主存储器

1、随机存储器RAM：可写可读，断电信息无法保存。

1.DRAM动态随机存储器：不断刷新保存信息。

2.SRAM静态随机存储器：不断电不丢失。

2、只读存储器ROM：断电信息可保存。

根据编程类型ROM分为：

1.掩模式MROM：生产过程写入，无法改变。

2.一次可编程PROM：一次写入。

3.可擦除的EPROM：可多次改写。

4.闪存flash memory：支持不加电保存，快速擦除重写。

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。

常见的外存有磁盘存储器、硬盘存储器、磁盘阵列和光盘存储器。

1、磁带存储器

顺序存储、存储容量大、便于携带、价格便宜，但存储时间长。在微型计算机上一般用做后备存储装置，以便在硬盘发生故障时，恢复系统和数据。分为启停式和数据流式。

2、磁盘存储器

硬盘组成部分：主轴、组合臂、磁臂、读写磁头、磁道、扇区、柱面、马达。

磁盘标称的容量是格式化容量，计算公式如下：

存储容量=n*t*s*b

其中，n为保持数据的总记录面数，t为每面磁道数，s为每道的扇区数，b为每个扇区存储的字节数。

磁盘存取时间=寻道时间+等待时间+读/写时间

其中，读/写时间可忽略不计。

磁盘存取时间=平均寻道时间+平均等待时间

硬盘的数据传输速度分为内部数据传输和外部数据传输速率。内部数据传输速率是指磁头与硬盘缓存之间的数据传输速率，它的高低是评价一个硬盘整体性能的决定性因素。外部数据传输速率是指系统总线与硬盘缓存之间的数据传输速率，外部数据传输速率与硬盘接口类型和缓存大小有关。

3、磁盘阵列（RAID）

磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升这个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个磁盘上。

1.RAID 0（无冗余和无校验的数据分块）代表了所有RAID级别中最高的存储性能。RAID 0提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，这样，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整理存取性能。

2.RAID 1（磁盘镜像阵列）

RAID 1称为镜像，它将数据完全一直地分别写到工作磁盘和镜像磁盘，磁盘空间利用率为50%。

3.RAID 2（纠错海明码的磁盘阵列）

采用了海明码纠错技术，用户需增加校验盘来提供单纠错和双验错功能。对数据的访问涉及阵列中的每一个盘。大量数据传输时I/O性能较高，但不利于小批量数据传输。实际应用中很少使用。

4.RAID 3和RAID 4（奇偶校验码的磁盘阵列）

把奇偶校验码存放在一个独立的校验盘上。如果有一个盘失效，其上的数据可以通过对其他盘上的数据进行异或运算得到。读数据很快，但因为写入数据时要计算校验位，速度较慢。RAID 3采用位交叉奇偶校验，RAID 4采用块交叉奇偶校验码。RAID 3适用于大型文件且I/O需求不频繁的应用，RAID 4适用于大型文件的读取。

5.RAID 5（无独立校验盘的奇偶校验码的磁盘阵列）

无独立校验盘，校验信息分布在组内所有盘上，对于大批量和小批量数据的读写性能都很好，适用于I/O需求频繁的应用。

6.RAID 6（独立的数据硬盘与两个独立的分布式校验方案）

具有一个专用的、可快速访问的异步校验盘，该盘具有独立的数据访问通路，但其性能改进有限，价格却很昂贵。

7.RAID7（最优化的异步高I/O速率和高数据传输率）

RAID 7完全可以理解为一个独立存储计算机，它自身带有操作系统和管理工具，完全可以独立运行。

8.RAID 10（最可靠与高性能）

RAID 1+0也被称为RAID 10标准，实际是将RAID 1和RAID 0标准结合的产物。RAID 1是一个冗余的备份阵列，而RAID 0负责数据读写的阵列。由于利用了RAID 0极高的读写效率和RAID 1较高的数据保护与恢复能力，使RAID 10成为了一种性价比高的等级。

光盘存储器

利用激光束在记录表面存储信息，根据激光束的反射来读出信息。分不可擦写光盘，如CD-ROM、DVD-ROM等；可擦写光盘，如CD-RW、DVD-RAM等。

Cache存储器

在CPU的所有操作中，访问内存是最频繁的操作。由于一般微机中的主存储器的工作速度比CPU低一个数量级，加上CPU的所有访问都要通过总线这个瓶颈。所以，缩短存储器的访问时间是提高计算机速度的关键。采用在CPU和内存之间加进高速缓冲存储器cache的办法较好地解决了这一问题。

简单来说cache是为了解决高速运行的cpu与主存储器之间速度不匹配的问题。

CPU在访问内存时，首先判断所要访问的内容是否在Cache中，如果在，就称为"命中"，此时CPU直接中Cache中调用该内容；否则，就称为"不命中"，CPU只好去内存中调用所需的子程序或指令了。CPU不但可以直接从Cache中读出内容，也可以直接往其中写入内容。由于Cache的存取速率相当快，使得CPU的利用率大大提高，进而使整个系统的性能得以提升。

如果以Hc为代表对Cache的访问命中率，tc为Cache的存取时间，tm为主存的访问时间，则Cache+主存的平均访问时间ta为：ta=Hc*tc+(1-Hc)*tm。

例题：某流水线计算主存的读/写时间为100ns，有一个指令和数据合一的cache，该cache的读/写时间为10ns，取指令的命中率为98%，取数据的命中率为95%。在执行某类程序时，约有1/5指令需要存/取一个操作数。假设指令流水线在任何时候都不阻塞，则设置cache后，每条指令的平均访问时间约为？

（2%*100ns+98%*10ns）+1/5*（5%*100ns+95%*10ns）=14.7ns

Cache映射机制

（1）直接映射

是一种多对一的映射关系，但一个主存块只能够复制到cache的一个特定位置上去。

关于其设计实现是基于模数计算行与主存的一个块是相互对应的。

i=j mod m

其中j是主存块的编号，m是cache的行数，而i是主存中块映射到cache中的行编号。

（2）全相联映射

主存的每一页可以映射到cache的任一块。如果淘汰cache中某一块的内容，则可调入任一主页的内容，因而较直接映射方式灵活。缺点是速度慢，只适用于小容量的cache。

（3）组相联映射

是直接映射与全相联映射的折中方案。它将cache中的块再分成组，通过直接映射方式决定组号，通过全相联的方式决定cache中的块号。

Cache替换算法

当cache产生了一次访问未命中之后，相应的数据应同时读入CPU和cache。但是当cache已存满数据后，新数据必须替换（淘汰）cache中的某些旧数据。最常用的替换算法有：

（1）随机淘汰算法。

（2）先进先出淘汰算法FIFO。

（3）最近最少未使用淘汰算法LRU。

Cac