第4章存储器
第4章存储器 4.1存储器概述存储器是计算机中的重要组成部分，按照用途可以分为：
主存储器（内存）：是计算机系统中存放数据和指令的半导体存储单元。例如：系统内存、L1 Cache和L2 Cache
辅助存储器（外存）指磁性介质或光盘，能长期保存信息。例如：硬盘、软盘、光盘等
4.2 内存
是计算机系统中存放数据和指令的半导体存储单元。经常提到的内存有RAM(随机存取存储器，即Random Access Memory)、ROM(只读存储器，即Read Only Memory)
4.2.1 内存性能指标
1、数据带宽——指内存的数据传输速度，是衡量内存的重要指标。
例如：PC 100 SDRAM 外频100MHz时，传输率800MB/s
PC 133 SDRAM 外频133MHz时，传输率1.6GB/s
DDR DRAM 外频133MHz时，传输率2.1GB/s
2、时钟周期——代表SDRAM所能运行的最大频率，该数字越小，SDRAM所能运行的频率就越高。
例如：PC 100 SDRAM 芯片上标识“-10”代表的运行时钟周期为10ns，即可在100MHz的外频下正常工作。计算公式：频率=1/周期
3、CAS延时时间——指纵向地址脉冲的反应时间。
例如：SDRAM （100MHz外频下）都能运行在CL=2或CL=3模式下，也就说这时读取数据的延时时间可以是两个时钟周期或三个时钟周期
4、存取时间——大多数据SDRAM芯片的存取时间为5ns、6ns、7ns、8ns、10ns对于内存的总延时时间，计算公式：总延时时间=时钟周期×CAS延时时间+存取时间
5、SPD（电子可擦写编只读存储器）芯片——它是一个8针的SOIC封装256字节的EEPROM芯片，该芯片位于内存条的正面的右侧，里面记录了内存的速度，容量、电压、行地址、列地址、带宽等参数。
4.2.2 内存分类
4.2.2.1 按工作原理分类
只读存储器ROM：只能读取而不能随意更改其内容的存储器
随机存储器RAM：既可以读取存储器中的内容也可以更改或删除其中的内容
随机存储器RAM分为：静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）
动态RAM（DRAM）分为：
EDO DRAM（Extended Data Output，扩展数据输出）
SDRAM（Synchronous Dynamic RAM）同步动态内存
特点：线数：168线工作电压：3.3V 带宽：64位速度：6ns
DDR SDRAM（Double Rate SDRAM）双数据率SDRAM
原理：允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，不需提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度。工作电压仅为2.25V
DDR2:Double Data Rate 2 SDRAM同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力（即：4bit数据读预取）
RDRAM（Ram Bus DRAM存储器总线式动态随机存储器）
特点：研发：RamBus带宽：16位RIMM接口：184线工作电压：2.5V
4.2.2.2按封装形式分类
1.SIMM-Single In line Memory Modules单边接触内存模组插槽/单列直插式内存模块早期的SIMM 只有30pin（30 针），所支持的EDO 内存一次只能传输8bit数据给处理器，后来的SIMM 有72pin（72 针），支持的EDO 内存一次能传输32bit 数据给处理器
2. DIMM-Dual In line Memory Modules 双边接触内存模组插槽/双列直插式内存模块DIMM与SIMM相当类似，不同的只是DIMM的金手指两端不像SIMM那样是互通的，同样采用DIMM，SDRAM 的接口与DDR内存的接口也略有不同，SDRAM DIMM为168Pin DIMM结构，金手指上有两个卡口，DDR DIMM则采用184Pin DIMM结构，金手指上只有一个卡口。
3. RIMM-RambusIn Line Memory Module是Rambus公司生产的RDRAM 内存所采用的接口类型，支持184-Pin（184针）的RDRAM （Rambus-DRAM）内存。
4.2.3内存小结
1.双通道
“双通道”是指一种内存控制和管理技术，理论上能够可使内存带宽增长一倍，数据存取速度也相应增加一倍。
实现“双通道”必须计算机的芯片组支持此技术，且至少要求有两条内存分别安装在两个内存插槽中。
