【文章內(nèi)容簡介】 e，如果目標內(nèi)容已在Cache中(這種情況稱為命中)，CPU則直接從Cache中讀取，否則為非命中，CPU就從主存中讀取，同時將讀取的內(nèi)容存于Cache中。Cache可看成是主存中面向CPU的一組高速暫存存儲器。這種技術(shù)早期在大型計算機中使用，現(xiàn)在應(yīng)用在微機中，使微機的性能大幅度提高。隨著CPU的速度越來越快，系統(tǒng)主存越來越大，Cache的存儲容量也由128KB、256KB擴大到現(xiàn)在的512KB或2MB。Cache的容量并不是越大越好，過大的Cache會降低CPU在Cache中查找的效率。 存儲體系 存儲器概述1. 概念存儲器：存儲程序和數(shù)據(jù)(包括原始數(shù)據(jù)、中間運算結(jié)果與最終結(jié)果等)的部件。計算機包括兩大存儲體系，分別是內(nèi)存儲器和外存儲器，它們各有不同的特點和功能。2. 功能比較(4) 內(nèi)存儲器(簡稱內(nèi)存或主存)① 存取速度快、容量相對小，價格相對高，一般使用DRAM芯片組成，速度大約比CPU慢10倍。② 直接與CPU相連接（CPU可直接訪問）。③ 易失性，用于臨時存放CPU正在運行的程序、正被處理的數(shù)據(jù)以及產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)。④ 存儲介質(zhì)：半導體芯片。(5) 外存儲器(簡稱外存或輔存)① 存取速度慢、容量相對大，價格相對低。② 不直接與CPU相連接（CPU不能直接訪問，其中存儲的程序及相關(guān)的數(shù)據(jù)必須先送入內(nèi)存，才能被CPU使用）。③ 非易失性，用于長期存放各類信息。④ 存儲介質(zhì)：磁盤、光盤、磁帶等。 內(nèi)存儲器專題圖22 內(nèi)存儲器體系內(nèi)存儲器由稱為存儲器芯片的半導體集成電路組成。半導體存儲器芯片按照是否能隨機地進行讀寫，分為只讀存儲器(Read Only Memory，簡稱ROM)和隨機存取存儲器(Random Access Memory，簡稱RAM)兩大類，如圖22所示。1. 只讀存儲器只讀存儲器(Read Only Memory，簡稱ROM)，是一種能夠永久或半永久地保存數(shù)據(jù)的存儲器，即使掉電（或關(guān)機）后，存放在ROM中的數(shù)據(jù)也不會丟失，所以叫做非易失性存儲器。按照ROM的內(nèi)容是否能改寫，ROM可分為以下幾類：① Mask ROM（掩膜ROM），存儲的數(shù)據(jù)由工廠在生產(chǎn)過程中一次形成，此后也無法進行修改。② PROM（Programmable ROM）和EPROM（Erasable Programmable ROM），用戶可使用專用裝置寫入信息。前者不能改寫，后者可以通過專用設(shè)備改寫其中的信息。③ Flash ROM（快擦除ROM，或閃速存儲器），一種新型的非易失性存儲器，在低電壓下，存儲的信息可讀不可寫，而在較高電壓下，存儲的信息可以更改和刪除。經(jīng)常用于PC中的BIOS程序，還可使用在數(shù)碼相機和優(yōu)盤中。2. 隨機存儲器隨機存取存儲器(Random Access Memory，簡稱RAM)，多采用MOS(金屬氧化物半導體)型半導體集成電路芯片制成，屬于易失性存儲器。根據(jù)其保存數(shù)據(jù)的機理又可分為SRAM（靜態(tài)隨機存取存儲器）和DRAM（動態(tài)隨機存取存儲器）兩類。(1) SRAMSRAM芯片用于構(gòu)造高速Cache（高速緩沖存儲器），簡稱緩存。它的速度幾乎與CPU一樣快。CPU需要的數(shù)據(jù)和指令首先從Cache中讀取，如果Cache中沒有，CPU再直接訪問內(nèi)存。Cache的一個重要指標就是“命中率”，即CPU需要的指令或數(shù)據(jù)在Cache中能直接找到的概率。一般來說Cache容量越大越好，訪問Cache的命中率就越高。由于成本原因，Cache的容量并不大，Cache分為一級緩存和二級緩存，應(yīng)用的早期一級緩存被設(shè)計在CPU內(nèi)部，二級緩存被設(shè)計在主板上，隨著集成電路制造工藝的改進，現(xiàn)在一級緩存和二級緩存都被設(shè)計在CPU內(nèi)部。