軟考計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)筆記：

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存儲(chǔ)器分類：

1、按存儲(chǔ)位置分為內(nèi)存和外存；

2、按存儲(chǔ)材料分為磁存儲(chǔ)（使用磁存儲(chǔ)介質(zhì)）、半導(dǎo)體存儲(chǔ)（分為雙極型和MOS型，根據(jù)數(shù)據(jù)是否需要刷新可以分為靜態(tài)SRAM存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)DRAM存儲(chǔ)器）、光存儲(chǔ)（如光盤）；

3、按工作方式分為讀寫存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM ；RAM讀寫存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息是易失性的，斷電就會(huì)丟失；ROM只讀可以分為ROM、PROM可編程的只讀存儲(chǔ)器、EPROM可擦除可編程存儲(chǔ)器、EEPROM電擦除的可編程存儲(chǔ)器、閃速存儲(chǔ)器（flash memory，簡(jiǎn)稱閃存，介于EPROM 和EEPROM）；

4、按訪問方式分為按地址訪問的存儲(chǔ)器和按內(nèi)容訪問的存儲(chǔ)器；

5、按尋址方式分為隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、順序存儲(chǔ)器SAM、直接存儲(chǔ)器DAM；其中隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM可以對(duì)任何存儲(chǔ)單元讀取數(shù)據(jù)，訪問任何一個(gè)存儲(chǔ)單元的時(shí)間是相同的；順序訪問數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間和數(shù)據(jù)所在位置有關(guān)，磁帶是典型的順序存儲(chǔ)器；直接存儲(chǔ)器是介于隨機(jī)存儲(chǔ)器和順序存儲(chǔ)器之間的尋址方式，磁盤是一種直接存儲(chǔ)器，它對(duì)磁道的尋址是隨機(jī)的，而在一個(gè)磁道內(nèi)則是順序?qū)ぶ?/span>；

6、按信息的可保存性分非永久記憶的存儲(chǔ)器：斷電后信息即消失的存儲(chǔ)器。永久記憶性存儲(chǔ)器：??斷電后仍能保存信息的存儲(chǔ)器。

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RAM（Static RAM，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），不需要刷新電路，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，而且，一般不是行列地址復(fù)用的。但是他集成度比較低，不適合做容量大的內(nèi)存，一般是用在處理器的緩存里面。像S3C2440的ARM9處理器里面就有4K的SRAM用來做CPU啟動(dòng)時(shí)用的。
SRAM其實(shí)是一種非常重要的存儲(chǔ)器，它的用途廣泛。SRAM的速度非常快，在快速讀取和刷新時(shí)能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性。SRAM內(nèi)部采用的是雙穩(wěn)態(tài)電路的形式來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。所以SRAM的電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。制造相同容量的SRAM比DRAM的成本高的多。正因?yàn)槿绱?#xff0c;才使其發(fā)展受到了限制。因此目前SRAM基本上只用于CPU內(nèi)部的一級(jí)緩存以及內(nèi)置的二級(jí)緩存。僅有少量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及路由器上能夠使用SRAM。

DRAM
Dynamic RAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，每隔一段時(shí)間就要刷新一次數(shù)據(jù)，才能保存數(shù)據(jù)。而且是行列地址復(fù)用的，許多都有頁模式。SDRAM是其中的一種。

SDRAM
SDRAM（Synchronous DRAM，同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），即數(shù)據(jù)的讀寫需要時(shí)鐘來同步。其存儲(chǔ)單元不是按線性排列的，是分頁的。
DRAM和SDRAM由于實(shí)現(xiàn)工藝問題，容量較SRAM大。但是讀寫速度不如SRAM。
一般的嵌入式產(chǎn)品里面的內(nèi)存都是用的SDRAM。電腦的內(nèi)存也是用的這種RAM，叫DDR SDRAM，其集成度非常高，因?yàn)槭莿?dòng)態(tài)的，所以必須有刷新電路，每隔一段時(shí)間必須得刷新數(shù)據(jù)。

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存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：

從上往下依次是CPU、高速緩存、主存、外存，可以分為4層結(jié)構(gòu)；存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用高速緩存Cache 可以顯著的提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作速度，但是它并不是功能上必須的部件；

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主存儲(chǔ)器：

簡(jiǎn)稱內(nèi)存、主存，用來存放機(jī)器當(dāng)前運(yùn)行所需的程序和數(shù)據(jù)，以便向CPU提高信息，容量小速度快，如DDR4內(nèi)存條；

主存一般由RAM和ROM兩種工作方式的存儲(chǔ)器組成，絕大部分存儲(chǔ)空間由RAM組成。常見的SDRAM同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器發(fā)展經(jīng)歷 SDR SDRRAM 到 DDR4 RAM;

主存儲(chǔ)器主要由存儲(chǔ)體、控制線路、地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址譯碼電路等部分組成；讀出時(shí)，CPU將要讀出的存儲(chǔ)單元地址送入地址寄存器，經(jīng)過地址譯碼電路分析后選中主存對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，在控制線路的作用下將備選存儲(chǔ)單元的內(nèi)容讀取到數(shù)據(jù)寄存器中，讀操作完成；寫入時(shí)，CPU將要存儲(chǔ)單元的地址送入地址寄存器，經(jīng)地址譯碼線路分析選中主存的對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元，在控制線路作用下將數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容寫入指定的存儲(chǔ)單元中；

