存储器知识
计算机存储器基础知识硬盘固态硬盘和内存的工作原理
计算机存储器基础知识硬盘固态硬盘和内存的工作原理计算机存储器基础知识：硬盘，固态硬盘和内存的工作原理计算机存储器是计算机硬件中至关重要的组成部分，它负责存储和读取数据。
在计算机存储器中，硬盘、固态硬盘(SSD)和内存是最常见的三种类型。
本文将从基础知识的角度详细介绍这三种存储设备的工作原理。
一、硬盘的工作原理硬盘是一种机械式存储设备，它使用一个或多个盘片旋转的方式存储和读取数据。
它的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 数据的存储硬盘上的数据存储在盘片的磁性表面上。
每个盘片都被划分为许多磁道，磁道上再细分为扇区。
当计算机将数据写入硬盘时，数据会被分割成小块，并写入到盘片的指定扇区上。
硬盘也会记录着每个数据块的地址信息，以便于后续的读取。
2. 数据的读取当计算机需要读取硬盘上的数据时，硬盘的读取头会根据计算机发送的指令来定位到指定的扇区。
读取头会将磁性表面上的数据转换成电信号，然后通过硬盘的控制层返回给计算机。
计算机进一步处理这些电信号以得到需要的数据。
尽管硬盘在存储和读取数据方面可靠且容量大，但由于机械结构的局限性，其读写速度相对较慢，且易受物理撞击和磁场干扰的影响。
二、固态硬盘 (SSD) 的工作原理固态硬盘是一种基于闪存存储技术的存储设备，与传统的硬盘相比，它没有机械部件。
固态硬盘的工作原理如下：1. 存储单元固态硬盘由一系列存储单元组成，每个存储单元中存储着一个或多个闪存芯片。
这些存储单元以类似硬盘的方式分成许多扇区，每个扇区用来存储特定大小的数据块。
2. 数据的存储在固态硬盘中，数据存储在闪存芯片中的晶体管中。
每个晶体管有两种可能的状态: 在和离开。
这些状态的组合形成不同的二进制代码，用于存储和表示数据。
3. 数据的读取当计算机需要读取固态硬盘上的数据时，固态硬盘的控制器会根据计算机发送的指令来定位到指定的扇区，并读取相应的数据。
数据以电信号的形式通过控制器返回给计算机，然后计算机对这些电信号进行处理，得到需要的数据。
计算机基础知识认识计算机存储器的不同类型和功能
计算机基础知识认识计算机存储器的不同类型和功能计算机基础知识：认识计算机存储器的不同类型和功能计算机存储器是计算机系统中重要的组成部分，它用于存储和读取数据、程序和指令。
不同类型的存储器具有不同的功能和特点。
本文将介绍计算机存储器的主要类型和功能。
一、内存内存是计算机中最重要的存储设备之一，用于存储当前正在被处理的程序和数据。
内存分为主存储器和辅助存储器两大类。
1. 主存储器主存储器是计算机系统中速度最快、容量相对较小的存储器。
它直接与CPU进行数据交换，并且可以快速读写数据。
主存储器一般采用固态存储器，如RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。
- RAM（随机存取存储器）：RAM是一种易失性存储器，意味着当计算机断电时，其中的数据将会丢失。
RAM主要用于存储临时数据和程序指令，以供CPU快速访问。
目前常见的RAM类型有SRAM和DRAM，它们在存储速度和稳定性上有所不同。
- ROM（只读存储器）：ROM是一种不易改变的存储器，存储的数据通常是固化于芯片中的程序和数据。
计算机启动时，BIOS（基本输入输出系统）就是从ROM中加载的。
ROM的数据无法被修改，可靠性较高。
2. 辅助存储器辅助存储器用于长期存储数据和程序，数据在断电后不会丢失。
常见的辅助存储器包括硬盘驱动器、固态硬盘、光盘和闪存驱动器。
- 硬盘驱动器：硬盘驱动器使用磁性材料记录数据，并且容量较大，适合存储大量数据。
它是计算机系统中最常见的存储设备之一。
- 固态硬盘：固态硬盘（SSD）通过闪存芯片来存储数据，与传统硬盘驱动器相比，它具有更快的读写速度和更高的抗震性。
由于价格的下降，SSD正逐渐取代传统硬盘。
- 光盘：光盘利用激光技术读写数据，主要分为CD、DVD和蓝光光盘。
光盘的容量较小，适合存储音频、视频和软件。
- 闪存驱动器：闪存驱动器（如USB闪存盘）也是一种常见的辅助存储器，具有便携性和可插拔性，适合传输数据和备份文件。
存储器基本知识
