1、计算机数据存储，通常被称为存储或记忆体，是一种技术，包括计算机组件和用于保存数字数据的记录媒体。这是一个核心功能和计算机的基本组成部分。在当代的用法中，内存通常是读写的半导体存储随机存取存储器中，通常是 DRAM（动态RAM）或其他形式的快，但临时存储。存储由存储设备及其媒体不能直接访问由CPU， （ 二次或 三级存储） ，典型的硬盘驱动器，光盘驱动器，和其他设备比 RAM 慢，但是非易失性（保持断电时的内容） 。 1 从历史上看，存储器被称为核心，主存储器，实存储器或存储设备的内部记忆体，而被称为辅助存储器，外部存储器或辅助/周边存储。的区别是计算机的体系结构的基础。的区别也反映了内存和大容
2、量存储设备，它已经模糊了的历史使用情况的长期存储的一个重要和显着的技术差别。然而，本文采用了传统的命名。许多不同形式的存储，各种自然现象的基础上，已经发明了。到目前为止，还没有实际的通用存储介质存在，并且所有的存储形式也存在一些缺点。因此，计算机系统通常包含数种存储，每个个别的目的。一个现代化的数字电脑表示使用二进制数字系统的数据。位，或二进制数位，每一个都具有 1 或 0 的值的字符串可以被转换成文本，数字，图片，音频，和几乎任何其他形式的信息。存储的最常见的单位是字节，等于 8 位。一块的信息可以由任何计算机或设备的存储空间是足够大以容纳的二进制表示的信息片，或仅仅数据处理。例如，莎士比亚
3、全集，在打印约 1250 页，可存储约五兆字节（4000 万位）每个字符一个字节。定义组件的计算机的中央处理单元（CPU，或简单的处理器） ，因为它操作数据，执行计算，并控制其他元件。在最常用的电脑架构，CPU 由两个主要部分组成：控制单元和算术逻辑单元（ALU ） 。前者控制的 CPU 和存储器之间的数据流; 后者执行对数据的算术和逻辑运算。如果没有一个显着的内存量，电脑将仅仅是能够进行固定操作，并立即输出结果。这将不得不重新配置，以改变其行为。这是可以接受的设备，如台计算器，数字信号处理器，以及其他专业设备。冯诺依曼机的区别在他们的操作指令和数据存储内存中，他们。这样的计算机更灵活一些，因
4、为他们不需要有自己的硬件重新配置，每一个新的程序，但可以简单地重新编程与新的内存中的指令，他们也往往是简单的设计，可以保持在一个相对简单的处理器的状态之间连续计算，从而建立复杂的程序。大多数现代计算机是冯诺伊曼机器。在实践中，几乎所有的电脑使用的是不同的内存类型，在一个存储层次结构的 CPU 周围的组织，性能和成本之间进行权衡。一般来说，较低的存储是在层次结构中，它的带宽较小，其存取更大的延迟是从 CPU。小学，中学，大专和离线存储的存储也是遵循这种传统的划分每比特成本。分层存储各种形式的存储，划分根据从中央处理单元的距离。的通用计算机的基本元件是算术和逻辑单元，控制电路，存储空间，和 输入/
5、输出设备。常见的家用电脑在 2005 年左右的技术和能力。另请参阅：存储器层次结构 编辑 主存储直接链接到本节：主存储，内部存储器，主存储器。主存储（或主存储器或内部存储器） ，常简称为存储器，是唯一的一个直接访问到 CPU。不断的 CPU 指令读取存储在那里，他们的要求执行。积极操作上的任何数据也存储在统一的方式。从历史上看，早期的计算机使用的延时线，威廉姆斯管，或旋转磁鼓作为主存储。到 1954年，这些大多是不可靠的方法所取代磁芯存储器。核心的内存仍然占主导地位，直到 20 世纪 70 年代，当集成电路技术的进步，半导体存储器成为经济竞争力的。这导致了现代的随机存取存储器（RAM）中。它是
6、小型的，轻的，但相当昂贵的，在相同的时间。 （用于主存储的特定类型的 RAM 也易失性的，即它们失去信息，在未通电时） 。正如图中所示，传统上有两个以上的子层的主存储，除了主要的大容量 RAM：处理器寄存器位于处理器内部。每个寄存器通常持有的数据字（通常为 32 或 64 位） 。CPU指令指示在此数据（或与它的帮助下） ，以执行各种计算或其他操作的算术和逻辑单元。寄存器是最快的一切形式的计算机数据存储。处理器高速缓存是一种超快速寄存器和较慢的主内存之间的中间阶段。据介绍，只是为了提高计算机的性能。最活跃的主存储器中的信息是重复的，这是速度更快的高速缓存，而是的容量少得多。另一方面，主存储器是
