存储器的分类

从与CPU的关系看，可分为内存和外存

• 内存：通常由半导体存储器构成，它直接与CPU的外部总线相连，是计算机主机的组成部分。用来存放当前正在执行的数据和程序。
• 外存：通过接口逻辑电路与主机相连接，是作为计算机的外部设备来配置的。外存用来存放暂时不用的那些程序和数据，使用时必须先调入内存才能执行。

从存储介质来分

• 半导体存储器：采用超大规模集成电路工艺制作，分为随机存储器和只读存储器两大类。具有速度快、体积小、功耗低和可靠性高等优点，在计算机中主要用做高速缓存和主存。
• 磁表面存储器：基于电-磁转化的原理实现。主要分为硬盘、软盘、磁带存储器等。具有容量大、价格低、可长期保存信息的优点，但速度比半导体存储器慢。 硬盘用作外存，软盘和磁带存储器已经不用或很少使用了。
• 光盘存储器：利用光学原理实现。分为只读、可写一次、可重写三大类。具有抗干扰好、容量大、价格低、可长期保存信息（比硬盘存储时间长得多，可达几十年）的优点，但容量比硬盘小，速度也不如硬盘快。用作外存

按照存取方式来分

• 随机存储器RAM：CPU可以直接编址访问的存储器。分为静态RAM和动态RAM。静态RAM（SRAM）比较稳定，读写速度快，容量小，功耗大，用作高速缓存Cache；动态RAM（DRAM）容量大，用作主存（内存条）。缺点是掉电后，RAM中的信息全失。
• 只读存储器ROM：用户在使用时只能读出信息，不能写入新的信息，存储信息断电后不会丢失。可编程只读存储器（PROM）:一次写入后无法修改，非易失，可靠性高。掩膜只读存储器（MROM）：非易失，可靠性高，无法修改。可擦可编程只读存储器（EPROM）：非易失，可靠性高，可擦写可编程，需要专用的电路来实现。闪存 Flash Memory ：非易失，可靠性高，无需专用电路即可在线擦除及编程，速度不够快。
• 直接存取存储器：又称半顺序存储器，信息是按块存放的，读/写时也是按块进行的，磁盘和光盘就属于直接存取存储器。访问磁盘时先将磁头直接移动到一个小区域（磁道），再对这个小区域顺序存取。磁盘存储器访问信息的时间和信息的位置有关，一般用平均访问时间表示。
• 相联存储器：是一种按内容访问的存储器。迅速找到要访问的区域，由于价格高，相联存储器只用在需要高速查找的特殊场合。

按照存取作用来分

• 高速缓存（Cache）：存放CPU在当前一小段时间内立刻要使用的程序和数据。
• 主存：存放CPU当前运行的程序和数据。CPU可以直接编程访问的存储器
• 辅助存储器：不可以直接编程访问。存放CPU当前暂不使用的大量程序和数据。

按照保存信息的时间来分

• 永久性存储器：只读存储器、磁盘存储器、光盘存储器和U盘存储器都是永久性存储器。
• 非永久性存储器：在断电后存储器中保存的信息会丢失，随机存储器就属于非永久性存储器。

层次结构

程序的局部性原理：程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对集中的，这使得在一个小的时间段内，访存将集中在一个局部区域。利用这个原理，可将马上要用到的信息存放到CPU优先访问的高速小容量存储器Cache中，暂时不同的信息放到容量较大，速度较慢的存储器 主存 中，从而实现提高存储系统速度和容量的目的

容量大、速度快、成本低

存储器的主要技术指标

存储容量：用存储单元数×字长表示，如1M×16位、2G×8位， 16GB 。

存储速度：Cache和主存：使用存储周期来衡量存储速度。指连续访问存储器时完成一次读/写操作需要的时间。磁盘和光盘：由于存储信息的时间和信息位置有关，只能用平均存取时间来衡量存储速度。

