内存分类

在计算机中，内存是任何系统正常运行的最重要组成部分。计算机系统为了不同的目的和用途对内存进行分类。在本节中，我们将详细讨论内存的分类。此外，我们还将讨论内存的类型、内存的特性、RAM、ROM、SRAM、DRAM 及其优缺点。

什么是计算机内存？

计算机内存是任何用于临时或永久存储数据、信息或指令的物理设备。它是存储二进制信息的存储单元的集合，以比特的形式。内存块被分割成少量组件，称为单元。每个单元都有唯一的地址来存储内存中的数据，范围从零到内存大小减一。例如，如果计算机内存的大小是 64k 字，那么内存单元就有 64 * 1024 = 65536 个位置或单元。内存单元的地址范围从 0 到 65535。

为什么我们需要计算机内存？

在计算机系统中，我们需要计算机内存来存储各种类型的数据，如文本、图像、视频、音频、文档等。当需要数据时，我们可以检索它。例如，当我们编写和执行任何计算机程序时，它最初存储在主内存中。如果处理器在较长时间内不需要特定项，则程序或数据会自动保存到永久内存或 secondary 内存中。然后，数据从 secondary 内存中调入 main 内存，并执行代码的执行。

内存特性

以下是内存系统的不同特性，包括

1. 位置：它表示内存是计算机的内部还是外部位置。内部内存是计算机内存的内置部分。它也称为主内存。主内存的例子是寄存器、缓存和主内存。而外部内存是与计算机分开的存储设备，例如磁盘、磁带、USB 闪存驱动器。
2. 容量：这是计算机内存最重要的特性。外部和内部内存的存储容量可能不同。外部设备的存储容量以字节为单位，而内部内存以字节或字为单位。存储字的长度可以以比特为单位变化，例如 8、16 或 32 比特。
3. 访问方法：可以通过四种内存模式来访问内存。
   • DMA：顾名思义，直接内存访问 (DMA) 是一种允许输入/输出 (I/O) 设备直接访问或检索主内存中的数据的方法。
   • 顺序访问方法：顺序访问方法用于数据存储设备，以顺序方式从计算机内存中读取存储的数据。而从随机访问内存 (RAM) 接收的数据可以按任何顺序。
   • 随机访问方法：这是一种从内存中随机访问数据的方法。此方法与 SAM 相反。例如，要从 A 跳转到 Z，我们可以直接跳转到任何指定的地址。在顺序方法中，我们必须按照从 A 到 Z 的所有中间步骤才能到达特定的内存位置。
   • 关联访问方法：这是一种特殊的内存，通过定义的数据来优化搜索性能，根据内存地址直接访问存储的信息。
4. 传输单位：顾名思义，传输单位衡量可以从内存设备读取或写入的比特传输速率。外部和内部内存的数据传输速率可能不同。
   • 内部内存：比特传输速率通常等于字长。
   • 外部内存：比特或单位的传输速率不等于字长。它始终大于一个字，或者可以称为块。
5. 性能：内存的性能主要分为三个部分。
   • 访问时间：在随机访问内存中，它表示内存设备执行读或写操作所需的总时间，此时已将地址发送到内存。
   • 内存周期时间：访问内存块所需的总时间以及开始第二次访问所需的所有额外时间。
   • 传输速率：它描述了用于将数据传输到外部或内部内存设备或从外部或内部内存设备传输数据的速率。不同外部和内部设备的比特传输速率可能不同。
6. 物理类型：它定义了计算机中使用的内存的物理类型，例如磁性、半导体、磁光和光学。
7. 组织：它定义了内存中使用的比特的物理结构。
8. 物理特性：它指定了内存的物理行为，如易失性、非易失性或不可擦除内存。易失性内存也称为 RAM，它需要电源才能保留存储的信息，如果发生断电，存储的数据将丢失。非易失性内存是永久性存储内存，即使在断电时也能获取任何存储的信息。不可擦除内存是一种在制造后无法擦除的内存，例如 ROM，因为 ROM 在制造时就被编程了。

内存分类

下图代表了内存的分类

主内存或内存

主内存也称为计算机系统的主内存，它直接与 CPU、辅助内存和缓存内存通信。主内存用于在处理器活动使用程序或数据时保存它们。当程序或数据被激活执行时，处理器首先将指令或程序从 secondary 内存加载到 main 内存，然后处理器开始执行。从主内存访问或执行数据速度更快，因为它有缓存或寄存器内存，可以提供更快的响应，并且它更靠近 CPU。主内存是易失性的，这意味着如果未保存，在断电时内存中的数据可能会丢失。它比 secondary 内存昂贵，并且与 secondary 内存相比，主内存容量有限。

