辅助存储器
存储的核心概念
存储的核心概念存储是计算机系统中的一个重要组成部分，用于存储和管理数据和程序。
它允许计算机在执行指令和处理数据时进行读写操作，并且可以长期保存数据以供以后使用。
存储的核心概念包括存储层次结构、存储器层次、主存储器和辅助存储器。
一、存储层次结构计算机中的存储层次结构是根据存取速度和容量来划分的，它分为多个层次，每个层次都有自己的特点和功能。
存储层次结构从上到下分为：寄存器、高速缓存、主存储器、辅助存储器。
下面我将逐一介绍这些层次。
1. 寄存器：寄存器是存储器层次结构中最接近CPU 的一层，也是最快的一层。
它用于存放CPU 需要立即访问的数据和指令。
寄存器的容量很小，一般只有几十个字节，但是它的读写速度非常快，能够满足CPU 对数据和指令的高速处理需求。
2. 高速缓存：高速缓存是位于CPU 和主存储器之间的一层存储器，作为主存储器和寄存器之间的缓冲区，用于加速CPU 对数据和指令的访问。
高速缓存的容量比寄存器大，但比主存储器小，一般几十到几百个千字节。
它的读写速度比主存储器快，但比寄存器慢。
它通过缓存一部分主存储器中的数据和指令，提高了CPU 对存储器的访问效率。
3. 主存储器：主存储器（也叫内存）是计算机系统中最重要的存储器，用于存放程序和数据。
它的容量比高速缓存大，一般几十到几百个千兆字节。
主存储器的读写速度比高速缓存慢，但比辅助存储器快。
它能够提供给CPU 进行读写操作。
4. 辅助存储器：辅助存储器（也叫外存）是计算机系统中最大的存储器，负责长期保存数据和程序。
它的容量比主存储器大，可以达到几百个千兆字节或者更大。
辅助存储器的读写速度比主存储器慢，但它具有永久存储的特点，即使计算机断电，数据也不会丢失。
以上是存储层次结构中的几个层次，不同层次的存储器在容量、读写速度、价格等方面都有所不同，通过合理地利用这些存储器，可以提高计算机系统的性能和效率。
二、存储器层次存储器层次是指存储器在层次结构中的位置和关系。
辅助存储器又称外存储器外存
辅助存储器⼜称外存储器外存外储存器是指除内存及以外的储存器，此类储存器⼀般断电后仍然能保存。
常见的储器有、、、U盘等。
中⽂名外存储器常见类型硬盘、软盘、光盘、U盘存储器的很多，按其可分为和，主存储器⼜称（简称内存），辅助存储器⼜称外存储器（简称外存）。
内存储器最突出的特点是存取速度快，但是容量⼩、价格贵；外存储器的特点是容量⼤、价格低，但是存取速度慢。
内存储器⽤于存放那些⽴即要⽤的程序和数据；外存储器⽤于存放暂时不⽤的程序和数据。
内存储器和外存储器之间常常频繁地交换信息。
[1] 外存是磁性介质或，像，，，等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，与相⽐就显得慢的多。
软盘：软磁盘使⽤柔软的聚酯材料制成原型底⽚，在两个表⾯涂有磁性材料。
常⽤软盘直径为3.5英⼨，存储容量为1.44MB.软盘通过软盘驱动器来读取数据。
U盘：U盘也被称为“闪盘”，可以通过计算机的⼝存储数据。
与软盘相⽐，由于U盘的体积⼩、存储量⼤及携带⽅便等诸多优点，U盘已经取代软盘的地位。
硬盘：硬磁盘是由涂有磁性材料额铝合⾦原盘组成的，每个硬盘都由若⼲个磁性圆盘组成。
磁带存储器：磁带也被称为顺序存取存储器SAM。
它存储容量很⼤，但查找速度很慢，⼀般仅⽤作数据后备存储。
计算机系统使⽤的磁带机有3中类型：盘式磁带机、数据流磁带机及螺旋扫描磁带机。
光盘存储器：光盘指的是利⽤光学⽅式进⾏信息存储的圆盘。
它应⽤了光存储技术，即使⽤激光在某种介质上写⼊信息，然后再利⽤激光读出信息。
光盘存储器可分为:CD-ROM、CD-R、CD-RW、和DVD-ROM等。
种类、、、、都是外部存储器。
从冯.诺依曼的⼯作原理及的组成来说，计算机分为、控制器、和输⼊/，这⾥的就是指内存，⽽属于输⼊/输出设备。
CPU运算所需要的程序代码和数据来⾃于内存，内存中的东西则来⾃于，所以并不直接与CPU打交道。
