電腦數(shù)據(jù)存貯器

存儲器電腦數(shù)據(jù)存貯器01簡介第二級存儲器第一級存儲器第三級存儲器目錄03020405存儲器的特性使用電源基本存儲技術(shù)目錄0706基本信息電腦數(shù)據(jù)存貯器，也稱存儲器或內(nèi)存或記憶體，主要用于存放供執(zhí)行的指令，計(jì)算或處理的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果等信息。簡介簡介存儲器通常指的是半導(dǎo)體存儲器隨機(jī)存取存儲器，特別是動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(Dynamic-RAM)。存儲器是速度快但只能暫時(shí)存儲數(shù)據(jù)的設(shè)備。歷史上，存儲器被稱為主存、內(nèi)部存儲器，存儲設(shè)備被認(rèn)為是第二級存儲設(shè)備、外部存儲器。然而在中國內(nèi)地的智能中，通常用“內(nèi)存”指代第二級儲存裝置，RAM被稱作“運(yùn)存”。有許多不同的存儲設(shè)備已被發(fā)明。到當(dāng)前為止，任何一種存儲設(shè)備都有其缺點(diǎn)，因此一臺電腦通常都有好幾種不同種類的存儲設(shè)備，每一種都有其特別的功能。電腦使用二進(jìn)制來處理數(shù)據(jù)。文件、數(shù)字、圖形、影音，或是其他數(shù)據(jù)都可以用一串比特來表示，每一個(gè)比特的值不是一就是零。最常見的存儲單位是字節(jié)，一字節(jié)等于八比特。一份數(shù)據(jù)可以被任何具有足夠容量去容納該數(shù)據(jù)大小的電腦所處理。傳統(tǒng)上，一部電腦最重要的組件是中央處理器(CPU)，因?yàn)樗?fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行所有計(jì)算，并且控制電腦內(nèi)其他所有組件。中央處理器包含兩個(gè)部分:控制單元以及算術(shù)邏輯單元(ALU)。前者控制數(shù)據(jù)在中央處理器及存儲器之間的流動。后者處理數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算。如果沒有足夠的存儲器，電腦將只能進(jìn)行固定的工作而且立刻將結(jié)果輸出。這在計(jì)算機(jī)及數(shù)字信號處理是可接受的。馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)機(jī)器擁有足夠的存儲器去存儲正在運(yùn)行的指令集以及數(shù)據(jù)。結(jié)果使電腦不用為了運(yùn)行一個(gè)新的程序而改變硬件的配置，使程序設(shè)計(jì)變得簡單，大部分的電腦都是馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)。第一級存儲器第一級存儲器第一級存儲器(又稱主存或內(nèi)部存儲器)，通常簡稱為存儲器，這層的存儲器與中央處理器直接連通，中央處理器會不斷讀取存儲在這里的指令集，并在需要時(shí)運(yùn)行這些指令集。歷史上，早期的電腦使用延遲線，威廉士管作為主要的存儲器。在1954年，磁芯存儲器被開發(fā)出來大幅取代了上述不太穩(wěn)定的方法。磁芯存儲器維持優(yōu)勢至1970年代，此時(shí)集成電路技術(shù)的進(jìn)步，使得半導(dǎo)體存儲器在價(jià)格上變得便宜而有競爭力。這使得現(xiàn)代化的隨機(jī)存取存儲器(RAM)被制造出來。該款存儲器的重量輕，尺寸小，然而十分昂貴。(這種存儲器被用來做成第一級存儲器，同時(shí)它也是易失性存儲器，意思就是當(dāng)電力不再供應(yīng)時(shí)，存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)就會消失)。在第一級存儲器的內(nèi)部除了主存，也就是隨機(jī)存取存儲器外，還分有兩個(gè)或兩個(gè)以上的子層:主存藉存儲器總線與中央處理器連接。有兩種不同的總線：總線以及數(shù)據(jù)總線。一開始中央處理器藉位置總線發(fā)送數(shù)字，這數(shù)字就是存儲器位置，其指出數(shù)據(jù)的位置。然后中央處理器用數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭搿４送?，?nèi)存管理單元(MMU)是一種介于中央處理器跟主存的設(shè)備，用來重新計(jì)算存儲器位置，例如提供虛擬。第二級存儲器第二級存儲器第二級存儲器(又稱外部存儲器或輔助存儲器)，和第一級存儲器不同的是，第二級存儲器和中央處理器并沒有直接連通，電腦經(jīng)常使用存儲器的I/O通道來與之連接。第二級存儲器使用數(shù)據(jù)緩沖器來將數(shù)據(jù)發(fā)送至第一級存儲器。在不供應(yīng)電源的情況下，第二級存儲器的數(shù)據(jù)仍然不會消失—這表示它是非易失性的?，F(xiàn)今的電腦，硬盤被廣泛地做為第二層存儲器，硬盤訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間大約是幾千分之一秒，或是幾個(gè)毫秒。然而，隨機(jī)存取存儲器訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間僅有幾十億分之一秒，或是幾個(gè)納秒。硬盤的速度只有存儲器訪問速度的百萬分之一。