计算机存储器简介_存储器的概念「建议收藏」

      计算机完成数据处理后，需要把数据保存到存储器中。计算机又需要从存储器中拿出数据，进行处理。存储器的重要性，不言而喻。

      而且，“冯诺依曼结构”的基本原理是程序存储。存储器的必要性，同样显而易见。

      来看看我们熟悉的存储器，如下是存储容量几G的U盘：

      如下是存储容量4T的硬盘：

      事实上，存储器的类型有很多，远远不止这两种。

      从不同的角度看，存储器可以分为不同的类型，比如：

       把上述分类整理一下，大致如下图所示：

       顺便说一下，大众经常说，某某手机内存是256G，这种说法并不准确，这里所谓的手机内存，是ROM，是手机的存储内存，或者叫机身内存，可用来存音频、视频等资料，相当于PC中外存的概念。而真正的手机内存(比如4G容量)，是RAM，是指手机的运行内存：

      我们也常说，某某手机的运行内存是4G, 这和4G信号的手机没有半分钱的关系。前者的G是Giga的缩写，后者的G是Generation的缩写。

       存储器结构和材料不同，决定了它们有不同的特点，进而决定了它们有不同的用途。下图是典型的计算机存储器层级：

      在之前文章中，我们说过，计算机中处理的是二进制数据，而且详细阐述了使用二进制的原因。基于同样的原因，计算机中存储的也是二进制数据。

      下图厕所共有8个坑位，每个坑位要么有人占着，要么没有人占着：

      当坑位有人时，记为1，当坑位没人时，记为0.  这8个坑位总共有256(2的8次方)种可能，看下表便知：

      每个坑位，都是一个二进制位，能表示两种状态，要么有人，要么没人。在计算机中，我们把这样的一个坑位叫做一个比特，英文是bit, 是binary digit的缩写, 而binary digit翻译过来就是“二进制位”。

      一个厕所坑位，就是一个bit, 其容量就是1bit, 能存1bit的数据，其中存的数据，要么是0，要么是1.

      上图总共有8个厕所坑位，对应8个bit, 其容量就是8bit, 能存8bit的数据。在计算机中，8个bit称为一个字节，英文是Byte, 所以上图厕所的存储容量是1Byte, 简记为1B, 即: 1B=8bit.

      我们常说，写了1K的word文档，下载了1M的歌曲，拷贝了1G的视频，买了1T的硬盘，这些描述中，默认单位都是字节(B)，看下表的换算关系：

      至此，计算机存储器的逻辑，应该基本清楚了：用坑位来表示并记录数据。

     虽然可以用厕所坑位来存储数据，但厕所坑位毕竟太大，不可能把厕所坑位都塞到计算中去，得另想办法。

      古老的办法是用下图中的磁芯(magnetic core), 这32个磁芯被套在横竖电线上(也有资料说是横竖斜三根电线)，有的磁芯歪向左边(表示0)，有的磁芯歪向右边(表示1)。每个磁芯能表示1位二进制数据，即1个bit. 由于电流具有磁效应，所以当电线的电流改变方向时，磁芯就会改变歪向的方向，表示的值也随之变更：

       显而易见，每行的8个磁芯表示8个bit, 即1B.  所以，上图存储容量是4B, 这个磁芯存储阵列，比之前的厕所坑位存储好多了。

       熟悉linux C/C++程序开发的人，应该都听说过core dump,  它会造成进程崩溃。core dump其实就是进程异常时，保存当时的“内存信息”，便于分析程序异常，这里的core就借用了当年的magnetic core,  都是指存储。

       磁芯存储器，是华裔科学家王安发明的，1984年，美国授予王安“电子及信息技术最高荣誉成就奖”，1986年，王安被选为全美最杰出的12位移民之一，获“总统自由勋章”。1988年，王安被列入美国发明家名人堂。不过，后来，磁芯存储器还是败给了时代，败给了半导体集成电路。

       在之前文章中，我们介绍了D锁存器，它可以锁存1位二进制数据，如下图所示(E端可以看作是允许写的信号)：

       我们把8个D锁存器组装在一起，就可以锁存8位二进制数据，也即1B,  把2048*8个D锁存器组装在一起，就可以锁存2KB的数据，这就形成了存储器。我们没法也没有必要画出2048*8个D锁存器，直接来抽象一下， 如下图的RAM所示：

       RAM在断电后，数据会丢失，常用作内存。

       再来看之前文章用到的ROM，即使断电后，数据也不会丢失。我们不对ROM的内部电路做详细介绍，仅从抽象的角度来看ROM：

      可以看到，A11-A0这12根地址线，可以表示4096个不同的存储单元(厕所间)，而D7-D0是每个存储单元中的8个二进制数字(厕所间的8个坑位)。类比上面提到的厕所，那么该ROM中对应4096个厕所间，每个厕所间有8个坑位。

       我们来向ROM中塞数据，看如下汇编程序：

ORG  0000H
  DB  00H
  DB  02H
  DB  04H
  DB  08H
END

       这段程序的意思是，在ROM的头4个字节，分别塞入00H, 02H, 04H, 08H这四个数据。

       用汇编器工具对上述汇编程序进行转换，得到对应的机器二进制代码，塞入到ROM中后，用proteus查看的结果如下：

      在ROM中是按照二进制来存储的，但为了方便显示，一般按照十六进制进行呈现。很显然，有如下表格关系：

       存储器的类型可能有千差万别，但里面存储数据的逻辑却基本一致。

       在之前的自制简易计算机中，还提到过用D触发器组成的4位触发器，它也经常被称为寄存器(由n位触发器构成)， 通常存在于CPU中，了解8086 CPU的朋友们，肯定对寄存器这个概念有很深的印象。如下是4个D触发器构成的4-D触发器，即寄存器：

      本文主要介绍了存储器相关的一些基础知识，相对简单。

      我们再看“冯诺依曼结构”的五大部件(下图红框)：

       再看之前文章中的自制计算机，其中基本就包含了“冯诺依曼结构”的五大部件：

      在“冯诺依曼结构”的五大部件中，最核心的是CPU和存储器(人们常说的芯片通常是指CPU芯片和存储器芯片)，而最最最核心的是CPU, 在后续文章中，我们将对CPU和汇编语言进行介绍。

       不见不散。

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