数据传输率（访存带宽）：单位时间访问存储器读/写的数据量。 == > 访存频率（存储周期的倒数） * 存储单元字长

存储器的价格：存储每位二进制数的成本

主存储器容量的扩充

位扩展：把多个存储芯片组成一个整体。使得数据位数增加，但单元个数不变。

• 所需芯片数：系统存储器单元字长除以芯片单元字长
• 连线方法：各芯片的地址线并联到地址总线；片选并联；读写并联；不同芯片的数据线连在总线的不同位上。

字扩展：把多个存储芯片组成一个整体。使得单元个数增加，但数据位数不变。

• 所需芯片数：系统存储器单元数除以芯片单元数
• 连线方法：各芯片的数据线并联到数据总线；读写并联；不同芯片的地址线连在地址总线的低位上；地址总线的高位经译码后连接到各芯片的片选上。
• 1K = 1024B = 210 所以 512K = 219 扩展到 2M = 2 * 1024K = 2 * 2 *512K = 2**21

字位同时扩展：把多个存储芯片组成一个整体。使得单元个数增加，数据位数也增加

• 所需芯片数：系统存储器容量除以 芯片容量
• 连线方法：按扩展要求对芯片分组，每组芯片数等图存储器单元字长除以芯片单元字长。所分的组数等于系统存储器单元数除以芯片单元数。
• 组内连接同 ：位扩展；组外连接同：字扩展

提高存储系统性能的技术

高速缓存Cache：原因：CPU和主存储器的速度不匹配。依据：程序的局部性原理

• 地址映像：Cache和主存地址之间的逻辑对应关系

  • 直接映像：主存中的一块只能映射到Cache的一个特定块中

    • 分块方法

      • 主存和Cache分成相同大小的数据块
      • 主存容量应是Cache容量的整数倍，将主存空间按照Cache的容量分成组，主存中每组中的块数与Cache的总块数相等。
      • 主存中某组的一块只能存入Cache中块号相同的位置。

  • 全相联映像：主存中的任意一块可以映射到Cache中的任意一块

    • 分块方法：

      • 主存和Cache分成相同大小的数据块
      • 主存中某一块可以存入Cache中任意一块空间

  • 组相联映像：主存的组到Cache组之间采用直接映射方式，在两个对应的组内采用全相联映射方式

    • 分块方法：

      • 主存和Cache分成相同大小的数据块
      • 主存和Cache都要分组
      • 主存容量应该是Cache容量的整数倍，主存中每一组的块数和Cache的组数相等
      • Cache分组时，如果每组包含N块，则叫做N路组相联映像，一般是2的整数次幂。

  • 三种映像方式的比较

• Cache的读写过程

  • 读操作：CPU发出访问地址

    • 命中？

      • 是 ：访问Cache取出信息送CPU

      • 否：访问主存取出信息送CPU

      • Cache满？

        • 否：将新的主存块调入Cache中
        • 是：执行替换算法腾出空位

  • 写操作：

    • 写回法：执行写操作时只写入Cache，并做标志，替换时才一次写入主存。这种方式复杂，不能保持主存和Cache的一致性，但速度快。
    • 直达法：在写入Cache的同时也写入主存，这种方式简单，可保持主存和Cache的一致性，但速度慢

  • 替换算法：对直接映像来说，发生冲突时，要替换的块是固定的，不需要替换算法。对全相联和组相联映像，要替换的块是可选的，需按一定的算法进行。常用算法：随机算法，先进先出算法，近期最少使用算法

虚拟存储器：全相联映像方式、LRU替换算法、读写过程：写操作是写回法

• 类型

  • 页式虚拟存储器
  • 段式虚拟存储器
  • 段页式虚拟存储器

并行存储器

• 并行性是指在同一时刻或同一时间段完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。
• 基本思想：通过重复设置硬件为代价，实现并行存取来换取速度的提高
• 常见的并行存储器：双端口存储器，多体并行存储器，相联存储器。

