计算机一级MSOffice第二章考点解析3

　　2．1．3存储器 
　　存储器(Memory)是存储程序和数据的部件。它可以自动完成程序或数据的存取，是计算机系统中的记忆设备。存储器分为内存(又称主存)和外存(又称辅存)两大类。内存是主板上的存储部件，用来存储当前正在执行的数据、程序和结果；内存容量小，存取速度快，但断电后其中的信息全部丢失。外存是磁性介质或光盘等部件，用来存放各种数据文件和程序文件等需要长期保存的信息；外存容量大，存取速度慢，但断电后所保存的内容不会丢失。计算机之所以能够反复执行程序或数据，就是由于有存储器的存在。
　　CPU不能像访问内存那样直接访问外存，当需要某一程序或数据时，首先应将其调入内存，然后再运行。一般的微型计算机中都配置了高速缓冲存储器(Cache)，这时内存包括主存和高速缓存两部分。 
　　1．内存 
　　存储器是用来存储数据和程序的“记忆”装置，相当于存放资料的仓库。计算机中的全部信 息，包括数据、程序、指令以及运算的中间数据和最后的结果都要存放在存储器中。存储器分内存储器和外存储器两种。内存储器按功能又可分为随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)和只读存储器 (Read Only Memory，ROM)。 
　　1)随机存取存储器 、 
　　通常所说的计算机内存容量均指RAM存储器容量，即计算机的主存。RAM有两个特点，第一个特点是可读／写性，说的是对RAM既可以进行读操作，又可以进行写操作。读操作时不破坏内存已有的内容，写操作时才改变原来已有的内容。第二个特点是易失性，即电源断开(关机或异常断电)时，RAM中的内容立即丢失。因此微型计算机每次启动时都要对RAM进行重新 装配。
　　RAM又可分为静态随机存储器(Static RAM，SRAM)和动态随机存储器(Dynamic RAM， DRAM)两种。计算机内存条采用的是DRAM，如图2—4所示。DRAM中“动态”的含义是指每隔一个固定的时间必须对存储信息刷新一次。因为DRAM是用电容来存储信息的，由于电容存在 漏电现象，存储的信息不可能永远保持不变，为了解决这个问题，需要设计一个额外电路对内存不断地进行刷新。DRAM的功耗低，集成度高，成本低。SRAM是用触发器的状态来存储信息的，只要电源正常供电，触发器就能稳定地存储信息，无需刷新，所以SRAM的存取速度比DRAM快。但SRAM具有集成度低、功耗大、价格高的缺陷。

　　 
　　几种常用RAM简介如下：
　　①同步动态随机存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)是目前奔腾计算机系统普遍使用的内存形式，它的刷新周期与系统时钟保持同步，使RAM和CPU以相同的速度同步工作，减少了数据存取时间。
　　②双倍速率SDRAM(Double Data Rate RAM，DDRRAM)使用了更多、更先进的同步电路，它的速度是标准SDRAM的两倍。
　　③存储器总线式动态随机存储器(Rambus DRAM，RDRAM)被广泛地应用于多媒体领域。