能实现DDR SDRAM 双通道模式工作的主板，其DIMM 插槽与普通DIMM 插槽没有区别，真正的区别是在主板芯片组的北桥芯片上的内存控制器上。支持双通道模式的主板，一般都会有3～4 根DIMM 插槽，分为A1 与B1、A2 与B2 两组，分别受北桥中的A、B 内存控制器控制。当A1 与B1 或者同时插入两根容量、结构、工作状态相同的DDR内存时，就能实现内存双通道工作模式（两组同时插满了也可以实现）。以DIMM插槽的颜色来区分A、B两组插槽，在相同颜色的两道DIMM插槽上插入完全相同的两根内存，就可以实现双通道工作模式。
2.DDR2与DDR的区别
3.内存类型所对应的针脚数
种类 针角数
FPM 32pin and 72pin
EDO 72pin
SDRAM 144pin and 168pin
DDR 200pin and 184pin
DDR2 240pin
RAMBUS184pin
4.台式机和笔记本在内存上的区别
桌上型電腦：
SD：采用3.3伏工作电压，168Pin
DDR：采用2.5伏工作电压，184Pin
DDR II：采用1.8伏工作电压，240Pin
筆記型電腦：
SDRAM SO-DIMM : 其内存针脚为144Pin SO DIMM：
SO-DIMM 全称为Small Out Dual In-line Memory
Module（小型双线内存模组）
DDR SO DIMM: 其内存针脚为200Pin
5.内存频率转换
DDR266 PC2100
DDR333 PC2700
DDR400 PC3200
DDR2-400PC2-3200
DDR2-533PC2-4300
DDR2-667PC2-5300
4.3 外存
指磁性介质或光盘，能长期保存信息
外存分类
硬盘驱动器HDD
软盘驱动器FDD
光盘驱动器与移动存储设备
4.3.1硬盘驱动器HDD
硬盘驱动器是计算机的外部存储设备，他们主要用来记录各类数据、程序和信息等。
4.3.1.1硬盘技术用语及性能指标
一、硬盘技术用语
1、MR（MagretoResistive Head）磁阻磁头——采用分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能写操作），读取磁头则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。另外，MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度，因而对信号变化相当敏感，读取数据的准确性也相应提高。优点：提高盘片道密度，可提高硬盘容量30%
2、GMR（Giant MR）超磁阻磁头——GMR磁头与MR磁头一样，是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，从而可以实现更高的存储密度，现有的MR磁头的盘片密度为3Gbit－5Gbit/in2（千兆位每平方英寸），而GMR磁头可达10Gbit－40Gbit/in2以上。优点：信号检测灵敏度比MR磁头高出至少十倍
3、S.M.A.R.T.技术——全称是Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology，即“自监测、分析及报告技术”。支持S.M.A.R.T.技术的硬盘通过硬盘上的监测电路和主机上的监测软件对磁头、盘片、马达、电路的运行情况与历史记录及预设的安全值进行分析、比较，当出现安全值范围以外的情况时，会自动向用户发出警告。
优点：减少数据丢失，可以对硬盘潜在故障进行有效预测，提高数据的安全性。
4、SPS技术
SPS（Shock Protection System）震动保护系统是由昆腾公司开发，应用在火球七代EX系列以后产品。SPS的设计原则就是在撞击到来时，保持磁头不受震动，磁头和磁头臂停泊在盘片上，冲击能量被硬盘其他部分吸收，这样能有效地提高硬盘的抗震性能，使硬盘在运输、使用及安装的过程中最大限度地免受震动的损坏。
5、DPS技术
DPS（Data Protection System）数据保护系统DPS可快速自动检测硬盘的每一个扇区，并在硬盘的前300M空间定位存放操作系统或其他应用系统的重要部分。当系统发生问题时，DPS可以在90秒内自动检测并恢复系统数据，即使系统无法自举，也可以用包含DPS的系统软盘启动系统，再通过DPS自动检测并分析故障原因，尽可能保证数据不被丢失。如果错误发生在非主分区，采用DPS扩展检测方式仍可继续检测硬盘的所有数据，时间长短根据硬盘容量而定，正常情况下不会超过20分钟。
6、Ultra DSP (超级数字信号处理器）
①进行数字运算，比一般CPU快1050倍
②提供处理及驱动接口的双重功能
③优点：不占用更多CPU资源，提高系统性能
二、性能指标：
1、硬盘容量
指的是硬盘能容纳多少数据的量。硬盘工厂中的容量和计算机中容量的计算方式：
2、RPM（主轴转速）
台式机电脑——硬盘转速7200RPM比5400RPM快速33%
