3.1 存储器的分类

3.1 存储器的分类

　　存储器是计算机中的记忆设备，用来存放程序和数据。目前，构成存储器的存储介质使用半导体器件和磁性材料。根据存储材料的不同及存储器的使用方法不同，存储器又有多种不同的分类方法。
　　1．按存储介质分类
　　如果将存储器按照其存储介质来分类，可以分为如下四类。
　　（1）磁芯存储器。采用具有矩形磁滞回线的铁氧体磁性材料，利用两种不同的剩磁状态表示1或0。一颗磁芯存放一个二进制位，成千上万颗磁芯组成磁芯体。磁芯存储器的特点是信息可以长期存储，不会因断电而丢失；但磁芯存储器的读出是破坏性读出，即不论磁芯原存的内容为0还是1，读出之后磁芯的内容一律变为0，因此需要再重写一次，这就额外地增加了操作时间。由于磁芯存储器容量小、速度慢、体积大、可靠性低，从20世纪70年代开始，已被半导体存储器逐渐取代。
　　（2）半导体存储器。采用半导体器件制造的存储器，主要有MOS（金属-氧化物-半导体）型存储器和双极型存储器两大类。MOS型存储器具有集成度高、功耗低、价格便宜、存取速度较慢等特点；双极型存储器具有存取速度快、集成度较低、功耗较大、成本较高等特点。半导体RAM存储的信息会因为断电而丢失。
　　（3）磁表面存储器。在金属或塑料基体上，涂上一层磁性材料，用磁层存储信息，常见的有磁盘、磁带等。由于它具有容量大、价格低、存取速度慢等特点，故多用做辅助存储器。
　　（4）光存储器。采用激光技术控制访问的存储器，一般分为只读式、一次写入式和可改写式3种，它们的存储容量都很大，是目前使用非常广泛的辅助存储器。
　　2．按存储器的地位分类
　　按存储器在计算机中的地位分类，可以将存储器分可以分为如下3类。
　　（1）高速缓冲存储器。Cache位于主存和CPU之间，用来存放正在执行的程序段和数据，设置Cache的目的是为了匹配主存与CPU的速度，Cache的特点是存储容量较小，价格较高，但存储速度快。目前的高档微机通常将它们（的一部分）制作在CPU芯片中。
　　（2）主存储器。内存是用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据的，它可以被CPU直接随机地进行读/写访问。主存具有一定容量，存取速度较高。由于CPU要频繁地访问主存，所以主存的性能在很大程度上影响了整个计算机系统的性能。
　　（3）辅助存储器。外存具有容量大，价格低，但访问速度相对较慢的特点，一般用其存放当前暂不参与运行的程序和数据，以及一些需要永久性保存的信息。外存不能直接被CPU访问，它的数据需被调入主存后才能被访问。
　　3．按存储器的存取方式分类
　　在计算机中，常用的数据存取方式主要有顺序存取、直接存取、随机存取和相联存取四种。如果将存储器按照其存取方式来分类，可以分为如下五类。
　　（1）随机存取存储器。随机存取是指CPU可以对存储器中的内容随机地存取，且其存取时间相同，与信息所处位置无关。RAM具有读/写方便，使用灵活等优点，但断电后无法保存信息，因此只能用于暂存数据，可用于主存和高速缓冲存储器。
　　RAM又可分为DRAM和SRAM两种。其中DRAM的信息会随时间逐渐消失，因此需要定时对其进行刷新来维持信息不丢失；SRAM在不断电的情况下信息能够一直保持而不会丢失。
　　（2）只读存储器。ROM采用的存取方式也是随机存取，且其存储时间也相同。但ROM的信息已固化在存储器中。ROM出厂时其内容由厂家采用掩膜技术（mask）写好，其信息只可读出，无法改写。一般用于存放系统程序BIOS（Basic Input Output System，基本输入输出系统）和用于微程序控制。
　　（3）顺序存取存储器（Sequential Access Memory，SAM）。SAM的存取方式与前两种完全不同。它只能按某种顺序存取，存取时间的长短与信息在存储体上的物理位置有关，所以SAM只能用平均存取时间作为衡量存取速度的指标。磁带机就是这样一类存储器。
　　（4）直接存取存储器（Direct Access Memory，DAM）。DAM采用直接存取方式进行信息存取，即当要存取所需的信息时，第一步是直接指向整个存储器中的某个小区域（如磁盘上的磁道）；第二步在小区域内顺序检索或等待，直至找到目的地后再进行读/写操作。DAM的存取时间也是与信息所在的物理位置有关的，但比SAM的存取时间要短。磁盘机就属于这类存储器。
　　由于SAM和DAM的存取时间都与存储体的物理位置有关，所以又可以把它们统称为串行访问存储器。
　　（5）相联存储器（Content Addressable Memory，CAM）。CAM是一种特殊的存储器，是一种基于数据内容进行访问的存储设备。当对其写入数据时，CAM能够自动选择一个未用的空单元进行存储；当要读出数据时，不是给出其存储单元的地址，而是直接给出该数据或者该数据的一部分内容。CAM对所有的存储单元中的数据同时进行比较并标记符合条件的所有数据以供读取。由于比较是同时、并行进行的，所以这种基于数据内容进行读写的机制，其速度比基于地址进行读写的方式要快许多。