2.2.2　存储器

存储器是计算机的记忆和存储部件，用来存储数据和程序。存储器分为内存储器（简称内存或主存）、外存储器（简称外存或辅存）。内存由半导体存储器组成，是计算机中的工作存储器。内存直接与运算器和控制器相连接，可以直接与CPU交换信息，计算机必须把要执行的程序和数据调入内存中，计算机工作时，所执行的指令和数据都是从内存中取出，处理结果一般也都临时存放在内存中。内存的特点是：存取速度快，但存储容量较小，价格相对较高。外存储器中存储计算机系统中所有的信息，计算机运行时，存储在外存储器中的信息首先需要被调入内存，才能被CPU使用。外存储器的特点是：存储容量大，价格便宜，但存取速度较慢。外存储器一般作为输入/输出设备，常见的有硬盘和光盘存储器。

1.内存

内存按存取方式又可分为随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）。

随机存取存储器又称读/写存储器。其特点是：可以读或写；存取任一单元所需的时间相同；通电时存储器内的内容可以保持，断电后存储的内容立即消失。RAM可分为动态随机存储器（Dynamic RAM，DRAM）和静态随机存储器（Static RAM，SRAM）两大类。所谓动态随机存储器，是用MOS电路和电容来做存储元件的。由于电容会放电，所以需要定时充电，以维持存储内容，例如，每隔2ms刷新一次，因此称为动态存储器。所谓静态随机存储器，是用双极型电路或MOS电路的触发器来做存储元件的，它没有电容放电造成的刷新问题，只要有电源正常供电，触发器就能稳定地存储数据。DRAM的特点是集成密度高，主要用于大容量存储器；SRAM的特点是存取速度快，主要用于高速缓冲存储器。

只读存储器中的信息在运行时只能读出而不能重新写入和修改，其存储的信息是在生产该存储器时用专门仪器写入的。计算机断电后，ROM中的信息不会丢失。ROM常用来存储一些专用固定的程序、数据和系统配置软件，如磁盘引导程序、自检程序、驱动程序等。ROM可分为可编程ROM（Programmable ROM，PROM）、可擦除可编程ROM（Erasable Programmable ROM，EPROM）、电擦除可编程ROM（Electrically Erasable Programmable ROM，E2PROM）。如可以通过紫外光照射来擦除EPROM原来存储的内容，从而可以反复使用。

内存由若干存储单元组成，为了区别不同的存储单元，一般从0开始对存储单元进行连续编号，每个单元都有一个唯一的号码，称为存储单元的地址。每个存储单元能存储一个二进制数，或一条由二进制编码表示的指令。每个存储单元由若干位二进制位组成，1位可存储1位二进制数，如图2-4所示。

2.外存储器

内存由于技术及价格等原因，容量有限，不可能容纳所有的系统软件及各种用户程序，因此计算机系统都要配置外存储器。外存储器又称辅助存储器，是内存的扩充，具有存储容量大、价格低、存取速度较慢、不能与CPU直接交换信息等特点，一般用来存储需要长期保存、暂时不用的程序、数据和结果，需要时可成批地与内存进行信息交换。目前常用的外存储器有硬盘、光盘、磁带等。

（1）硬磁盘存储器

硬磁盘存储器简称为硬盘，是计算机系统配置中必不可少的外存储器，结构如图2-5所示。硬盘是在非磁性的合金材料或玻璃基片表面涂上一层很薄的磁性材料，通过磁层的磁化方向来存储信息。硬盘存储器的存储容量很大，目前流行的硬盘容量一般在几百GB左右。

一般来说，一块硬盘由多个磁盘片组成。为便于管理，一个盘片被划分为若干级别的管理单位，分别是记录面、柱面和扇区。

盘片的上下两面都能记录信息，称为记录面。硬盘中磁盘面的面数与磁头数量是一样的，故常用磁头号（head）来代替记录面号。每个记录面包含有上千个磁道，磁道是一系列同心圆，如图2-6所示。磁道的编址是从外向内依次编号，最外一个同心圆为0磁道。所有记录面上同一编号的磁道就构成了柱面（cylinder），柱面数等同于每个盘面上的磁道数。

