存儲器是記憶信息的實體，是數字計算機具備存儲數據和信息能力，能夠自動連續執行程序，進行廣泛的信息處理的重要基礎。

1存儲器的概念

（1） 存儲器：存儲器是計算機硬件系統的記憶設備，用來存放程序（軟件）和各種數據。現在計算機硬件系統的核心就是存儲器和CPU

（2） DMA：一種可以讓存儲器與IO設備進行數據存取的方式。設計理念就是為了在IO設備與存儲器進行數據存取時不去打擾CPU。

2存儲器的分類

（1） 按照存儲器的介質分類：

1.1 半導體存儲器：由半導體組成的存儲器稱為半導體存儲器，半導體的存儲器體積小，功率低，存取時間短。但是電源消失時，所存儲的數據也會丟失，是一種易失性存儲器；

1.2 磁材料存儲器：由磁材料做成的存儲器稱為磁性存儲器，在金屬或塑料上涂抹一層磁性材料，用來存放數據，特點是非易失即斷電后不數據不消失，存取速度比較慢；

1.3 盤存儲器：光盤存儲器使用激光在磁光材料上進行讀取，特點是非易失性，耐用性好，記錄密度高。現在多用在計算機系統中用作外部存儲。

（2） 按照存儲器的數據存取方式分類：

2.1 隨機存儲器（Random Access Memory RAM）：RAM（隨機存儲器）是一種可以讀可以寫的存儲器，它的任何一個存儲單元的內容都可以隨機存取，而且存取的時間與物理位置無關，我們的內存（主存）就是這種RAM（隨機存儲器）；

2.2 只讀存儲器（Read Only Memory ROM）：ROM（只讀存儲器）是一種只能寫入一次原始信息，寫入之后，只能對去內部的數據進行讀出，而不能隨意重新寫入新的數據去改變原始信息；

2.3 串行訪問數據存儲器：在對存儲器的存儲單元進行讀寫操作時，必須要按照存儲單元的物理位置先后尋址地址，這種存儲器就為串行訪問存儲器。這種存儲器在存取數據時，需要按照存儲器的存儲單元的位置顯示進行存取。

（3） 按照其在計算機系統中的作用：

3.1 主存儲器（主存）：通常指我們所說的內存，它可以直接與CPU交換數據的存儲器，特點速度快，容量小，價格高。主存采用半導體制作，所以是易失性存儲器；

3.2 輔助存儲器（輔存）：通常指我們所說的外存，用來存放當前沒有使用的程序和數據，它不能直接與CPU交換數據，需要加載到主存。特點速度慢，容量大，價格便宜。輔存屬于非易失性存儲器；

3.3 緩沖存儲器（緩存）：主要用到倆個速度不同的部件之中，現在基本用在CPU與主存之間，起到緩存的作用。

3存儲器的層次

（1） 存儲器的層次按照它的3個指標即速度，容量，每位價格進行劃分分別是：

寄存器=》緩存=》主存=》磁盤=》光盤

越是上層的存儲器它的容量越小，速度越快，每位價格越高，越是下層的存儲器容量越大，速度越慢，每位價格越低。

寄存器是CPU中的一個存儲器CPU實際上是拿寄存器中的數進行運算和控制，它的速度最快，價格最高。

緩存也被設置到了CPU中。

（2） 緩存與主存主要是為了解決CPU與主存速度不匹配的問題，因為CPU速度要快與主存，而緩存也快與主存，只要將CPU近期要使用的數據調入到緩存中，CPU直接從緩存中獲取數據，來提升數據的訪問速度，降低CPU的負荷。主存與緩存的數據調動是由硬件自己完成的。

（3） 主存與輔存主要用來解決存儲系統的容量問題，輔存比主存速度低，并且不能被CPU之間訪問，但它容量大，當CPU需要運行程序時，將輔存的數據調入到主存，CPU在來訪問。主存和輔存之間的數據調動由硬件和操作系統共同完成。

4主存

功能：主存儲器是能由CPU直接編寫程序訪問的存儲器，它存放需要執行的程序與需要處理的數據，只能臨時存放數據，不能長久保存數據。

組成：

● 存儲體（MPS）：由存儲單元組成（每個單元包含若干個儲存元件，每個元件可存一位二進制數）且每個單元有一個編號，稱為存儲單元地址（地址），通常一個存儲單元由8個存儲元件組成；

● 地址寄存器（MAR）：由若干個觸發器組成，用來存放訪問寄存器的地址，且地址寄存器長度與寄存器容量相匹配（即容量為1K，長度無2^10=1K）；

● 地址譯碼器和驅動器

● 數據寄存器（MDR）：數據寄存器由若干個觸發器組成，用來存放存儲單元中讀出的數據，或暫時存放從數據總線來的即將寫入存儲單元的數據【數據存儲器的寬度（w）應與存儲單元長度相匹配】。