非挥发性存储器（TFTM） ：关闭电源可以继续保存数据的存储器，原理类似于 TFT，只是在 TFT 的基础上加了层保存电荷的浮栅。存储电荷时会改变器件的阈值电压从而改变器件的逻 辑状态(“0”或”1”)。
栅极 阻挡层 浮栅 源极 IGZO
衬底
栅极
阻挡层 遂穿层
源极
IGZO
遂穿层
漏极
浮栅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源极 IGZO 阻挡层 栅极
衬底
遂穿层 漏极
浮栅 阻挡层 栅极
衬底
漏极
a)顶栅结构
b）底栅结构 图一.TFTM 的结构
c）双栅结构
TFTM 的结构及特点：背栅、顶栅和双栅，栅氧化层包括阻挡层，隧穿层和电荷 俘获层，一二两层一般为 SiO2 和高电介质材料，俘获层一般采用纳米晶（Pt，Si 和 Ru）或电荷陷阱材料（SiNx 和 HfAlO） 1. 背栅结构：沟道载流子迁移率高，源漏电流大，阈值电压稳定性好。 （主流） 遂穿层不宜过薄，这样会导致阈值升高，从而增大功耗。还要在 IGZO 上加一 层钝化层，防止光照影响。 2. 顶栅结构：遂穿层淀积在 IGZO 沟道层上，因此可以很薄，可在低压下工作。 此种结构有更好的稳定性，但在驱动显示设备的应用中，很难避免衬底光照 影响。 3. 双栅结构： 可通过调节背栅电压来调整阈值电压， 增加了器件的阈值稳定性。 弥补了 1 和 2 的缺点。 TFTM 的阈值电压及存储窗口：
（������������������������������������ +
������ ������������ ������ ������������ 2 ������ ������������
）
纳米晶的制备工艺： 1. 先淀积金属薄膜，然后通过退火形成纳米晶： 影响因素：薄膜初始厚度，金属材料，退火温度和时间。 2. 直接淀积生长： 1） 在介质上直接淀积金属薄膜， 如果薄膜很薄会自动分离成纳米晶 （ALD） 。 2）介质层和金属共沉积，通过调节介质和金属组分，金属会在介质中分离成纳米晶。 3. 离子注入：将金属离子注入到栅介质层中，使之达到固溶饱和，在通过退火，使金属扩 散凝聚形成纳米晶。工艺较简单。 缺点存在自由扩散凝聚，纳米晶在垂直方向分布控制较难，纳米晶隧穿层厚度不一直。 需要退火时间高温退后，对 MOS 中的杂质再分布产生很大的影响。 4. 纳米模版淀积法：1）生物自组织模版 2）有机聚合物自组织模版。工艺非常复杂。 5. 喷雾淀积：通过高温分解稀释的源得到纳米晶喷雾，用气象沉积生长积聚，用高浓度 N2 冲掉过量的喷雾。缺点，工艺设备要更换。
存储器系统基本知识
（2）扇区
每个磁道划分成若干相等的区域，每个区域称为—个扇区，扇区是软 盘的基本存储单位。 每个磁道上的扇区数可为9、15、18等。扇区的编号 从1号开始，每个扇区为512B。计算机对软盘进行读写时，无论数据多少， 总是读写一个或几个完整的扇区。
（3）写保护口
3.5寸软盘的写保护口在磁盘背面，窗口中有一滑块，若移动滑块使窗 口透光，则该盘处于写保护状态，只能读出不能写入。处于写保护状态的 软盘，只能读出数据，不能写入、删除，也小会受病毒侵入。
那么高速缓存中相应的内容也应随之改变。反过来，如果CPU修改了高速缓存
中的内容，也应修改内存中的相应内容。 Intel 80486及更尚档微处理器的—个显著特点是在CPU芯片内集成了
SRAM作为高速缓存。因为这些高速缓存装在芯片内，所以称为内部高速缓存 或—级高速缓存，目前，微机的一级高速缓存多为32KB或64KB。由于80486 及更高档CPU的时钟频率都很高，一旦出现一级高速缓存未命中，性能将明显 降低。在这种情况下，通常是在CPU芯片外再加高速缓存称为二级高速缓存， 即外部高速缓存，它实际上是内存和CPU之间的真正缓存。外部高速缓存的容 量都比内部高速缓存大，目前微机的二级高速缓存多为256KB或512KB的同步 高速缓存，即高速缓存和CPU采用相同的时钟周期以相同的速度同步工作。其 性能要比异步高速缓存要高30％以上。
盘由多片盘片组成，盘片同心地固定在同一根轴上，片与片之间留有供磁 头进退的间隙。硬磁盘与硬磁盘驱动器作为一个整体密封在—个金属腔体 中，称为硬盘机，简称硬盘。
