要，存储器一般采用分级存储方式。即速度较高的半导体软存储器成为内存，也成为主存储器。而用容量较大，存取速度相对较低的磁表面存储器或光盘存储器作为外存储器，也称为辅助存储器。

主存储器

主存储器用来存放计算机当前执行的程序和需要使用的数据，它的存取速度快，CPU可以直接对它进行访问。主存储器主要由半导体器件组成，分为RAM和ROM两类。主存储器包括存储体、地址寄存器、选址部件、数据缓冲寄存器以及读写控制电路等基本部件，其中存储体是存放信息的实体，把它分为若干个存储单元，每个存储单元存放一串二进制数。为了能够区分存储器中的不同单元，按照一定的顺序对他们进行编号，这些编号就称为存储地址，简称地址。

存储容量

存储器包含的存储单元总数称为存储容量，它由CPU的地址总线根数决定。

辅助存储器

辅助存储器作为主存储器的后备和补充而被人们广泛使用的存储设备，它的特点是存储容量大、成本低、可脱机保存信息，主要用于存放不是当前正在运行的程序和用到的数据。由于辅助存储器的存取周期比主存储器长，不直接和CPU交换数据，而是先与各存储器成批教官数据，然后再由主存储器与CPU通信，因此它属于主机的外部设备，简称外存。在微型计算机中，常见的辅助存储器有软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器以及闪存。

Cache的出现

由于主存储器的读写速度对系统的性能有很大影响，近年来，随着CPU时钟频率的不断提高，存储器的存取速度越发成为整个系统性能提升的瓶颈。为了解决这一问题，开发出了采用高速双极性RAM作为主存储器，它的存取时间为十几或几十个纳秒（ns），可以与CPU的速度相匹配，但这种RAM的体积较大，价格昂贵。因此，目前解决这一问题的较好方案是采用Cache技术。Cache即高速缓冲存储器，它是位于CPU和主存储器之间规模较小但速度很高的存储器，保存主存储器中一部分内容的拷贝，当主机读写数据时，首选访问Cache，只有在Cache中不含有所需要的数据时，CPU才会去访问主存，从而很好解决了CPU和主存之间速度匹配问题。目前的CPU产品中大多都将Cache集成在CPU内部。

虚拟存储技术

随着程序存储容量的增加和多用户、多任务操作系统的出现，主存的容量往往已不能满足程序所需存储容量的需要。为此，引入了虚拟存储器（简称虚存）技术。虚拟存储器是一种由价格较高、速度较快、容量较小的主存储器和一个价格低廉、速度较慢、容量巨大的辅助存储器组成的多层次存储，在系统软件和辅助硬件的管理下就像一个单一的、可直接访问的大容量存储器，以透明的方式为用户程序提供一个远大于主存容量的存储空间。