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电子数字计算机的重要特点之一是具有存储能力，这使得它能够自动连续执行程序，进行广泛的信息处理。而在传统的CPU中，寄存器数量少，只能够暂存少量的数据，绝大多数程序和数据仍需要专门的部件——存储器来存放。

简单地讲，存储器是用来存放各种程序和数据的。根据它在计算机系统中的功能不同，分为主存储器、辅助存储器和高速缓冲存储器。

主存储器是能由CPU直接编程访问的存储器，它存放需要执行的程序和需要处理的数据。因为它通常位于所谓主机的范畴之内，所以常称为内存储器，简称内存。

早期的电子计算机所采用的主存储器主要是磁芯存储器，从20世纪70年代开始，逐渐被半导体存储器所取代。目前的微机都使用半导体存储器。这种存储器采用大规模、超大规模的集成电路的制造工艺，具有密度大、体积小、重量轻、存取速度快等优点。内存按读写方式又可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。

（1）随机存取存储器（RAM：Random Access Memory）

简称随机存储器，是指可通过指令随机地、任意地对各个存储单元进行访问，而且访问所需时间基本固定，与存储单元的地址无关。对这种存储器可读可写，又称读写存储器。RAM分为动态RAM和静态RAM。

动态RAM（DRAM：Dynamic RAM）是依靠电容上的存储电荷来暂存信息。当电容充有电荷时状态为1，放电后状态为0。但电容有漏电现象，时间一长，就必须对存放1的电容补充电荷，以保持其中的数据不变，这个动作称为动态刷新，所以该存储器又称为动态存储器。动态RAM具有所用元件少、功耗低、集成度高、价格便宜等优点，其缺点是存取速度较慢并需要有刷新电路。DRAM一般用于微机的内存，比如现在微机中使用的内存SDRAM （Synchronous DRAM:同步动态存储器）、DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM）及RDRAM（RAMBUS RAM）就是DRAM。

静态RAM（SRAM：Static RAM）依靠双稳态触发器保存信息。每个双稳态电路可存储一位二进制，一块芯片上包含多个这样的双稳态电路。只要不切断电源，信息就可以长时间保存，故称为静态存储器。静态RAM的优点是速度快，不需对所存储信息进行刷新，其缺点是集成度较低、功耗较大。静态RAM一般用作高速缓冲存储器。

（2）只读存储器（ROM：Read Only Memory）

只读存储器在正常工作时只能从其中读出信息，不能向其中写入。只读存储器中保存的信息，即使在断电的情况下，也不会丢失。因此在计算机系统中常用只读存储器来固化系统软件的核心部分（BIOS）、已调试好不再改变的应用软件、汉字字库一类的信息。根据半导体制造工艺的不同，只读存储器可分为以下几种：

固定掩模型ROM：由芯片制造商在制造时写入内容，以后用户只能读而不能再写入，即其中内容不可再改变。

可编程只读存储器（PROM：Programming ROM）：芯片在出厂时并未写入任何内容，用户可以根据需要采用一定的设备将自己编写好的程序固化在ROM中。但内容一旦写入，就不能再更改了，即只能写一次。

可擦除可编程型（EPROM：Erasable PROM）：这种ROM中存放的信息，用户可用紫外线照射该芯片封装上方的石英玻璃窗口将其擦除，然后写入新的内容。EPROM可多次编程，使用灵活方便。

电可擦除可编程只读存储器（EEPROM：Electrically EPROM）：或称E²PROM，其编程原理与EPROM相同，只是在擦除其中的内容时，用电就可以了，而且用一般微机就可写入新的内容，使用起来更方便。此类存储器可重复擦写的次数有限，一般为十多万次。

快擦除读写存储器（Flash Memory）：也称闪存，是近年来在EPROM和E²PROM的基础上发展起来的一种可用电擦写的存储器，只是在擦除时，必须整体或分区擦除，而不像E²PROM，可按位和按字节进行擦写。其兼有ROM和RAM两者的性能，又有ROM、DRAM一样的密度。

