1.3.2 存储器的组织结构和产品分类

1.存储器的组织结构

存储器是存放程序和数据的装置，存储器的容量越大越好，工作速度越快越好，但二者和价格是互相矛盾的。为了协调这种矛盾，目前的微机系统均采用了分层次的存储器结构，一般将存储器分为3层：主存储器（Memory）、辅助存储器（Storage）和高速缓冲存储器（Cache）。现在一些微机系统又将高速缓冲存储器设计为CPU芯片内部的高速缓冲存储器和CPU芯片外部的高速缓冲存储器两级，以满足高速和容量的需要。

2.主存储器

主存储器又称内存，CPU可以直接访问它，其容量一般为2～4GB，存取速度可达6ns（1ns为10亿分之一秒），主要存放将要运行的程序和数据。

微机的主存采用半导体存储器（见图1.7），其体积小，功耗低，工作可靠，扩充灵活。

图1.7 微机内存

半导体存储器按功能可分为随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）。

RAM是一种既能读出也能写入的存储器，适合于存放经常变化的用户程序和数据。RAM只能在电源电压正常时工作，一旦电源断电，里面的信息将全部丢失。ROM是一种只能读出而不能写入的存储器，用来存放固定不变的程序和常数，如监控程序，操作系统中的BIOS（基本输入输出系统）等。ROM必须在电源电压正常时才能工作，但断电后信息不会丢失。

3.辅助存储器

辅助存储器属外部设备，又称为外存，常用的有磁盘、光盘、磁带等。通过更换盘片，容量可视作无限，主要用来存放后备程序、数据和各种软件资源。但因其速度低，CPU必须要先将其信息调入内存，再通过内存使用其资源。

磁盘分为软磁盘和硬磁盘两种（简称软盘和硬盘）。软盘容量较小，一般为1.44MB。硬盘的容量目前已达TB级别，常用的也在500GB以上。为了在磁盘上快速地存取信息，在磁盘使用前要先进行初级格式化操作（目前基本上由生产厂家完成），即在磁盘上用磁信号划分出如图1.8所示的若干个有编号的磁道和扇区，以便计算机通过磁道号和扇区号直接寻找到要写数据的位置或要读取的数据。为了提高磁盘存取操作的效率，计算机每次要读完或写完一个扇区的内容。在IBM格式中，每个扇区存有512B的信息。所以从外部看，计算机对磁盘执行的是随机读写操作，但这仅是对扇区操作而言的，而具体读写扇区中的内容却是一位一位顺序进行的。

只有磁盘片是无法进行读写操作的，还需要将其放入磁盘驱动器中。磁盘驱动器由驱动电机、可移动寻道的读写磁头部件、壳体和读写信息处理电路所构成，如图1.9所示。在进行磁盘读写操作时，通过磁头的移动寻找磁道，在磁头移动到指定磁道位置后，就等待指定的扇区转动到磁头之下（通过读取扇区标识信息判别），称为寻区，然后读写一个扇区的内容。目前，硬盘的寻道和寻区的平均时间为8～15ms，读取一个扇区则仅需0.16ms（当驱动器转速为6000r/min时）。

图1.8 磁盘格式化示意图

图1.9 硬盘内部构造示意图

光盘的读写过程和磁盘的读写过程相似，不同之处在于它是利用激光束在盘面上烧出斑点进行数据的写入，通过辨识反射激光束的角度来读取数据。光盘和光盘驱动器都有只读和可读写之分。目前，5英寸光盘的标准容量为700MB，DVD光盘的标准容量为4.7GB。