相对于内存来说就是外部存储器。
存储器是⽤来存储器数据的,内存有⾼速和内存,内部存储,外存就是类似U盘的外部存储。
什么是计算机存储器常见的计算机存储器有哪些
什么是计算机存储器常见的计算机存储器有哪些计算机存储器是计算机中的一个重要组成部分，用于存储和读取数据和程序指令。
它在计算机操作中起到临时存储数据的作用，是计算机进行运算和处理的基础。
下面将介绍计算机存储器的常见类型和功能。
一、内存内存是计算机存储器的重要组成部分，在计算机运行过程中起到临时存储数据和指令的作用。
内存分为主存和辅助存储器。
主存储器是计算机内存中的核心部分，可直接被中央处理器（CPU）访问和操作。
而辅助存储器则是较大容量的数据存储介质，如硬盘、光盘、磁带等，其数据传输速度相对较慢。
1. 随机存储器（RAM）随机存储器（Random Access Memory，RAM）是一种临时存储器，采用随机存取方式进行读写操作。
它可被CPU来回读写数据，具有读取速度快、数据临时存储可随时修改等特点。
主要分为SRAM（静态随机存储器）和DRAM（动态随机存储器）两种技术，主要区别在于存储单元的组成结构和存储方式。
2. 只读存储器（ROM）只读存储器（Read-Only Memory，ROM）是一种只能被读取而不能被写入的存储器。
它在计算机制造时被写入数据和程序指令，用户无法对其进行修改，主要用于存储固化的程序指令和数据。
常见的ROM类型包括PROM（可编程只读存储器）、EPROM（可擦写可编程只读存储器）和EEPROM（电可擦可编程只读存储器）。
二、高速缓存高速缓存（Cache）是位于CPU内部或靠近CPU的存储器，用于存储CPU频繁访问的数据和指令。
它的读取速度比主存更快，能够提高CPU对数据和指令的访问效率。
高速缓存根据存储位置的不同，可以分为一级、二级和三级缓存，缓存容量逐级递增，但读写速度逐级递减。
三、辅助存储器辅助存储器（Secondary Storage）是计算机中用于长期存储和保存数据的设备，如硬盘、光盘、磁带等。
辅助存储器容量较大，可以长时间保存数据，但读写速度相对较慢。
常见的辅助存储器有以下几种：1. 硬盘（Hard Disk）硬盘是计算机中最常用的辅助存储设备之一，主要用于存储操作系统、软件程序和用户数据等。
辅助存储器
主要技术指标
1.记录密度
➢ 单位长度内所存储的二进制信息量。
➢ 磁 盘 ： 道 密 度 ( 单 位 ： TPI/TPM) 、 位 密 度 ( 单 位 ： BPI/BPM）
➢ 磁带：位密度
➢ 公式：道密度
（P为道距）
位密度
辅助存储器
2.存储容量 ➢ 存储容量是指外存所能存储的二进制信息总数量 ➢ 公式：C=n*k*s(C为存储总容量，n为存放信息的盘面
数，k为每个盘面的磁道数，s为每条磁道上记录的二 进制代码数 ➢ 格式化容量：按某种特定的记录格式所能存储信息的总 量，即用户可以使用的容量。 ➢ 非格式化容量：磁表面可以利用的磁化单元总数。
辅助存储器
3.平均寻址时间 ➢ 磁盘：直接存取方式 ➢ 公式： ➢ 磁带：顺序存取方式 4.数据传输率 ➢ 单位时间内磁表面存储器向主机传送数据的位数或字节数。 ➢ 公式： 5.误码率 ➢ 衡量磁表面存储器出错概率的参数，误码率=出错信息位数/
辅助存储器
辅不用的程序和数据，它不能与CPU直接交换信息。
辅助存储器的特点
容量大、速度慢、价格低、可脱机保存信息，属“非易 失性”存储器。
辅助存储器的分类
辅助存储器有硬磁盘存储器、软磁盘存储器、磁带存储 器和光盘存储器等。
辅助存储器
读出信息的总位数。 ➢ 纠错：循环冗余码
辅助存储器
磁记录原理
➢ 磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成读写 操作
辅助存储器
磁记录方式 ➢ 磁记录方式又称为编码方式，它是按某种规律将一串二
