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存储器是计算机的重要组成部分，其主要功能是存储程序和各种数据信息。根据存储器在计算机中位置的不同，可分为主存储器（Memory，也称为“内存储器”，简称“内存”）和辅助存储器（Auxiliary Storage，也称“外存储器”，简称“外存”）两大类。相对于外存来说，内存的存取速度较快，CPU能够直接访问，但容量小、价格高。目前内存由半导体存储器组成，外存常由磁性材料做成，如磁盘存储器（硬磁盘与软磁盘）及光盘存储器等。

在计算机内部，直接与CPU交换信息的存储器称为内存，用来存放计算机运行期间所需的信息，如指令、数据等。内存在一个计算机系统中起着非常重要的作用，它的工作速度和存储容量对系统的整体性能、系统所能解决的问题的规模和效率都有很大的影响。

（1）内存的分类

按照存取方式，内存可以分为随机存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）两大类。

RAM具有两个显著的特点：一是可读可写的特性，读出时并不损坏原来存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容；二是具有易失性，必须持续供电才能保持其数据，一旦供电中断，数据随即丢失，所以RAM适用于临时存储数据。

RAM可以分为动态（Dynamic RAM）和静态（Static RAM）两大类。DRAM的特点是集成度高，必须定期刷新才能保存数据，所以速度较慢，通常用DRAM做主存；SRAM的特点是存取速度快，制造成本高，主要用于高速缓冲存储器。

ROM的特点是信息只能读出不能写入，计算机断电后，ROM中原有内容保持不变，重新加电后仍可读出。所以ROM适用于存放一些固定的程序和数据。按照ROM的内容能否改写，ROM可以分为以下四类：

●Mask ROM：由厂家在制造过程中将信息写入芯片，以后不能改变。

●PROM：根据用户需要，使用特殊装置将信息写入，写入后不能更改。

●EPROM：通过特殊装置将信息写入，但写之前需用紫外线照射，将所有存储单元擦除至初始状态后才可重新写入。

●Flash ROM：一种长寿命的非易失性的存储器，数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位，区块大小一般为256KB到20MB。闪存通常用来保存设置信息，如计算机中的BIOS、数码相机等。

随着微电子技术的不断发展，CPU的主频不断提高，主存由于容量大、寻址系统繁多、读写电路复杂等原因，造成了其工作速度大大低于CPU的速度，直接影响了计算机的性能。为了解决这一矛盾，人们在CPU和主存之间增设了一级容量不大但速度很快的高速缓冲存储器（Cache，高速缓存），利用Cache存放常用的程序和数据。当CPU访问程序和数据时，首先从高速缓存中查找，如果所需程序和数据不在Cache中，则到主存中读取数据。因此，Cache的容量越大，CPU在Cache中找到所需数据或指令的概率就越大。

现代计算机一般都配有两级缓存。一级缓存叫主缓存或内部缓存，直接设计在CPU芯片内部，容量小。二级缓存叫外部缓存，一般不在CPU内部而是独立的SRAM芯片，其速度比一级缓存稍慢，但容量较大。人们一般所说的缓存通常是指外部缓存。当CPU需要指令或数据时，实际检索顺序是：一级缓存、二级缓存、RAM。

（2）内存的性能指标

内存分成一个个存储单元，每个存储单元存放一定位数的二进制数据。为了对内存进行有效的管理，需要对每个存储单元进行编号。内存单元采用顺序的线性方式组织，所有单元排成一对，排在最前面的单元编号为0，即其地址为0，其余单元的地址按顺序排列。由于地址的唯一性，CPU可以通过地址对内存单元进行访问。一个存储单元中存放的信息为该存储单元的内容，例如图2．4表示了存储器里存放信息的情况，可以看出2号单元中的内容为10110110。

衡量内存的常用指标有存取速度和存储容量。内存的存取速度是指读或写一次内存所需要的时间，通常以ns来衡量，一般为1～10ns。内存的存储容量是指内存中有多少个存储单元，其容量实际是指主板插槽上内存条的容量，目前主流产品的容量在512MB～2GB。图2．5为PC机中使用的内存条。

通常，计算机中内存的容量总是有限的，不能满足存放数据的需要，而外存储器作为计算机中不可缺少的外部设备，是内存的延伸，其主要作用是长期存放计算机工作所需要的程序、文档和数据等。外存储器既可作输入设备又可作输出设备，它的特点是存储容量大、可靠性高、价格低，但不能被CPU直接访问。当CPU需要执行某部分程序和数据时，由外存调入内存以供CPU访问。

