- 存储器是计算机的记忆,存储着程序和数据
- 存储器按照存取速度分为(速度又高到低、容量大小又小到大、单位制造成本又高到低):
- 寄存器(MB);
- Cache(高速缓冲存储器);
- 主存储器;
- 辅存储器(1T:500RMB);
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存储器的存取方式:
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存储器的性能:存取时间;存取带宽;存取传输效率
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存取时间:随机是完成一次读写所花的时间,非随机存取是将读写装置一道目的位置所用时间
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存储器带宽:每秒能访问的位数。存储器的带宽周期是纳秒级的。
计算公式为(b:字节):1/存储器周期*每周期可访问的位数*8(b)
频率和周期是倒数关系
数据传输率:每秒输入/输出的数据位数(对随机存取而言,传输率=1/存储器周期)
例:地址编号从00000H到79999H且按字节编址的内存容量为多大KB,若用16K*4bit的存储芯片构成内核,需要多少片?
解:内存容量是:79999-00000+1=80000(16)转换成十进制是8*16的4次方=524288字节,也就是524288字节/1024(KB)=512KB
所需要的存储芯片个数=设计的内存容量/单个存储芯片的容量=512*1024B/(16*1024*4*0.125)B=64块
主存储器
主存储器的分类:
(1)RAM:随机存储器,可读写,只能暂存数据,断电后数据丢失
- SRAM:静态随机存储器,代表是Cache。在不断电时信息能一直保存,读写速度快,成本高,多用于容量较小的高速缓冲存储器
- DRAM:动态随机存储器,代表是主存储器。需要定时刷新以维持信息不丢失,读写较慢,集成度高,生产成本低。
(2)ROM:只读存储器,使用掩膜技术写入,写入时间是出厂前,用途是:存放BIOS和微程序控制,举例:小霸王游戏机游戏卡
(3)PROM:可编程 ROM,只能写入一次,写入方式:特殊电子设备进行写入
(4)EPROM:可擦除的PROM,可多次写入/擦除
(5)E的平方PROM:电可擦除EPROM,可写入,速度慢
(6)Flash Memory:闪速存储器,特性介于EPROM和E的平方ROM之间。缺点:不能进行字节级别的删除操作
(7)CAM:相联存储器,一种特殊的存储器,按内容进行访问的存储设备。其速度比按地址进行读写的方式要快
辅助存储器
辅助存储器的分类
(1)磁带:按照顺序存储的一种设备,特点:存储容量大,价格便宜,适合数据的备份存储
(2)磁盘:根据柱面、盘面、扇区可以确定数据所在的位置的一种存储设备。
(3)光盘:CD,VCD,DVD,特点:靠表面(光面)反射激光读取数据,存取速度比磁盘慢。缺点:不易长期保存,光面容易被破坏如剐蹭,变形。
(4)RAID:独立(便宜)磁盘冗余阵列。将多个相对便宜的磁盘组合起来,成为一个磁盘组,配合数据分散排列的设计,提升数据安全性能和整个磁盘系统的效能。特点:利用错磁盘来提升数据传输率(多个文件并行读写);通过数据冗余与校验实现可靠性(不同文件块存储在不同的磁盘中)。应用是:分块技术、交叉技术和重聚技术。
RAID分类
(1)RAID 0级(无冗余和无校验的数据分块技术):将连续的数据F分散到多个磁盘D上存取,这时需要读取/写入的请求被多个磁盘响应,并行执行,即每个磁盘执行属于各自的任务请求。例如:将F1……F10这10个文件存储在D1、D2、D3上。D1对应 的文件是F1、F4、F7、F10;D2对应的是F2、F5、F8;D3对应的是F3、F6、F9。优点是:数据上的并行执行充分利用总线的宽度,显著提高磁盘整体存取性能(易管理、磁盘利用率高)。缺点是:不提供数据冗余,一旦数据损坏,损坏数据无法恢复。用途是:适用于对性能要求高,但对数据安全要求低的领域,如:图形工作站等,对个人而言也是提高硬盘存储性能的绝佳选择。
(2)RAID 1级(磁盘镜像整列):组成是成对的磁盘,即一个工作盘、一个镜像盘。每个工作盘的数据都对应有镜像盘,镜像盘上保存着完全相同的数据,具有最高的安全性,但磁盘空间利用率只用50% 。用途是:RAID 1级用于存放系统软件、数据及其他重要文件。
(3)RAID 2级(采用纠错海明码的磁盘整列,海明码出现在数据的第2的N次方位上(N=0,1,2……))。采用技术是海明码纠错技术,即用户增加校验盘来提供纠错和验错功能。磁盘驱动器组中校验盘的位置也是第2的N次方个(N=0,1,2……),用于校验和纠错,其余的用来存数据。RAID2最少需要三个磁盘(前两个是校验盘,第三个是数据盘)的整列方能工作。磁盘越多其空间利用率越高。
(4)RAID 3级(采用奇偶校验码的并行传送):RAID3将数据分成多个块,按奇偶校验算法存放在N+1个磁盘上。实际数据占用的有效空间为N个磁盘,第N+1个磁盘存放校验容错信息。特点是:当N+1个硬盘中的一个硬盘出现故障的时候,从其他N个盘中可以恢复原始数据。因此,RAID3安全性可以得到保障。用途是:RAID3比较适合大文件类型且安全性要求较高的应用,如视频编辑、硬盘播放机和大型数据库等。
(5)RAID 4级(带奇偶检验码的独立磁盘结构),与RAID3相似,不同的是RAID4不把单个文件数据分成多个块,而是作为一个数据块存储在一个磁盘上,最后一个是校验盘。每次写数据都要访问校验盘。缺点是:奇偶校验盘的写操作成为RAID4效率的瓶颈。商业化很少用到。
(6)RAID 5级(无独立校验盘的奇偶校验码磁盘阵列):RAID5是把数据和奇偶检验信息存储到RAID5的各个磁盘上,并且奇偶校验码和相对应的数据分别存储在不同的磁盘上(这样的话,如果RAID5的一个磁盘数据损坏后,利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据)。RAID5的磁盘空间利用率较高=(N-1)/N。RAID4和RAID5都使用了独立存取技术,整列中每一个磁盘都相互独立操作,因此I/O请求可以并行处理。可用于I/O请求率高的应用,而不适合高数据传输率的应用。
(7)RAID 6级(具有独立的数据硬盘与两个独立的分布式校验方案)在RAID5的基础上,提高了数据保护的一种RAID方式,属于RAID5扩展等级。与RAID5不同的是:除了每个硬盘上都有统计数据的XOR校验区外,还有一个针对每个数据块的XOR校验区。每个数据块都有两个校验保护,所以RAID6的数据冗余性能相当好。缺点:性能低一些(由于增加了一个校验,所以写入相率低于RAID5)。同时控制系统的设计也较为复杂,有效存储空间也相对RAID5减少,
(8)RAID 10级(将RAID1和RAID0结合起来,即RAID0+1是磁盘分段及镜像的结合,结合两者的优点)。RAID10级采用两组RAID0的磁盘整列互为镜像,他们之间又成为一个RAID1阵列。
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