　　2)只读存储器 j
　　CPU对只读存储器(ROM)只取不存，ROM里面存放的信息一般由计算机制造厂写入并经 
　　固化处理，用户是无法修改的，即使断电，ROM中的信息也不会丢失。因此，ROM中一般存放计i
　　算机系统管理程序，如监控程序、基本输入／输出系统模块BIOS等。 !
　　几种常用ROM简介如下：
　　①可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)可实现对ROM的写操作，但只能写一 
　　次。其内部有行列式的镕丝，视需要利用电流将其烧断，写入所需信息。 
　　②可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)可实现数据的反复擦写。使用时～ 
　　用高电压将信息编程写入，擦除时将线路曝光于紫外线丁，即可将信息清空。EPROM通常在封 
　　装外壳上会预留一个石英透明窗以方便曝光。 
　　③电可擦可编程只读存储罨(E1ectrically EPROM，EEPROM)可实现数据的反复擦写。其使 
　　用原理类似EPROM，只是擦除方式是使用高电场完成，因此不需要透明窗曝光。  
　　3)高速缓冲存储器 
　　高速缓冲存储器(Cache)主要是为了解决CPU和主存速度不匹配，为提高存储器速度而设计的。Cache一般用SRAM存储芯片实现，因为SRAM 比DRAM存取速度快而容量有限。Cache产生的理论依据——局部性原理。局部性原理是指计算机程序从时间和空间都表现出“局部性”：①时间的局部性 (Temporal Locality)：最近被访问的内存内容(指令或数据)很快还 会被访问；②空间的局部性(Spatial Locality)：靠近当前正在被访问内存的内存内容很快也会被访问。 内存读写速度制约了CPU执行指令的效率，那么，如何能既缓解速度间的矛盾又节约成本?——设计一款小型存储器即Cache，使其存取速度接近CPU，存储容量小于内存。Cache中存放什么?——cPu最经常访问的指令和数据。根据局部性原理，当 CPU存取某一内存单元 时，计算机硬件自动地将包括该单元在内的临近单元内容都调入Cache。这样，当CPU存取信息时，可先从Cache中进行查找。若有，则将信息直接传送给CPU；若无，则再从内存中查找，同时把含有该信息的整个数据块从内存复制到Cache中。Cache中内容命中率越高，CPU执行效率 越高。可以采用各种Cache替换算法(Cache内容和内存内容的替换算法)来提高Cache命中率。 
　　Cache 按功能通常分为两类：CPU内部的Cache和CPU外部的Cache。CPU内部的Cache称为一级Cache，它是CPU内核的一部分，负责在 CPU内部的寄存器与外部的Cache之间的缓冲。CPU外部的Cache称为二级Cache，它相对CPU是独立的部件，主要用于弥补CPU内部 Cache容量过小的缺陷，负责整个CPU与内存之间的缓冲。少数高端处理器还集成了三级Cache，三级Cache是为读取二级缓存中的数据而设计的一种缓存。具有三级缓存的CPU中，只有很少的羹据从内存中调用，这样大大地提高了CPU的效率。 
　　4)内存储器的性能指标 
　　内存储器的主要性能指标有两个：容量和速度。 
　　存储容量：指一个存储器包含的存储单元总数。这一概念反映了存储空间的大小。目前常用的DDR3内存条存储容量一般为2 GB和4 GB。好的主板可以到8 GB，服务器主板可以到32 GB。
　　存取速度：一般用存储周期(也称读写周期)来表示。存取周期就是CPU从内存储器中存取数据所需的时间(读出或写入)。半导体存储器的存取周期一般为60～100 rls。 　　2．外存 
　　随着信息技术的发展，信息处理的数据量越来越大。但内存容量毕竟有限，这就需要配置另一类存储器——外部存储器(简称外存)。外存可存放大量程序和数据，且断电后数据不会丢失。常见的外部储存器有硬盘、u盘和光盘等。 
　　1)硬盘 
　　硬盘(Hard Disk)是微型计算机上主要的外部存储设备。它是由磁盘片、读写控制电路和驱 动机构组成。硬盘具有容量大、存取速度快等优点，操作系统、可运行的程序文件和用户的数据文件一般都保存在硬盘上。 
　　内部结构：一个硬盘内部包含多个盘片，这些盘片被安装在一个同心轴上，每个盘片有上下 两个盘面，每个盘面被划分为磁道和扇区。磁盘的读写物理单位是按扇区进行读写。硬盘的每个盘面有一个读写磁头，所有磁头保持同步工作状态，即在任何时刻所有的磁头都保持在不同盘 面的同一磁道。硬盘读写数据时，磁头与磁盘表面始终保持一个很小的间隙，实现非接触式读写。维持这种微小的间隙，靠的不是驱动器的控制电路，而是硬盘高速旋转时带动的气流。由于 磁头很轻，硬盘旋转时，气流使磁头漂浮在磁盘表面。硬盘内部结构如图2—5所示。其主要特 点是将盘片、磁头、电机驱动部件乃至读／写电路等做成一个不可随意拆卸的整体并密封起来，所以．防尘性能好、可靠性高。对环境要求不高。

　　 
　　硬盘容量：一个硬盘的容量是由以下几个参数决定的，即磁头数H(Heads)、柱面数C(Cylinders)、每个磁道的扇区数S(Sectors)和每个扇区的字节数B(Bytes)。将以上几个参数相乘，乘积就是硬盘容量，即：
　　硬盘总容量=磁头数(H)×柱面数(c)×磁道扇区数(S)×每扇区字节数(B)
　　硬盘接口：硬盘与主板的连接部分就是硬盘接口，常见的有ATA(Advanced Technology Attachment，高级技术附件)、 SATA(Serial ATA，串行高级技术附件)和SCSI(Small Computer SystemInterface，小型计算机系统接口) 接口。ATA和SATA接口的硬盘主要应用在个人电脑上，如图2-6所示，SCSl接口的硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。硬盘接口的性能指标主要是传输率，也就是硬盘支持的外部传输速率。以前常用的ATA接El采用传统的40引脚并口数据线连接主板和硬盘，外部接l3速度最大为 133 MB／s。ATA并口线的抗干扰性太差，且排线占空间，不利计算机散热，故其逐渐被SATA取代。SATA又称串口硬盘，它采用串行连接方式，传输率为l50 MB／s。SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备更强的纠错能力，而且还具有结构简单、支持热插拔等优点。目前最新的SATA标准是 SATA 3．0，传输率为6 Gb／s。SCSl是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSl接口具有应用范围广、带宽大、CPU占用率低以及支持热插拔等优点。

