课件：手机中的数据是如何存储的

手机中的数据是如何存储的内存的基础知识什么是内存？内存的作用内存，也称为随机存取存储器（RAM），是计算机系统中用于存内存充当中央处理器（CPU）和硬盘之间的桥梁CPU从内存中储当前正在运行程序和数据的临时存储区域它是一种易失性存读取数据和指令，并将其写入内存中，而硬盘则用于长期存储数储器，这意味着当电源关闭时，存储在其中的数据将会丢失据由于内存的访问速度远远快于硬盘，因此内存是计算机系统运行的重要组成部分存储器分类按存储介质分类按访问速度分类12存储器可以根据其存储介质分存储器可以根据访问速度分为半导体存储器、磁存储器为高速缓存（Cache）、主和光存储器存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、U盘等）按读写特性分类3存储器可以根据读写特性分为随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和可编程只读存储器（PROM）等手机存储器类型内部存储器外部存储器内部存储器是手机内置的存储空外部存储器是通过外部接口连接间，通常由闪存芯片构成，用于到手机上的存储设备，例如SD存储操作系统、应用程序、用户卡、TF卡等外部存储器可以扩数据等内部存储器一般容量固展手机的存储容量，通常用于存定，不可扩展储照片、视频、音乐等文件虚拟存储器虚拟存储器是指利用硬盘空间来模拟内存空间的技术当手机内存不足时，系统会将一部分硬盘空间作为内存使用，以提高内存利用率DRAM动态随机存取存储器DRAM是一种DRAM使用电容器来存储数据，并且常用的内存类型，它以其高速访问和需要定期刷新才能保持数据完整性，低成本而闻名因此被称为动态内存由于DRAM需要刷新，它会消耗一定的功耗此外，它的读写速度比SRAM慢，但是比闪存快SRAM速度快价格高功耗低存储容量小SRAM的速度非常快，因为它SRAM的成本比DRAM高，SRAM的功耗比DRAM低，SRAM的存储容量比DRAM使用的是静态逻辑电路，数据因为它需要更多的晶体管来存因为它没有刷新操作这使得小，因为每个位需要更多的晶可以永久保存，无需刷新这储每个位的数据这使得SRAM非常适合需要低功耗的体管这使得SRAM对于需要使得SRAM非常适合需要快速SRAM对于价格敏感的应用来应用，例如嵌入式系统大容量存储的应用来说不实访问数据的应用，例如高速缓说并不经济用存闪存NAND结构特点NAND闪存采用浮动栅极晶体管相比于NOR闪存，NAND闪存技术，通过在栅极和通道之间形拥有更高的存储密度，更低的成成一层绝缘层，来存储数据本，更适合存储大容量数据但其写入速度较慢，擦除速度也较慢应用NAND闪存广泛应用于移动设备、固态硬盘、存储卡等闪存NORNOR闪存是一种闪存技术，它允许数与NAND闪存相比，NOR闪存具有更据在任何位置进行读写，就像访问内快的读取速度，这使其非常适合用于存一样这使得NOR闪存非常适合用需要快速数据访问的应用程序于存储引导程序和固件与NAND闪存相比，NOR闪存的成本更高，但它提供了更好的性能和耐用性，使其成为某些应用的理想选择和eMMC UFSeMMCUFSeMMC（嵌入式多媒体卡）是一种集成在主板上的闪存存储UFS（通用闪存接口）是一种更先进的存储技术，速度更快，器，它是一种较为传统的存储技术，价格相对便宜功耗更低，性能更佳内存管理机制虚拟内存1扩展可用内存缓存2加速数据访问分段/分页3组织内存空间内存管理机制是操作系统用来控制和管理计算机内存的重要工具它的目标是有效地利用有限的内存资源，提高程序运行效率，并防止不同程序之间相互干扰分段内存管理基本概念优势分段内存管理是一种将程序的地址空间划分为多个逻辑段的内存分段内存管理的主要优势在于其灵活性，它允许程序员将程序划管理技术，每个段对应程序的