主存性能指標(biāo)包括內(nèi)存容量、存儲(chǔ)時(shí)間（從接到讀寫命令到讀寫操作完為止所需要的時(shí)間）、帶寬（即每秒傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)）、可靠性（可靠性用平均鼓掌間隔時(shí)間MTBF來衡量）

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高速緩存：

高速緩存Cache用于對(duì)存儲(chǔ)在主存中，CPU即將使用的數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時(shí)復(fù)制，解決了CPU的速度和性能很高而主存速度較慢的問題，利用程序執(zhí)行的局部性特點(diǎn)（時(shí)間局部性，程序某條指令被執(zhí)行后，后續(xù)可能被再次執(zhí)行；空間局限性是指一旦程序訪問了某個(gè)存儲(chǔ)單元，附近的存儲(chǔ)單元也將被訪問），將速度快而容量有限的靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成Cache 盡可能的發(fā)揮CPU的高速度；

用來存放當(dāng)前最活躍的程序和數(shù)據(jù)，Cache的主要特點(diǎn)是：位于CPU和主存之間，容量小速度快，速度是主存的5到10倍，由快速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器制成；其內(nèi)容是主存局部域的副本，內(nèi)容對(duì)程序員是透明的。

CPU詢問的信息在Cache中則為命中，命中則直接對(duì)Cache存儲(chǔ)器尋址；多級(jí)Cache如下，cpu先查找L1的cache，通常L1容量小速度快

cpu在從cache中讀寫信息時(shí)傳遞的是主存地址，所以需要將主存地址轉(zhuǎn)換成cache存儲(chǔ)器地址，這種地址的轉(zhuǎn)換稱為地址映像，cache的地址映像有直接映像、全相聯(lián)映像、組相聯(lián)映像；其中替換算法是為了使Cache獲得盡可能高的命中率，常見的算法有隨機(jī)替換、先進(jìn)先出算法、近期使用最少算法、優(yōu)化替換算法；

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外存儲(chǔ)器（輔存）

外存儲(chǔ)用來存儲(chǔ)暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)，外存上的數(shù)據(jù)以文件的形式存儲(chǔ)，外存容量大速度慢，CPU不能直接訪問外存中的程序和數(shù)據(jù)，只有將其以文件為單位調(diào)入主存方可訪問，外存儲(chǔ)器主要由磁表面存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器構(gòu)成；

磁盤

存儲(chǔ)器由盤面、驅(qū)動(dòng)器、控制器和接口組成。接口是連接主機(jī)和外存儲(chǔ)器的連接部件，控制器接收主機(jī)命令轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)器的控制命令，驅(qū)動(dòng)磁頭盤面做徑向運(yùn)動(dòng)尋找目標(biāo)磁道位置，驅(qū)動(dòng)盤片穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，控制數(shù)據(jù)的讀寫；

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硬盤

有固態(tài)硬盤SSD、機(jī)械硬盤HDD和混合硬盤，固態(tài)硬盤是閃存顆粒存儲(chǔ)，HDD采用磁性碟片存儲(chǔ)、混合硬盤是兩者集成的。

硬盤的主要技術(shù)指標(biāo)有：

存儲(chǔ)容量，指格式化容量=記錄面數(shù)*每個(gè)記錄面磁道數(shù)*每道的扇區(qū)數(shù)*每個(gè)扇區(qū)數(shù)的字節(jié)數(shù)；

平均訪問時(shí)間，包括平均尋道時(shí)間（磁頭移到目標(biāo)磁道的時(shí)間）+平均等待時(shí)間（目標(biāo)扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下時(shí)間，一般使用磁道旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間的一半做平均等待時(shí)間）；

數(shù)據(jù)傳輸率，指磁頭找到數(shù)據(jù)后單位時(shí)間讀寫字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)傳輸率=每道扇區(qū)數(shù)*每個(gè)扇區(qū)字節(jié)數(shù)*磁盤轉(zhuǎn)速；

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光盤存儲(chǔ)器

一般采用聚焦激光束在盤式介質(zhì)上非接觸式記錄高密度信息的存儲(chǔ)裝置；

光盤存儲(chǔ)器由光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械部件組成，特點(diǎn)是記錄密度高是磁盤的10~100倍、存儲(chǔ)容量大，采用非接觸讀寫，存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)精度要求不高、讀寫速度慢但多通道記錄時(shí)數(shù)據(jù)傳輸率高，光盤易于更換可以做成自動(dòng)還盤裝置；

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USB移動(dòng)硬盤和USB閃存盤

USB移動(dòng)硬盤支持熱插拔，硬盤盒將里面的硬盤數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)成USB數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率與采用的usb接口標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)；

USB閃盤又叫U盤，是使用閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì)的一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備，采用的usb接口標(biāo)準(zhǔn),，具有容量大、速度快、體積小、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，還就有基本型、加密型、啟動(dòng)型等類型；