外存储器

存储容量大，价格低，可长期保存信息

硬盘

• 特点：非易失，非破坏性读出，不能随机访问，需要复杂的寻址定位系统，需要比较复杂的校验技术

• 组成：磁盘片，硬盘驱动器，硬盘控制器。

• 技术指标

  • 记录密度：磁盘单位面积上可以存储的二进制数位

    • 道密度：半径方向上单位长度的磁道个数
    • 位密度：磁道上单位长度存储二进制数的位数
    • 磁道数 = 信息区宽度 * 道密度 = 信息区宽度 / 道间距 = （（信息区外径-信息区内径）/2 ）*道密度

  • 存储容量

    • 非格式化容量：指磁盘上一共能存储的二进制数，包括有效数据、校验数据和各种标志信息 。

      • 非格式化容量 = 内磁道位密度 * 内磁道周长 * 磁道数/面 * 面数

    • 格式化容量：可以存放的有效数据的二进制位数

      • 磁道数/面 = 道密度*（外半径-内半径）

    • 一般，格式化容量大约是非格式化容量的70%，而硬盘标注的容量是指格式化的容量。

  • 平均寻址时间

    • 指磁头找到数据区的时间，包括平均寻道时间和平均等待时间
    • 平均寻道时间：磁头移动到指定磁道的平均时间，用最小寻道时间加最大寻道时间除以2计算，一般为几毫秒
    • 平均等待时间：和磁盘的转速有关，一般是磁盘旋转半圈的时间

  • 数据传输率

    • 指：磁头单位时间读/写的数据量
    • 数据传输率 = 位密度 * 磁道上一点的线速度 = 位密度 * 磁道周长转速 =道容量转速

  • 磁盘Cache容量

  -
  

光盘存储器

• 特点：存储容量大，可靠性高，能长期保存信息

• 组成：

  • 光盘控制器，用于接受主机的命令和控制光盘驱动器的工作
  • 光盘驱动器：用于对光盘上的数据进行读写
  • 光盘

• 类型

  • 存取方式：只读型，一次可写型，可擦写型
  • 存储的信息方式

U盘

• 特点：速度快，体积小，重量轻，功耗低，可靠性高，携带方便

• 组成

  • 闪存芯片：存储数据
  • 主控芯片：对U盘管理，实现和主存的数据交换
  • 时钟源：用来产生主控芯片工作及数据交换时的同步用的时钟信号

固态硬盘存储器

• 简称，固盘

• 特点：读写速度快，防震性能好，低功耗，无噪音，工作的温度范围大，体积小，重量轻

• 组成

  • 闪存阵列芯片：存储数据
  • 控制芯片：对固态硬盘的工作进行管理
  • 缓存芯片：用于辅助控制芯片工作，暂存读出和写入的数据

• 采用SATA接口，比USB接口快

计算机硬件基础——第七章：存储系统相关推荐

1. 计算机硬件基础第七章（未完成版）

   一.简答题(20分) 1.归纳总结CPU和外设交换数据的传送方式的优缺点. 1.程序查询方式 优点: 当计算机工作任务较轻或CPU不太忙时,程序拆线呢输入输出传送方式能较好地协调外设与CPU之间的定时 ...

2. 计算机应用基础第七章自测题,计算机应用基础 第七章.doc

   计算机应用基础 第七章 第七章自测题 1．HTML是指( ). A．超文本标记语言 B．超文本文件 C．超媒体文件 D．超文本传输协议 2．Internet中URL的含义是( ). A．统一资源定位器 ...

3. 计算机硬件音频,浅析计算机硬件基础 第9章(音频和视频设备).ppt

   浅析计算机硬件基础 第9章(音频和视频设备) * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第9章 音频与视频设备 音频适配器 音 ...

4. 如果用户计算机已接入,计算机应用基础第七章复习题.doc

   计算机应用基础第七章复习题 计算机应用基础第七章复习题 一.单项选择题 ? 1.计算机网络的主要目的是 . ? A．使用计算机更方便 B．学习计算机网络知识 ? C．测试计算机技术与通信技术结合的效果 ...