主内存进一步分为两部分

1. RAM (随机访问内存)
2. ROM (只读内存)

随机存取存储器 (RAM)

随机访问内存 (RAM) 是 CPU 直接访问的主内存类型中较快的一种。它是计算机设备中用于临时存储数据、程序或程序结果的硬件。它用于在机器工作期间读/写内存中的数据。它是易失性的，这意味着如果发生断电或计算机关闭，存储在 RAM 中的信息将丢失。计算机内存中存储的所有数据都可以随时随机读取或访问。

RAM 有两种类型

• SRAM
• DRAM

DRAM：DRAM (动态随机访问内存) 是一种用于 RAM 中数据的动态存储的 RAM 类型。在 DRAM 中，每个单元存储一位信息。该单元由两部分组成：一个电容器和一个晶体管。电容器和晶体管的尺寸非常小，需要数百万个才能存储在单个芯片上。因此，一块 DRAM 芯片可以比相同尺寸的 SRAM 芯片存储更多的数据。但是，由于 DRAM 是易失性的，需要不断刷新电容器以保留信息。如果关闭电源，存储在内存中的数据将丢失。

DRAM 特性

1. 它需要不断刷新以保留数据。
2. 它比 SRAM 慢
3. 它可以存储大量数据
4. 它是电容器和晶体管的组合
5. 与 SRAM 相比，它成本更低
6. 功耗较低

SRAM：SRMA (静态随机访问内存) 是一种用于在内存中存储静态数据的 RAM 类型。这意味着只要计算机系统有电源供应，SRAM 中存储的数据就保持活跃。但是，如果在断电时 SRAM 中的数据会丢失。

静态 RAM 的特性

1. 它不需要刷新。
2. 它比 DRAM 快
3. 它很昂贵。
4. 功耗高
5. 寿命更长
6. 尺寸大
7. 用作缓存内存

SRAM 与 DRAM

RAM 的优点

• 它是计算机中一种更快的内存类型。
• 它需要的功率更少。
• 程序加载速度更快
• 更多的 RAM 可提高系统性能并支持多任务处理。
• 执行读写操作。
• 处理器读取信息的 speeds 比硬盘、软盘、USB 等快。

RAM 的缺点

• RAM 少会降低计算机的速度和性能。
• 由于是易失性的，它需要电力来保存数据。
• 它比 ROM 贵
• 与 ROM 相比，它不可靠
• RAM 的大小有限。

只读存储器 (ROM)

ROM 是一种内存设备或存储介质，用于在芯片内部永久存储信息。它是一种只读内存，只能读取存储的信息、数据或程序，但我们无法写入或修改任何内容。ROM 包含一些重要的指令或程序数据，这些数据是启动或引导计算机所必需的。它是一种非易失性内存；这意味着即使在断电或系统关闭时，存储的信息也不会丢失。

ROM 类型

只读内存有五种类型

1. MROM (掩码只读内存)
   MROM 是最老的只读内存类型，其程序或数据在制造时由集成电路制造商预先配置。因此，用户无法更改存储在 MROM 芯片中的程序或指令。
2. PROM (可编程只读内存)
   它是一种数字只读内存，用户只能写入一次任何类型的信息或程序。这意味着它是一个空的 PROM 芯片，用户可以使用特殊的 PROM 编程器或 PROM 刻录设备只能写入一次所需的内​​容或程序；之后，无法更改或擦除数据或指令。
3. EPROM (可擦除可编程只读内存)
   这是一种只读内存，其中存储的数据可以擦除并在 EPROM 内存中重新编程一次。它是一种非易失性内存芯片，在没有电源的情况下也能保存数据，并且可以存储数据至少 10 到 20 年。在 EPROM 中，如果我们想擦除任何存储的数据并重新编程它，首先需要通过紫外线照射 40 分钟来擦除数据；之后，EPROM 中会重新创建数据。
4. EEPROM (电擦除可编程只读内存)
   EEROM 是一种电擦除可编程只读内存，用于使用高压电荷擦除存储的数据并重新编程。它也是一种非易失性内存，即使断电，其数据也不会被擦除或丢失。在 EEPROM 中，存储的数据可以擦除和重新编程高达 10,000 次，并且数据一次擦除一个字节。
5. 闪存 ROM
   闪存是一种非易失性存储内存芯片，可以以称为块或扇区的小单元进行写入或编程。闪存是一种 EEPROM 形式的计算机内存，断电时内容或数据不会丢失。它也用于在计算机和数字设备之间传输数据。

ROM 的优点

1. 它是一种非易失性内存，即使断电也不会丢失存储的信息。
2. 它是静态的，因此不需要每次都刷新内容。
3. 数据可以永久存储。
4. 与 RAM 相比，它易于测试和存储大量数据。
5. 这些数据不会被意外更改
6. 它比 RAM 便宜。
7. 与 RAM 相比，它简单可靠。
8. 它有助于启动计算机并加载操作系统。

ROM 的缺点

1. 除了读取现有数据外，存储的数据无法更新或修改。
2. 与 RAM 相比，它是访问存储数据的较慢内存。
3. 使用高强度紫外线破坏现有数据大约需要 40 分钟。

RAM 与 ROM

辅助存储器

Secondary memory 是一个永久存储空间，用于存储大量数据。Secondary memory 也称为外部内存，代表各种存储介质（硬盘、USB、CD、闪存驱动器和 DVD），计算机数据和程序可以长期保存在其中。然而，它比主内存便宜且速度慢。与主内存不同，CPU 无法直接访问 secondary memory。相反，secondary memory 数据首先加载到 RAM（随机访问内存）中，然后发送到处理器以读取和更新数据。Secondary memory 设备还包括硬盘和软盘等磁性磁盘、CD 和 CDROM 等光盘以及磁带。

Secondary memory 特性

• 它的速度比 primary/main memory 慢。
• 由于是非易失性，存储的数据不会丢失。
• 它可以存储各种类型的大量集合，例如音频、视频、图片、文本、软件等。
• 存储在 secondary memory 中的所有数据都不会丢失，因为它是永久性存储区域；即使断电也不会丢失。
• 它具有各种用于存储数据的光学和磁性内存。

辅助存储器类型

以下是 secondary memory 设备的类型

硬盘

硬盘是计算机的永久存储设备。它是一种非易失性磁盘，可永久存储数据、程序和文件，并在计算机电源关闭时不会丢失存储的数据。通常，它位于计算机主板的内部，通过一个或多个快速旋转的刚性磁盘片在一个气密封的机箱内存储和检索数据。它是一种大型存储设备，在每台计算机或笔记本电脑中都用于永久存储已安装的软件、音乐、文本文档、视频、操作系统和数据，直到用户删除。

软盘

软盘是一种 secondary storage system，它由薄而柔韧的磁性涂层磁盘组成，用于存储计算机文件等电子数据。它也称为软盘，有 8 英寸、5.5 英寸和 3.5 英寸三种尺寸。可以通过软盘驱动器访问软盘中存储的数据。此外，它是将新程序安装到计算机或备份信息的新程序。然而，它是最早的便携式存储设备类型，可存储高达 1.44 MB 的数据。由于大多数程序都很大，需要多个软盘来存储大量数据。因此，由于内存存储量非常小，它不再使用。

CD (光盘)

CD 是一种光盘存储设备，代表 Compact Disc。它是一种用于存储各种数据类型的存储设备，如音频、视频、文件、操作系统、备份文件以及对计算机有用的任何其他信息。CD 的宽度为 1.2 毫米，高度为 12 厘米，可存储约 783 MB 的数据。它使用激光读取和写入 CD 中的数据。

CD 类型

1. CD-ROM（只读光盘）：主要用于在制造时进行批量存储，如音频 CD、软件和电脑游戏。用户只能从光盘读取数据、文本、音乐、视频，但不能修改或刻录。
2. CD-R（可刻录光盘）：一种用户只能刻录一次的光盘；之后，不能修改或擦除。
3. CD-RW（可重写光盘）：这是一种可重写 CD 光盘，通常用于写入或删除存储的数据。

DVD 驱动器/光盘

DVD 是一种光盘存储设备，代表数字视频显示或数字通用光盘。它的尺寸与 CD 相同，但可以存储比光盘更大的数据量。它是由索尼、松下、东芝和飞利浦四家电子公司于1995年开发的。DVD 驱动器分为三种类型，如 DVD ROM（只读内存）、DVD R（可刻录）和DVD RW（可重写或可擦除）。它可以存储多种数据格式，如音频、视频、图像、软件、操作系统等。DVD 的数据存储容量为 4.7 GB 至 17 GB。

蓝光光盘 (BD)

蓝光是一种光盘存储设备，用于存储大量数据或高清视频录制以及播放其他媒体文件。它使用激光技术读取蓝光光盘中存储的数据。与 CD/DVD 相比，它可以存储更多数据，密度更高。例如，CD 允许我们存储 700 MB 的数据，DVD 提供高达 8 GB 的存储容量，而蓝光光盘提供 28 GB 的存储空间。