7、慢得多，但具有更大的存储容量比处理器寄存器。多级分层缓存缓存的设置也是常用的主要是体积最小，速度最快，位于处理器内部的二级缓存稍大，慢。主存储器的直接或间接连接到中央处理单元，经由存储器总线。它实际上是两个总线（未在图上）：一个地址总线和数据总线。该 CPU 首先通过地址总线发送一个数字，一个数字称为存储器地址，表示数据的期望位置。然后，它读出或写入的数据本身使用的数据总线。此外，一个内存管理单元（MMU）的 CPU 和 RAM 之间是一个小装置，重新计算实际的内存地址，例如，提供了一个抽象的虚拟内存或其他任务。作为用于主存储设备的 RAM 类型（在启动时清零）是挥发性的，仅含有这样的存储的计
8、算机不会有一个源到读取指令，以启动计算机。因此，含有一个小的启动程序（BIOS）的非易失性的主存储用于引导计算机，即，读取一个较大的程序从非易失性二次存储到RAM，并开始执行它。用于此目的的一种非易失性的技术被称为 ROM，只读存储器（术语可能有些令人困惑，因为大多数的 ROM 类型也能够随机接入） 。“ROM”的种类很多，不能随便只读，更新是可能的，但它是缓慢的，必须擦除大的部分，然后才可以重新编写。一些嵌入式系统中运行的程序直接从 ROM（或类似） ，因为这种方案很少更改。的标准计算机没有存储在 ROM 中的非基本的程序，而使用大容量的二级存储，这是非易失性的，而不是昂贵的。近来，在某些用
9、途中是指主存储和二级存储历史称为，分别的二次存储和叔存储。 2 编辑 二级存储一个带有保护盖的硬盘驱动器中删除。二次存储（也被称为外部存储器或辅助存储器） ，从主存储不同的，因为它是不能直接访问由 CPU。计算机通常使用其 输入/输出信道访问辅助存储和传输所需的数据，使用在主存储的中间区域。二级存储不丢失数据的设备断电时，它是非易失性的。每单位，它通常也比主存储两个数量级，更便宜。因此，现代的计算机系统通常有两个数量级多个辅助存储比主存储，数据被保持一段较长的时间。现代计算机中，硬盘驱动器通常用来作为辅助存储。访问一个给定的字节的信息存储在硬盘上的所需要的时间通常是第二，或以毫秒为单位的千分之
10、几。与此相反，所花费的时间存储在随机存取存储器中的信息来访问一个给定的字节测量在第二，或纳秒十亿分之一。这说明了显着的访问时间差，区分固态记忆体的旋转磁存储设备：硬盘通常比内存慢的一万倍左右。旋转的光存储设备，如 CD 和 DVD 驱动器，甚至更长的访问时间。磁盘驱动器，一旦磁盘读/写头到达正确的位置和数据的利益下转动它在赛道上，随后的数据是非常快的访问。为了减少查找时间和旋转延迟，数据被传输到和从在大的连续数据块的磁盘。当数据驻留在磁盘上，阻止访问隐藏延迟提供了一丝希望，设计有效的外部存储器算法。顺序或磁盘上的块访问数量级的速度比随机存取，和许多复杂的范式，已经发展到设计高效的算法，根据顺序
11、和数据块存取。另一种方式，以减少 I / O 瓶颈，使用多个磁盘并行，以提高主要和辅助存储器之间的带宽。 3 二级存储技术的其他一些例子：快闪记忆体（如 USB 闪存驱动器或钥匙） ，软盘，磁带，纸带，打孔卡，独立的 RAM 磁盘， Iomega Zip 驱动器。二级存储的格式通常根据一个文件系统格式，它提供了必要的抽象，将数据组织到文件和目录，提供的附加 信息（称为元数据）描述某个文件的所有者，访问时间，访问权限，及其它信息。大多数计算机操作系统使用虚拟内存的概念，让更多的主存储容量的利用率比实际可用的系统中。由于主内存满了，系统将最少使用的块（页）到二级存储设备（一个交换文件或页面文件）