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲于碟片時(shí)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到區(qū)塊可降低遲滯時(shí)間，提升效率，這樣的話需要外部存儲器算法。連續(xù)訪問和區(qū)塊訪問的速度比隨機(jī)存取要快得多，所以許多尖端的存儲器都在開發(fā)更有效率的算法來運(yùn)行連續(xù)訪問或區(qū)塊訪問。一個(gè)突破I/O瓶頸的方法是使用多重磁盤，可以增加第一級與第二級存儲器之間的帶寬。這里枚舉一些第二級存儲器的例子：閃存(例如U盤)，軟盤，磁帶，紙帶，打孔卡，RAMdisk，ZipDrive。第二級存儲器通常被設(shè)計(jì)成匹配文件系統(tǒng)的格式，這使得數(shù)據(jù)可以存儲在目錄和電腦文件內(nèi)。大部分的操作系統(tǒng)使用了虛擬內(nèi)存的概念，第一級存儲器的物理容量雖然不變，但可以藉挪用第二級存儲器的空間來增大第一級存儲器的容量。第三級存儲器第三級存儲器第三級存儲設(shè)備或第三級存儲器

，這是指可直接插入或自電腦拔除的存儲設(shè)備；里面的數(shù)據(jù)在被使用前通常都會復(fù)制到第二級存儲器內(nèi)。該款存儲器的訪問速度比第二級存儲器要慢得多(5–60秒vs.1–10毫秒)。該款存儲器的優(yōu)勢在于其擁有龐大的存儲空間，典型的例子包含磁帶柜和光學(xué)記錄庫。存儲器的特性易失性讀寫性訪問法定址法容量性能010302040506存儲器的特性易失性1.非易失性存儲器數(shù)據(jù)在電源不供電的狀態(tài)下仍能保存。這適用于須長期使用的數(shù)據(jù)。2.易失性存儲器數(shù)據(jù)需要有持續(xù)不斷的電力才能保持。當(dāng)前訪問速度最快的存儲器是屬于易失性的。因?yàn)榈谝患壌鎯ζ餍枰獦O快的速度，所以采用易失性存儲器。2.1動態(tài)隨機(jī)存取存儲器一種易失性存儲器，數(shù)據(jù)需要每隔一段時(shí)間就重新讀取或重新寫入，否則數(shù)據(jù)將會消失。2.2靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器一種類似DRAM的存儲器。不同的是在電力持續(xù)供應(yīng)的狀態(tài)下，它不用被重新寫入或是讀取數(shù)據(jù)(如果沒有電力來支持，數(shù)據(jù)還是會消失)。讀寫性可讀寫的存儲器它允許數(shù)據(jù)在任一時(shí)間被改寫。如果一臺電腦的第一級存儲器不是可讀寫的(至少要有一定數(shù)量的第一級存儲器是可讀寫的)，那這臺電腦將無法運(yùn)行各種任務(wù)。而第二級存儲器也有許多是可讀寫的。只讀存儲器存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)通常不會變，但有時(shí)允許數(shù)據(jù)寫入(WriteOnceReadMany)這種存儲器也被叫做不可變存儲器，主要備用在第三級跟離線存儲器上，例如CD-ROM以及CD-R?？焖僮x取低速寫入存儲器例如CD-RW和閃存。訪問法隨機(jī)存取在任何的時(shí)間，任何的位置都可以被訪問。這適合第一級與第二級存儲器。循序訪問要訪問的信息依照順序來訪問，一個(gè)接著一個(gè)；訪問時(shí)間長短取決于哪一項(xiàng)數(shù)據(jù)是最后訪問的，這是離線存儲器的特征。定址法區(qū)塊定址根據(jù)存儲器區(qū)塊的物理來訪問數(shù)據(jù)。在當(dāng)前的電腦，區(qū)塊定址通常只在第一級存儲器出現(xiàn)，由計(jì)算機(jī)程序來訪問，而且訪問的效率很高，不過對人而言這是個(gè)負(fù)擔(dān)。文件定址數(shù)據(jù)被分區(qū)成文件，文件依照人類可讀的名稱或文件名稱而被選擇，其實(shí)這也是一種區(qū)塊定址，不過操作系統(tǒng)會將文件抽象化，從而讓工作更容易被理解。在當(dāng)前的電腦，第二級，第三級，離線存儲器采用這種方法來定址。內(nèi)容定址數(shù)據(jù)依據(jù)本身的內(nèi)容被訪問。內(nèi)容定址被使用于軟件(計(jì)算機(jī)程序)或硬件(電腦設(shè)備)，這讓硬件變得有效率，但也變得比較昂貴。硬件內(nèi)容定址存儲器通常被用于CPU緩存。容量原始容量存儲設(shè)備或媒介可以保存被存儲信息的總量。以比特或字節(jié)表示(例如10.4百萬字節(jié))。存儲器存儲密度每單位長度，面積，體積的存儲器可以存儲的容量(例如每平方英寸1.2百萬字節(jié))。性能遲滯時(shí)間訪問存儲器內(nèi)部特定區(qū)域數(shù)據(jù)所花的時(shí)間。在第一級存儲器中，以納秒作為合理的計(jì)量單位，第二級存儲器以毫秒作為計(jì)量單位，以秒作為第三級存儲器的計(jì)量單位或是。遲滯時(shí)間可以合理的分為讀取的遲滯時(shí)間和寫入的遲滯時(shí)間，以循序訪問存儲器來說，有最短、最長與平均遲滯時(shí)間。吞吐量將數(shù)據(jù)讀取到或是寫出存儲器的速度。吞吐量通常表示為百萬字節(jié)/秒或是MB/s，比特率也被使用著。就跟遲滯時(shí)間一樣，讀和寫的速度算做兩筆不同數(shù)據(jù)。訪問數(shù)據(jù)的速度取決于最大吞吐量。粒度能以單獨(dú)一個(gè)單位被有效率的訪問的最大片數(shù)據(jù)的大小,例如,沒有引發(fā)更多的遲