软考计算机基础：存储系统
軟考計算機存儲系統筆記：
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存儲器分類：
1、按存儲位置分為內存和外存；
2、按存儲材料分為磁存儲（使用磁存儲介質）、半導體存儲（分為雙極型和MOS型，根據數據是否需要刷新可以分為靜態SRAM存儲器和動態DRAM存儲器）、光存儲（如光盤）；
3、按工作方式分為讀寫存儲器RAM和只讀存儲器ROM ；RAM讀寫存儲器存儲信息是易失性的，斷電就會丟失；ROM只讀可以分為ROM、PROM可編程的只讀存儲器、EPROM可擦除可編程存儲器、EEPROM電擦除的可編程存儲器、閃速存儲器（flash memory，簡稱閃存，介于EPROM 和EEPROM）；
4、按訪問方式分為按地址訪問的存儲器和按內容訪問的存儲器；
5、按尋址方式分為隨機存儲器RAM、順序存儲器SAM、直接存儲器DAM；其中隨機存儲器RAM可以對任何存儲單元讀取數據，訪問任何一個存儲單元的時間是相同的；順序訪問數據所需要的時間和數據所在位置有關，磁帶是典型的順序存儲器；直接存儲器是介于隨機存儲器和順序存儲器之間的尋址方式，磁盤是一種直接存儲器，它對磁道的尋址是隨機的，而在一個磁道內則是順序尋址；
6、按信息的可保存性分非永久記憶的存儲器：斷電后信息即消失的存儲器。永久記憶性存儲器：??斷電后仍能保存信息的存儲器。
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RAM（Static RAM，靜態隨機存儲器），不需要刷新電路，數據不會丟失，而且，一般不是行列地址復用的。但是他集成度比較低，不適合做容量大的內存，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啟動時用的。
SRAM其實是一種非常重要的存儲器，它的用途廣泛。SRAM的速度非?？?#xff0c;在快速讀取和刷新時能夠保持數據完整性。SRAM內部采用的是雙穩態電路的形式來存儲數據。所以SRAM的電路結構非常復雜。制造相同容量的SRAM比DRAM的成本高的多。正因為如此，才使其發展受到了限制。因此目前SRAM基本上只用于CPU內部的一級緩存以及內置的二級緩存。僅有少量的網絡服務器以及路由器上能夠使用SRAM。
DRAM
Dynamic RAM，動態隨機存取存儲器，每隔一段時間就要刷新一次數據，才能保存數據。而且是行列地址復用的，許多都有頁模式。SDRAM是其中的一種。
SDRAM
SDRAM（Synchronous DRAM，同步動態隨機存儲器），即數據的讀寫需要時鐘來同步。其存儲單元不是按線性排列的，是分頁的。
DRAM和SDRAM由于實現工藝問題，容量較SRAM大。但是讀寫速度不如SRAM。
一般的嵌入式產品里面的內存都是用的SDRAM。電腦的內存也是用的這種RAM，叫DDR SDRAM，其集成度非常高，因為是動態的，所以必須有刷新電路，每隔一段時間必須得刷新數據。
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存儲系統的層次結構：
從上往下依次是CPU、高速緩存、主存、外存，可以分為4層結構；存儲系統中使用高速緩存Cache 可以顯著的提高計算機系統的工作速度，但是它并不是功能上必須的部件；
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主存儲器：
簡稱內存、主存，用來存放機器當前運行所需的程序和數據，以便向CPU提高信息，容量小速度快，如DDR4內存條；
主存一般由RAM和ROM兩種工作方式的存儲器組成，絕大部分存儲空間由RAM組成。常見的SDRAM同步動態隨機存取存儲器發展經歷 SDR SDRRAM 到 DDR4 RAM;
主存儲器主要由存儲體、控制線路、地址寄存器、數據寄存器、地址譯碼電路等部分組成；讀出時，CPU將要讀出的存儲單元地址送入地址寄存器，經過地址譯碼電路分析后選中主存對應的存儲單元，在控制線路的作用下將備選存儲單元的內容讀取到數據寄存器中，讀操作完成；寫入時，CPU將要存儲單元的地址送入地址寄存器，經地址譯碼線路分析選中主存的對應存儲單元，在控制線路作用下將數據寄存器的內容寫入指定的存儲單元中；
主存性能指標包括內存容量、存儲時間（從接到讀寫命令到讀寫操作完為止所需要的時間）、帶寬（即每秒傳送的數據位數）、可靠性（可靠性用平均鼓掌間隔時間MTBF來衡量）
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高速緩存：
高速緩存Cache用于對存儲在主存中，CPU即將使用的數據進行臨時復制，解決了CPU的速度和性能很高而主存速度較慢的問題，利用程序執行的局部性特點（時間局部性，程序某條指令被執行后，后續可能被再次執行；空間局限性是指一旦程序訪問了某個存儲單元，附近的存儲單元也將被訪問），將速度快而容量有限的靜態存儲器芯片構成Cache 盡可能的發揮CPU的高速度；
用來存放當前最活躍的程序和數據，Cache的主要特點是：位于CPU和主存之間，容量小速度快，速度是主存的5到10倍，由快速半導體存儲器制成；其內容是主存局部域的副本，內容對程序員是透明的。
CPU詢問的信息在Cache中則為命中，命中則直接對Cache存儲器尋址；多級Cache如下，cpu先查找L1的cache，通常L1容量小速度快
cpu在從cache中讀寫信息時傳遞的是主存地址，所以需要將主存地址轉換成cache存儲器地址，這種地址的轉換稱為地址映像，cache的地址映像有直接映像、全相聯映像、組相聯映像；其中替換算法是為了使Cache獲得盡可能高的命中率，常見的算法有隨機替換、先進先出算法、近期使用最少算法、優化替換算法；
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外存儲器（輔存）
外存儲用來存儲暫時不用的程序和數據，外存上的數據以文件的形式存儲，外存容量大速度慢，CPU不能直接訪問外存中的程序和數據，只有將其以文件為單位調入主存方可訪問，外存儲器主要由磁表面存儲器和光盤存儲器構成；
磁盤
存儲器由盤面、驅動器、控制器和接口組成。接口是連接主機和外存儲器的連接部件，控制器接收主機命令轉換成驅動器的控制命令，驅動磁頭盤面做徑向運動尋找目標磁道位置，驅動盤片穩定旋轉，控制數據的讀寫；
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硬盤
有固態硬盤SSD、機械硬盤HDD和混合硬盤，固態硬盤是閃存顆粒存儲，HDD采用磁性碟片存儲、混合硬盤是兩者集成的。
硬盤的主要技術指標有：
存儲容量，指格式化容量=記錄面數*每個記錄面磁道數*每道的扇區數*每個扇區數的字節數；
平均訪問時間，包括平均尋道時間（磁頭移到目標磁道的時間）+平均等待時間（目標扇區旋轉到磁頭下時間，一般使用磁道旋轉一周時間的一半做平均等待時間）；
數據傳輸率，指磁頭找到數據后單位時間讀寫字節數，數據傳輸率=每道扇區數*每個扇區字節數*磁盤轉速；
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光盤存儲器
一般采用聚焦激光束在盤式介質上非接觸式記錄高密度信息的存儲裝置；
光盤存儲器由光學、電學和機械部件組成，特點是記錄密度高是磁盤的10~100倍、存儲容量大，采用非接觸讀寫，存儲時間長，對機械結構精度要求不高、讀寫速度慢但多通道記錄時數據傳輸率高，光盤易于更換可以做成自動還盤裝置；
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USB移動硬盤和USB閃存盤
USB移動硬盤支持熱插拔，硬盤盒將里面的硬盤數據接口標準轉成USB數據接口標準，傳輸速率與采用的usb接口標準有關；
USB閃盤又叫U盤，是使用閃存作為存儲介質的一種半導體存儲設備，采用的usb接口標準,，具有容量大、速度快、體積小、壽命長的特點，還就有基本型、加密型、啟動型等類型；
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云存儲
云存儲是一種服務，是云計算概念上發展出來的，是通過集群應用、網絡技術和分布式文件系統等功能，將網絡組中大量不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同提供數據存儲和業務訪問功能的一個系統，所以云存儲是一個以數據存儲和管理為核心的云計算系統；
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相聯存儲器
相聯存儲器是一種按內容訪問的存儲器，其工作原理是將數據或數據的某一部分作為關鍵字按順序寫入信息，讀出時并行的將該關鍵字與存儲器中每一單元進行比較，找出存儲器中所有與關鍵字相同的數據字，特別適合信息的檢索和更新；
相聯存儲器結構如下圖，為提高比較速度，其中比較器數量應很大，進行位比較時應每位對應一個比較器，所以有2的m次方*N位個，對于字比較應該有2的m次方個；匹配寄存器用來存儲比較結果，1為相等，0為不等；
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虛擬存儲器：
在概念上，可以將主存存儲器看做是一個由若干個字節構成的存儲空間，每個字節（稱為一個存儲單元）有一個地址編號，主存單元的該地址稱為物理地址，當需要訪問主存中的數據時，由cpu給出要訪問數據所在的存儲的單元地址，然后由主存的讀寫控制部件定位對應的存儲單元，對其進行讀寫操作來完成訪問操作。
現代系統提供了一種對主存的抽象，稱為虛擬存儲，使用虛擬地址的概念來訪問主存。CPU在尋址的時候，是按照虛擬地址來尋址，然后通過MMU(內存管理單元)將虛擬地址轉換為物理地址后訪問主存；。
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虛擬內存別稱虛擬存儲器(Virtual Memory)。電腦中所運行的程序均需經由主存執行，若執行的程序占用內存很大或很多，則會導致內存消耗殆盡。為解決該主存不夠的問題，Windows中運用了虛擬內存技術，即勻出一部分硬盤空間來充當內存使用。當內存耗盡時，電腦就會自動調用硬盤來充當內存，以緩解內存的緊張。若計算機運行程序或操作所需的隨機存儲器(RAM)不足時，則 Windows 會用虛擬存儲器進行補償。它將計算機的RAM和硬盤上的臨時空間組合。當RAM運行速率緩慢時，它便將數據從RAM移動到稱為"分頁文件"的空間中（頁面調度算法置換）。將數據移入分頁文件可釋放RAM，以便完成工作。 一般而言，計算機的RAM容量越大，程序運行得越快。若計算機的速率由于RAM可用空間匱乏而減緩，則可嘗試通過增加虛擬內存來進行補償。但是，計算機從RAM讀取數據的速率要比從硬盤讀取數據的速率快，因而擴增RAM容量(可加內存條)是最佳選擇。
虛擬內存是計算機系統內存管理的一種技術。它使得應用程序認為它擁有連續的可用的內存(一個連續完整的地址空間)，而實際上，它通常是被分隔成多個物理內存碎片，還有部分暫時存儲在外部磁盤存儲器上，在需要時進行數據交換。目前，大多數操作系統都使用了虛擬內存，如Windows家族的"虛擬內存";Linux的"交換空間"等。
虛擬存儲器實際是一種邏輯存儲器，實際上是對物理存儲設備進行邏輯化的處理，并將統一的邏輯視圖呈現給用戶，因此用戶在使用的時，操作的是虛擬設備，無需關心底層的物理環境，從而可以充分利用基于異構平臺的存儲空間，達到最優化的使用效率；
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的软考计算机基础：存储系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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