12、，获取他们在需要的时候。随着越来越多的从较慢的二次存储检索这些是必要的，更多的整体系统性能的退化。 编辑 第三存储大型磁带库。盒式磁带放置在了前面，在后面的机器人手臂移动的货架上。可见该图书馆是高度约 180 厘米。三级存储或三级存储器， 4 提供了第三个级别的存储。通常，它涉及机器人的机制，这会挂载（插入）和卸载可移动的大容量存储媒体的存储装置，根据系统的要求，在使用前，这些数据常常被复制到辅助存储。它主要用于归档很少被访问的信息，因为它是慢得多辅助存储器（如 5-60 秒与 110 毫秒） 。这是非常大的数据存储，主要用于访问，无需人工操作员。典型的例子包括磁带库和光盘库。当一台计算机需要
13、从三级存储中读取信息，它会先征询一个目录数据库，以确定磁带或光盘中包含的信息。接下来，计算机将指示机器人手臂取介质并将其放置在驱动器中。当电脑读取信息后，机器人手臂将返回其库中的介质。 编辑 脱机存储脱机存储 5 或一种装置，是不是一个处理单元的控制下，在介质上的计算机数据存储介质的记录，通常是在一个二级或三级存储装置中，然后身体除去或断开。它必须由人工操作被插入或连接前一台计算机可以再次访问它。三级存储不同，它不能被访问，而不人机交互。离线存储用于传送信息，因为可以很容易地分离介质实际运输。此外，在灾难情况下，例如火灾，破坏了原来的数据，在一个远程位置的介质可能会受到影响，使灾难恢复。脱机存
14、储信息安全增加了一般，因为它是从一台计算机无法实际接触的，基于计算机的攻击技术和数据机密性或完整性不会受到影响。另外，如果很少被访问存储的信息用于存档目的，离线存储的成本低于三级存储。在现代个人电脑，二级和三级存储介质，也可用于离线存储。的光盘和闪存设备是最流行的，以及较小程度上可移动的硬盘驱动器。在企业用途，磁带是主要的。较早的例子是软盘，Zip 磁盘，或穿孔卡片。 编辑 的存储特性一个 1GB 的 DDR RAM 模块（详细）各级的存储层次结构的存储技术可以区分的评估若干的核心特征以及测量的具体特点，以一个特定的实现。这些核心特点是波动性，可变性，可寻址。对于任何特定的任何存储技术的实现，
15、值得测量的特点是容量和性能。 编辑 波动非易失性存储器中将保留所存储的信息，即使是不经常供给电力。它是适合用于长期存储的信息。易失性存储器需要恒定的功率，以保持所存储的信息。今天的技术最快的内存是易失性的（不是一个普遍的规则） 。由于主存储是非常快的，它主要使用易失性存储器中。动态随机存取存储器非易失性存储器的一种形式，这也需要存储的信息进行定期重新读取并重新写入，或刷新，否则它就会消失。静态随机存取存储器类似 DRAM 的易失性存储器，它永远不会需要被刷新只要电源被施加与异常的一种形式。（它失去了它的内容，如果电源被移除） 。 编辑 可变性读/写存储或可变的存储 允许信息被覆写在任何时间。没
16、有一定量的读/写存储用于主存储的计算机将是无用的许多任务。现代计算机通常使用读/写存储，二级存储。只读存储 保留的信息存储在制造时，一次写入存储（一次写入多次读取）使信息只能写入一次后，在某些时候制造。这些被称为不可改变的存储。使用不可改变的存储用于第三和离线存储。例子包括 CD-ROM 和 CD-R。慢写，快速读取存储 读/写存储，允许信息被重写多次，但与写操作比读操作慢得多。例子包括 CD-RW 和快闪记忆体。 编辑 无障碍随机存取在大约相同的时间量，可以访问存储在任何位置，在任何时刻。这种特性非常适合用于主存储和二级存储。大多数半导体存储器和磁盘驱动器提供了随机访问。顺序访问访问的部分信
17、息将在一个串行的顺序，一前一后的时间访问特定的信息取决于哪些资料片的最后一次访问。这样的特性是典型的脱机存储。 编辑 可寻址位置寻址 每个单独访问的信息储存在存储单元中选择与其数值的存储器地址。现代计算机中，可寻址的位置的存储通常限制内部访问的主存储，由计算机程序，因为位置的可寻址性是非常有效的，但人的负担。文件寻址信息被分成可变长度的文件，以及与人类可读的目录和文件名 中选择一个特定的文件。底层设备寻址的位置，但一台电脑的操作系统提供了文件系统抽象，使操作更容易理解。在现代计算机，二级，三级和离线存储使用的文件系统。内容可寻址每个单独访问的单元的信息是基于存储在那里的内容（的一部分）的基础上
