《计算机的存储系统》课件

计算机的存储系统计算机存储系统是计算机的核心部件之一，负责存储数据和程序存储系统可以分为主存储器和辅助存储器计算机系统的组成中央处理器主存储器辅助存储器输入输出设备CPU RAM/CPU负责执行指令，是计RAM是计算机工作时用于硬盘等存储器负责长期保存键盘、鼠标、显示器等设备算机的大脑，控制整个系统临时存放数据的空间，就像数据，速度较慢，但数据不，负责与用户交互和接收外计算机的记忆，速度很快，会丢失部数据但数据丢失存储系统的分类按存储介质分类按存储方式分类按读写方式分类存储系统可分为两类主存储器和存储系统可分为随机存取存储器（存储系统可分为只读存储器（辅助存储器主存储器主要用于存RAM）和顺序存取存储器（例如ROM）和读写存储器（RAM）放当前正在运行的程序和数据，而磁带）RAM可以随机访问任何ROM中的数据只能读取不能写入辅助存储器用于存放大量的程序和存储单元，而顺序存取存储器需要，而RAM可以读写数据数据按顺序访问存储单元存储的基本单元存储单元存储单元地址存储容量计算机存储系统中，存储单元是最基每个存储单元都有一个唯一的地址，存储单元的容量通常以字节（byte）本的组成部分它是存储数据的基本以便计算机能够快速地访问和操作为单位，每个字节包含8个二进制位单位，可以存储一个二进制位（bit）信息常见的存储单元技术静态随机存取存储器SRAMSRAM使用晶体管和电容器来存储数据SRAM速度快，但成本动态随机存取存储器DRAM高，存储容量有限DRAM使用电容器来存储数据DRAM比SRAM速度慢，但成本低，存储容量大只读存储器ROM永久存储存储内容

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2.12ROM中的信息在出厂后就ROM通常存储一些固定的固定下来了，无法轻易修程序或数据，例如引导程改序、系统参数等常用类型

3.3常见的ROM类型包括PROM、EPROM和EEPROM随机存取存储器RAM快速访问临时存储多种类型RAM允许计算机直接访问和修改数据RAM用作计算机的“工作区”，用于存RAM有多种类型，例如DDR4和，速度比磁盘快得多储正在运行的程序和数据，当计算机DDR5，它们在速度和容量方面有所关闭时，数据会丢失不同主存储器核心组件高速访问

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2.12主存储器是计算机系统中主存储器与CPU直接交最重要的组成部分之一，互，提供快速的数据访问负责临时存储程序和数据速度，支持程序的高效运行易失性存储不同类型

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4.34主存储器中的数据在断电主存储器主要包括RAM后会丢失，因此需要辅助和ROM，它们在功能和特存储器来保存持久数据性上有所区别缓存存储器速度快容量小缓存存储器比主存储器速度由于速度快，缓存存储器通快得多，可以更快地访问数常比主存储器容量小，因为据，从而提高系统性能它更昂贵层次结构命中率缓存存储器通常被组织成一缓存命中率是指数据在缓存个层次结构，包括L

1、L2和中被找到的概率，它直接影L3缓存，每个级别都有不同响系统性能的速度和容量辅助存储器定义辅助存储器是计算机系统中用于长期保存数据的存储设备它通常与主存储器相比容量更大、速度更慢、成本更低辅助存储器用于存储程序和数据，以便在需要时加载到主存储器中类型常见的辅助存储器类型包括硬盘、光盘、固态硬盘和磁带硬盘是最常用的辅助存储器，它提供高容量和可靠性光盘通常用于存储备份数据或多媒体文件固态硬盘速度更快、更轻便，但成本更高磁带则主要用于备份和存档磁盘存储系统数据存储磁盘存储系统是现代计算机系统中重要的组成部分，用于长期存储数据磁盘存储设备通常由一个或多个磁盘组成，数据存储在磁盘的表面上旋转磁盘大多数磁盘存储系统使用旋转磁盘，数据存储在磁盘的磁性表面上，通过磁头读取和写入数据数据访问磁盘存储系统使用寻道机制和旋转机制访问数据寻道机制用于将磁头移动到正确的磁道，旋转机制用于将数据旋转到磁头下方光盘存储系统CD-ROM DVD紧凑型光盘只读存储器，读取速度较数字视频光盘，存储容量更大，读取慢，但成本低廉，适用于存储大量数速度更快，广泛应用于视频存储和数据，如音乐、电影和软件.据备份.蓝光光盘可刻录光盘蓝光光盘拥有更高的存储密度和更快CD-R和DVD-R允许用户一次写入数的读取速度，适用于高清晰度视频和据，无法擦除或重写，而CD-RW和大型游戏.DVD-RW则可以反复写入和擦除数据.固态硬盘闪存芯片快速读写使用闪存芯片作为存储介质读写速度比传统硬盘快很多，没有机械部件，提高系统性能耐用性强低能耗抗震、抗冲击，没有移动部功耗比传统硬盘更低，减少件，寿命更长设备发热存储系统的性能指标指标描述容量存储系统能够存储的数据量速度存储系统访问数据的快慢可靠性存储系统能够可靠地存储和访问数据成本存储系统的购买和维护成本存储系统的容量、速度和可靠性容量速度可靠性存储系统的容量指的是它可以存储的存储系统的速度指的是它读写数据的存储系统的可靠性指的是它长时间稳数据量容量大小通常以字节（速度速度通常以数据传输率（定运行的能力可靠性通常用MTBFByte）为单位，常见的容量单位包Data TransferRate）来衡量，例如（Mean TimeBetween Failures）括KB、MB、GB、TB等MB/s或GB/s来衡量，表示两次故障之间的平均时间存储系统的容量决定了它可以存储多存储系统的速度决定了它可以多快地少数据，容量越大，可以存储的数据读取或写入数据速度越快，数据访可靠性是存储系统的一个重要指标，越多容量是衡量存储系统大小的重问速度越快，系统的性能越好因为数据丢失会导致巨大的损失高要指标可靠性的存储系统可以保障数据安全，并减少系统维护成本存储层次结构层次化存储将不同速度、成本和容量的存储设备组合在一起，形成一个多级存储系统速度成本权衡-速度较快的存储器成本较高，容量较小，反之亦然数据访问效率频繁访问的数据存储在速度较快的存储器中，以提高系统整体性能常见层次结构•高速缓存•主存储器•辅助存储器主存和辅助存储器主存储器辅助存储器主存储器（RAM）是计算机系统中速度最快、价格最贵的辅助存储器（例如硬盘）是计算机系统中速度较慢、价格较存储器，用于存放当前正在运行的程序和数据，直接与低的存储器，用于长期保存数据和程序，容量较大，可保存CPU交互大量信息虚拟存储技术扩展主存地址转换