二級緩存的容量要大于一級緩存的容量。一級緩存（L1 Cache）（容量：幾KB～幾十KB）二級緩存（L2 Cache）（容量：128KB～1MB）(2) DRAM一般使用DRAM芯片組成。由于DRAM存儲器芯片的電路、工藝、存儲控制技術(shù)的不同，目前市場上有多個DRAM的品種。比較流行的是：SDRAM、DDR SDRAM、雙通道RDRAM。后者運算速率比前者更大。3. DRAM相關(guān)的重要概念和計算 ★★★(1) 存儲容量① 含義：指存儲器所包含的存儲單元的總數(shù)。 ★★★② 單位：MB（1MB＝220字節(jié)）或GB（1GB＝230字節(jié)）③ 每個存儲單元（一個字節(jié)）都有一個地址，CPU按地址對存儲器進行訪問。(2) 存取時間① 含義：在存儲器地址被選定后，存儲器讀出數(shù)據(jù)并送到CPU（或者是把CPU數(shù)據(jù)寫入存儲器）所需要的時間。② 單位：ns（1ns = 109秒）(3) 常見內(nèi)存條規(guī)格① 單列直插式內(nèi)存條（Single Inline Memory Modules，SIMM）：72線，數(shù)據(jù)線寬度32位。② 雙列直插式內(nèi)存條（Double Inline Memory Modules，DIMM）：SDRAM，168線，數(shù)據(jù)線寬度64位；DDR SDRAM，184線，數(shù)據(jù)線寬度64位。③ Rambus內(nèi)存條模塊（簡稱 RIMM內(nèi)存條）(4) 內(nèi)存帶寬計算內(nèi)存帶寬：指內(nèi)存與南橋芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸率，單位一般為“MB/s”或“GB/s”。最高讀寫速率（帶寬）（MB/s）=（數(shù)據(jù)通路寬度/8）(B)有效時鐘頻率（MHz）補充：CPU帶寬．內(nèi)存帶寬．總線帶寬．顯存帶寬，這四個帶寬的計算方法相似，都是頻率和數(shù)據(jù)通路寬度的乘積。內(nèi)存總線頻率：PC133 PC100 PC266 PC200 PC800 PC1066CPU總線頻率：133 100 133 100 400 533(5) CPU尋址大小計算如果CPU的地址線寬為n，那么CPU的尋址大小是2n（B） ★★★ 外存儲器專題1. 軟盤存儲器(1) 軟盤存儲器的組成軟盤片、軟盤驅(qū)動器、軟盤控制器、軟盤存儲器(2) 兩個記錄面，即兩個讀寫磁頭(從0開始編號)每個記錄面有80個磁道(從0開始編號，0號磁道位于最外圈)每個磁道有18個扇區(qū)(從1開始編號)每個扇區(qū)存儲512字節(jié)二進制數(shù)據(jù)存儲容量= 磁盤面數(shù)180。磁道數(shù)180。扇區(qū)數(shù)180。512字節(jié) ★★★=2180。80180。18180。512（字節(jié)）=(3) 讀寫數(shù)據(jù)的最小單位：扇區(qū)(4) 操作系統(tǒng)在軟盤上為文件分配存儲區(qū)的單位：簇（28個扇區(qū)）(5) 格式化后軟盤上的數(shù)據(jù)區(qū)域① 引導扇區(qū)（系統(tǒng)盤）：位于軟盤0號記錄面、0號磁道、1號扇區(qū)，存儲啟動操作系統(tǒng)的引導程序。② 文件分配表( FAT)：位于0號磁道引導扇區(qū)之后，占據(jù)若干個連續(xù)扇區(qū)。一式兩份。FAT由多個表項組成，每個表項對應(yīng)軟盤的一個簇，記錄該盤上所有簇的分配情況（分配、空閑、損壞）和鏈接信息。③ 文件根目錄區(qū)：位于0號磁道FAT之后，占據(jù)若干個連續(xù)扇區(qū)。由若干表項組成，每個表項保存一個文件或下級文件夾的屬性信息（文件名、文件長度、起始簇號等）。④ 數(shù)據(jù)區(qū)：根目錄區(qū)之后，存儲文件中的數(shù)據(jù)或子目錄（文件夾）表項的區(qū)域。(6) 軟盤寫保護，讀寫窗被一個可移動的金屬套（快門）保護著，寫保護口出有一塊可以動的翼片，移動翼片，露出寫保護口，信息就無法記錄到盤片上，因而實現(xiàn)了寫保護。