不同功能模块或数据结构每个段分为多个逻辑部分，并在每个部分独立运行这使得程序更容易都有自己的起始地址和大小，程序可以通过段名和偏移量访问内编写、调试和维护此外，分段内存管理还可以有效地防止程序存中的数据之间的冲突分页内存管理内存划分页面表优点缺点分页内存管理将物理内存划分操作系统维护一张页面表，记•内存利用率更高，减少了内需要额外的内存空间存放页面为固定大小的页面，每个页面录每个虚拟页面映射到物理内存碎片表，增加系统开销页面表查都有唯一的编号程序代码和存页面的对应关系当程序访找过程可能会带来性能损耗•可以实现虚拟内存，扩展可数据也以相同大小的页进行划问某个虚拟地址时，操作系统用内存空间分，然后将程序页面分配到物通过页面表找到对应的物理地•支持多用户系统，每个用户理内存页面中址，从而完成内存访问拥有独立的地址空间虚拟内存技术扩展内存空间提高程序运行效率多任务处理能力123虚拟内存技术通过将硬盘的一部分用通过将不常用的数据交换到硬盘，虚虚拟内存技术允许手机同时运行多个作内存，有效地扩展了物理内存的大拟内存技术保证了更频繁访问的数据应用程序，即使物理内存有限，也能小，让手机能够运行更大的程序和处始终驻留在内存中，提升了程序的运保证所有程序都能流畅运行，提高用理更多数据行速度户体验缓存技术提高性能减轻负载降低成本缓存技术通过存储最近访问的数据，减缓存技术可以减轻存储器的负载，因为缓存技术可以通过减少存储器访问次少了访问存储器的时间，从而提高了应它们可以处理一些频繁访问的请求，而数，降低存储器访问成本此外，它们用程序的响应速度这对于需要频繁访无需访问存储器这可以提高系统性还可以通过减少网络带宽使用，降低网问数据的应用程序，例如网页浏览和数能，并减少系统崩溃的风险络访问成本据库操作，尤其重要数据压缩减少存储空间提高传输速度节约手机流量数据压缩通过去除冗余信息，以更紧凑的形压缩后的数据体积更小，传输速度更快，节数据压缩可以有效减少手机流量消耗，降低式表示数据，从而减少存储空间占用省网络带宽和时间用户的通信费用数据加密保护手机数据加密类型数据加密是一种保护手机数据安全的关键技术，通过将数据转换•对称加密使用相同的密钥进行加密和解密成无法识别的格式来防止未经授权的访问现代手机通常使用硬•非对称加密使用一对密钥，一个用于加密，另一个用于解件和软件结合的方式实现数据加密密数据备份与恢复手机数据备份能保护你重要的信息，数据恢复是指在数据丢失后，将备份防止意外丢失可以通过云端备份、数据还原到设备的操作可以通过云本地备份或第三方软件进行备份端恢复、本地恢复或借助数据恢复软件进行恢复数据备份和恢复对于保障数据安全至关重要可以定期进行数据备份，并选择安全的备份方式，以确保数据在意外情况下能得到有效保护手机系统文件结构根目录/系统目录system手机系统文件结构的最高层级，包含Android系统的核心文件，包含所有其他目录和文件例如内核、驱动程序和库文件数据目录data缓存目录cache存储应用程序数据、用户设置和存储应用程序缓存数据，例如图系统日志等信息片、视频和音频文件系统分区详解系统分区数据分区外部存储分区恢复分区系统分区包含Android操作系数据分区存储用户数据，包括外部存储分区用于扩展手机存恢复分区包含用于恢复手机到统、系统核心文件和预装应用应用程序、照片、视频、音乐储空间，通常由SD卡或其他可出厂状态的备份数据和工具程序它通常是手机存储器中和文档等它通常是手机存储移动存储设备提供它可以用它通常是手机存储器中较小的最大的分区，确保系统正常运器中第二大的分区，用户可以来存储用户数据，并可根据需分区，用于应对系统故障或需行自由管理该分区的数据要进行拆卸和更换要重置手机的操作运行内存的使用应用程序加载系统进程12当您打开一个应用程序时，它手机系统本身也需要使用运行会从手机存储器中加载到运行内存