2.3 存储器

2.3.1 内存储器

1．概述

计算机中的存储器分为内存和外存两大类。通常，存取速度较快的存储器成本较高，速度较慢的存储器成本较低。为了使存储器的性价比得到优化，计算机中的存储器往往组成一个塔状结构，如图 2-7 所示，它们相互取长补短。

2．内存储器的类别

内存储器由半导体集成电路组成。按其工作方式的不同，可以分为随机存取存储器（Ramdom Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）两大类。

RAM是一种读写存储器，其内容可以随时根据需要读出，也可以随时重新写入新的信息。RAM又可以分为动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）和静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）两种。

（1）DRAM。DRAM中存储的信息以电荷形式保存在集成电路的小电容中，由于电容的漏电，数据容易丢失。为了保证数据不丢失，必须对DRAM进行定时刷新。现在计算机内存均是将DRAM芯片安装在专用电路板上，称为内存条。目前内存条类型有DDR3、DDR4 等，内存容量可达到 32GB，内存条如图 2-8、图 2-9 所示。

（2）SRAM。SRAM存储单元电路工作状态稳定，速度快，不需要刷新，只要不断电，数据不会丢失。SRAM一般只应用在CPU内部作为高速缓存（Cache）。

ROM是一种内容只能读出而不能写入和修改的存储器，其存储的信息是在制作该存储器时就被写入的。在计算机运行过程中，ROM中的信息只能被读出，而不能写入新的内容。计算机断电后，ROM中的信息不会丢失，计算机重新加电后，其中保存的信息依然是断电前的信息，仍可被读出。ROM 常用来存放一些固定的程序、数据和系统软件等，如检测程序、BIOS等。

按照ROM的内容是否能在线改写，可分为以下两种。

（1）不可在线改写内容的ROM。如掩膜ROM、PROM和EPROM。

（2）Flash ROM（快擦除ROM，或闪烁存储器，简称闪存），这是一种新型的非易失性存储器，但又像RAM一样能方便地写入信息。Flash ROM在PC中主要用于存储BIOS程序、数码相机和优盘中。

2.3.2 外存储器

1．硬盘存储器

硬盘一直是计算机不可缺少，也是最重要的外存储器。下面分别介绍硬盘的组成、与主机的接口、主要性能指标、使用注意事项等。

（1）组成

与软盘存储器不同，硬盘和硬盘驱动器是集成在一起的，密封于一个盒状装置内部，习惯上把两者一起称为硬盘，如图 2-10 所示。硬盘的盘片是由铝合金（最新的硬盘盘片采用玻璃材料）制成，盘片的上下两面都涂有一层很薄的磁性材料，通过磁层的磁化来记录数据。一般一块硬盘由 1～5 张盘片（一张盘片也称为一个单碟）组成，它们都固定在主轴上。

硬盘盘片表面由外向里分成许多同心圆，每个圆称为一个磁道，每个单碟一般有 1 000 个以上的磁道。每条磁道又分成若干个扇区，一般有 100～500 个扇区。每个扇区的容量通常为 512 字节，可以由操作系统进行设置。硬盘上的一块数据要用三个参数来定位：柱面号、扇区号和磁头号。

（2）与主机的接口

硬盘与主机的接口用于在主机与硬盘驱动器之间提供一个通道，实现主机与硬盘之间的高速数据传输。PC使用的接口有IDE接口（称为ATA标准）和串行ATA（简称SATA）硬盘接口。IDE接口曾经得到广泛使用，但现在PC使用的多是SATA接口，它以高速串行的方式传输数据，其数据传输速率高达 150Mbit/s～300Mbit/s，可用来连接大容量高速硬盘。

（3）主要性能指标

① 容量。目前硬盘的存储容量以GB或TB为单位，硬盘中的存储碟片一般有 1～5 片，其存储容量为所有单碟容量之和。硬盘容量的计算公式如下：

硬盘容量=柱面数（磁道数）×磁头数（记录面数）×扇区数×512bit

② 高速缓存容量。硬盘中的Cache由DRAM芯片构成，硬盘通过将数据暂存在一个比其速度快得多的缓冲区来提高与CPU交换数据的速度。理论上Cache越快越好、越大越好。目前硬盘的缓存容量大多已经达到 64MB及以上。

