存储器究竟是什么？

存储器是计算机系统中用于存储数据和程序的重要组件，它使得计算机能够在关机后仍然保留信息，并在需要时快速访问这些信息，存储器的种类繁多，各具特色，广泛应用于不同的计算场景中，以下是关于存储器的详细介绍：

1、存储器的基本概念

存储器的定义：存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

存储器的作用：存储器的主要作用是保存信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果。

2、存储器的分类

按存储介质分类

半导体存储器：由半导体组成的存储器，体积小，功率低，存取时间短，但断电后数据会丢失。

磁材料存储器：由磁材料做成的存储器，特点是非易失性，即断电后数据不会消失。

光盘存储器：使用激光在磁光材料上进行读取，特点是非易失性和耐用性好。

按数据存取方式分类

随机存储器（RAM）：可读可写，存取时间与物理位置无关。

只读存储器（ROM）：只能读出，不能写入。

串行访问存储器：必须按照存储单元的物理位置顺序寻址。

按在计算机系统中的作用分类

主存储器（内存）：速度快，容量小，直接与CPU交换数据。

辅助存储器（外存）：速度慢，容量大，用于长期存储数据。

缓冲存储器（缓存）：用于解决CPU与主存速度不匹配的问题。

3、存储器的层次结构

寄存器：速度最快，价格最高。

缓存：设置在CPU中，用于提升数据访问速度。

主存：速度快，容量适中，用于存放当前运行的程序和数据。

辅存：速度慢，容量大，用于长期存储数据。

4、主存储器的组成

存储体（MPS）：由存储单元组成，每个单元包含若干个储存元件。

地址寄存器（MAR）：存放访问寄存器的地址。

地址译码器和驱动器：将地址信号翻译成对应存储单元选择信号。

数据寄存器（MDR）：存放从存储单元中读出的数据或即将写入存储单元的数据。

5、存储器的主要技术指标

存储容量：存储体所包含的存储单元数量。

存取时间（TA）：从接受命令到读出/写入数据的时间。

存储周期（TMC）：两次独立存取操作之间的最短时间。

存取速率：单位时间内主存与外部交换信息的位数。

可靠性：平均故障间隔时间MTBF。

6、高速缓冲存储器（Cache）

设计理念：为了解决CPU与主存速度不匹配的问题。

工作原理：将主存和Cache分成若干块，CPU读取数据时先访问Cache。

命中率：Cache命中是指所需数据在Cache中的情况。

7、只读存储器（ROM）与随机存储器（RAM）

RAM：可读可写，断电后数据丢失。

ROM：只能读出，不能写入，断电后数据保留。

PROM、EPROM、E2PROM：不同种类的可编程ROM。

8、辅助存储器（外存）

硬盘：主要存储媒介之一，由多个碟片组成。

软盘：早期使用的可移动存储介质。

光盘：高密度存储，适用于长期档案存储。

9、存储器的扩展

存储芯片的扩展：通过组合多个存储芯片来增加存储容量。

多级存储系统：通过管理软件和辅助硬件将不同类型存储器有机组合。

10、存储器的未来发展

新型存储技术：如非挥发性存储器（NVM）和相变存储器（PCM）等。

存储密度的提升：通过改进制造工艺和材料科学提高存储密度。

存储器相关FAQs

Q1: 什么是RAM和ROM？

A1: RAM（随机存取存储器）是一种易失性存储器，断电后数据会丢失；而ROM（只读存储器）是一种非易失性存储器，断电后数据仍然保留。

Q2: 什么是Cache？它有什么作用？

A2: Cache（高速缓冲存储器）是一种位于CPU和主存之间的小容量存储器，用于提升数据访问速度，减少CPU等待时间。

Q3: 什么是虚拟存储器？

A3: 虚拟存储器是一种存储管理技术，通过将辅存作为主存的扩展，使程序员可以使用比实际物理内存更大的地址空间。

存储器是计算机系统中不可或缺的组成部分，其性能直接影响计算机的整体效率，了解不同类型的存储器及其特点，有助于优化计算机系统的设计和使用。