进制数字信息变换成磁表面相应的磁化状态。 （1）归零制（RZ） （2）不归零制（NRZ） （3）“见1就翻”的不归零制（NRZ1） （4）调相制（PM） （5）调频制（FM） （6）改进型调频制（MFM）
简述计算机存储器的组成及各部分特点
简述计算机存储器的组成及各部分特点
计算机存储器是计算机中重要的部件，用于存储和读取数据和指令。
它可以分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）两部分。
1. 主存储器（内存）：主存储器是计算机中最重要的存储器，用于存储正在执行和待执行的程
序和数据。
主存储器的特点包括：
- 存取速度快：主存储器与CPU之间的数据传输速度非常快，可以实现指令的快速读取和写入。
- 容量有限：主存储器的容量相对较小，一般几十GB或几百GB。
因此，主存储器只能存储当前正在使用的程序和数据。
- 断电丢失：主存储器是一种易失性存储器，当计算机断电时，存储在主存储器中的数据将会
丢失。
2. 辅助存储器（外存）：辅助存储器用于长期存储大量的数据和程序，以及备份和交换数据。
辅助存储器的特点包括：
- 容量大：辅助存储器的容量一般比主存储器大得多，可以容纳大量的数据和程序。
- 访问速度相对慢：与主存储器相比，辅助存储器的数据读取和写入速度较慢。
- 非易失性：辅助存储器是一种非易失性存储器，即使计算机断电，存储在辅助存储器中的数
据也不会丢失。
辅助存储器的常见形式包括硬盘驱动器（HDD）、固态硬盘（SSD）、光盘、磁带等。
不同的
辅助存储器具有不同的容量、访问速度和使用特点，可以根据需求进行选择和使用。
计算机辅助存储器的设计与作用
计算机辅助存储器的设计与作用
计算机辅助存储器（也称为辅助存储器或外部存储器）是计算机系统中用于存储数据和程序的设备，辅助存储器与主存储器（内存）相对应。
它的设计和作用有以下几个方面：
存储容量：辅助存储器通常具有较大的存储容量，可以存储大量的数据和程序。
相比之下，主存储器的容量相对较小。
这使得辅助存储器成为长期存储和持久化数据的理想选择。
持久性存储：辅助存储器的数据具有持久性，即数据在断电或计算机关闭后仍然保持不变。
相比之下，主存储器的数据是易失性的，断电后数据会丢失。
辅助存储器可用于存储重要的数据文件、操作系统和应用程序等。
数据访问速度：辅助存储器的访问速度相对较慢，远低于主存储器的速度。
因此，辅助存储器通常被用作辅助、补充主存储器的存储介质，将不常用的数据和程序保存在辅助存储器中，主存储器则用于存放当前需要的数据和程序。
数据备份和恢复：辅助存储器常用于数据备份和恢复。
通过将数据和程序复制到辅助存储器上，可以避免因系统故障、病毒攻击或人为错误而导致的数据
丢失。
同时，辅助存储器也能够提供数据恢复的功能，可以从备份中恢复丢失或损坏的数据。
扩展存储：辅助存储器可以扩展计算机的存储容量。
当主存储器不足以容纳所有需要处理的数据和程序时，辅助存储器可以提供额外的存储空间。
这对于处理大型数据集、运行复杂的应用程序和存储大量的媒体文件来说非常重要。
简述现代计算机常用的三级存储体系
简述现代计算机常用的三级存储体系现代计算机常用的三级存储体系是指计算机内存的三个层次，包括高速缓存（Cache）、主存储器（Main Memory）和辅助存储器（Auxiliary Storage），每个层次的存储器速度和容量不同，以及在计算机中的作用也不同。
下面将分别对这三个层次进行详细说明。
1. 高速缓存（Cache）高速缓存是位于中央处理器（CPU）和主存储器之间的一层存储器，其作用是临时存储处理器频繁使用的数据或指令，以提高处理器的访问速度。
高速缓存的特点是速度非常快，可以与CPU进行同步操作，并且容量较小。
高速缓存采用的是容量较小但速度非常快的SRAM（Static Random Access Memory）或DRAM（Dynamic Random Access Memory）来存储数据。