目前最常用的外存有软盘、硬盘、光盘和移动存储器等。

（1）软盘存储器

软盘存储器由软盘盘片、软盘驱动器和软盘适配器三部分组成。软盘盘片是存储介质，软盘驱动器是读写装置，软盘适配器是软盘驱动器与主机连接的接口。目前计算机所配置的通用软盘驱动器大多数是3．5英寸的薄型软盘驱动器，适用1．44MB软盘（如图2．6所示）。

①软盘的存储原理

3．5英寸软盘盘片是软盘的核心，是记录数据的载体，表面涂着一层由铁氧化物构成的磁性材料。盘片在软盘驱动器中旋转并通过磁头来读写盘片的信息。写盘的过程是以电脉冲将磁头下方磁道上那一点磁化，而读盘的过程则是将磁头下方磁道上那一点的磁化信息转化为电信号，并通过电信号的强弱来判断为“0”还是“1”。

软盘上的写保护口主要用于保护软盘中的信息。一旦设置了写保护，就意味着只能从该软盘中读信息，而不能再往软盘上写信息。

②软盘的格式化

新软盘只有经过格式化后才可以使用。格式化是为存储数据做准备，在此过程中，软盘被划分成若干个磁道，磁道又被划分为若干个扇区，如图2．7所示。

③软盘的主要技术指标

●面数：只用一面存储信息的软盘称为单面软盘，而双面存储信息的软盘称为双面软盘。

●磁道：由外向内的一组同心圆。通常软盘的磁道数为80，最外面的是0号磁道，最里面的是79号磁道。

●扇区：扇区是软盘的基本存储单位，通常一个磁道被划分成18个扇区，每个扇区的存储容量为512B。

●容量：软盘所能存储数据的字节数，可由如下公式计算得出：

软盘的容量＝记录面数×磁道数×扇区数×每扇区的字节数

例如，3．5英寸软盘的容量为：2×80×18×512B／（1 024×1 000）＝1．44MB。

（2）硬盘存储器

硬盘是最重要的外存储器，用以存放系统软件、大型文件、数据库等大量程序与数据，它的特点是存储容量大、可靠性高、存取速度快。

①硬盘的结构和存储原理

硬盘一般由一组相同尺寸的磁盘片环绕共同的核心组成。这些磁盘片是涂有磁性材料的铝合金盘片，质地较硬，质量较好。每个磁面各有一个磁头，磁头在驱动马达的带动下在磁盘上做径向移动，寻找定位点，完成写入或读出数据的工作。硬盘驱动器通常采用温彻斯特技术，将硬盘驱动电机和读写磁头等组装并封装在一起，称为“温彻斯特驱动器”。硬盘结构如图2．8所示。

从图2．8可以看出，硬盘是由一组盘片组成，所有盘片的同一磁道共同组成了一个圆柱面，称为“柱面”。由此可知，硬盘容量＝每扇区字节数×扇区数×磁道数×记录面数×盘片数。

②硬盘的格式化

硬盘格式化的目的与软盘格式化相同，但操作较为复杂。硬盘格式化一般分为低级格式化和高级格式化。

低级格式化是对硬盘进行初始化，目的是对硬盘重新划分磁道和扇区。低级格式化是在高级格式化之前进行的，它只能够在DOS环境下来完成，而且只能针对整块硬盘而不能针对单独的某一个分区。一般在以下这两种情况下需要对硬盘进行低级格式化：一是硬盘出厂前，硬盘厂商会对硬盘进行一次低级格式化；另一种是当硬盘出现某种类型的坏磁道时，使用低级格式化能起到一定的缓解或者屏蔽作用。

●硬盘的高级格式化

高级格式化主要是对硬盘的各个分区进行磁道的格式化，即在逻辑上划分磁道。高级格式化有两个作用：一是装入操作系统，使硬盘兼有系统启动盘的作用；二是对指定的硬盘分区进行初始化，建立文件分配表以便系统按指定的格式存储文件。

③硬盘的技术指标

作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。硬盘的容量一般以千兆字节（GB）为单位，1GB＝1 024MB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1GB＝1 000MB，因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。目前硬盘中一般有1～5个存储盘片，其所有盘片容量之和为硬盘的存储容量。

转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。目前市场上主流硬盘的转速一般都已达到了7 200rpm的转速，而更高的则达到了10 000rpm。

●平均寻道时间

硬盘的平均寻道时间是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间，该时间越小，硬盘的工作速度则越快。目前硬盘的平均寻道时间通常在8ms到12ms之间。

●平均等待时间

硬盘的平均等待时间是指磁头已处于要访问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需时间的一半，一般应在4ms以下。

硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB／s）。硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率。内部传输率反映了硬盘在盘片上读写数据的速度，主要依赖于硬盘的旋转速度。外部传输率反映了系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，它与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关。

与主板上的高速缓存一样，硬盘缓存的目的是为了解决系统读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。目前，大多数IDE硬盘的缓存在8MB左右。

（3）光盘存储器

光盘是利用光学和电学原理进行读／写信息的存储介质，它是由反光材料制成的，通过在其表面上制造出一些变化来存储信息。当光盘转动时，上面的激光束照射已存储信息的反射表面，根据产生反射光的强弱变化识别出存储的信息，从而达到读出光盘上信息的目的。

目前光盘存储器已广泛地应用于计算机系统中，因为它具有如下优点：第一，存储容量大，例如一张CD－ROM格式的光盘可存储600MB左右的信息，而一张DVD格式的光盘的容量可达10GB，因此这类光盘特别适于多媒体的应用；第二，可靠性高，例如不可重写的光盘上的信息几乎不可能丢失，特别适用于档案资料的管理；第三，存取速度高，目前CDROM光驱的速度一般都在50倍速以上（单倍速是指每秒钟光驱的读取速率为150KB）。

常用的光盘存储器可分为下列几种类型：

CD－ROM（Compact Disk Read Only Memory）是一种只读型光盘。它由生产厂家预先写入数据和程序，使用时用户只能读出，不能修改或写入新内容。与硬盘表面一组由同心圆组成的磁道不同，CD－ROM光盘有一条从内向外的、由凹坑和平坦表面互相交错组成的连续的螺旋线轨道，也就是说，数据和程序是以凹坑形式保存在光盘上的。

要读出光盘中的信息时，激光头射出的激光束透过表面的透明基片直接聚集在盘片反射层上，被反射回来的激光会被光感应器检测到。当激光通过凹坑时，反射光强度减弱，代表读出数据为“1”；而激光通过平坦表面时，反射光强度不发生变化，代表读出数据为“0”。光盘驱动器的信号接收系统负责把这种光强度的变化转换成电信号再传送到系统总线，从而实现数据的读取。

CD－R（CD－Recorder）又称“只写一次型光盘”，这种光盘存储器的盘片可由用户写入信息，但只能写入一次，写入后的信息将永久地保存在光盘上，可以多次读出，但不能重写或修改。

CD－RW（CD－Rewritable）光盘存储器类似于磁盘，可以重复读写，其写入和读出信息的原理与使用的介质材料有关。例如，用磁光材料记录信息的原理是：利用激光束的热作用改变介质上局部磁场的方向来记录信息，再利用磁光效应来读出信息。

④DVD光盘存储器

最早出现的DVD（Digital Video Disk，数字视频光盘）是一种只读型光盘，必须由专门的影碟机播放。随着技术的不断发展，数字通用光盘（Digital Versatile Disk）取代了原先的数字视频光盘，其中每张光盘可存储的容量都可以达到4．7GB以上。

DVD的基本类型有DVD－ROM、DVD－Video、DVD－Audio、DVD－R、DVD－RW、DVD－RAM等。

（4）可移动存储器

由于软盘存储容量较小，也较易损坏，目前正在逐渐被一种可移动的存储器所取代，这就是U盘和移动硬盘，如图2．9所示。

①闪存盘（U盘）

U盘采用一种可读写、非易失的半导体存储器———闪存作为存储介质，通过通用串行总线接口（USB）与主机相连，可以像使用软盘、硬盘一样在该盘上读写和传送文件。目前U盘的容量一般在64MB～2GB。U盘之所以被广泛使用是因为它具有许多优点：

●体积小、重量轻，便于携带。

●采用USB接口，无需外接电源，支持即插即用和热插拔，在Windows Me以上的操作系统中不用安装驱动程序就可以使用。

●存取速度至少比软盘快15倍，数据至少可保存10年，擦写次数可达10万次以上。

●抗震防潮性能好，还具有耐高低温等特点。

虽然U盘具有性能高、体积小等优点，但对需要存储较大数据量的情况，其容量就不能满足需求了，因而需要使用另一种可移动存储器———移动硬盘。与U盘相比，移动硬盘的特点是容量更大（40～250GB），传输速度更快。移动硬盘大多采用USB、IEEE1394接口，能提供较高的数据传输速率。目前USB2．0接口的传输速率是60MB／s，IEEE1394接口的传输速率高达50～100MB／s。

综上所述，在计算机中存储信息的设备有内存、硬盘、软盘、光盘、U盘等，每种存储设备都有其特点。为了充分发挥各种存储设备的长处，将其有机地组织起来，这就构成了具有层次结构的存储系统，如图2．10所示。