主要技術指標：

● 存儲容量：一般指存儲體所包含的存儲單元數量（N）；

● 存取時間（TA）：指存儲器從接受命令到讀出∕寫入數據并穩定在數據寄存器（MDP）輸出端；

● 存儲周期（TMC）：兩次獨立的存取操作之間所需的最短時間，通常TMC比TA長；

● 存取速率：單位時間內主存與外部（如CPU）之間交換信息的總位數；

● 可靠性：用平均故障間隔時間MTBF來描述，即兩次故障之間的平均時間間隔。

5高速緩沖存儲器（緩存）：

1）高速緩沖存儲器的設計理念：為了解決由于IO設備向主存請求的級別高于CPU向主存請求，也就是說IO設備在使用主存時，CPU要等待IO設備訪存，導致 CPU工作效率降低，可以在CPU與主存之間加一級緩存，這樣CPU可以從緩存中獲取數據，另外主存的速度要低于CPU，緩存也是為了解決這倆個硬件設備 速度不匹配的問題。

2）程序訪問的局部性：即程序的數據和指令在主存中是連線存放的，并且有些指令和數據往往被多次調用，循環什么的，這樣CPU在訪問主存時只要將近期需要使用的數據和指令放到Cache中，就可以在一定時間內一直訪問Cache，稱緩存命中。

3）緩存的工作原理：將主存和緩存分成若干個塊，每個塊存儲的容量都是相同的，任何時刻都有一些主存的塊處在緩存塊中，可以將緩存當成主存的一個映射，CPU在讀取主存的某個字時都會先去緩存中訪問，有二種可能，一是緩存中有當前字，CPU直接訪問（CPU與緩存通常一次傳送一個字）稱為緩存命中；另一種是所需的字不在cache中，此時需要將該字所在的主存整個塊一次調入Cache中（緩存與主存是按照字塊傳送）稱為緩存不命中。

4）主存與緩存之間數據的調入是由機器硬件自動完成的，用戶編程時使用的只是主存地址，也就是說cache對我們來說是透明的。

5）我們平時在寫程序時所說的緩存指的是主存到輔存（或者說是內存到硬盤之間設立一個類似于緩存的區域）來減少磁盤的IO提升性能，而這里的緩存指的是CPU與主存之間的。

6ROM與RAM

RAM（隨機存儲器）可讀出，也可寫入，隨機存取，意味著存取任一單元所需的時間相同，當斷電后，存儲內容立即消失，稱為易失性。

ROM（只讀存儲器）定義：ROM一旦有了信息，不易改變，結構簡單，所以密度比可讀寫存儲器高，具有易失性

分類：

● 固定掩模型ROM（不能再修改）

● PROM可編程之讀存儲器（由用戶寫入，但只允許編程一次）

● EPROM可擦除可編程只讀存儲器（可用紫外線照射擦除里面內容）

● E2PROM電擦除可編程只讀存儲器（由電便可擦除里面內容）

7輔助存儲器（外存）：

（1） 輔存概念與設計理念：輔助存儲器主要為了給主存提供程序和數據的輸入和用來在計算機脫機時保存所有的計算機數據。屬于非易失性存儲器，通常輔存也稱為外存，由硬磁盤和軟磁盤，磁帶，光盤等。形成了主輔層次存儲器。

（2） 硬磁盤（硬盤）：現在計算機采用的輔存多采用硬磁盤（硬盤），即在一組圓形的盤面上涂抹磁性材料。通過這個硬盤的運作和磁頭進行讀寫，磁頭劃的一個圈稱為磁道，硬盤存取數據時是直接存取的，分為倆部分一是找到相應的磁道，然后是磁頭開始讀寫。

（3） 硬盤組成：硬盤由磁盤驅動器，磁盤控制器，盤片組成

磁盤分區表（partition table）：

利用參考對照磁柱號碼的方式來切割硬盤分區！ 在分割表所在的64 bytes容量中，總共分為四組記錄區，每組記錄區記錄了該區段的啟始與結束的磁柱號碼。若將硬盤以長條形來看，然后將磁柱以直條圖來看，那么那64 bytes的記錄區段有點像底下的圖示：

上圖中我們假設硬盤只有400個磁柱，共分割成為四個分割槽，第四個分割槽所在為第301到400號磁柱的范圍。

由于分割表就只有64 bytes而已，最多只能容納四筆分割的記錄，這四個分割的記錄被稱為主要（Primary）或延伸（Extended）分割槽。根據上面的圖示與說明，我們可以得到幾個重點資訊：

● 其實所謂的『分割』只是針對那個64 bytes的分割表進行配置而已！

● 硬盤默認的分割表僅能寫入四組分割資訊《主要分割與擴展分配最多可以有四條（硬盤的限制）》；

● 這四組分割資訊我們稱為主要（Primary）或延伸（Extended）分割槽；

● 擴展分配最多只能有一個（操作系統的限制）；

● 邏輯分割是由擴展分配持續切割出來的分割槽，如果擴展分配被破壞，所有邏輯分割將會被刪除；

● 能夠被格式化后，作為數據存取的分割槽為主要分割與邏輯分割。擴展分配無法格式化；

● 分割槽的最小單位為磁柱（cylinder）；

● 邏輯分割的數量依操作系統而不同，在Linux系統中，IDE硬盤最多有59個邏輯分割（5號到63號），SATA硬盤則有11個邏輯分割（5號到15號）；

● 當系統要寫入磁碟時，一定會參考磁盤分區表，才能針對某個分割槽進行數據的處理。

8內存與外存的比較：