5. β射线与哪些物质可产生较高的韧致辐射_北京大学-应用化学基础-第七章 放射性与辐射防护课件.ppt...

   北京大学-应用化学基础-第七章 放射性与辐射防护课件 G-M管主要有圆柱型和钟罩型两种. 圆柱型主要用于?射线测量,而钟罩型由于有入射窗,主要用于?,?射线的测量. 7.4.1 自熄G-M计数管的典型 ...

6. 计算机应用基础第七章自测题,计算机应用基础习题第七章.doc

   计算机应用基础习题第七章 第7章 如何使用 WinRAR 快速压缩当您在文件上点右键的时候,您就会看见图 中的部分就是 WinRAR 在右键中创建的快捷键. ? 图 右键菜单 想压缩文件的时候,在文件 ...

7. java第七章jdbc课后简答题_jsp编程基础第七章习题

   第七章数据库访问 一.选择题 1．下面哪一项不是JDBC的工作任务?() A)与数据库建立连接B)操作数据库,处理数据库返回的结果 C)在网页中生成表格D)向数据库管理系统发送SQL语句 2．下面哪一 ...

8. 计算机图形学基础第七章ppt,计算机图形学 -第七章讲义ppt课件

   <计算机图形学 -第七章讲义ppt课件>由会员分享,可在线阅读,更多相关<计算机图形学 -第七章讲义ppt课件(54页珍藏版)>请在人人文库网上搜索. 1.第七章 三维观察,本 ...

9. php 安全基础 第七章 验证与授权 密码嗅探

   7.2. 密码嗅探 尽管攻击者通过嗅探(察看)你的用户和应用间的网络通信并不专门用于访问控制,但要意识到数据暴露变得越来越重要,特别是对于验证信息. 使用SSL可以有效地防止HTTP请求和回应不被暴露 ...

10. php 安全基础 第七章 验证与授权 永久登录

    7.4. 永久登录 永久登录指的是在浏览器会话间进行持续验证的机制.换句话说,今天已登录的用户明天依然是处于登录状态,即使在多次访问之间的用户会话过期的情况下也是这样. 永久登录的存在降低了你的验证机 ...

最新文章

1. HashSet、TreeSet和LinkedHashSet
2. C语言用循环写出新年祝福语图案,非常漂亮的新年祝福!C语言实现漂亮的烟花效果...
3. 国科大高级人工智能笔记1-搜索
4. 统计字符串中出现最多的单词和次多的单词
5. org.springframework.dao.InvalidDataAccessApiUsageException
6. 【电脑帮助】解决Wind10系统桌面没有“我的电脑”图标的问题
7. SylixOS USB Gadget层介绍
8. 记录一次不同接口之间并发导致的生产问题
9. 一个网卡设备配置两个不同网段的IP地址
10. DispatcherServlet服务调度
11. JavaScript表单编程
12. 机器学习实战 KNN实战
13. Linux文件系统和磁盘分区
14. 2022年信息安全工程师考试知识点：信息系统安全测评
15. 苹果12可以双开微信吗 iPhone 12双开微信教程「iphone技巧」
16. 【牛客网】马三来刷题之最大差值
17. 原创超简单代码(1.18.50)
18. Redis及可视化工具安装
19. Photoshop——切图小技巧
20. Discuz提速优化技巧

热门文章

1. AM335x开发环境搭建 基于MYD-AM335x开发板 超详细
2. FPGA源同步时钟输出
3. 滑铁卢大学计算机科学双录取,林顿学子获滑铁卢大学劳里埃大学双录取Offer！...
4. 怎么批量将DWG文件转换PDF文件
5. 网站改造为百度智能小程序教程，适合所有网站封装
6. Activiti工作流表之间的关系
7. Lintcode A+B问题
8. 股市修仙传：群魔乱舞之仙人跳！
9. 什么是DNS域名解析
10. 全国计算机二级12月福建报名时间,2020年12月福建计算机二级考试报名时间安排...