硬盘按盘径大小可分为5.25in、3.5in、2.5in、1.8in等几种，硬盘尺寸小 型化是硬盘的发展方向。
3.光盘存储器
光监存储器是一种利用激光技术存储信息的装置。光盘存储器由光盘 片和光盘驱动器构成。目前用于计算机系统的光盘可分为：只读型光盘 （CD-ROM）、一次写入型光盘（WORM）和磁光盘（MO）以及DVD。
存储基础知识培训
存储基础知识培训一、存储概述存储是计算机系统中非常重要的组成部分，用于保持数据和程序的持久性。
在大数据时代的背景下，存储的重要性愈发凸显。
本文将介绍存储的基础知识，以帮助读者全面了解存储的相关概念和技术。
二、存储类型1.主存储器主存储器（Main Memory）是计算机系统中最直接与CPU交互的存储设备，也被称为内存。
主存储器的容量决定了系统同时存储的数据和程序大小。
2.辅助存储器辅助存储器（Secondary Storage）用于长期存储大量的数据和程序，例如硬盘、光盘、固态硬盘等。
辅助存储器的容量一般远大于主存储器，可用于大数据存储和备份。
三、存储技术1.磁盘存储磁盘存储是一种机械存储技术，通过将数据存储在旋转的磁盘上来实现数据的读写。
磁盘以扇区为单位进行数据的存储和访问，随机存取速度较慢，但容量较大。
2.固态存储固态存储（Solid State Storage）采用闪存芯片作为存储介质，相对于传统磁盘存储具有更快的读写速度和较好的耐用性。
固态硬盘（SSD）已逐渐取代传统机械硬盘成为存储系统的主力。
3.网络存储网络存储（Network Storage）指的是通过网络连接远程存储设备的存储技术。
常见的网络存储技术有网络附加存储（NAS）和存储区域网络（SAN），可实现数据的共享和备份。
四、存储管理1.存储器层次结构计算机系统的存储器层次结构由多级存储构成，层次结构越高，存取速度越快，成本越高。
常见的存储器层次结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器。
2.存储系统管理存储系统管理涉及存储资源的分配和管理，包括存储容量的规划、文件系统的设计与管理、数据备份与还原等。
合理的存储系统管理能够提高存储系统的效率和可靠性。
五、存储安全1.数据安全存储安全是指对存储中的数据进行保护和控制，以防止非法访问、损坏或泄露。
常见的数据安全措施包括数据加密、访问权限控制和备份恢复。
2.存储设备安全存储设备安全涉及到存储设备的管理和防护。
存储技术基础知识
存储技术基础知识2023/9/7CONTENTS目录04半导体存储03光学存储02磁性存储01存储基本概念05数据存力存储基本概念01存储的作用·存储系统是计算机最重要的组成部分之一，实现“记忆”的功能·存储系统负责对信息数据进行保存，可以支持写入和读取存储的类型（按类别）· 存储分为多种类型，内存(Memory) 和硬盘(Hard Disk)是最常见的两种· 内存有时候也叫运行内存(运存)。
它是CPU和硬盘之间的桥梁，暂时存放CPU中的运算数据存储的类型（按类别）· 关机或断电后，内存上的数据就没有了，属于易失性(VM)存储器· 硬盘比内存的容量更大，存放了大量的数据文件。
只要执行了保存(写入)操作，即便关机或断电，硬盘上的数据仍会继续存在，属于非易失性(NVM)存储器存储器的层次结构· 不同类型的存储器，根据性能和成本的权衡，应用于不同的位置。
· 性能越强的存储器，价格就越贵，会越离计算芯片 (CPU/GPU等)越近· 性能弱的存储器，可以承担一些对存储时延要求低，写入速度不敏感的需求，降低成本。
数据的类型存储技术分类(按介质)· 现代存储技术，主要分为三大类别，分别是: 磁性存储、光学存储以及半导体存储.磁性存储02磁存储时代磁带机存储器· 以磁带为存储介质，由磁带机及其控制器组成的存储设备，是计算机的一种辅助存储器· 磁带机由磁带传动机构和磁头等组成，能驱动磁带相对磁头运动，用磁头进行电磁转换，在磁带上顺序地记录或读出数据。
· 低成本的存储方式，经常用于冷数据的离线存储硬盘(HDD)的基本知识硬盘(磁性)的组成· 主流的硬盘，扇区密度是一致的，也就是说，越靠外侧，扇区数越多。
每个扇区的大小是4K字节，用一个逻辑块编号寻址 (LBA，Logical Block Addressing)· 以扇区为基础，一个或多个连续的扇区组成一个块，叫做物理块。