，例如系统服务、后台进内存中，以便应用程序能够快程等这些进程会占用一部分速运行运行内存越大，可以运行内存，确保手机正常运同时加载的应用程序就越多，行手机运行起来就越流畅缓存数据3一些应用程序会将数据缓存到运行内存中，例如网页缓存、游戏数据等缓存数据可以加快应用程序的加载速度，但也会占用运行内存空间应用程序内存使用内存分配内存管理每个应用程序在启动时都会从系统分配一定的内存空间，用于存应用程序开发者需要负责管理应用程序的内存使用，包括内存分储代码、数据、资源等应用程序运行时会不断地向系统申请内配、释放、回收等有效的内存管理可以提高应用程序的性能，存，例如创建新的对象、加载图片、播放音频等等内存分配需减少内存泄漏和崩溃的风险常见的内存管理技术包括垃圾回收要谨慎管理，避免过度占用系统资源，导致其他应用程序运行缓机制和内存池等等慢或崩溃手机电池寿命与内存电池消耗内存管理手机内存占用率高，会导致CPU更加高效的内存管理机制可以减少不必要频繁地进行数据读写操作，从而增加的内存占用，降低功耗，延长电池续功耗，加速电池消耗航时间优化策略关闭后台运行的无用程序，清理手机内存，可以有效降低功耗，延长电池寿命内存性能指标手机内存性能指标主要包括读取速度、写入速度、延迟和功耗读取速度是指手机从内存中读取数据的速度，写入速度是指手机将数据写入内存的速度，延迟是指手机从发出读取或写入指令到完成操作的时间间隔，功耗是指手机内存工作时的能耗这些指标综合反映了手机内存的性能水平，对手机的整体运行速度、流畅度和功耗都有着重要的影响存储器性能评测评估存储器性能是了解手机整体性能的重要指标评测工具可以帮助我们测试存储器的读写速度、延迟时间等关键参数10010读写速度延迟时间测试存储器读取和写入数据时的速度，反映存储器的数据传输能力测试存储器响应请求的时间，反映存储器对数据的访问效率5010随机访问功耗测试存储器随机访问数据的能力，模拟实际应用中频繁的随机数据访问测试存储器在运行时的功耗，影响电池寿命通过性能评测，我们可以选择适合手机性能需求的存储器，优化手机的运行效率和用户体验内存容量与性能关系内存容量和性能之间存在密切的关联，更大的内存容量通常意味着更高的性能，但并非绝对内存容量性能影响•更快的程序加载速度更大•更高的多任务处理效率•更少的内存溢出错误•更慢的程序加载速度更小•较低的多任务处理效率•更容易出现内存溢出错误然而，内存性能还受其他因素影响，如内存类型、频率、延迟等即使是相同容量的内存，性能也可能存在差异手机内存升级原理替换内存芯片对于一些支持内存升级的手机，用户可以通过拆开手机后盖或更换主板来更换容量更大的内存芯片这通常需要专业的技术和工具，并且可能需要重新刷机系统，但这可以让用户获得更高的内存容量扩展内存卡许多手机支持扩展内存卡，例如microSD卡，可以用来存放照片、视频、音乐等文件这可以有效地增加手机的存储空间，但内存卡的读写速度通常比内置内存慢，所以不适合存放大型应用程序或游戏云端存储将数据备份到云端存储服务，例如Google Drive或iCloud，可以释放手机的本地存储空间，但需要稳定的网络连接才能访问云端数据内存性能优化方法清理无用程序关闭不必要的后台服务使用内存优化工具升级系统版本删除未使用的应用程序，减少限制应用程序后台运行，避免借助手机自带或第三方内存清新版本系统通常包含内存管理后台进程，释放内存空间资源浪费理工具，定期清理缓存和垃圾优化，提升效率文件内存泄露问题诊断内存泄露检测工具日志分析使用专用的内存泄露检测工具，通过分析应用程序日志，可以发例如Valgrind、Android现内存使用情况，例如分配和释Studio的Memory