每个磁道又被划分为若干扇区（sector）。每个扇区的容量大小为512B。信息是按扇区存储的，每一个扇区记录一个记录块。如果知道了一个硬盘的磁头数、柱面数和扇区数，就可以知道该硬盘的存储容量。例如，若已知磁头数为32，柱面数为4096，扇区数为64，则可知硬盘容量为32×4096×64×512B=4GB。

（2）光盘存储器

光盘存储器主要包括光盘、光盘驱动器（CD-ROM驱动器）和光盘控制器。现在，CD-ROM驱动器已成为微型计算机的标准配置。

最常用到的CD-ROM盘片（见图2-7）由三层组成：透明的聚碳酸酯塑料衬底、记录信息的铝反射层和涂漆保护层。铝反射层上布满许多极小的凹坑和非凹坑，聚焦的激光束照射到光盘上，凹坑与非凹坑产生不同的反射强度，CD-ROM就利用这种反射强度的差别来读出所存储的信息。

目前用于微型计算机系统的光盘按照读/写方式可分为只读光盘、一次写入光盘和可改写光盘3类。

①只读光盘：只读光盘（CD-ROM、CD、VCD、LD、DVD）均是一次成形的产品，由一种称作母盘的原盘压制而成，一张母盘可以压制数千张光盘。其最大特点是盘上信息一次制成，可以复读但不能再写。一般人们用来听音乐的CD、VCD以及存储程序文件和游戏节目的CD-ROM均属此类。这种光盘的数据存储量一般为650～700MB。数字视频盘（Digital Video Disc，DVD）主要用于存储视频图像，单个DVD盘片上能存储4.7～17.7GB的数据，其最高数据传输速率是2MB/s。

②一次性刻录光盘CD-R：CD-R是只能写入一次的光盘。它需要用专门的光盘刻录机（见图2-8）将信息写入，刻录好的光盘不允许再次更改。

③可擦写的光盘：可擦写的光盘（CD-RW）与CD-R本质的区别是前者可以重复读/写。也就是说，对于存储在光盘上的信息，可以根据操作者的需要自由更改、读出、复制或删除。

（3）移动存储器

目前使用的移动存储器主要有闪存盘和移动硬盘。

闪存盘（flash disk）又称U盘，如图2-9所示，采用一种可读/写的半导体存储器——闪速存储器（flash memory）作为存储媒介，通过通用串行总线接口（USB）与主机相连，可以像使用硬盘一样在该盘上读/写、传送文件。目前的闪速存储器产品可擦写次数都在100万次以上，数据至少可保存10年，而存取速度至少比软盘快15倍。闪存盘的可靠性远高于磁盘，为数据安全性提供了更好的保障。闪存盘工作时不需要外接电源，可热插拔，体积较小，便于携带，同时还有很好的抗震防潮、耐高低温等特点。

虽然闪存盘具有性能高、体积小等优点，但对于需要较大数据的存储量时，可以使用移动硬盘，如图2-10所示。

3.存储器的主要性能指标

（1）存储容量

存储容量是指每一个存储芯片或模块能够存储的二进制位数。常用单位有bit（位，比特）、B（byte，字节）、KB（kilobyte，千字节）、MB（megabyte，兆字节）、GB（gigabyte，吉字节）、TB（terabyte，太字节）等。

其中，bit表示“位”，二进制数序列中的一个0或一个1就是1位，又称1比特。字节（B）是计算机中最常用、最基本的内存单位。1字节等于8比特，即1B=8bit。其他单位之间的换算关系如下：

1KB=1024B=210B；1MB=1024KB=220B；

1GB=1024MB=230B；1TB=1024GB=240B。

（2）存取速度

存取速度是指从CPU给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的时间。

内存的存取速度通常以ns为单位。内存的存取速度关系着CPU对内存读/写的时间，不同型号规格的内存有不同的速度。