笔记本电脑——硬盘转速不超4500RPM
3、平均寻道时间——指硬盘磁头移动到指定磁道上所花费的时间。常见硬盘（大约5～13毫秒）
4、平均潜伏时间——指相应磁道旋转到磁头下的时间，其单位是毫秒。一般常见（1～5毫秒）
5、平均访问时间——平均寻道时间与平均潜伏时间的总和。一般常见（11～18毫秒之间）
6、数据传输率
当硬盘找到某数据后，将数据内容传送至CPU进行处理称数据传输率（MB/s为单位）
外部数据传输率：硬盘的缓存与主存之间的交换数据速度。内部数据传输率：把硬盘磁头从缓存中读写数据的速度。常用MB/s(兆字节/秒)或Mbps（兆位/秒）为单位，关系式：MB/s=mbps/8
7、缓存——硬盘与外部总线交换数据的场所。容量：128KB、256KB、512KB、2MBCache是一此高速的DRAM，类型分为EDO或SDRAM有写通式和回写式。写通式：读盘时系统先检查请求，寻找所要的数据是否在Cache中，如果在（称命中），缓存就发送相应的数据，不再访问磁盘。回写式：在写入硬盘数据时也在缓存中找，如果找到就由缓存就数据写入盘中，现在的多数硬盘都是采用的回写式硬盘，这样就大大提高性能。
8、硬盘读写模式
NORMAL模式——指是硬盘的实际物理参数。容量：16×1024×63×512=528MB
LARGE模式——为不支持LBA设置而准准备。容量：32×512×63×512=1GB
LBA模式——解决突破528MB容量问题。容量：255×1024×63×512=8.4GB
4.3.1.2 硬盘分类
4.3.1.2.1按盘径尺寸分类
按盘径尺寸分类
台式电脑常用：5.25英寸、3.5英寸；笔记型电脑常用：2.5英寸、1.8英寸
笔记本硬盘厚度：9.5 mm、12.5 mm、17.5 mm
4.3.1.2.2硬盘按接口类型分类
按接口类型分类
1.IDE 接口“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”
2.SATA接口（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘
3.SCSI是接口“Small Computer System Interface”即，小型计算机系统接口
4.USB接口“Universal Serial Bus”即，通用串行总线接口
1.IDE它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。
ATA: Advanced Technology Attachment，高级技术附件规格
PATA: Parallel ATA,并行ATA
ATA 7个版本：ATA-1(IDE)、ATA-2(EIDE Enhanced/Fast ATA)、ATA-3(Fast ATA-2)、ATA-4(ATA33)、ATA-5(ATA66)、
ATA-6(ATA100)、ATA-7(ATA133)
2.SATA是一种新的接口类型也就是现在主流的串口硬盘，分为SATA1.0和SATA2.0二种版本，SATA2.0版本支持热插拔技术，传输速度分别为150MB/s和300MB/s
3. SCSI专门用于服务器和高档工作站的硬盘SCSI硬盘分为50针、68针和80针。
4. USB目前是一种应用最为普遍的设备接口，不仅应用于硬盘驱动器，像调制解调、打印机、扫描仪、数码相机等设备现在几乎都普遍采用USB接口。USB不需要单独的供电系统，而且还全面支持热插拔，不需要麻烦的开、关机以及设备的人工切换，因此变得省时省力。
4.3.1.3 RAID
磁盘阵列是指将多个类型、容量、接口，甚至品牌一致的专用硬盘或普通硬盘连成一个阵列，实现以某种快速、准确和安全的方式来读写磁盘数据，从而达到提高数据读写速度和安全性的一种手段。其最大特点是数据存取速度特别快，可提高网络数据的可用性及存储容量，并将数据有选择性地分布在多个磁盘上，从而提高整个网络系统的数据吞吐量。现在个人电脑市场上的IDE-RAID控制芯片主要出自HighPoint和Promise公司，此外还有一部分来自AMI公司。
磁盘阵列所利用的技术基础是RAID技术。RAID是Redundant Array of Inexpensive Disk的缩写，意为廉价冗余磁盘阵列。它主要包含RAID 0～RAID 7等数个规范，它们的侧重点各不相同，常见的规范有如下几种：
RAID 0：RAID 0连续以位或字节为单位分割数据，并行读/写于多个磁盘上，因此具有很高的数据传输率，但它没有数据冗余，因此并不能算是真正的RAID结构。RAID 0只是单纯地提高性能，并没有为数据的可靠性提供保证，而且其中的一个磁盘失效将影响到所有数据。因此，RAID 0不能应用于数据安全性要求高的场合。
