計算機存儲器

計算機的計算機存儲器或主存，是對包含要執行的程序或程序部分以及執行此操作所需數據的存儲器的稱呼. 主存儲器是中央處理器的一個組成部分。 由于處理器直接訪問主存，其性能和大小對整個計算機系統的性能有重大影響。

計算機存儲器的特征在于訪問時間或訪問速度以及（與之相關的）數據傳輸速率和存儲容量。 訪問速度描述了可以讀取請求的數據之前的時間。 數據傳輸速率表示每次可以讀取的數據量。 可以有單獨的寫入和讀取規范。 有兩種不同形式的符號來命名計算機存儲器大小，這是由所使用的數字基數決定的。 大小以 10 進制（作為十進制前綴；1 kByte 或 kB = 10 字節 = 1000 字節，SI 符號）或以 2 進制（作為二進制前綴；1 KiB = 2 字節 = 1024 字節，IEC 符號）指定. 由于計算機存儲器n的二進制結構和尋址（字節尋址8位分區，字尋址16位分區，雙字尋址32位分區等），后一種變體是更常見的形式，也沒有中斷。

就計算機存儲器是通過處理器的地址總線尋址或直接集成在處理器中而言，我們稱之為物理存儲器。 更現代的處理器和操作系統可以使用虛擬內存管理來提供比物理內存更多的計算機存儲器，方法是將部分地址空間與其他存儲介質（例如交換文件、頁面文件或交換等）一起存放。 這種額外的內存稱為虛擬內存。 今天使用額外的緩沖存儲器來加速內存訪問——物理的或虛擬的。

計算機的計算機存儲器是一個地址結構（表格）區域，可以容納固定大小的二進制字。 由于二進制尋址，計算機存儲器幾乎總是具有“二進制”（基于 2 的冪）大小，否則區域將保持未使用狀態。

計算機存儲器現代計算機是易失性的，這意味著所有數據在關閉電源后都會丟失 - 主要原因在于 DRAM 技術。 然而，可用的替代品，如 MRAM 仍然太慢，無法用作計算器存儲器。 出于這個原因，計算機還包含硬盤驅動器或 SSD 形式的xxx存儲，當計算機關閉時，操作系統、應用程序和文件會保留在這些存儲設備上。

計算機中最常見的設計是內存模塊。 必須區分不同類型的 RAM，雖然 ZIP、SIPP 或 DIP 模塊形式的內存在 1980 年代仍然很常見，但在 1990 年代主要使用帶有 FPM 或 EDO RAM 的 SIMM。

xxx臺計算機沒有計算機存儲器，只有幾個寄存器，這些寄存器是用與算術單元相同的技術構建的，即電子管或繼電器。 程序被硬連線（“插入”）或存儲在其他媒體上，例如穿孔磁帶或穿孔卡片，并在讀取后立即執行。

“鼓式存儲器在第二代計算系統中用作主存儲器”。 在早期，還嘗試了更多奇特的方法，例如在水銀浴或玻璃棒螺旋（加載超聲波）中存儲時差。 后來，引入了磁芯存儲器，將信息存儲在小型鐵氧體磁芯中。 它們被串在一個十字形矩陣中，地址線和字線分別穿過鐵氧體磁芯的中間。 內存是非易失性的，但信息在讀取時丟失，然后立即由控制邏輯寫回。 只要內存沒有被寫入或讀取，就沒有電流流過。 它比現代半導體存儲器大幾個數量級，生產成本也更高。

核心內存作為一個整體提供了足夠的空間，除了操作系統，當前運行的程序最初來自于計算器存儲器中的外部介質加載并保留所有數據。 在這個模型中，從處理器的角度來看，程序和數據在同一個內存中；引入了當今最廣泛使用的馮·諾依曼架構。

隨著微電子技術的引入，計算機存儲器越來越多地被集成電路（芯片）所取代。 每一位都存儲在一個雙穩態開關（觸發器）中，這至少需要兩個晶體管，但如果有控制邏輯則最多需要六個，并且占用的芯片面積也比較大。 這樣的存儲設備總是消耗電力。 典型尺寸為 1KiBit 集成電路 (IC)，一次將八個 IC 編址在一起。 訪問時間約為 100 納秒，比主頻約為 1 兆赫茲的處理器要快。 一方面，這使得能夠引入具有極少寄存器的處理器，另一方面，它使家庭計算機的構建成為可能，其視頻邏輯使用部分計算機存儲器作為屏幕存儲器，并且可以與處理器并行訪問它。

在 20 世紀 70 年代末，開發了動態計算機存儲器，它將信息存儲在電容器中，每個存儲位只需要一個額外的場效應晶體管。 它們可以做得很小并且需要很少的功率。 然而，電容器會慢慢丟失信息，因此必須以幾毫秒的間隔一次又一次地重寫信息。 這是由定期讀取內存并將其寫回（刷新）的外部邏輯完成的。 由于 1980 年代的更高集成度，這種刷新邏輯可以廉價地構建并集成到處理器中。 80 年代中期的典型尺寸是每個 IC 64Kbits，八個芯片一起尋址。

動態 RAM 的訪問時間也是 100 納秒，采用廉價設計，此后幾乎沒有變化，但大小已增長到每個芯片幾 Gbits。 處理器的時鐘頻率不再是兆赫茲，而是千兆赫茲范圍。 因此，為了減少平均訪問時間，使用了高速緩存，并增加了時鐘速率和計算機存儲器到處理器的連接寬度（參見前端總線）。

為了擴展物理計算機存儲器，現代操作系統可以分配額外的虛擬計算機存儲器到大容量存儲設備。 此內存也稱為交換內存。

為了透明地實現這種擴展，操作系統使用了一個虛擬內存空間，其中物理內存和虛擬內存都可用。 這個虛擬內存空間的一部分——一個或多個內存頁——被映射到物理上可用的 RAM 或交換空間。 每個頁面的利用率決定了哪些內存頁面存在于換出且僅存在于大容量存儲器中，哪些存在于快速 RAM 中。 當今的 CPU 支持這些功能，盡管在開發過程中支持的總內存量已顯著增加。

交換內存是一種非常便宜但對物理計算機存儲器的性能極差的擴展。兩種類型的存儲器之間的不匹配可以在頻繁的“交換”中??看到，即在批量和物理計算機存儲器之間移動數據。 與計算機存儲器相比，硬盤需要很長時間，幾毫秒才能提供數據。 計算機存儲器的訪問時間只有幾納秒，相當于硬盤的百萬分之一。

主處理器對計算機存儲器的訪問通常通過一個或多個緩沖存儲器或緩存RAM（簡稱“緩存”）進行優化。 計算機在高速緩存中保留和使用最常訪問的內存區域，代表原始主內存區域。 與其他內存相比，高速緩存速度非常快，因為它盡可能直接連接到處理器（或者直接位于現代處理器的管芯上）。 但是，它的大小通常只有幾兆字節。