高速缓存采用了一种称为“局部性原理”的策略，根据程序访问数据和指令的局部性特征，预先将可能用到的数据和指令存储到高速缓存中，当CPU需要访问数据或指令时，首先在高速缓存中查找，如果找到则直接返回，从而避免了频繁访问主存储器的延迟。
2. 主存储器（Main Memory）主存储器是计算机中的主要存储器，通常是指随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），它可以直接被CPU访问。
主存的特点是速度相对较快（相比辅助存储器），容量较大。
主存储器存储的是当前运行的程序和数据，存储的内容会随着程序的加载和运行而不断变化。
主存储器一般采用的是DRAM，其存储单元是由电容和晶体管构成的。
DRAM的数据是以电容的充放电状态表示的，因此对DRAM的访问速度受限于电容的充放电时间，相对较慢。
3. 辅助存储器（Auxiliary Storage）辅助存储器能够永久保存数据，即使计算机断电也不会丢失数据。
它通常用于存储操作系统、应用程序和用户数据等，在程序需要执行或大量数据需要读写时，会从辅助存储器中加载到主存储器中进行处理。
第8章辅助存储器-精品文档
• 这种记录方式基本上与调频制相同，即记录数据‘1’时在位
周期中心磁化翻转一次，记录数据‘0’时不翻转。区别在于只有 连续记录两个或两个以上‘0’时，才在位周期的起始位置翻转一 次，而不是在每个位同期的起始处都翻转。
• 除上述几种记录方式外，成组编码（GCR）以及游程长度受 限码（RLLC）等。
写线圈
运动方向
磁层
载磁体
e n dφ dt
存储元的大小和缝隙宽度、磁头与磁表面距离、电流强度有关
目前软盘常用MFM编码方式,能达到较高的 记录密度和较高的 自同步能力.
8.2.3 磁记录方式
• 磁记录方式是按照某种规律，将一连串二进制 数字信息，变换成磁层的相应磁化翻转形式，并 经读写控制电路实现这种转换规律。 图8.5 给 出几种常见的磁记录方式的写人电流波形。
• 目前的磁盘驱动器一般都带有高速缓存，容量在 1MB～几MB之间，可由SRAM或DRAM组成。
硬盘的安装、操作与维护
• 安装：
– 物理安装：用螺丝安装到硬盘托架，电源线，信号 线。注意防震，身体放静电，设备跳线。
– 软件安装：低、高级各式化，逻辑分区，软件安装。
• 操作：
– 机器工作是不要搬动硬盘。 – 防止突然断电 – 防止病毒破坏硬盘信息。
Ta=Tsa+Twa
=(tsmax+tsmin)/2+(twmax+twmin)/2
– 磁带存储器采取顺序存取方式，不需要寻找磁道但需要考虑 磁头寻找记录区的等待时间。
4. 数据传输率
磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的位数或字 节数，叫数据传输率Dr 。从设备方面考虑，传输率等于记录密 度D和记录介质的运动速度V的乘积。
计算机存储分级
计算机存储分级
计算机存储分级是指计算机内部存储器按照不同的速度、容量和价格等因素进行分级。
计算机存储分级的目的是为了满足不同用户的需求，同时也是为了提高计算机的性能和效率。
计算机存储分级主要分为三个层次：主存储器、辅助存储器和高速缓存存储器。
主存储器是计算机中最重要的存储器，也是最快的存储器。
主存储器通常是由动态随机存储器（DRAM）或静态随机存储器（SRAM）构成。
主存储器的容量通常比较小，但是它的读写速度非常快，可以满足计算机对数据的实时处理需求。
主存储器的价格相对较高，但是它的性能和效率也是最高的。
辅助存储器是计算机中容量最大的存储器，通常是硬盘、光盘、磁带等。
辅助存储器的读写速度比主存储器慢，但是它的容量非常大，可以存储大量的数据和程序。
辅助存储器的价格相对较低，但是它的性能和效率也比主存储器低。
高速缓存存储器是介于主存储器和辅助存储器之间的一种存储器。
高速缓存存储器通常是由SRAM构成，它的容量比主存储器小，但是读写速度比主存储器快。
