计算机存储器指计算机的内部存储区域,以芯片格式和集成电路形式存在。计算机存储器应用于录音机或磁盘。术语“存储器”通常视为物理存储器的简称,作为保留数据的实际可能芯片。有些计算机也使用虚拟存储器,即在硬盘上扩展物理存储器。

 

存储器是计算机的记忆装置,它的主要功能是存放程序和数据。程序是计算机操作的依据,数据是计算机操作的对象。不管是程序还是数据,在存储器中都是用二进制的形式来表示的,并统称信息。

 

在计算机中,存储器容量以字节(Byte,简写为 B)为基本单位,一个字节由 8 个二进制位(bit)组成。存储容量的表示单位除了字节以外,还有 KB、MB、GB、TB(可分别简称为 K、M、G、T,例如,128MB 可简称为 128M)。其中:1KB=1024B,1MB=1024KB,1GB=1024MB,1TB=1024GB。

 

 

计算机存储器的作用

1、启动计算机。计算机从只读存储器(ROM)中加载数据,然后执行通电自检 (POST),确认所有主要的部件都运行正常。作为自检的一部分,存储器控制器会通过一个快速的读 / 写操作来检查所有的存储器地址,以确保存储器芯片中没有错误。读 / 写操作意味着将数据写到一个位上,然后再从该位上读取出来。

 

2、计算机从 ROM 加载基本输入 / 输出系统(BIOS)。BIOS 提供有关存储设备、启动顺序、安全性、即插即用(自动设备识别)功能和其他一些项目的最基本的信息。

 

3、计算机将操作系统从硬盘加载到系统的 RAM 中。通常来说,只要计算机处于开启状态,就会在 RAM 中维护操作系统的关键内容。这样有助于 CPU 立即访问操作系统,从而提高整个系统的性能和功能。

 

4、当您打开某个应用程序时,就会将其加载到 RAM 中。为了节省 RAM,很多应用程序最初只加载程序最基本的部分,然后再根据需要加载程序的其他部分。

 

5、在某个应用程序加载完之后,在该应用程序中打开使用的任何文件将会加载到 RAM 中。

 

6、当您保存某个文件或关闭应用程序时,该文件会被写入到指定的存储设备,然后从 RAM 中清除该文件和应用程序。

 

计算机存储器的主要技术指标

计算机存储器的主要技术指标包括存储容量、存取速度、可靠性、功耗、工作温度范围和体积,其中最重要的是存储容量和存取速度(存取速度用最大存取时间来衡量)。

 

计算机的存储器层次结构

存储器有 3 个主要性能指标速度、容量和每位价格。一般来说、速度越高价位越高、容量越大价位就月底,而且容量越大、速度必定越低。先上一张图来直观的感受下存储器的速度、容量个价位的关系:

 

 

 

正如上图所示,金字塔从上到下速度依次减慢、价格依次降低、容量依次增大。需要说明的是,寄存器通常都制作在 CPU 芯片内。寄存器中的数直接在 CPU 内部参与运算,CPU 内可以有十几个、几十个寄存器,他们的速度最快,价位最高,容量最小。主存用来存放将要参与运行的程序和数据,其速度与 CPU 速度差距比较大,这里所说的速度都是指存取数据的速度,CPU 和寄存器之间的数据存取是非常快的,但是主存的存取速度却要慢得多,一次你,通常在主存和 CPU 之间插入一种比主存速度更快、容量更小的告诉缓冲存储器 Cache。当然,现代计算机也将 Cache 制作在 CPU 内了。

 

  

 

缓存 -- 主存这个层次主要解决 CPU 和主存速度不匹配的问题。由于缓存速度比主存速度高,只要将 CPU 近期要用到的信息调入到缓存,CPU 便可以直接从缓存中获取信息,从而提高访存速度,但是由于缓存的容量小,因此需要不断的将主存中的内容调入缓存,使缓存中原来的信息被替换掉,这就涉及到替换策略,后面会讲到。主存和缓存之间的数据调用时由硬件自动完成的,对程序员是透明的。

 

主存 --- 辅存层次主要是解决存储系统的容量问题。辅助存储器的速度比主存的速度低。而且不能喝 CPU 直接交换信息,但是他的容量很大,几百 G 是很正常的事情。当 CPU 需要用到辅存上的信息时,再将辅存上的信息调入主存,供 CPU 直接访问。主存和辅存之间的数据调动是由硬件和操作系统直接完成的。

 

从 CPU 的角度来看,缓存 --- 主存这一层主的速度接近于缓存,高于主存。在主存 -- 辅存这一层次的不断发展中,逐渐形成了虚拟存储系统,在线合格系统中,程序员编程的地址范围与虚拟存储器的地址空间相对应。例如机器质量地址码为 24 位,则虚拟存储器存储单元的个数可达 16M。可是这个数与主存的实际存储单元的个数相比要大得多,我们称这类指令地址码为虚拟地址或逻辑地址,而把主存的实际地址称为物理地址。

计算机的存储器的分类

1、内部存储器:

内部存储器简称内存,分为只读存储器(Read Only Memory,ROM)和随机存储器(Random Access Memory,RAM)两种。

 

内存大小会直接影响到计算机的运行速度。微型计算机上使用的 RAM 被制作成内存条的形式,一条内存芯片的容量有 128MB、256MB、512MB、1GB、2GB 等不同的规格。

 

2、外部存储器:

外部存储器简称外存,用以存放系统文件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息,它们位于主机范畴之外。常用的外部存储器磁盘存储器、光盘存储器和闪存盘(优盘)。

 

1)硬盘

一个硬盘一般由多个盘片组成,盘片的每一面都有一个读写磁头。硬盘在使用时,读写磁头在盘的中心和边缘之间做径向移动,同时轴心进行转动,从而能够快速地在盘片的双面进行读写数据。

 

硬盘的容量计算方法为:存储容=磁头数&TImes;柱面数&TImes;扇区数&TImes;每扇区字节数。

 

2)光存储器量

光盘和光盘驱动器构成光存储设备,是近年来颇受重视的一种外存设备,光存储器具有存储容量大、读取速度快、价格低、使用方便等优点,使用越来越普及。

 

蓝光(Blu—ray)或称蓝光盘(Blu—ray Disc,BD)利用波长较短(405nm)的蓝色激光读取和写入数据,并因此而得名,用以存储高画质的影音以及高容量的资料。

 

3、按在计算机中的作用分类

按照在计算机系统中的作用不同,存储器主要分为主存储器、辅存储器、缓冲存储器。

 

主存的主要特点是他可以和 CPU 直接交换信息。辅助存储器是主存储器的后援存储器,用来存放当前暂时不用的程序和数据,他不能与 CPU 直接交换信息。两者相比,主存速度快、容量小。每位价格高;辅助存储器速度慢,容量大。每位价格低。缓冲存储器用在两个速度不同的部件中,例如,CPU 与主存之间可设置一个快速缓存,起到缓冲作用。

 

如下是一张存储器的分类图: