存儲器的分類

根據存儲介質的性能及使用方法不同，存儲器的分類方法也不同，分類如圖所示。

圖 存儲器的分類

1．按在計算機系統中的作用分類

（1）主存儲器：簡稱為主存或內存，主存儲器速度快，但容量較小。它用來存放計算機運行時正在執行的程序和數據，CPU可以直接對主存內的單元進行讀寫操作。

（2）輔助存儲器：簡稱為外存，位于系統主機的外部，輔助存儲器速度慢，容量大。它通常用來存放系統程序和大型數據文件集數據庫，當需要處理這些信息時，CPU要先將它們調入主存后，才能使用。

（3）高速緩沖存儲器（Cache）：是為了解決CPU和主存之間速度不匹配而采用的一項重要技術。Cache是介于CPU和主存之間的小容量存儲器，但存取速度比主存快。Cache能高速地向CPU提供指令和數據，從而加快了程序的執行速度。

2．按存儲介質分類

（1）半導體存儲器：存儲元件由半導體器件組成的。現代半導體存儲器都用超大規模集成電路工藝制成芯片，其優點是體積小、功耗低、存取時間短。

（2）磁表面存儲器：磁表面存儲器是在金屬或塑料基體的表面上涂一層磁性材料作為記錄介質，工作時磁層隨載磁體高速運轉，用磁頭在磁層上進行讀寫操作，故稱為磁表面存儲器。

（3）光盤存儲器：光盤存儲器是應用激光在記錄介質（磁光材料）上進行讀寫的存儲器，具有非易失性的特點。

3．按存儲器的讀寫功能分類

（1）隨機存儲器RAM（Random Access Memory）：是指CPU在運行過程中可以隨機地、個別地對任意一個存儲單元進行讀／寫的存儲器。關閉電源后RAM存儲器中存儲的信息會全部丟失，故具有易失性。RAM主要用來存放各種輸人、輸出數據及中間結果，并可與外存交換信息和做堆棧用，計算機中的內存主要由RAM組成。

（2）只讀存儲器ROM（Readonly Memory）：是指在正常工作情況下只能讀出信息，而不能寫入信息的存儲器。ROM的特點是非易失性，所存儲的信息一經寫入，可以長久保存，不受電源斷電的影響。ROM常用來存放那些不需要改變的信息。

（3）串行存儲器（Sequential Access Memory）：按照物理位置先后順序訪問的存儲器稱為串行存儲器。磁帶、電荷耦合器件（CCD）等屬于串行存儲器，如果是半導體芯片構成的串行存儲器，那么引腳就比較少，體積同樣也小。

4．按信息的可保存性分類

斷電后存儲信息即消失的存儲器，稱易失性存儲器。如RAM就是易失性存儲器。斷電后信息仍然保存的存儲器，稱非易失性存儲器。ROM、磁表面存儲器和光存儲器等都是非易失性存儲器。

5． 按讀出數據的方法區分還有關聯存儲器，它與常規的存儲器只使用地址到指定單元讀出數據不同，讀出數據的有效性還取決于讀出的內容或部分內容。

存儲器系統的層次結構

所謂存儲系統的層次結構，是把各種不同存儲容量、不同存取速度的存儲介質，按照一定的體系結構組織起來，使所存放的程序和數據按層次分布在由不同存儲介質組成的存儲系統中。以滿足計算機系統對存儲器的要求，即容量大、速度快、成本低。

通常將存儲器分為高速緩沖存儲器、主存儲器和輔助存儲器三級。存儲系統的層次結構如圖所示。

存儲器的分層結構

高速緩沖存儲器（Cache）。是介于CPU與主存儲器之間的一級或兩級高速緩存。高速緩存由雙極型靜態RAM構成，存取速度與CPU速度處于同一個數量級，但其價格較高、功耗大、集成度低，所以不適合用作大容量的存儲器。高速緩存中存放CPU最近訪問和將要訪問的指令和數據。

主存儲器。一般由MOS型動態RAM構成，因其集成度高、功耗低，所以用來存儲經常使用的數據或程序。

輔助存儲器（外存）。是存取速度相對較慢但存儲容量較大的一類存儲器，用來存儲不太常用的大部分程序和數據。外存只與內存交換信息。

主存與輔存層次結構滿足了存儲器大容量和低成本的需求，Cache與主存層次的速度接近于Cache，是解決存取速度的重要方法。CPU能直接訪問的存儲器為內存（高速緩沖存儲器和主存儲器），CPU不能直接訪問外存儲器，外存儲器的信息必須調入內存后才能由CPU進行處理。

主存儲器的技術指標

主存儲器的性能指標主要是存儲容量、存取時間、存儲周期和存儲器帶寬。

1．存儲容量

在一個存儲器中可以容納的二進制信息總量通常稱為該存儲器的存儲容量，存儲容量越大，則系統能夠保存的信息量就越多，計算機系統的功能就越強。存儲容量用存儲器所能記憶的全部字數和字長這兩個參數的乘積來表示。即：存儲容量＝存儲字數×字長

存儲容量用字節（Byte）表示，常用的單位有KB、MB、GB、TB，其中，1KB=210B，1MB=220B，1GB=230B，1TB=240B。

2．存取時間Ta

信息存入存儲器的操作稱為“寫”操作，從存儲器取出信息的操作稱為“讀”，讀寫操作統稱為“訪問”操作。存取時間是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經歷的時間。

3．存取周期Tm

存取周期又稱讀寫周期或訪問周期，它是指存儲器進行一次完整地讀寫操作所需的全部時間，即連續兩次訪問存儲器操作之間所需要的最短時間。

存取周期通常比存取時間大。這是因為，對于破壞性讀出方式工作的動態存儲器，在每次讀操作時，原有信息被破壞，必須把讀出信息重新寫入原來的存儲單元加以恢復，這使得存取周期Tm等于讀出時間和寫入時間之和：Tm=2Ta。而對于非破壞性讀出而不需要重寫的半導體存儲器來說，也還有一段線路的“恢復時間”或延遲，只有使存儲器恢復穩定的內部狀態，才能有把握地對存儲器進行下一次訪問。

4．存儲器帶寬Bm

單位時間可寫入存儲器或從存儲器取出信息的最大數量，稱為數據傳輸率或稱為存儲器傳輸帶寬Bm。即：Bm=W/Tm

其中，存儲周期的倒數l/Tm是單位時間(每秒)內能讀寫存儲器的最大次數。W表示存儲器一次讀取數據的寬度，即位數，也就是存儲器傳輸數據的寬度，通常以每秒讀出多少個MB來表示。