计算机的存储基础涉及多个关键概念和组件,以下是一些核心内容:
数据构成原理
计算机的数据构成原理基于晶体管和半导体技术的发展,特别是PN节和场效应的应用,奠定了二进制数据存储的基础。
数据存储位置
数据存储在内存(包括缓存和临时存储)和硬盘(包括持久化和永久存储)中。
ROM(只读存储器)是一种非破坏性读出设备,信息一旦写入就固定下来,即使切断电源也不会丢失。
存储系统分级结构
存储系统通常分为Cache、主存储器和辅助存储器三个级别。
Cache(高速缓存)位于CPU内部,用于存储当前正在使用的数据和程序,以提高访问速度。
主存储器(RAM)用于存储当前正在运行的程序和数据。
辅助存储器(如硬盘、SSD、光盘等)用于长期存储大量数据。
局部性原理
局部性原理是存储系统设计的核心,包括时间局部性和空间局部性。
时间局部性指的是如果一个数据项被访问,那么它很可能在不久的将来再次被访问。
空间局部性指的是如果一个数据项被访问,那么与之相邻的数据项很可能也会被访问。
存储介质
易失性存储(如RAM)在断电后数据会丢失,特点是存取速度快,通常用于高速缓存。
非易失性存储(如HDD、SSD、磁带、光盘、U盘、SD卡等)在计算机意外断电或关机后不会丢失数据。
内存的基本概念与类型
内存(Memory)是一种易失性存储器,用于暂时存储计算机正在运行的程序和数据。
内存的工作原理基于“地址-数据”模型,每个存储单元都有一个唯一的地址,用于标识其位置。处理器通过地址总线发送目标地址,内存的地址译码器解析地址,选择相应的存储单元,然后通过数据总线传输数据。
虚拟存储
虚拟存储是一种将主存看作辅助存储的技术,使得不同的进程可以共享同一个主存或虚拟机可以安全地共享同一个内存。
程序员可以使用虚拟空间中的地址,而不需要关心实际主存中的物理地址。
存储程序原理
计算机可以自动处理的基础是存储程序,即将根据特定问题编写的程序存放在计算机存储器中,然后按存储器中的存储程序的首地址执行程序的第一条指令,以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令,直至程序结束执行。
闪存介质与原理
闪存颗粒(如固态硬盘、U盘、SD卡)中存储单元存储电荷,通过控制栅极控制电荷的存储。
闪存颗粒的存储单元可以表示不同数值,通常分为SLC(一个存储单元表示1bit数据)、MLC(一个存储单元表示2bit数据)、TLC(一个存储单元表示3bit数据)和QLC(一个存储单元表示4bit数据)。
这些概念和组件共同构成了计算机的存储基础,支持计算机高效、可靠地存储和处理数据。