计算机存储器

计算机是一种将原始数据作为输入，进行处理，然后提供所需结果的电子设备。它有能力快速并高精度地执行编程计算。换句话说，计算机接收输入，例如数据，并将其与指令一起存储在内存中（在需要时使用它们）。然后处理数据并将其转化为有价值的信息。此后，它根据输入提供结果。这里，输入指的是我们希望机器处理并给我们回应的未经处理的数据，而输出则是机器对未经处理的数据进行处理的结果，可能包括数据分析、搜索、分发、存储等。因此，计算机也被称为数据处理系统。

什么是内存？

计算机内存保存着处理原始数据和生成输出所需的数据和指令。它类似于人的思维，其中包含了存储的数据、信息和指令。它是一个数据存储设备或数据存储组件，用于保留处理数据所需的指令以及待处理的数据。输入和输出都可以在这里保存。

计算机内存被划分为许多小的单元，称为单元。每个单元都有一个唯一的地址，其范围从0到内存大小减1。计算机内存分为两种类型：揮发性内存（RAM）和非揮发性内存（ROM）。次级存储器（硬盘）被称为存储而不是内存。

主内存的特点：

• 它是计算机的主内存。
• 与次级存储相比，它是更快的计算机内存。
• 通常情况下，它是一种揮发性内存。
• 没有主内存，计算机系统无法运行。
• 这些内存是半导体。

但是，如果我们根据空间或位置对内存进行分类，它可以分为四种类型：

• 寄存器内存
• 缓存内存
• 主存储器
• 次级存储器

计算机内存是如何工作的？

当打开一个程序时，它会从次级存储器加载到主存储器中。有多种类型的内存和存储器，例如，程序从固态硬盘（SSD）移动到随机访问内存（RAM）。打开的软件将能够以更快的速度与计算机的处理器进行通信，因为主存储器的访问速度更快。主内存可以从临时存储位置快速访问。

由于内存是揮发性的，因此内存中的数据仅保存临时。当计算机关闭时，保存在揮发性内存中的数据将立即被擦除。文件在保存时被传送到次级存储器进行永久存储。

计算机中存在多种类型的内存。根据所使用的主存储器的不同，它们的性能也会有所不同，但通常与内存相关的是基于半导体的内存。使用基于硅的金属氧化物半导体（MOS）晶体管制造半导体内存。

计算机内存的类型

通常情况下，内存可以分为主内存和次级存储器，但即使只谈论主内存，也有许多不同类型的内存。以下是一些主内存的例子：

• 缓存内存: 缓存，也称为临时存储区域，与计算机系统的主内存源相比，更容易供处理器使用。它安装在与 CPU 通过总线连接的不同芯片上，或者经常直接构建在 CPU 芯片内部；因此，它也被称为 CPU 内存。
• RAM: 该术语指的是处理器可以直接访问任何存储位置。随机访问存储器（RAM）是作为 CPU 的内部存储器的硬件部件。它通常位于计算机的主板上。当计算机打开时，它使 CPU 能够存储程序、信息和程序结果。此外，它是计算机的读写内存，这意味着既可以向其中添加数据，也可以从中读取数据。
• 动态随机访问存储器（DRAM） ：一种主要用于计算机系统（主要是个人电脑）的随机存取存储器称为动态随机存取存储器（DRAM）。计算机处理器运行所需的数据或程序代码通常存储在 DRAM 中，DRAM 是一种半导体存储器。每个数据都存储在 DRAM 中的自己的被动电子元件中，该元件位于集成电路板内部。每个电子元件有两个值状态，分别称为0和1，占用一个比特位。
• 静态随机访问存储器（SRAM） ：只要 SRAM 接收电源，它就会保留内存中的数据位。与 DRAM 不同，它无需定期刷新，DRAM 将数据位存储在由电容器和晶体管组成的电容器中。
• 双倍数据速率同步动态随机访问存储器（DDR SDRAM） ：理论上，DDR SRAM 可将内存时钟速度提高至至少 200 MHz。这是一种同步动态随机访问存储器（SDRAM）。
• 双倍数据速率 4 同步动态随机访问存储器（DDR4 SDRAM） ：DDR4 RAM 是其前身 DDR2 和 DDR3 的后继者。这是一种包含高带宽接口的 DRAM。DDR4 RAM 可以实现更高的模块密度和更低的电压要求。它支持高达 64 GB 的双行内存模块（DIMM）；此外，它还配备了更高的数据传输速率。
• 内存互连律（RDRAM） ：一种名为 DRDRAM 的内存部件声称每秒可传输高达 16 亿字节。RAM 控制器子系统由 RAM、将 RAM 连接到微处理器的总线以及构成子系统的计算机使用设备组成。
• 只读存储器（ROM） ：ROM 是一种计算机存储器类型，通常只能从中读取而不能写入。它是非挥发性的，这意味着它可以永久存储数据。编程代码存储在 ROM 中，使得计算机系统每次启动或重新生成时都能启动。
• 可编程只读存储器（PROM） ：PROM 是只能修改一次的 ROM。使用称为 PROM 编程器的特殊设备，用户可以自定义微码程序。
• 可擦除可编程只读存储器（EPROM） ：EPROM 是一种可擦除和重复使用的计算机存储器。它是可编程只读存储器 PROM 的一种。
• 电可擦可编程只读存储器（EEPROM） ：一种用户可修改的 ROM，称为 EEPROM，可以通过使用比平常更高的电压进行重复擦除和重新编程。与 EPROM 芯片不同，EEPROM 可以在不取出计算机的情况下更改。然而，EEPROM 芯片必须完全擦除和重新编程，而不仅仅是其部分。
• 虚拟内存 ：一种内存管理方法，使得辅助内存可以像主存储器的一部分一样使用。虚拟内存利用硬件和软件将数据临时从 RAM 移动到磁盘存储器以弥补物理内存不足的情况。