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2.12虚拟存储技术是一种扩展虚拟存储技术使用内存管主存容量的技术，可以访理单元（MMU）将虚拟地问比物理内存更大的地址址转换为物理地址空间页面调入调出提高程序执行效率

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4.34虚拟存储技术将程序和数虚拟存储技术允许运行比据分块，在需要时将页面物理内存更大的程序，提从辅助存储器加载到主内高系统效率存页式虚拟存储页式虚拟存储页面大小

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2.12将逻辑地址空间划分成固页面大小是固定值，通常定大小的页，物理地址空为4KB或8KB，可以根据间也划分成同样大小的页程序的大小和内存容量进框程序运行时，将需要行调整的页装入内存，不用的页放在磁盘上，通过页表进行地址转换页表优点

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4.34页表存储了逻辑地址到物提高了内存利用率，允许理地址的映射关系，每个运行比物理内存更大的程条目代表一个页面序，并减少了内存碎片段式虚拟存储段式存储管理段表将程序地址空间划分为多个逻辑段每个段在内存中都有一个唯一的段号每个段可以是不同的长度段表中包含每个段的起始地址和长度页面置换算法FIFO1先进入内存的页面先被换出LRU2最近最少使用页面先被换出OPT3最优页面置换算法CLOCK4时钟页面置换算法页面置换算法是虚拟存储器中不可或缺的部分，它决定了哪些页面要被换出内存以腾出空间供新页面进入常见的页面置换算法有FIFO、LRU、OPT和CLOCK等，每种算法都有其特点和优缺点，在实际应用中要根据具体情况选择合适的算法页面置换算法FIFO LRUOPT先进先出算法，最简单的置换算法最近最少使用算法，根据页面使用时最佳置换算法，完美理论，实际无法间判断实现磁盘存储管理磁盘存储管理系统文件分配表索引分配方式磁盘存储管理系统负责管理磁盘空间文件分配表FAT记录每个文件占用索引分配方式使用索引块来记录每个，并为用户提供访问磁盘数据的功能磁盘块的信息文件占用磁盘块的信息文件分配表FAT文件系统分配表文件分配表是磁盘上的一种它记录着磁盘中每个存储块文件系统，用于管理文件存的使用情况，可以是已分配储位置给文件，还是空闲的存储结构文件访问FAT通常是一个线性表，每操作系统通过FAT查找文件个条目代表一个存储块，记存储块，从而访问文件内容录其状态和所属文件索引分配方式索引分配方式索引分配方式使用索引表记录文件在磁盘上的存储位置每个文件都有一个索引表，记录每个文件块在磁盘上的地址索引表可以存储在主存中，也可以存储在磁盘上，方便快速访问日志文件系统数据写入和更新恢复操作提高性能日志文件系统将所有数据变更记录在通过回滚日志文件，系统可以将数据日志文件系统可以并行处理多个操作日志文件中，即使操作失败也能恢复恢复到任何一个操作点，确保数据一，提升系统性能致性和完整性技术RAID冗余阵列数据冗余12RAID，即独立磁盘冗余阵RAID使用各种数据冗余列，通过将多个磁盘驱动技术来保护数据，即使一器组合成一个逻辑驱动器个磁盘发生故障，也不会来提高可靠性和性能导致数据丢失性能提升类型34通过数据条带化和并行访不同的RAID级别提供了问，RAID可以显着提高不同的数据冗余和性能权磁盘子系统的吞吐量和读衡，根据具体需求选择合写速度适的RAID级别磁盘阵列系统提高存储性能增强数据可靠性扩展存储容量提高存储效率通过数据并行访问和负载均冗余技术保证即使部分磁盘多个硬盘组合在一起，能够磁盘阵列可以有效管理磁盘衡，磁盘阵列提高了数据读失效，数据也能被恢复，提构建大容量存储系统，满足空间，提高存储效率，降低取和写入速度高数据安全性不断增长的数据存储需求存储成本未来存储技术展望未来存储技术将继续朝着高速、大容量、低成本、高可靠性的方向发展存储技术不断演进，例如非易失性内存NVM、光存储技术等，将为数据存储和管理提供更强大的能力未来存储技术将与人工智能、云计算、边缘计算等技术相结合，推动数据存储和应用模式的创新。