计算机中，ROM和RAM是统一编址的，对用户而言，主要使用的是RAM部分，所以我们所指的内存的大小，就是指其RAM的多少而言。

主存储器在计算机中的数量是有限的，而且只是用来存放计算机运行时所需要的信息，其他计算机暂不处理的信息但需永久保存的程序和数据，则是存放在许多容量大、速度较主存储器慢得多的辅助存储器的。由于辅助存储器位于主机范畴之外，所以又称外存储器。

外存储器不能为微处理器直接访问，必须将外存中的信息先调入内存，微处理器才能使用。

外存储器设备种类较多，目前微机中常用的外存储器主要有软磁盘存储器、硬磁盘存储器和光盘存储器等。

（1）软磁盘存储器

软磁盘（Floppy Disk）常被称为软盘，可用于脱机保存信息，向系统提供程序和数据，作为廉价的小容量外存，也是计算机广泛配置的外设之一。

软盘盘片是一种圆形盘片（如图2.1.3（b）所示），以软质的聚酯塑料薄片为载体，涂敷氧化铁磁性材料作为记录介质，外包以保护套保护。

软盘通过磁头将盘面的磁性材料磁化成一个个的同心圆来记录信息，这些同心圆被称为磁道（Track），最外边的磁道为0磁道；各磁道长短不同，但每一磁道上记录信息的容量是相等的。所有磁道按相同的弧度被分成弧段，这些弧段被称为扇区（Sector）；软盘的读写是以扇区为单位进行的，每个扇区可存储的信息量是相等的。此外，软盘盘片上还有索引孔，用以判断盘片转过的圈数。

写保护（Write Protect）口是位于保护套上的一个缺口，若处于保护状态，则只能从软盘上读出信息，不能向其中写入；要向其中写入信息，必须将写保护置于“写”的状态（此时对读出信息无影响）。

保护套上还有一缺孔，称为读写孔，用于软盘驱动器中的读写头与盘片接触，进行读写操作。

按盘片的直径分为8英寸软盘、5.25英寸软盘、3.5英寸软盘、2.5英寸软盘等。

按其存储面有单面和双面之分，按信息存储密度又分为单密度、双密度、高密度和超密度。由于这种差别，出现了单面单密度、单面双密度、双面单密度、双面双密度、双面高密度与双面超密度等类型。

3）软盘存储容量的计算

软盘存储容量可用如下公式进行计算：

容量＝每扇区字节数×每磁道扇区数×每面磁道数×面数

目前我们常用的软盘为3.5英寸软盘，外观如图2.1.3（a）所示。其盘片直径为3.5英寸，为双面高密度软盘，每面有80个磁道，每个磁道有18个扇区，每扇区可存储512字节，故其容量按上面的公式计算出来为1.44MB。

不同规格的软盘要配以相应的软盘驱动器来读写数据。软盘驱动器（FDD：Floppy Disk Driver）简称软驱，它主要由定位机构和读写机构两部分构成。定位机构包括主轴和步进电机，步进电机控制读写头在盘片上作径向移动，用于寻道；主轴在其驱动电路的控制下带动盘片以每分钟300转的速度旋转，相对于磁头运动。读写头上的线圈被加上特殊的电流之后，可以对盘片表面的磁性材料进行磁化，写入数据；读出数据时，线圈不加电流，由于盘片相对于磁头运动而产生磁场，从而根据磁场的变化读出数据。