2. 硬盤存儲器(1) 作用：長期保存各類信息(2) 特點：可讀寫，大容量，不便攜帶(3) 組成：磁盤片（存儲介質(zhì)）；主軸與主軸電機；移動臂和磁頭；控制電路磁道柱面磁盤盤片控制電路主軸移動臂文件定位表磁頭圖23 硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(4) 工作原理硬盤的盤片由鋁合金（最新的硬盤盤片采用玻璃材料）制成，盤片上涂有一層很薄的磁性材料，通過磁層的磁化來記錄數(shù)據(jù)。一般一塊硬盤由15張盤片（1張盤片也稱為1個單碟）組成，它們都固定在主軸上。主軸底部有一個電機，當硬盤工作時，電機帶動主軸，主軸帶動磁盤高速旋轉(zhuǎn)，其速度為每分鐘幾千轉(zhuǎn)、甚至上萬轉(zhuǎn)。盤片高速旋轉(zhuǎn)時帶動的氣流將盤片上的磁頭托起，磁頭是一個質(zhì)量很輕的薄膜組件，它負責盤片上數(shù)據(jù)的寫入或讀出。移動臂用來固定磁頭，使磁頭可以沿著盤片的徑向高速移動，以便定位到指定的磁道。硬盤信息記錄模式（同軟盤）與存儲容量： 一個硬盤驅(qū)動器中包含多張盤片 每個盤片有兩個記錄面（兩個磁頭） 每個記錄面有若干磁道柱面cylinder：所有記錄面中半徑相同的所有磁道每個磁道有若干扇區(qū)每個扇區(qū)存儲512字節(jié)的二進制數(shù)據(jù)存儲容量= 磁盤面數(shù)（磁頭數(shù)）180。磁道數(shù)（柱面數(shù)）180。扇區(qū)數(shù)180。512字節(jié) ★★★(5) 硬盤讀寫某個扇區(qū)中數(shù)據(jù)的過程已知要讀寫的扇區(qū)地址：l 磁頭號（所在記錄面），例如，0號磁頭l 柱面號（所在的磁道），例如，0號柱面l 扇區(qū)號（所在的扇區(qū)），例如，1號扇區(qū)讀寫過程： 磁頭尋道（由柱面號控制）224。 等待扇區(qū)到達磁頭下方（由扇區(qū)號控制）224。 讀寫扇區(qū)數(shù)據(jù)（由磁頭號控制）平均等待時間 平均尋道時間(6) 主要性能指標l 存儲容量（單位：GB）l 平均等待時間（Average Latency Time）指當磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道后，然后等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動到磁頭下的時間。它是盤片旋轉(zhuǎn)周期的1/2。l 平均尋道時間（Average Seek Time）指硬盤在盤面上移動讀寫頭至指定磁道尋找相應(yīng)目標數(shù)據(jù)所用的時間，它描述硬盤讀取數(shù)據(jù)的能力，單位為毫秒。l 平均訪問時間=平均尋道時間+平均等待時間。平均訪問時間是評價硬盤讀寫數(shù)據(jù)所用時間的最佳指標。l Cache容量（單位KB或MB）與主板上的高速緩存（RAM Cache）一樣，硬盤緩存的目的是為了解決系統(tǒng)前后級讀寫速度不匹配的問題，以提高硬盤的讀寫速度。l 數(shù)據(jù)傳輸速率（單位MB/s）硬盤的傳輸率也是硬盤重要參數(shù)之一。它主要指硬盤的外部和內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸率，它們的單位為Mb/s(兆位/秒)。硬盤的外部傳輸率即硬盤的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率，它一般指硬盤的數(shù)據(jù)接口的速率；而硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率是指磁頭至硬盤緩存間的最大數(shù)據(jù)傳輸率。外部速率大于內(nèi)部速率，內(nèi)部速率是評價硬盤數(shù)據(jù)傳輸速率的最佳指標。(7) 硬盤常見操作l 硬盤分區(qū)：在一個物理硬盤上建立多個邏輯硬盤（C:、D: ….）。l 作用：安裝多個操作系統(tǒng)，便于文件分類管理，利于預(yù)防病毒l 邏輯硬盤格式化：在邏輯盤上產(chǎn)生