Profiler放内存的次数、内存使用峰值等，可以帮助识别应用程序中存等，从而判断是否存在内存泄在的内存泄露问题露代码审查对应用程序代码进行细致的审查，可以找出可能导致内存泄露的代码段，例如忘记释放不再使用的内存、循环引用等内存管理的挑战碎片化内存泄漏并发访问安全漏洞内存分配和释放操作会导致内程序中存在内存泄漏会导致内多个进程或线程同时访问内存内存管理错误可能导致安全漏存空间碎片化，导致可用内存存不断被占用，最终导致系统时，需要确保数据一致性和避洞，例如缓冲区溢出，攻击者空间减少，无法分配较大的内崩溃或性能下降免死锁等问题可利用这些漏洞入侵系统存块大数据时代的内存需求随着大数据时代的到来，数据量呈指数级增长，对内存的需求也随之急剧攀升100TB100M1000数据规模并发用户性能要求现代数据中心每天处理的数据量已达数百大数据应用需要处理来自数百万甚至数十亿大数据分析和处理需要高速的内存访问速TB甚至PB级用户的请求，对内存资源的竞争更加激烈度，以满足实时性和高吞吐量的需求为了满足大数据时代的内存需求，需要探索新的内存技术，例如•高容量内存模块•持久化内存•分布式内存系统存储技术的发展趋势容量不断提升速度更快随着数据量的爆炸式增长，存储容量的需求也随之不断提升未来，用户对数据访问速度的要求越来越高未来，存储技术将更加注重存储设备将拥有更高的容量密度，例如更高层数的3D NAND闪存高速传输，例如基于PCIe接口的SSD更低功耗安全性更高随着移动设备和物联网的普及，低功耗存储技术将更加重要未来，数据安全是越来越重要的议题未来，存储技术将更加注重安全性，存储技术将更加注重节能，例如采用更先进的材料和工艺例如采用更安全的加密算法和硬件保护机制固态存储技术固态存储技术的速度更快，响应时间固态存储技术功耗更低，延长了手机更短，显著提升了手机的性能的电池续航时间固态存储技术体积更小，使得手机的设计更加紧凑，轻薄闪存3D NAND垂直堆叠结构更快的读写速度更高的可靠性3D NAND闪存通过垂直堆叠多个存储层，3D NAND的垂直结构优化了数据读取和写3D NAND闪存通过引入新的错误校正技实现了更高的存储密度和容量相较于传统入路径，提高了读写速度，从而提升了手机术，显著提升了可靠性和耐久性，延长了存的2D NAND，3D NAND在相同面积上可的整体性能和用户体验储器的使用寿命以容纳更多数据，并有效降低了成本非易失性内存NVM概念类型非易失性内存NVM是一种即使在断电后也能保留数据的存储•闪存Flash memory器与传统的DRAM和SRAM相比，NVM能够在没有电源的情•MRAM磁阻式随机存取存储器况下保存数据，这使得它在许多应用中具有优势•PCRAM相变式随机存取存储器•RRAM阻变式随机存取存储器存储数据的隐私与安全数据加密访问控制使用加密算法对存储的数据进行限制对数据的访问权限，确保只加密，防止未经授权的访问有授权用户才能访问数据备份安全审计定期备份数据，防止数据丢失或定期进行安全审计，发现并修复损坏，并提供恢复机制潜在的安全漏洞时代的存储需求5G5G网络的高带宽和低延迟特性带来云存储技术在5G时代更加重要，可了更高的数据传输速度，需要更大的以有效地管理和共享海量数据，满足存储容量来容纳海量数据用户对云端服务的更高要求随着5G应用的普及，数据安全问题更加突出，需要更先进的存储安全技术来保护用户数据隐私边缘计算与云端存储降低延迟提高效率12边缘计算将数据处理和存储转边缘计算可以处理实时数据，移到更靠近用户的地方，减少无需将数据传输到云端，提高了数据传输距离，从而降低了了数据处理效率延迟增强安全性3边缘计算将数据存储在本地，减少了数据传输过程中的安全风险总结与展望手机存储技术是移动设备的核心组成部分，不断发展进步从传统的闪存到新兴的3D NAND闪存和NVM，存储容量不断提升，速度不断加快未来，随着5G时代的到来，边缘计算和云端存储将发挥越来越重要的作用，手机存储技术将继续向着更高效、更安全、更智能的方向发展。