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云存儲(chǔ)

云存儲(chǔ)是一種服務(wù)，是云計(jì)算概念上發(fā)展出來的，是通過集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)組中大量不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能的一個(gè)系統(tǒng)，所以云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)；

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相聯(lián)存儲(chǔ)器

相聯(lián)存儲(chǔ)器是一種按內(nèi)容訪問的存儲(chǔ)器，其工作原理是將數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的某一部分作為關(guān)鍵字按順序?qū)懭胄畔?#xff0c;讀出時(shí)并行的將該關(guān)鍵字與存儲(chǔ)器中每一單元進(jìn)行比較，找出存儲(chǔ)器中所有與關(guān)鍵字相同的數(shù)據(jù)字，特別適合信息的檢索和更新；

相聯(lián)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如下圖，為提高比較速度，其中比較器數(shù)量應(yīng)很大，進(jìn)行位比較時(shí)應(yīng)每位對(duì)應(yīng)一個(gè)比較器，所以有2的m次方*N位個(gè)，對(duì)于字比較應(yīng)該有2的m次方個(gè)；匹配寄存器用來存儲(chǔ)比較結(jié)果，1為相等，0為不等；

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虛擬存儲(chǔ)器：

在概念上，可以將主存存儲(chǔ)器看做是一個(gè)由若干個(gè)字節(jié)構(gòu)成的存儲(chǔ)空間，每個(gè)字節(jié)（稱為一個(gè)存儲(chǔ)單元）有一個(gè)地址編號(hào)，主存單元的該地址稱為物理地址，當(dāng)需要訪問主存中的數(shù)據(jù)時(shí)，由cpu給出要訪問數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)的單元地址，然后由主存的讀寫控制部件定位對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，對(duì)其進(jìn)行讀寫操作來完成訪問操作。

現(xiàn)代系統(tǒng)提供了一種對(duì)主存的抽象，稱為虛擬存儲(chǔ)，使用虛擬地址的概念來訪問主存。CPU在尋址的時(shí)候，是按照虛擬地址來尋址，然后通過MMU(內(nèi)存管理單元)將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址后訪問主存；。

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虛擬內(nèi)存別稱虛擬存儲(chǔ)器(Virtual Memory)。電腦中所運(yùn)行的程序均需經(jīng)由主存執(zhí)行，若執(zhí)行的程序占用內(nèi)存很大或很多，則會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存消耗殆盡。為解決該主存不夠的問題，Windows中運(yùn)用了虛擬內(nèi)存技術(shù)，即勻出一部分硬盤空間來充當(dāng)內(nèi)存使用。當(dāng)內(nèi)存耗盡時(shí)，電腦就會(huì)自動(dòng)調(diào)用硬盤來充當(dāng)內(nèi)存，以緩解內(nèi)存的緊張。若計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序或操作所需的隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)不足時(shí)，則 Windows 會(huì)用虛擬存儲(chǔ)器進(jìn)行補(bǔ)償。它將計(jì)算機(jī)的RAM和硬盤上的臨時(shí)空間組合。當(dāng)RAM運(yùn)行速率緩慢時(shí)，它便將數(shù)據(jù)從RAM移動(dòng)到稱為"分頁文件"的空間中（頁面調(diào)度算法置換）。將數(shù)據(jù)移入分頁文件可釋放RAM，以便完成工作。 一般而言，計(jì)算機(jī)的RAM容量越大，程序運(yùn)行得越快。若計(jì)算機(jī)的速率由于RAM可用空間匱乏而減緩，則可嘗試通過增加虛擬內(nèi)存來進(jìn)行補(bǔ)償。但是，計(jì)算機(jī)從RAM讀取數(shù)據(jù)的速率要比從硬盤讀取數(shù)據(jù)的速率快，因而擴(kuò)增RAM容量(可加內(nèi)存條)是最佳選擇。

虛擬內(nèi)存是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存管理的一種技術(shù)。它使得應(yīng)用程序認(rèn)為它擁有連續(xù)的可用的內(nèi)存(一個(gè)連續(xù)完整的地址空間)，而實(shí)際上，它通常是被分隔成多個(gè)物理內(nèi)存碎片，還有部分暫時(shí)存儲(chǔ)在外部磁盤存儲(chǔ)器上，在需要時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。目前，大多數(shù)操作系統(tǒng)都使用了虛擬內(nèi)存，如Windows家族的"虛擬內(nèi)存";Linux的"交換空間"等。

虛擬存儲(chǔ)器實(shí)際是一種邏輯存儲(chǔ)器，實(shí)際上是對(duì)物理存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行邏輯化的處理，并將統(tǒng)一的邏輯視圖呈現(xiàn)給用戶，因此用戶在使用的時(shí)，操作的是虛擬設(shè)備，無需關(guān)心底層的物理環(huán)境，從而可以充分利用基于異構(gòu)平臺(tái)的存儲(chǔ)空間，達(dá)到最優(yōu)化的使用效率；

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的软考计算机基础：存储系统的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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