18、，选择。内容寻址存储可以实现使用软件（计算机程序）或硬件（电脑设备） ，硬件速度更快，但更昂贵的选择。硬件内容可寻址存储器通常用于在计算机的 CPU 的高速缓存。CAS（内容寻址存储）解决了我们如何查找和访问信息，我们目前或未来将聚集在背后的思想。 编辑 容量原始容量 存储的信息的存储设备或介质可以容纳的总量。它表示为一定量的位或字节为单位（例如，10.4 兆字节） 。存储器的存储密度存储的信息的紧凑性。它是除以与一个单位的长度，面积或体积（如 1.2 兆字节每平方英寸）的介质的存储容量。 编辑 性能潜伏所花费的时间来访问存储中的特定位置。相关的计量单位通常为纳秒级的主存储，二级存储毫秒，和第
19、二个三级存储。它可能是有意义的，分开读取延迟和写入延迟，并在顺序存取存储，最小，最大和平均延迟的情况下。吞吐量率在该信息可以读出或写入到存储器。在计算机数据存储中，吞吐量通常表示兆每秒或MB / s 的 比特率，虽然也可以使用。至于与潜伏期，读取速率和写速率可能需要加以区别。此外依次访问媒体，而不是随机地，通常产生最大的吞吐量。 编辑 能源使用存储设备，减少风扇的使用，自动停机期间闲置，低功耗的硬盘驱动器可以减少能源消耗90 6 。2.5 英寸硬盘驱动器通常会消耗较少的功率比大的。 7 8 低容量的固态硬盘没有移动部件，消耗更少的功率比硬盘。 9 10 11 此外，内存可能使用更多的权力比硬盘
20、。 11 编辑 基本存储技术截至 2011 年，最常用的数据存储技术，半导体，磁性，光学，同时仍有一些有限的使用。媒体是一个共同的名字究竟将数据保存在存储设备中。在过去的其他一些基本的存储技术也被用来发展或建议。 编辑 半导体半导体存储器使用半导体集成电路存储信息。半导体存储器芯片可能包含数以百万计的微小的晶体管或电容。存在两种形式的易失性和非易失性的半导体存储器。现代计算机中，主存储几乎完全由动态的易失性半导体存储器或动态随机存取存储器。自世纪之交以来，被称为闪存的非易失性半导体存储器的类型已经稳步扩大了市场份额，离线存储家用电脑。各种先进的电子设备和专门的计算机中，也可用于辅助存储的非易失
21、性半导体存储器。早在 2006 年，笔记本电脑和台式电脑制造商开始使用基于闪存的固态驱动器（SSD）的默认配置选项的二级存储，而不是更传统的硬盘驱动器。 12 13 14 15 16 编辑 磁 显示 v吨磁存储介质磁存储使用磁性涂覆的表面上的不同的磁化模式，来存储信息。磁存储器是非易失性的。使用一个或多个读/写磁头，它可能包含一个或多个记录换能器的信息被访问。一个读/ 写头的表面的一部分，以便仅涵盖头部或介质或两者都必须相对于另一个移动，以便访问数据。在现代计算机中，磁存储将采取以下形式：磁盘软盘，用于离线存储硬盘驱动器，用于二级存储用于第三和离线存储的磁带，在早期的计算机中，磁存储也被用来作
22、为磁存储器的一种形式，或核心存储器，绳芯存储器，薄膜内存和/或磁扭线存储器中的主存储。第三纪（例如 NCR CRAM）或离线的形式存储在磁卡。磁带通常用于二级存储。 编辑 光学 显示 v吨光存储介质光学存储 ，典型的光盘，将信息存储在一个圆形的光盘的表面上的畸形和读取此信息由照明表面，用激光二极管，和观察的反射。光盘存储器是非易失性的。畸形可能是永久性的（只读媒体） ，形成了一次（一次写入介质）或可逆的（录制或读/写媒体） 。下面的表格是目前普遍使用的： 17 CD，CD-ROM，DVD ，BD-ROM：只读存储器，用于质量分布的数字信息（音乐，视频，计算机程序）CD-R ， DVD-R ，
23、DVD + R， BD-R ：一次写入存储，用于第三和离线存储CD-RW，DVD-RW ， DVD + RW，DVD-RAM ，BD-RE：慢写，快速读取存储，用于第三和离线存储超密度光盘或 UDO 是类似的能力， BD-R，BD-RE 写入速度很慢，第三和离线存储，快速读取存储。磁光盘存储光盘存储上的铁磁性表面的信息存储的磁状态。信息被读出光学和填写的磁性和光学的方法相结合。磁光盘存储是第三和离线存储用于存储非易失性，顺序访问，慢写，快速读取。三维光学数据存储也被提出。 编辑 纸 显示 v吨文件数据存储媒体纸张数据存储，通常在纸带或穿孔卡的形式，长期以来一直被用来存储信息的自动处理，特别是通
