对计算机存储器的认识

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1、对计算机存储器的认识存储器是计算机系统的一个重要特征是具有极强的“记忆”能力，能够把大量计算机 程序和数据存储起来。它也是计算机系统内最主要的记忆装置，既能接收计算机内的信息（数 据和程序），又能保存信息，还可以根据命令读取已保存的信息。下面将从存储器的构成、 存储器的分类、存储器的结构以及存储器的性能指标四个方面来谈我对存储器的认识。存储器的构成 构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。存储器中最小的 存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个 CMOS 晶体管或磁性材料的存储元，它可 存储一个二进制代码。由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组 成一个存储器。 一

2、个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节（按 字节编址）。每个存储单元的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。一 个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。 假设一个存储器的地 址码由 20 位二进制数（即 5 位十六进制数）组成，则可表示 2 的 20 次方，即 1M 个 存储单元地址。每个存储单元存放一个字节，则该存储器的存储容量为1MB 。存储器的分类 存储器按功能可分为主存储器（简称主存）和辅助存储器（简称辅存）。主存是相对存 取速度快而容量小的一类存储器，辅存则是相对存取速度慢而容量很大的一类存储器。主存储器，也称为内存储器（简称内存），内存直接与C

3、PU相连接，是计算机中主要的 工作存储器，当前运行的程序与数据存放在内存中。辅助存储器也称为外存储器（简称外存），计算机执行程序和加工处理数据时，外存中 的信息按信息块或信息组先送入内存后才能使用，即计算机通过外存与内存不断交换数据的 方式使用外存中的信息。一个存储器中所包含的字节数称为该存储器的容量，简称存储容量。存储容量通常用KB、MB 或 GB 表示，其中 B 是字节（Byte）,并且 1 KB=1024B, 1MB=1O24KB, 1GB=1O24MB。（1）内存储器现代的内存储器多半是半导体存储器，采用大规模集成电路或超大规模集成电路器件 内存储器按其工作方式的不同，可以分为随机存取

4、存储器（简称随机存储器或RAM）和只读 存储器（简称 ROM）。随机存储器（RAM）允许随机的按任意指定地址向内存单元存入或从该单元取出信息， 对任一地址的存取时间都是相同的。由于信息是通过电信号写入存储器的，所以断电时RAM 中的信息就会消失。计算机工作时使用的程序和数据等都存储在RAM中，如果对程序或数据 进行了修改之后，应该将它存储到外存储器中，否则关机后信息将丢失。通常所说的内存大 小就是指RAM的大小，一般以KB或MB为单位。只读存储器（ROM）是只能读出而不能随意写入信息的存储器。ROM中的内容是由厂家 制造时用特殊方法写入的，或者要利用特殊的写入器才能写入。当计算机断电后，ROM

5、中的 信息不会丢失。当计算机重新被加电后，其中的信息保持原来的不变，仍可被读出oROM适 宜存放计算机启动的引导程序、启动后的检测程序、系统最基本的输入输出程序、时钟控制 程序以及计算机的系统配置和磁盘参数等重要信息。（2）外存储器PC 常用的外存是软磁盘（简称软盘）和硬磁盘（简称硬盘），目前，光盘的使用也越来 越普及。下面是常用的三种外存：软盘：目前计算机常用的软盘按尺寸划分有5.25英寸盘（简称5 寸盘）和3.5英寸盘 （简称3 寸盘）。软盘记录信息的格式是：将盘片分成许多同心圆，称为磁道，磁道由外向内顺序编号， 信息记录在磁道上。另外，从同心圆放射出来的若干条线将每条磁道分割成若干个扇区

6、，顺 序编号。这样，就可以通过磁道号和扇区号查找到信息在软盘上存储的位置，一个完整的软 盘存储系统是由软盘、软盘驱动器和软驱适配卡组成。软盘只能存储数据，如果要对它进行读出或写入数据的操作，还必须有软盘驱动器。 软盘驱动器位于主机箱内，由磁头和驱动装置两部分组成。磁头用来定位磁道，驱动装置的 作用是使磁盘高速旋转，以便对磁盘进行读写操作。软驱适配卡是连接软盘驱动器与主板的 专用接口板，通过34 芯扁平电缆与软盘驱动器连接。硬盘：从数据存储原理和存储格式上看，硬盘与软盘完全相同。但硬盘的磁性材料是 涂在金属、陶瓷或玻璃制成的硬盘基片上，而软盘的基片是塑料的。硬盘相对软盘来说，主 要是存储空间比较