计算机体系结构存储器层次结构基础知识详解
计算机体系结构存储器层次结构基础知识详解计算机体系结构存储器层次结构是计算机系统中重要的组成部分，它通过不同层次的存储器来提供有效的数据存取方式，以满足计算机执行指令和运算的需求。
本文将详细介绍计算机体系结构存储器层次结构的基础知识，包括存储器的分类、层次结构和操作原理等方面。
一、存储器的分类存储器是计算机中用于存储数据和程序的设备，根据存储介质的不同可分为内存和外存。
内存存储器又可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM是一种易失性存储器，用于存储程序和数据的临时信息，通电时可以读写数据，断电后数据就会丢失；ROM是一种非易失性存储器，用于存储程序和数据的固定信息，通电时只能读取数据。
外存储器包括硬盘、固态硬盘（SSD）和光盘等，主要用于长期存储大量数据和程序。
二、存储器的层次结构计算机体系结构存储器层次结构按照存取速度和成本的不同，可分为若干层次，由快到慢、由贵到廉排列为：寄存器、高速缓存、主存和外存。
寄存器是存储器层次结构中速度最快、容量最小的存储器，通常嵌入在中央处理器（CPU）中，用于存储最常用的数据和指令；高速缓存是位于CPU和主存之间的一层存储器，容量较小但速度快，用于缓存CPU频繁访问的数据块；主存是计算机中容量较大、速度较慢的存储器，用于存储程序和数据；外存是计算机中容量最大、速度最慢的存储器，用于长期存储大量数据和程序。
三、存储器的操作原理计算机体系结构存储器层次结构中的各层次存储器之间通过地址和数据进行交互。
当CPU需要访问某个数据或者指令时，首先会将相应的地址发给内存控制器，内存控制器会根据地址将数据从内存中读取出来并送达给CPU。
在这个过程中，CPU通常会先访问最快的寄存器，若寄存器中没有所需数据，则会在高速缓存中进行查找，如果高速缓存中也没有，则会继续在主存和外存中进行查找。
存储器的操作原理涉及到存储器的访问速度和命中率。
存储器的访问速度是指CPU从发送地址到接收到数据所需的时间，在不同层次存储器中，访问速度逐级变慢；命中率是指CPU在某个层次存储器中找到所需数据的概率，高速缓存的命中率通常较高，而主存和外存的命中率较低。
计算机存储器层次结构基础知识详解
计算机存储器层次结构基础知识详解计算机存储器层次结构是指计算机内部存储器的层级结构，主要由寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器等组成。
每一层存储器都有其独特的特点和作用，在计算机运行过程中发挥不同的作用。
本文将对计算机存储器层次结构的基础知识进行详解。
一、寄存器寄存器是计算机存储器层次结构中最高速的存储器，位于CPU内部，用于存放指令和数据。
寄存器拥有极快的读写速度，可以在一个CPU周期内完成读写操作。
常用的寄存器有通用寄存器、指令寄存器、程序计数器等。
寄存器的容量有限，通常只能存储少量的数据。
但是由于其速度快、响应时间低，因此经常被用于存放频繁使用的数据和指令，以提高计算机的执行效率。
二、高速缓存高速缓存是位于CPU和主存之间的一层存储器，用于存放最近经常访问的数据和指令。
高速缓存的容量较小，但读取速度非常快，可以减少CPU等待数据的时间，提高计算机的运行速度。
高速缓存采用了一种称为缓存替换算法的方法来管理数据的存储和替换。
常见的缓存替换算法有最近最少使用（LRU）算法和先进先出（FIFO）算法等。
这些算法能够根据数据的访问模式，选择性地保留和替换缓存中的数据，以提高缓存的命中率。
三、主存主存是计算机存储器层次结构中容量最大的存储器，用于存放程序和数据。
主存的容量通常以GB（千兆字节）为单位，可以存储大量的数据和指令。
主存中的数据和指令需要经过CPU的请求来进行读写操作。
由于主存的读写速度较慢，因此常常需要高速缓存来缓解CPU等待数据的时间。
同时，主存采用了一种称为虚拟内存的技术，能够将部分主存的内容存储到磁盘等辅助存储器中，以扩大主存的容量。
四、辅助存储器辅助存储器是计算机存储器层次结构中容量最大，但读写速度较慢的一层存储器。
辅助存储器包括硬盘、固态硬盘（SSD）、光盘、磁带等。