在使用软盘时，要注意保护，存放时不可重压，应远离磁场，避免热源，不可用手触摸读写槽，使用温度为10～30℃，否则会影响软盘的正常工作和使用寿命，甚至损坏。

随着技术的不断发展，大容量的软盘和软盘驱动器已出现，容量甚至可达100MB以上，采用了USB接口。这种产品主要用于多用户数据交流、网络下载数据文件的保存等。

（2）硬磁盘存储器

硬盘作为计算机系统的一种重要外部存储设备，使用比较频繁。因此，选择合适的硬盘对用户正常使用微机具有十分重要的意义。

硬盘存储器主要由磁头、盘片、硬盘驱动器和读/写控制电路组成。盘片用铝合金材料制成，其表面涂有磁性材料，硬盘存储器根据磁头和盘片结构的不同可以分为固定磁头硬盘，活动磁头固定盘片硬盘以及活动可换盘片硬盘等几种类型。按盘片可分为单片式和多片组合式。在多片组合式中有2片、8片、12片等。盘片直径有14英寸、8英寸、5.25英寸和3.5英寸，存储容量从数MB到数百GB。在微型计算机中主要使用的是温彻斯特硬磁盘，简称为温盘。它把磁头、盘片、小车、导轨以及主轴等制作成一个整体，以利于密封，安装和拆卸。

硬盘工作时，盘片以每分钟数千转或更高的速度旋转，通过浮在盘面上的磁头记录或读取信息（如图2.1.4所示）。硬盘数据是以块（Block）为单位进行读写，一个盘块可以是512字节到几kB。

硬盘一般由几个盘片组成，固定在同一个轴上，每个盘片又有两个盘面，每个盘面都有相同数目的磁道。所有盘面上相同半径的磁道组合在一起，构成一个圆柱面，称为柱面（Cylinder）。硬盘的工作过程是从查找开始，驱动机构把磁头定位到目标柱面上，等待目标段转到磁头下，然后进行读/写操作。写入时，数据经编码电路变换成相应的写电流，送到磁头写线圈，磁化盘面上的表面磁层，形成一个微小的磁化单元。读出时，磁化单元高速经过磁头，在磁头读线圈中感应出电压信号，经放大，整形和选通后输出。

硬盘的容量和性能是影响计算机系统的两个重要因素。就现在来说，硬盘容量也迅猛发展，数十GB至上百GB容量的硬盘都很常见。而硬盘的性能直接影响到计算机系统的速度。硬盘的性能主要由它的技术参数决定，如数据传输率、平均寻道时间、硬盘接口类型等。这些方面性能的提高体现在硬盘转速加快、高速硬盘数据传输技术的使用、采用新的硬盘接口等。

硬盘接口类型是影响硬盘性能的另一个重要因素。目前用的较多的硬盘接口是IDE/EIDE（也称PATA，即并行ATA）接口和SATA（串行ATA）接口，也有使用SCSI接口和USB接口的硬盘，它们之间并不兼容。IDE/EIDE接口，一般可连接一到四个与IDE接口相兼容的硬盘,可支持ATA33/ATA66/ATA100/ATA133的传输速率，而目前广泛使用SATA接口硬盘，其数据传输速率在150MB/s以上，比IDE接口硬盘更快。在高端市场，SCSI接口的硬盘已相当普及。

（3）光盘存储器

光盘（Optical Disk）存储器是一种利用激光技术存储信息的装置。目前用于计算机系统的光盘主要有三类：只读型光盘、一次写入型光盘和可抹型（可擦写型）光盘。

·只读型光盘（CD-ROM：Compact Disk-Read Only Memory）是一种小型光盘只读存储器，它的特点是只能写一次，而且是在制造时由厂家用冲压设备把信息写入的。写好后信息将永久保存在光盘上，用户只能读取，不能修改和写入。CD-ROM最大的特点是存储容量大，一张CD-ROM 光盘，其容量为650 MB左右。

·一次写入型光盘（WORM：Write Once Read Memory，简称WO），可由用户写入数据，但只能写一次，写入后不能擦除修改。

·可擦写光盘，有磁光盘与相变型两种。可擦写光盘可反复使用，保存时间长，具有可擦性、高容量和随机存取等优点，但速度较慢，一次投资较高。

现在使用数字化视频光盘（DVD：Digital Video Disk）作大容量存储器的也越来越多，一张DVD盘片的容量约在4.7GB左右，可容纳数张CD盘片存储的信息。目前已有双倍存储密度的DVD光盘面世，其容量为普通DVD盘片存储容量的2倍左右。

