存储设备
存储器就像人的大脑。它用于存储数据和指令。计算机存储器是计算机中的存储空间，用于处理数据和存储处理所需的指令。
存储器被分成大量小部分。每个部分称为一个单元。每个位置或单元都有一个唯一的地址，该地址从零到内存大小减一不等。
例如，如果计算机有 64k 个字，那么这个内存单元有 64 * 1024 = 65536 个内存位置。这些位置的地址从 0 到 65535 不等。
内存主要有两种类型
内部存储器 − 高速缓存和主存储器
外部存储器 −磁盘/光盘等。
从上到下，内存层次结构的特点如下。
- 存储容量增加。
- 每比特存储成本降低。
- CPU 访问内存的频率降低。
- CPU 访问时间增加。
RAM
RAM 构成 CPU 的内部存储器，用于存储数据、程序和程序结果。它是读/写存储器。它被称为随机存取存储器 (RAM)。
由于 RAM 中的访问时间与字的地址无关，也就是说，内存中的每个存储位置都与其他位置一样容易访问，并且花费相同的时间。我们可以随机且非常快速地访问内存，但也可能非常昂贵。
RAM 是易失性的，即当我们关闭计算机或发生电源故障时，存储在其中的数据会丢失。因此，备用不间断电源系统 (UPS) 通常与计算机一起使用。 RAM 很小，无论是从物理尺寸还是从其可容纳的数据量来看都是如此。
RAM 有两种类型
- 静态 RAM (SRAM)
- 动态 RAM (DRAM)
静态 RAM (SRAM)
静态 一词表示只要通电，内存就会保留其内容。但是，由于易失性，断电时数据会丢失。SRAM 芯片使用 6 个晶体管的矩阵，没有电容器。晶体管不需要电源来防止泄漏，因此 SRAM 不需要定期刷新。
由于矩阵中的额外空间，SRAM 在相同存储空间下使用比 DRAM 更多的芯片，从而使制造成本更高。
静态 RAM 用作缓存存储器，需要非常快且小巧。
动态 RAM (DRAM)
DRAM 与 SRAM 不同，必须不断刷新才能保存数据。这是通过将内存放在刷新电路上来实现的，该电路每秒重写数据数百次。DRAM 因价格低廉且体积小而用于大多数系统内存。所有 DRAM 均由存储单元组成。这些单元由一个电容器和一个晶体管组成。
ROM
ROM 代表只读存储器。我们只能读取但不能写入的存储器。这种类型的存储器是非易失性的。信息在制造过程中永久存储在此类存储器中。
ROM 存储在首次通电时启动计算机所需的指令，此操作称为引导。 ROM 芯片不仅用于计算机，还用于洗衣机和微波炉等其他电子产品。
以下是各种类型的 ROM −
MROM（掩膜 ROM）
最早的 ROM 是硬连线设备，包含一组预编程的数据或指令。这种 ROM 被称为掩膜 ROM。它是廉价的 ROM。
PROM（可编程只读存储器）
PROM 是只读存储器，用户只能修改一次。用户购买空白 PROM 并使用 PROM 编程器输入所需内容。PROM 芯片内部有小保险丝，在编程过程中会烧断。它只能编程一次，并且不可擦除。
EPROM（可擦除可编程只读存储器）
EPROM 可通过暴露在紫外线下长达 40 分钟来擦除。通常，EPROM 擦除器可实现此功能。在编程过程中，电荷被捕获在绝缘栅极区域。由于电荷没有泄漏路径，因此电荷可保留十年以上。为了擦除此电荷，紫外线会穿过石英晶体窗口（盖子）。这种紫外线照射会消散电荷。在正常使用过程中，石英盖用贴纸密封。
EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）
EEPROM 是电编程和擦除的。它可以被擦除和重新编程约一万次。擦除和编程大约需要 4 到 10 毫秒（毫秒）。在 EEPROM 中，任何位置都可以选择性地擦除和编程。EEPROM 可以一次擦除一个字节，而不是擦除整个芯片。因此，重新编程的过程很灵活，但很慢。
串行访问存储器
顺序访问意味着系统必须从内存地址的开头搜索存储设备，直到找到所需的数据。支持此类访问的内存设备称为顺序访问存储器或串行访问存储器。磁带就是串行访问存储器的一个例子。
直接存取存储器
直接存取存储器或随机存取存储器，是指系统可以直接获取用户所需信息的情况。支持此类访问的存储设备称为直接存取存储器。磁盘、光盘是直接存取存储器的例子。
高速缓存
高速缓存是一种非常高速的半导体存储器，可以加速 CPU。它充当 CPU 和主存储器之间的缓冲区。它用于保存 CPU 最常使用的数据和程序部分。操作系统将数据和程序的各部分从磁盘传输到缓存中，然后 CPU 才能访问它们。
优点
- 缓存比主内存更快。
- 与主内存相比，它消耗的访问时间更少。
- 它存储可以在短时间内执行的程序。
- 它存储临时使用的数据。
缺点
- 缓存容量有限。
- 它非常昂贵。
虚拟内存是一种允许执行内存中不完全可用的进程的技术。该方案的主要明显优势是程序可以大于物理内存。虚拟内存是将用户逻辑内存与物理内存分开。
这种分离允许在只有较小的物理内存可用时为程序员提供极大的虚拟内存。以下是不需要将整个程序完全加载到主内存中的情况。
仅当数据或计算中出现错误时，才使用用户编写的错误处理例程。
程序的某些选项和功能可能很少使用。
许多表被分配了固定数量的地址空间，即使实际上只使用了一小部分表。
执行仅部分位于内存中的程序的能力将抵消许多好处。
将每个用户程序加载或交换到内存中所需的 I/O 数量会减少。
程序将不再受可用物理内存量的限制。
每个用户程序可以占用更少的物理内存，可以同时运行更多程序，从而相应地提高 CPU 利用率和吞吐量。
辅助内存
辅助内存的大小要大得多比主存储器快，但速度较慢。它通常存储系统程序、指令和数据文件。它也被称为辅助存储器。如果主存储器容量已超出，它也可以用作溢出/虚拟存储器。处理器不能直接访问辅助存储器。首先，辅助存储器的数据/信息被传输到主存储器，然后 CPU 可以访问该信息。辅助存储器的特点如下 −
非易失性存储器 − 断电时数据不会丢失。
可重复使用 − 数据永久保留在辅助存储器中，直到用户不覆盖或删除它为止。
可靠 − 由于辅助存储设备的物理稳定性高，因此辅助存储器中的数据是安全的。
方便 −借助计算机软件，授权人员可以快速定位和访问数据。
容量 − 二级存储可以在多个磁盘组中存储大量数据。
成本 − 与主存储器相比，将数据存储在磁带或磁盘上的成本要低得多。