辅助存储器主要用于长期存储计算机的程序和数据，可以存储大量的信息。
但与主存相比，辅助存储器的读写速度较慢，需要较长的时间来读取或写入数据。
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按读写功能 只读存储器(ROM)：存储的内容是固定不变 的，只能读出而不能写入的半导体存储器。 各存储器之间的关系 随机读写存储器(RAM)：既能读出又能写入 的半导体存储器。 按信息保存性 存储系统的分级结构 非永久记忆的存储器：断电后信息即消失的 存储器。 永久记忆性存储器：断电后仍能保存信息的 存储器。
存储器：存放程序和数据的器件 存储位：存放一个二进制数位的存储单元，是存储 器最小的存储单位，或称记忆单元 存储字：一个数（n位二进制位）作为一个整体存 入或取出时，称存储字 存储单元：存放一个存储字的若干个记忆单元组成 一个存储单元 存储体：大量存储单元的集合组成存储体 存储单元地址：存储单元的编号 字编址：对存储单元按字编址 字节编址：对存储单元按字节编址 寻址：由地址寻找数据，从对应地址的存储单元中 访存数据。
按用途 根据存储器在计算机系统中所起的作用， 可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲 存储器、控制存储器等。 为了解决对存储器要求容量大，速度快， 成本低三者之间的矛盾，通常采用多级存 储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、 主存储器和外存储器。
存储器的功能
存储器的地址空间
数据存储器地址空间由内部和外部数据存储器 空间组成。内部和外部数据存储器空间 存在重 叠，通过不同指令来区别。当访问内部RAM时， 用MOV类指令；当访问外部RAM 时，则用 MOVX类指令，所以地址重登不会造成操作混 乱。 内部数据存储器在物理上又可分成三部分：低 128字节RAM、高128字节RAM(仅 8032／ 0852才音)和专用寄存器(SFR)。 在51子系列中，只有低U8字节RAM，占有 00H一7FH单元和128个字节RAM的专 用寄存 器区，占有80H—FFH单元。
制作人：丁震宇、黄士军、李博、李志刚、祁博
存储器的简介
存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并能在 计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的 存取。 存储器是具有“记忆”功能的设备，它采用具有两 种稳定状态的物理器件来存储信息。这些器件也称 为记忆元件。在计算机中采用只有两个数码“0”和 “1”的二进制来表示数据。记忆元件的两种稳定状 态分别表示为“0”和“1”。日常使用的十进制数必 须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。计算 机中处理的各种字符，例如英文字母、运算符号等， 也要转换成二进制代码才能存储和操作。
对52子系列，低128字节RAM仍占有
ooH一7FH单元，而高128个字节RAM 所占 存储器地址空间与专用寄存器 (SFR)区所占空间重合，均为80H— FFH。究竟访问哪一部 分，系统是通 过不同的寻址方式来加以区别。当访 问高128字节RAM存储空间时，须采 用 寄存器间接寻址方式；访问专用寄 存器(SFR)区时则只能用直接寻址方式。 对于访问低128 字节iRAM，则无此区 别，斯麦迪电子两种寻址方式都可采 用。
存储器的分类
按存储介质 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。 磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。 按存储方式 随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取， 且存取时间和存储单元的物理位置无关。 顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间和 存储单元的物理位置有关。