U盘

U盘是一种便携式设备，用于永久存储数据，也称为 USB 闪存驱动器。它通常用于存储和传输连接到计算机的数据，通过 USB 端口连接。它没有任何可移动部件来存储数据；它使用集成电路芯片来存储数据。它允许用户从一台计算机存储和传输音频、视频、图像等数据到任何 USB 闪存驱动器。U盘的存储容量从 64 MB 到 128 GB 或更高。

缓存内存

它是一种小型芯片级计算机内存，位于 CPU 和主内存之间。它是一种更快、高性能的临时内存，用于提高 CPU 的性能。它存储 CPU 经常使用的所有数据和指令。它还减少了主内存中数据的访问时间。它比主内存快，有时也称为 CPU 内存，因为它非常靠近 CPU 芯片。以下是缓存内存的级别。

1. L1 缓存：L1 缓存也称为板载缓存、内部缓存或主缓存。它是使用 CPU 构建的。它的速度非常快，L1 缓存的大小从 8 KB 到 128 KB 不等。
2. L2 缓存：它也称为外部缓存或 secondary 缓存，需要快速的访问时间来存储临时数据。它内置在主板的独立芯片中，不像 L1 级别那样内置在 CPU 中。L2 缓存的大小可能是 128 KB 到 1 MB。
3. L3 缓存：L3 缓存级别通常与高性能和高容量的计算机一起使用。它内置在主板中。它的速度非常慢，最大尺寸可达 8 MB。

缓存内存的优点

1. 与主内存相比，缓存内存是更快的内存。
2. 它存储 CPU 反复使用的数据和指令，以提高计算机的性能。
3. 数据访问时间比主内存短。

缓存内存的缺点

1. 与主内存和 secondary memory 相比，它非常昂贵。
2. 它具有有限的存储容量。

寄存器内存

寄存器内存是用于存储和传输数据及指令到计算机的临时存储区域。它是计算机中最小、最快的内存。它是位于 CPU 内的计算机内存的一部分，以寄存器的形式存在。寄存器内存的大小为 16、32 和 64 位。它临时存储数据指令和内存地址，这些数据指令和内存地址被反复使用，以提供更快的 CPU 响应。

主内存与 secondary memory 对比

内存分类常见问题解答

以下是关于内存类型的几个常见问题 (FAQ)

Q1：计算机系统的主要内存类型有哪些？

A1：计算机系统通常有两种内存：主内存 (RAM) 和secondary memory（硬盘和 SSD 等存储设备）。

Q2：主内存如何分类？

A2：主内存，即 RAM (随机访问内存)，分为两种主要类型：易失性内存（断电时丢失信息，例如 RAM）和非易失性内存（断电时仍保留记录，例如 ROM）。

Q3：RAM 和 ROM 有什么区别？

A3：RAM（随机访问内存）是易失性的，用于临时记录存储；而 ROM（只读内存）是非易失性的，通常存储固件或永久指令。

Q4：Secondary memory 如何分类？

A4：Secondary memory 根据使用的技术进行分类，包括 HDD（硬盘驱动器）、SSD（固态驱动器）和光学存储（CD、DVD）。

Q5：缓存内存的目的是什么？

A5：缓存内存是一种小型易失性 PC 内存，它为处理器提供高速数据访问，并存储常用的计算机程序、应用程序和信息。

Q6：根据访问时间如何对内存进行分类？

A6：根据访问时间，内存可分为两类：随机访问内存 (RAM)，提供对任何存储位置的快速访问；以及顺序访问内存 (SAM)，需要按固定、线性序列访问数据。

Q7：什么是虚拟内存？

A7：虚拟内存是操作系统的一种内存管理功能，它利用硬件和软件，通过将数据从 RAM 临时移至磁盘内存，使计算机能够弥补物理内存不足。

Q8：寄存器在计算机内存中的作用是什么？

A8：寄存器是 CPU 内的小型、高速存储位置，用于处理器进行短期访问。它们用于在处理过程中存储中间数据。

Q9：根据数据存储单元如何对内存进行分类？

A9：根据其可以存储的信息量，内存可分为比特、字节、千字节、兆字节、千兆字节、太字节等。

Q10：处理器中缓存级别的概念是什么？

A10：处理器通常有多层缓存（L1、L2，有时还有 L3），每层的大小和速度不同。L1 是最小但最快的，随着您进入更高的级别，大小会增加，速度会降低。

这些常见问题解答涵盖了内存类型的各种方面，从内存类型到主内存和 secondary memory 的具体详细信息。

结论

总之，PC 设备中的内存类型是一个全面的分类，涵盖了多种类型和因素。访问时间和数据存储设备也用于分类。缓存内存对于提供对常用数据的快速访问起着至关重要的作用。虚拟内存用于管理短期存储短缺。