存储器的分类

根据存储介质的性能及使用方法不同，存储器的分类方法也不同，分类如图所示。

图 存储器的分类

1．按在计算机系统中的作用分类

（1）主存储器：简称为主存或内存，主存储器速度快，但容量较小。它用来存放计算机运行时正在执行的程序和数据，CPU可以直接对主存内的单元进行读写操作。

（2）辅助存储器：简称为外存，位于系统主机的外部，辅助存储器速度慢，容量大。它通常用来存放系统程序和大型数据文件集数据库，当需要处理这些信息时，CPU要先将它们调入主存后，才能使用。

（3）高速缓冲存储器（Cache）：是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术。Cache是介于CPU和主存之间的小容量存储器，但存取速度比主存快。Cache能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快了程序的执行速度。

2．按存储介质分类

（1）半导体存储器：存储元件由半导体器件组成的。现代半导体存储器都用超大规模集成电路工艺制成芯片，其优点是体积小、功耗低、存取时间短。

（2）磁表面存储器：磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为记录介质，工作时磁层随载磁体高速运转，用磁头在磁层上进行读写操作，故称为磁表面存储器。

（3）光盘存储器：光盘存储器是应用激光在记录介质（磁光材料）上进行读写的存储器，具有非易失性的特点。

3．按存储器的读写功能分类

（1）随机存储器RAM（Random Access Memory）：是指CPU在运行过程中可以随机地、个别地对任意一个存储单元进行读／写的存储器。关闭电源后RAM存储器中存储的信息会全部丢失，故具有易失性。RAM主要用来存放各种输人、输出数据及中间结果，并可与外存交换信息和做堆栈用，计算机中的内存主要由RAM组成。

（2）只读存储器ROM（Readonly Memory）：是指在正常工作情况下只能读出信息，而不能写入信息的存储器。ROM的特点是非易失性，所存储的信息一经写入，可以长久保存，不受电源断电的影响。ROM常用来存放那些不需要改变的信息。

（3）串行存储器（Sequential Access Memory）：按照物理位置先后顺序访问的存储器称为串行存储器。磁带、电荷耦合器件（CCD）等属于串行存储器，如果是半导体芯片构成的串行存储器，那么引脚就比较少，体积同样也小。

4．按信息的可保存性分类

断电后存储信息即消失的存储器，称易失性存储器。如RAM就是易失性存储器。断电后信息仍然保存的存储器，称非易失性存储器。ROM、磁表面存储器和光存储器等都是非易失性存储器。

5． 按读出数据的方法区分还有关联存储器，它与常规的存储器只使用地址到指定单元读出数据不同，读出数据的有效性还取决于读出的内容或部分内容。

存储器系统的层次结构

所谓存储系统的层次结构，是把各种不同存储容量、不同存取速度的存储介质，按照一定的体系结构组织起来，使所存放的程序和数据按层次分布在由不同存储介质组成的存储系统中。以满足计算机系统对存储器的要求，即容量大、速度快、成本低。

通常将存储器分为高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器三级。存储系统的层次结构如图所示。

存储器的分层结构

高速缓冲存储器（Cache）。是介于CPU与主存储器之间的一级或两级高速缓存。高速缓存由双极型静态RAM构成，存取速度与CPU速度处于同一个数量级，但其价格较高、功耗大、集成度低，所以不适合用作大容量的存储器。高速缓存中存放CPU最近访问和将要访问的指令和数据。

主存储器。一般由MOS型动态RAM构成，因其集成度高、功耗低，所以用来存储经常使用的数据或程序。

辅助存储器（外存）。是存取速度相对较慢但存储容量较大的一类存储器，用来存储不太常用的大部分程序和数据。外存只与内存交换信息。

主存与辅存层次结构满足了存储器大容量和低成本的需求，Cache与主存层次的速度接近于Cache，是解决存取速度的重要方法。CPU能直接访问的存储器为内存（高速缓冲存储器和主存储器），CPU不能直接访问外存储器，外存储器的信息必须调入内存后才能由CPU进行处理。

主存储器的技术指标

主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、存储周期和存储器带宽。

1．存储容量

在一个存储器中可以容纳的二进制信息总量通常称为该存储器的存储容量，存储容量越大，则系统能够保存的信息量就越多，计算机系统的功能就越强。存储容量用存储器所能记忆的全部字数和字长这两个参数的乘积来表示。即：存储容量＝存储字数×字长

存储容量用字节（Byte）表示，常用的单位有KB、MB、GB、TB，其中，1KB=210B，1MB=220B，1GB=230B，1TB=240B。

2．存取时间Ta

信息存入存储器的操作称为“写”操作，从存储器取出信息的操作称为“读”，读写操作统称为“访问”操作。存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。

3．存取周期Tm

存取周期又称读写周期或访问周期，它是指存储器进行一次完整地读写操作所需的全部时间，即连续两次访问存储器操作之间所需要的最短时间。

存取周期通常比存取时间大。这是因为，对于破坏性读出方式工作的动态存储器，在每次读操作时，原有信息被破坏，必须把读出信息重新写入原来的存储单元加以恢复，这使得存取周期Tm等于读出时间和写入时间之和：Tm=2Ta。而对于非破坏性读出而不需要重写的半导体存储器来说，也还有一段线路的“恢复时间”或延迟，只有使存储器恢复稳定的内部状态，才能有把握地对存储器进行下一次访问。

4．存储器带宽Bm

单位时间可写入存储器或从存储器取出信息的最大数量，称为数据传输率或称为存储器传输带宽Bm。即：Bm=W/Tm

其中，存储周期的倒数l/Tm是单位时间(每秒)内能读写存储器的最大次数。W表示存储器一次读取数据的宽度，即位数，也就是存储器传输数据的宽度，通常以每秒读出多少个MB来表示。