③ 电机转速。是指硬盘内部电机主轴转动速度，目前硬盘主流转速为 7 200r/min。

（4）使用硬盘的注意事项

① 正在对硬盘读写时不能关掉电源。

② 保持使用环境的清洁卫生，注意防尘；控制环境温度，防止高温、潮湿和磁场的影响。

③ 防止硬盘受震动。

④ 及时对硬盘进行整理，包括目录整理、文件清理、磁盘碎片整理等。

⑤ 防止计算机病毒对硬盘的破坏，对硬盘定期进行病毒检测。

2．光盘存储器

自 20 世纪 70 年代初期光盘存储技术诞生以来，在很长的时间内，光盘存储器获得迅速发展，并且形成了只读光盘、可记录光盘和可改写光盘等三种类型产品。

光盘存储器的成本较低，存储密度高，容量大，还具有很高的可靠性，不容易损坏，在正常情况下是非常耐用的，所以光盘存储器是一种使用范围广又非常重要的存储器。它的缺点是读出数据的速度和数据传输速度比硬盘要慢得多。

（1）CD光盘存储器

CD光盘（Compact Disc，CD）根据读写次数可以分成CD-ROM、CD-R和CD-RW三种。

CD-ROM是只读型光盘，光盘上的内容是根据用户要求将信息写入到盘上，用户不能抹掉，也不能写入，只能通过光盘驱动器读出盘中信息。CD-ROM的标准容量是 650MB左右。CD-ROM光盘片和光盘驱动器（简称光驱）如图 2-11 所示。

CD-R是一种一次写入型光盘（CD-R），已写入的信息不能擦除或修改，但允许反复多次读出。

CD-R光盘的不足之处是写入数据后不允许改写，操作过程一旦有误则可能导致整个盘片报废。CD-RW是一种可重复擦写型光盘存储器，这种光盘既可以写入信息，也可以擦除或修改信息。

（2）DVD光盘存储器

DVD光盘（Digital Versatile Disk，DVD），即数字多用途光盘，是CD-ROM的后继产品。DVD和CD同属于光存储器，它们的大小尺寸相同，但它们的结构是完全不同的。DVD提高了信息储存密度，扩大了存储空间。单面单层的DVD盘的存储容量可提高至 4.7GB，是CD-ROM的 7 倍。DVD光盘可以分成DVD-ROM、DVD-R和DVD-RW三种。

（3）蓝光光盘

蓝光光盘（Blu-ray Disc，BD）是一种大容量光盘，用以储存高画质的影音以及高容量的资料。Blu-ray的命名是来自其采用的雷射波长 405nm，刚好是光谱之中的蓝光，因而得名。

一个单层的蓝光光盘的容量为 25GB或 27GB，可存储一部长达 4 小时的高清晰影片。双层可达到 46GB或 54GB，足够存储一部长达 8 小时的高清影片。而容量为 100GB或 200GB的，分别是 4 层及 8 层。

蓝光光盘可以也分成BD-ROM、BD-R和BD-RW三种。

光盘驱动器分为只读光驱和光盘刻录机两大类，还有一种将CD刻录机和DVD只读组合在一起的一体式光驱，简称COMBO。

3．移动存储器

目前广泛使用的移动存储器有闪烁存储器和移动硬盘两种。

（1）闪烁存储器。闪烁存储器的历史并不长，从首次问世到现在只有十余年的时间。在这十余年中，发展出了各种各样的闪存，有计算机上常用的优盘，还有各种存储卡。

优盘，如图 2-12 左图所示，它可像在硬盘上一样读写，其优势有：无需驱动器和额外电源，只需从其采用的标准USB接口总线获取+5V电压，可热拔插，真正即插即用；通用性高，容量大（几十GB到 2TB），读写速度快；抗震防潮、耐高低温，部分产品带写保护开关或防病毒、安全可靠；体积小、轻巧精致、美观时尚、便于携带。有些产品还可以模拟硬盘启动操作系统，当操作系统受到病毒感染时，优盘可以引导操作系统。

常见的存储卡有CF（Compact Flash）卡、TF（Trans Flash）卡、SD（Secure Digital）卡、MMC（MultiMedia Card）卡等，如图 2-12 中图所示。

（2）移动硬盘。顾名思义，移动硬盘是以硬盘为存储介质，强调便携式的存储产品，大都采用USB 3.0 接口与主机连接，如图 2-12 右图所示。

与优盘相比，移动硬盘的容量较大，目前移动硬盘的容量已经达到了 16TB。由于计算机可以通过USB接口向USB设备供电，因此大多数移动硬盘在使用时与优盘并没有太大的不同，但也有部分移动硬盘必须配备额外的供电设备才能正常使用。