RAID 1：它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。当原始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中读取数据，因此RAID 1可以提高读取性能。RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的，但提供了很高的数据安全性和可用性。当一个磁盘失效时，系统可以自动切换到镜像磁盘上读写，而不需要重组失效的数据。
RAID 0+1: 也被称为RAID 10标准，实际是将RAID 0和RAID 1标准结合的产物，在连续地以位或字节为单位分割数据并且并行读/写多个磁盘的同时，为每一块磁盘作磁盘镜像进行冗余。它的优点是同时拥有RAID 0的超凡速度和RAID 1的数据高可靠性，但是CPU占用率同样也更高，而且磁盘的利用率比较低。
RAID 2：将数据条块化地分布于不同的硬盘上，条块单位为位或字节，并使用称为“加重平均纠错码（海明码）”的编码技术来提供错误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息，使得RAID 2技术实施更复杂，因此在商业环境中很少使用。
RAID 3：它同RAID 2非常类似，都是将数据条块化分布于不同的硬盘上，区别在于RAID 3使用简单的奇偶校验，并用单块磁盘存放奇偶校验信息。如果一块磁盘失效，奇偶盘及其他数据盘可以重新产生数据；如果奇偶盘失效则不影响数据使用。RAID 3对于大量的连续数据可提供很好的传输率，但对于随机数据来说，奇偶盘会成为写操作的瓶颈。
RAID 4：RAID 4同样也将数据条块化并分布于不同的磁盘上，但条块单位为块或记录。RAID 4使用一块磁盘作为奇偶校验盘，每次写操作都需要访问奇偶盘，这时奇偶校验盘会成为写操作的瓶颈，因此RAID 4在商业环境中也很少使用。
RAID 5：RAID 5不单独指定的奇偶盘，而是在所有磁盘上交叉地存取数据及奇偶校验信息。在RAID 5上，读/写指针可同时对阵列设备进行操作，提供了更高的数据流量。RAID 5更适合于小数据块和随机读写的数据。RAID 3与RAID 5相比，最主要的区别在于RAID 3每进行一次数据传输就需涉及到所有的阵列盘；而对于RAID 5来说，大部分数据传输只对一块磁盘操作，并可进行并行操作。在RAID 5中有“写损失”，即每一次写操作将产生四个实际的读/写操作，其中两次读旧的数据及奇偶信息，两次写新的数据及奇偶信息。
RAID 6：与RAID 5相比，RAID 6增加了第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶系统使用不同的算法，数据的可靠性非常高，即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用。但RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间，相对于RAID 5有更大的“写损失”，因此“写性能”非常差。较差的性能和复杂的实施方式使得RAID 6很少得到实际应用。
RAID 7：这是一种新的RAID标准，其自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具，可完全独立于主机运行，不占用主机CPU资源。RAID 7可以看作是一种存储计算机（Storage Computer），它与其他RAID标准有明显区别。
RAID 5+3:除了以上的各种标准，我们可以如RAID 0+1那样结合多种RAID规范来构筑所需的RAID阵列，例如RAID 5+3（RAID 53）就是一种应用较为广泛的阵列形式。用户一般可以通过灵活配置磁盘阵列来获得更加符合其要求的磁盘存储系统。
4.3.1.4 硬盘小结
1.日常维护及注意事项
1．正在读写硬盘时不要关掉电源
2．保持使用环境的清洁卫生
3．防止震动
4．防止环境潮湿及磁场的影响
5．防止电脑病毒对硬盘的破坏
6．合理的分区
7、整理磁盘碎片
8．尽量不要使用硬盘压缩技术
9．备份硬盘分区表
2.硬盘最多可以连接多少个？
主板上提供二个IDE接口分为主、从接口一个IDE接口可以连接二个设备，总共可以连接4个，具体连接的设备由用户来决定
3.PATA和SATA硬盘的差异
1.文件的传输速度上不同
2.电源供电接口模型上不同
3.在功能上SATA 2.0技术支持热插拔，PATA并口硬盘不支持
4.安装方法上不同，当开启RAID时SATA需要加载专门的驱动程序
4.3.2软驱
4.3.2.1软驱的组成：
软驱是由盘片驱动机构、磁头定位机构、数据读写电路、信号检测
机构和整机控制系统组成，其功能如下：
盘片驱动机构：由驱动盘片的电机、主轴及稳速电路组成；它负责以规定转速带动盘片旋转。
磁头定位机构：由磁头步进电机和定位电路组成；负责使磁头定位到需要寻找的磁道和扇区。