高速缓存存储器的作用是为了提高计算机的性能和效率，它可以缓存主存储器中的数据和程序，减少CPU 对主存储器的访问次数，从而提高计算机的运行速度。
计算机存储分级是为了满足不同用户的需求，同时也是为了提高计算机的性能和效率。
不同的存储器层次有不同的特点和优缺点，用户可以根据自己的需求选择适合自己的存储器。
什么是计算机存储器常见的计算机存储器有哪些
什么是计算机存储器常见的计算机存储器有哪些计算机存储器是一种用来存储数据和指令的设备，是计算机系统的一个重要组成部分。
计算机存储器一般分为主存储器和辅助存储器两种。
主存储器：主存储器是计算机中用来存储数据和指令的地方，也被称为内存。
主存储器是在计算机运行时被CPU直接访问的一种存储设备，主要用来存储当前正在执行的程序和数据。
主存储器的速度比较快，但容量有限。
主存储器的存取速度取决于存储介质的类型，常见的主存储器包括动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。
1. DRAM（Dynamic Random Access Memory）：动态随机存取存储器是一种常见的主存储器，使用电容和晶体管来存储数据。
DRAM需要不断地刷新存储的数据，因此速度比较慢，但成本低廉，容量大。
DRAM广泛应用于个人电脑和其他计算设备上。
2. SRAM（Static Random Access Memory）：静态随机存取存储器也是一种常见的主存储器，使用触发器来存储数据。
相比于DRAM，SRAM的读写速度更快，但成本更高，容量较小。
SRAM通常用于缓存和高性能计算机系统中。
辅助存储器：辅助存储器是计算机中用来存储数据和程序的一种永久性存储设备，主要是用来存储不常用的数据和程序。
辅助存储器通常比主存储器容量更大，但速度较慢。
1. 硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）：硬盘驱动器是一种机械存储设备，使用磁性记录技术来存储数据。
硬盘驱动器容量大，价格便宜，但读写速度较慢。
硬盘驱动器广泛用于个人电脑和服务器上。
2. 固态硬盘（Solid State Drive，SSD）：固态硬盘是一种电子存储设备，使用闪存芯片来存储数据。
固态硬盘读写速度快，耐用性强，但价格相对较高。
固态硬盘逐渐取代了传统的硬盘驱动器，成为计算机存储器的主要形式之一3.光盘和闪存盘（CD-ROM、DVD-ROM、USB闪存盘）：光盘和闪存盘是一种便携式存储设备，用来存储数据和程序。
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循环冗余校验码
模2运算：不考虑借位和进位 （1）模2加减：可用异或门实现，即： 0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=0； 0-0=0； 0-1=1； 1-0=1； 1-1=0； （2）模2乘法：用模2加求部分积之和 例如：
+
1011 x 11 1011 1011 11101
循环冗余校验码
例 NRZ1 的读出代码波形
数据序列 0 1 1 0 0 1 0
4.4
驱动电流 磁通变化 感应电势
同步脉冲 读出代码
循环冗余码CRC
循环冗余码CRC（Cyclic Redundancy Code）， 又称为多项式码，可以发现并纠正信息在存储 或传送过程中连续出现的多为错误代码，因此 CRC校验码在磁介质存储器和计算机之间通信 方面得到广泛应用。
循环冗余码CRC
由信息位产生冗余位的编码过程，就是已知M(x)求R(X)的过程。 在CRC码中可以通过找到一个特定的多项式G（x）来实现。用G （x）去除xr * M（x）得到的余式就是R（x），假设商的多项 式为Q（x），编码过程
x r M ( x) R( x) Q( x) G ( x) G ( x)
可看出求得的CRC码是一可被G(X)表示的数码除尽的数码。
循环冗余校验码