7、大，现在的硬盘容量已在160GB以上。硬盘大多由多个盘片组成，此时， 除了每个盘片要分为若干个磁道和扇区以外，多个盘片表面的相应磁道将在空间上形成多个 同心圆柱面。通常情况下，硬盘安装在计算机的主机箱中，但现在已出现多种移动硬盘。这种移动硬 盘通过USB接口和计算机连接，方便用户携带大容量的数据。光盘：随着多媒体技术的推广，光盘以其容量大、寿命长、成本低的特点，很快受到人 们的欢迎，普及相当迅速。与磁盘相比，光盘的读写是通过光盘驱动器中的光学头用激光束 来读写的。目前，用于计算机系统的光盘有三类：只读光盘（CD-ROM）、一次写入光盘（CD-R） 和可擦写光盘（CD-RW）o存储器的层次结构按

8、照与 CPU 的接近程度，存储器分为内存储器与外存储器，简称内存与外存。内 存储器又常称为主存储器（简称主存），属于主机的组成部分；外存储器又常称为辅 助存储器（简称辅存），属于外部设备。 CPU 不能像访问内存那样，直接访问外存， 外存要与 CPU 或 I/O 设备进行数据传输，必须通过内存进行。在 80386 以上的高档微 机中，还配置了高速缓冲存储器（ chache ），这时内存包括主存与高速缓存两部分。 对于低档微机，主存即为内存。把存储器分为几个层次主要基于下述原因：（1）合理解决速度与成本的矛盾， 以得到较高的性能价格比。 半导体存储器速度快， 但价格高，容量不宜做得很大，因此仅用

9、作与 CPU 频繁交流信息的内存储器。磁盘存 储器价格较便宜，可以把容量做得很大，但存取速度较慢，因此用作存取次数较少， 且需存放大量程序、原始数据（许多程序和数据是暂时不参加运算的）和运行结果的 外存储器。计算机在执行某项任务时，仅将与此有关的程序和原始数据从磁盘上调入 容量较小的内存，通过 CPU 与内存进行高速的数据处理，然后将最终结果通过内存再 写入磁盘。这样的配置价格适中，综合存取速度则较快。为解决高速的 CPU 与速度相对较慢的主存的矛盾，还可使用高速缓存。它采用速 度很快、价格更高的半导体静态存储器，甚至与微处理器做在一起，存放当前使用最频繁的指令和数据。当CPU从内存中读取指令

10、与数据时，将同时访问高速缓存与主存。 如果所需内容在高速缓存中，就能立即获取；如没有，再从主存中读取。高速缓存中 的内容是根据实际情况及时更换的。这样，通过增加少量成本即可获得很高的速度。 （2）使用磁盘作为外存，不仅价格便宜，可以把存储容量做得很大，而且在断电时 它所存放的信息也不丢失，可以长久保存，且复制、携带都很方便。存储器的性能指标：（1）存储器容量存储器容量是指存储器可以容纳的二进制信息总量，即存储信息的总位（Bit）数。设 微机的地址线和数据线位数分别是p和q,则该存储器芯片的地址单元总数为2p，该存储器 芯片的位容量为2p X q。例如：存储器芯片6116，地址线有11根，数据线

11、有8根，则该 芯片的位容量是：位容量=211 X8 = 2048 X8 = 16384位存储器通常是以字节为单位编址 的，一个字节有8位，所以有时也用字节容量表示存储器容量，例如上面讲的6116芯片的 容量为2KB，记作2K X8,其中：1KB = 1024B（Byte）=1024 X8 =8192位存储器容量越大， 则存储的信息越多。目前存储器芯片的容量越来越大，价格在不断地降低，这主要得益于大 规模集成电路的发展。（2）存取速度存储器的速度直接影响计算机的速度。存取速度可用存取时间和存储周期这两个时间参 数来衡量。存取时间是指CPU发出有效存储器地址从而启动一次存储器读写操作，到该读写 操

12、作完成所经历的时间，这个时间越小，则存取速度越快。目前，高速缓冲存储器的存取时 间已小于5ns。存储周期是连续启动两次独立的存储器操作所需要的最小时间间隔，这个时 间一般略大于存取时间。（3）可靠性存储器的可靠性用MTBF（MeanTimeBetween Failures）平均故障间隔时间来衡量，MTBF 越长，可靠性越高，内存储器常采用纠错编码技术来延长MTBF以提高可靠性。（4）性能/价格比 这是一个综合性指标，性能主要包括上述三项指标存储容量、存储速度和可靠性。对不同 用途的存储器有不同的要求。例如，有的存储器要求存储容量，则就以存储容量为主；有的 存储器如高速缓冲器，则以存储速度为主。现在普遍通用的存储器参考文献1、计算机组成原理第二版，唐硕飞编著，高等教育出版社，2008.12、计算机组成原理习题与解析B级，文德雄 李向饶编著，清华大学出版社，2006.12