磁头及读写电路：读写磁头作为一个整体安装在一起，上下两个磁头公用一套读写电路；负责按写入数据驱动磁头或将磁头读出的信号转换成二进制数据。
状态检测机构：包括四个检测装置：00磁道检测装置、索引孔检测装置、写保护检测装置、盘片更换检测装置，它们各自向适配器输送相应的接口信号。
整机控制系统：负责控制软驱动器的各个部分协调工作。
4.3.2.2 软驱分类：
5.25英寸软驱、3.5英寸软驱
4.3.3光驱与移动存储设备
4.3.3.1光驱工作原理与构成
一.光驱工作原理：
利用激光的原理,把计算机的数字信号调制成极细的激光光束里,再把这种信号记录的一张直径120mm的多碳塑料盘片上.(专用的机器和设备上完成,如:刻录机)
二、光驱构成：
1、耳机插孔连接耳机或音箱，可输出Audio CD音乐。
2、音量调整输出的CD音乐音量大小。
3、指示灯显示光驱的运行状态。
4、紧急出盒孔用于断电或其他非正常状态下打开光盘托架。
5、打开/关闭/停止键控制光盘进出盒和停止Audio CD播放。
6、播放/跳道键用于直接使用面板控制播放Audio CD。
4.3.3.2光驱的性能指标：
1、数据传输率——表明光驱从光盘上读取数据的快慢。
单速——是指最初的光驱读取速率150KB/S
倍速——指是最初光驱读取速率的多少倍的读取速率的光驱。
2、平均读取时间（Average Seek Time)
——是指CD-ROM从光头定位到开始读盘的时间，一般是越小越好。不能超过95ms。
3、缓存（CACHE或BUFFER MEMORY表示）
——作用是提供一个数据的缓冲区域，将读取的数据暂时保存，然后一次性进行传输和转换。CACHE一般最少要有128K，现在的光驱一般是256K或者512K的。缓存是越大越好。
4、光驱的容错性能
——是指光驱读取质量不太好的光盘的能力，容错性能越强，光驱能读的“烂盘”越多。
5、光驱的读取方式
①恒定线速度（CLV）——CLV（Constant Linear Velocity,恒定线速度）,读取光盘内圈和外圈数据时，光驱马达的转速是不同，读出的数据传输率保持不变。优点：光驱读取性能稳定、容错性能比较高；缺点：浪费了主轴的工作效率（读取外圈时降低马达速转）
②恒定角速度（CAV）——CAV（Constant Angular Velocity,恒定角速度）,保持光驱马达转速恒定，其数据传输率是可变的。优点：读盘速度不断提高；避免太多加速或减速控制，可减少发热量。缺点：容错性能有所下降。
③部分恒定角速度（PCAV）——当激光头读不出数据时，主轴速度降低一半，如果再读不出来，再降低一半，如此反复，直到读取数据为止。优点：即提高了速度，又兼顾了容错性能。
6、接口类型——两种接口：IDE和SCSI。一般的用户应该都是IDE口的，SCSI接口的光驱必须配用SCSI接口卡，安装比较烦琐，但是有占用CPU资源少，工作稳定的优点，所以在网络服务器中广泛采用。
4.3.3.3光驱类型
光驱可分为CD-ROM驱动器、DVD光驱（DVD-ROM）、康宝（COMBO）和刻录机等
CD-ROM光驱：又称为致密盘只读存储器，是一种只读的光存储介质。它是利用原本用于音频CD的CD-DA（Digital Audio）格式发展起来的。
DVD光驱：是一种可以读取DVD碟片的光驱，除了兼容DVD-ROM，DVD-VIDEO，DVD-R，CD-ROM等常见的格式外，对于CD-R/RW，CD-I，VIDEO-CD，CD-G等都要能很好的支持。
COMBO光驱：“康宝”光驱是人们对COMBO光驱的俗称。而COMBO光驱是一种集合了CD刻录、CD-ROM和DVD-ROM为一体的多功能光存储产品。
刻录光驱：包括了CD-R、CD-RW和DVD刻录机等，其中DVD刻录机又分DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW（W代表可反复擦写）和DVD-RAM。刻录机的外观和普通光驱差不多，只是其前置面板上通常都清楚地标识着写入、复写和读取三种速度。
4.3.3.4 盘片介绍
一、种类：
CD-ROM -read only
CD-R record once
CD-RW -rewritable
DVD -read only
DVD-R recordable once
DVD-RW rewritable
二、容量：
三、区码
4.3.3.5光驱小结
光驱－维护要点
1、保持光驱、光盘清洁。
2、定期清洁保养激光头。
3、保持光驱水平放置。
4、养成关机前及时取盘的习惯。
5、减少光驱的工作时间。
6、少用盗版光盘，多用正版光盘。
7、正确开、关盘盒。
8、利用程序进行开、关盘盒。
9、谨慎小心维修。
10、尽量少放影碟。
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