　　 
　　硬盘转速：指硬盘电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内旋转的最大转数。转速快慢是标志硬盘档次的重要参数之一，也是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响硬盘的传输速度。硬盘转速单位为rpm(Revolutions Perminute)，即转／分钟。 
　　普通硬盘转速一般有5 400 rpm和7 200 rpm两种。其中，7 200 rpm高转速硬盘是台式机的 首选，笔记本则以4 200 rpm和 5 400 rpm为主。虽然已经发布了7 200 rpm的笔记本硬盘，但由于噪声和散热等问题，尚未广泛使用。服务器中使用的SCSl硬盘转速大多为 10 000 rpm，最嘲为15 000 rpm，性能远超普通硬盘。 
　　硬盘的容量有320 GB、500 GB、750 GB、1 TB、2 TB、3 TB等。目前市场上能买到的硬盘最大容量为4 TB。主流硬盘各参数为SATA接口、500 GB容量、7 200 rpm转速和150 MB／s传输率

　　2)闪速存储器(Flash) 
　　闪速存储器(F1ash)是一种新型非易失性半导体存储器(通常称U盘)。它是EEPROM的变种，FIa。h与EEPROM不同的是，它能以固定区块为单位进行删除和重写，而不是整个芯片擦写。它既继承了RAM存储器速度快的优点，又具备了ROM 的非易失性，即在无电源状态仍能保持片内信息，不需要特殊的高电压就可实现片内信息的擦除和重写。另外，USB接13支持即插即用。当前的计算机都配有 USB接口，在Windows XP操作系统下，无须驱动程序，通过USB接口即插即用，使用非常方便。近几年来，更多小巧、轻便、价格低廉、存储量大的移动存储产品在不断涌现并得到普及。 
　　USB接13的传输率有：USB l．1为12 Mb／s，USB 2．0为480 Mb／s，USB3．0为5·0Gb／s。 
　　3)光盘(optical Di) 
　　光盘是以光信息作为存储信息的载体来存储数据的一种物品。     
　　类型划分：光盘通常分为两类，一类是只读型光盘，包括CD．ROM和DVD．ROM(Digital Ver．
　　satile Disk—ROM)等；一类是可记录型光盘，它包括CD—R、CD—RW(CD·Rewritable)、DVD．R、DVD+R、DVD+RW等各种类型。
　　只读型光盘CD．ROM是用一张母盘压制而成，上面的数据只能被读取而不能被写入或修改。记录在母盘上的数据呈螺旋状，由中心向外散开，盘中的信息存储在螺旋形光道中。光道内
　　部排列着一个个蚀刻的“凹坑”，这些“凹坑”和“平地”用来记录二进制0和1。读CD．ROM上的数据时，利用激光束扫描光盘，根据激光在小坑上的反射变化得到数字信息。
　　一次写入型光盘CD—R的特点是只能写一次，写完后的数据无法被改写，但可以被多次读取，可用于重要数据的长期保存。在刻录CD．R盘片时，使用大功率激光照射CD．R盘片的染料层，通过染料层发生的化学变化产生“凹坑”和“平地”两种状态，用来记录二进制0和1。由于这种变化是一次性的．不能恢复．所以CD—R只允许写入一次。

　　

　　3．层次结构
　　上面介绍的各种存储器各有优劣，但都不能同时满足存取速度快、存储容量大和存储位价 (存储每一位的价格)低的要求。为了解决这三个相互制约的矛盾，在计算机系统中通常采用多级存储器结构，即将速度、容量和价格上各不相同的多种存储器按照一定体系结构连接起来，构成存储器系统。若只单独使用一种或孤立使用若干种存储器，会大大影响计算机的性能。图2-7所示，存储器层次结构由上至下，速度越来越慢，容量越来越大，位价越来越低。
　　现代计算机系统基本都采用Cache、主存和辅存三级存储系统。该系统分为“cache一主存”层次和“主存一辅存”层次。前者主要解决CPU和主存速度不匹配问题，后者主要解决存储器系统容量问题。在存储系统中，CPU可直接访问Cache和主存；辅存则通过主存与CPU交换信息。