例 设四位有效信息位是1100，选用生成多项式 G(X)=1011， 试求有效信息位1100的CRC编码。 解：(1) 将有效信息位1100表示为多项式M(x) M(X) = X3 + X2 = 1100 (2) M(X)左移r=3位，得M(x)*X3 M(x)*X3 = X6 + X5 = 1100000 (3) 用r+1位的生成多项式 G(X)，对M(x)*Xr作“模2除” 1100000/1011 = 1110 + 010/1011 (4) M(x)*X3 与r位余数R(X) 作“模2加”，即可求得CRC 编码 M(x)*X3 + R(X) = 1100000 + 010 = 1100010 (模2加) 因为k=7、n=4，所以编好的CRC码又称为(7，4)码。
辅助存储器
磁表面存储器的主要技术指标 存储密度：存储密度分道密度、位密度。 • 道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单 位为道/英寸(tpi),道/毫米（tpm）。
1 P • 位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数， 单位为位/英寸(bpi)。 Dt
Db ft d min
（3）模2除法：按模2减求部分余数，每上一位商， 部分余数要减少一位，上商规则是：只要余数最高 位为1，则商1，否则为0。当部分余数的位数小于 除数时，该余数为最后余数。例如：
101（除数） 10 101 01
编码 k位要发送的有效信息位可对应于一个k-1次多项 式M（x），r位冗余校验位对应于一个r-1次多项 式R（x）。由k位信息位后面加上r位冗余位组成 的n=k+r位CRC码字则对应于一个n-1次多项式C （x），即： C（x）= xr • M（x）+ R（x） 该CRC码称为（n，k）循环码。
即:xr * M（x）＝G（x）* Q（x）+ R（x） 将余数R(X)与左移r位的Xr*M(x) 相加,得到n+r位的CRC码： Xr * M(x)+ R(x) = Q(x)*G(x) + R(x) + R(x) 因为“两相同数据的模2和为零”，即R(x) + R(x) = 0，所 以，
Xr * M(x)+ R(x) = Q(x)*G(x)
循环冗余校验码
3．CRC的译码及纠错 CRC码传送到目标部件，用约定的多项式G(x)对收到的CRC 码进行“模2除”，若余数为0，则表明该CRC校验码正确； 否则表明有错，不同的出错位，其余数是不同的。由余数 具体指出是哪一位出了错，然后加以纠正。 可以证明：更换不同的有效信息位，余数与出错位的对应 关系不会发生变化，只与码制和生成多项式G(X)有关。
循环冗余校验码
生成多项式G（x）应满足以下条件：
(1)必须是r次多项式，最高项xr 和x0的系数为1，即它 对应的二进制编码是r+1位的。 (2)CRC校验码的任何一位发生错误，余数不为零；且不 同位发生错误，余数不同。 (3)对余数继续模2除，应使余数循环。
4.4
磁层
N S 载磁体 S N
局部磁化单元
局部磁化单元
写入“0”
写入“1”
磁记录原理 读
读线圈 读线圈
4.4
铁芯 磁通 磁层
N
S
S
N
f
e
运动方向
f
e
运动方向
s t 读出 “0”
s t
读出 “1”
2. 磁表面存储器的记录方式
位周期 数据序列
4.4
0 1 0
T 0
1
1
1
0
0
RZ NRZ
NRZ1
PM FM MFM
存储容量：一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称 为磁盘存储器的存储容量。
平均寻址时间：寻道时间
寻址时间 辅存的速度
+ 等待时间
磁头读写时间
数据传输率：磁表面存储器在单位时间内向主机
传送数据的位数或字节数 Dr = Db × V
二、磁记录原理和记录方式 1. 磁记录原理 写
写线圈 I 铁芯 磁通 写线圈 I