24、用计算机存在之前。信息被记录到纸或纸板的介质中通过冲压孔和机械读取（或购买旋光） ，以确定是否一个特定的位置上的介质中的时间是固体或含有一个孔。的一些技术，让人们做标记的纸张上轻松地阅读机，这些被广泛用于选票制成表格和分级标准的测试。条码可以为任何对象，出售和运输安全有一定的计算机可读信息连接到它。 编辑 稀有真空管内存 甲威廉姆斯管使用的阴极射线管，和一个 的 Selectron 管使用一个大的 真空管来存储信息。这些主要的存储设备在市场上是短命的，是不可靠的，因为威廉姆斯管的选数管是昂贵的。电声内存 时滞行存储器的一种物质，如汞，存储信息中使用的声波。延迟线存储器是动态的，易挥发，周期顺序
25、读/写存储，并用于主存储。光带一般是一种光存储介质，用于组成的长而窄的塑料条，其上的图案可以写入和从该图案可被读回。分享一些技术，电影胶片和光盘，但既没有兼容。开发这项技术背后的动机是更大的存储容量比任何磁带或光盘的可能性。相变存储器使用不同的机械相的相变材料，将信息存储在一个 XY 寻址矩阵，和读出信息，通过观察变化的电阻的材料。相变存储器是非易失性随机存取读/写存储，并可能被用来为小学，中学和离线存储。多数可重写和一次写入光盘已经在使用相变材料来存储信息。全息数据存储的信息存储光学晶体或光聚合物内。全息存储可以利用不同的存储介质中，它被限制为一个小数目的表面层的光盘存储的整个体积。全息存储
26、是非易失性的，顺序访问，或者一次写入或读/写存储。它可能被用于二级存储和离线存储。 全息通用光盘（HVD ） 。分子内存存储在聚合物的信息，可以存储电荷。分子内存可能特别适用于主存储。理论分子内存的存储容量是 10 兆兆 比特，每平方英寸。 18 编辑 相关技术 编辑 网络连接一个二级或三级存储，可连接到一台计算机，利用计算机网络。这个概念不涉及到的主存储，这是小得多的程度中的多个处理器之间的共享。直连式存储（DAS）是一个传统的大容量存储，不使用任何网络。这仍然是一个最流行 的方法。这 retronym 被创造出来，NAS 和 SAN。网络附加存储（NAS）是一台计算机连接到另一台计算机可以
27、访问本地区域网络，私人广域网，或在线文件存储的情况下，在互联网上的文件级的大容量存储。通常与 NAS 的NFS 和 CIFS / SMB 协议。存储区域网络（SAN）是一个专门的网络，它提供了其它计算机的存储容量。NAS 和 SAN之间的关键区别是前者的礼物和管理客户端计算机的文件系统，而后者则提供了访问块寻址（原）的水平，把它留给附加系统内所提供的能力来管理数据或文件系统。通常与 SAN 光纤通道网络。 编辑 机械手存储大量个别，磁带（magnetic tapes） ，和光学或磁光盘，可被存储在机器人三级存储装置。在磁带存储领域，它们是已知的磁带库，并在光存储领域的光盘库，光盘库每比喻。自动
28、加载磁带机或自动换片器只含有一个驱动装置两种技术被称为最小的形式。机器人的访问存储设备可能有多个时隙，每个个别媒体，通常是一个或多个采摘机器人遍历插槽和内置驱动器的负载媒体。的插槽和采摘装置的布置的对性能的影响。这种存储的重要特征是可能的扩展选项：添加插槽，模块，驱动器，机器人。磁带库可能有 10 到 10多万个插槽，并提供 数 TB 或 PB 级近线信息。光盘库是有些规模较小的解决方案，到1000 插槽。机械手存储用于备份，以及大容量的档案，影像，医疗，视频产业。分层存储管理是一个最知名的归档策略自动迁移快速的硬盘存储库或自动唱片点唱机的长期未使用的文件。如果这些文件是必需的，他们检索到磁盘上。参考资料：http:/http:/www.yulepingtai.info