内存与存储器

虽然术语 “内存” 和 “存储器” 经常可以互换使用，但两者之间有一些明显且重要的区别。简单地说，存储器是次要存储器，而内存是主要或主存储器。存储器是长期存储数据的地方，而内存是短期存储数据的地方。

在计算机上，术语 “内存” 最常用于描述主存储器，例如 RAM。同时，数据也在内存中进行处理。借助 RAM，用户可以访问短时间存储的数据。由于主存储器是易失性的，即当计算机关闭时不会保留，数据只存储了一个短时间。

计算机中的数据存储在次要存储器中，也称为存储器。硬盘驱动器（HDD）是存储器的一个例子。由于存储器是非易失性的，即使在计算机关闭并重新打开后，数据也不会丢失。运行中的程序可能位于计算机的主存储器中以便快速检索信息，但当程序关闭时，它会移动到次要存储器或存储器中。

可用的存储和内存空间也有所不同。与内存相比，计算机通常具有更大的存储容量。例如，一台笔记本电脑可能具有 250 GB 的存储空间和 8 GB 的 RAM。之所以存在这种空间差异，是因为计算机不需要立即访问存储在其中的所有数据，因此分配约 8 GB 的空间足以运行程序。

早在1940年代初期，内存就被限制在几个字节的空间上。声学延迟线内存的开发是这个时期进步的重要指标之一。石英晶体可以用作读写位的换能器，而延迟线可以将位存储在水银中作为声波。

借助这种方法，可以存储几十万比特。非易失性内存首次在1940年代末研究，而磁心存储器则在没有电源的情况下可以进行记忆回忆。这项技术在1950年代得到了发展并广泛应用，有助于在1956年创建可编程只读存储器（PROM）。由于其广泛使用，磁心存储器在1960年代之前一直是主要的内存技术。

1959年，金属氧化物场效应晶体管（MOS）半导体存储器也就是金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）被开发出来。因此，MOS晶体管可以用作存储器单元的组件。与磁心存储器相比，MOS存储器更便宜且需要更少的功率。从1960年代初开始，开始使用双极存储器，也就是双极晶体管。

Bob Norman在1961年首次提出在集成电路（IC）上使用固态存储器的想法。1965年，IBM使内存成为一项普遍的技术。然而，与其他类型的内存相比，用户发现固态存储器使用成本过高。双极静态随机存储器（SRAM）在1960年代中期至1960年代末实现，Toshiba在1965年发表了动态随机存储器（DRAM），并在同一年首次商业化使用了SRAM。1967年，在1966年创建单晶体管DRAM存储器单元后，使用MOS半导体器件制造了只读存储器（ROM）。N型MOS（NMOS）存储器也在1960年代末和1970年代初开始流行起来。

从1970年代初开始，基于MOS的内存开始广泛应用。一年后，可擦除PROM（EPROM）在市场上推出，并在1972年创建了EEPROM。

关于计算机内存的常见问题解答

Q1. 有哪些类型的内存？

Ans: 有三种类型的内存：

• 主存储器（Primary memory）
• 辅助存储器（Secondary memory）
• 缓存存储器（Cache memory）

Q2. 什么是挥发性和非挥发性内存？

Ans: 内存的性质和挥发性意味着它是根据电源供应来存储信息的。如果电源被切断，所有存储的数据和信息都将被清除。例如，随机存取存储器（RAM）。另一方面，非挥发性内存的性质意味着即使在断电的情况下也可以用来存储信息。例如，只读存储器（ROM）。

Q3. CD-ROM的全称是什么？

Ans: CD-ROM的全称是只读光盘。

Q4. 需要多少个128 * 8的存储芯片才能实现4096 * 16的存储容量？

Ans: 64

Explanation:

Chips required = 所需的RAM大小/可用芯片容量

总字节数= 128×8 = 128 bytes，而 4096×16 = 4069x（8×2）= 4096×2 bytes；

因此，

所需芯片数量= 4096*2/128 = 64

Q5. RAM和ROM之间的四个差异是什么？

Ans: RAM和ROM之间的主要四个差异如下：

问题6：如何擦除EPROM中的数据？

答： 通过使用紫外线辐射，我们可以快速擦除EPROM中的数据。EPROM代表可擦除可编程只读存储器。