对于不同类型的光盘盘片，所使用的读写驱动器也有所不同。

普通CD-ROM盘片，一般采用CD-ROM驱动器（如图2.1.5所示）来读取其中存储的数据，计算机上用的CD-ROM有一个数据传输速率的指标：倍速。1倍速的数据传输速率是150kb/s；24倍速光驱的理论数据传输速率是150kb/s×24＝3.6Mb/s。CD-ROM适合于存储容量固定、信息量庞大的内容。普通CD-ROM驱动器只能从光盘上读取信息，不能写入，要将信息写入光盘，需使用光盘刻录机（CD W riter）。

而要读取DVD盘片中存储的信息，则要求使用DVD-ROM驱动器，这是因为其存储介质与数据的存储格式与CD盘片不一样。但用DVD驱动器却可以读取CD盘片中存储的数据。同样，要将数据写入到DVD盘片中，要用专门的DVD刻录机来完成。

另外有一种集CD盘片的读写、DVD盘片的读取功能于一体的新型光盘驱动器，被称为“康宝（Combo）”，可读取CD、DVD盘片中的信息，还可用来刻录CD盘片。

优盘（OnlyDisk，也称U盘），是一种基于USB接口的无需驱动器的微型高容量移动存储设备，它以闪存作为存储介质（故也可称为闪存盘），通过USB接口与主机进行数据传输。

优盘可用于存储任何格式数据文件和在电脑间方便地交换数据，它有如下优点：从使用方便上讲，它便于携带，采用USB接口，可与主机进行热拔插操作；从容量上讲，优盘的容量从16MB到2GB可选，突破了软驱1.44MB的局限性；从读写速度上讲，其采用的USB接口，读写速度较软盘大大提高；从稳定性上讲，优盘没有机械读写装置，避免了移动硬盘容易碰伤、跌落等原因造成的损坏；从安全上讲，它具有写保护，部分款式优盘具有加密等功能，令用户使用更具个性化。

随着各类数码产品的普及，消费者对数码的周边产品的需求也越来越大，其中，存储卡以其体积小、容量大的优势，无疑成为应用最广泛的产品。无论是数码相机、手机、PDA，还是MP3、家电等产品，都广泛地使用了存储卡。不同类型的存储卡其尺寸与厚度并不相同，所以在使用存储卡的时候要注意这一点。常见的存储卡有：

即Secure Digital Card，具有大容量、高性能、安全等多种特点，具有进行数据著作权保护的暗号认证功能，尺寸为32mm×24mm×2.1mm，多用在数码相机中。

小型安全数字卡 Mini Secure Digital Card 的简称，可与现在SD卡的数字相机、PDA掌上电脑和MP3音乐播放器共同使用。Mini SD只有SD卡37%的大小，但是却拥有与SD存储卡一样的读写效能与大容量，并与标准SD卡完全兼容。通过SD转接卡，Mini SD卡还可当作一般SD卡使用。

又名Micro SD，只有指甲般大小，为全球最小的迷你存储卡之一，超小体积却拥有着更大的优势，可以运用于各类的数码产品，不浪费产品内部设计的空间。

即MultiMedia Card，是一种多功能存储卡，它具有小型轻量的特点，外形尺寸是32mm×24mm×1.4mm，重量在2克以下，并且耐冲击，可反复进行读写记录30万次。

即Reduced Size MultiMedia Card。每一片RS-MMC都包含一个机械式的扩展器，可以把RS-MMC转换成标准的MMC，适用于所有兼容MMC或SD卡的设备。而 RS-MMC 卡在功能和性能方面完全继承和延续了标准的 MMC 卡的优点和特色，是现时的 MMC 卡体积的50%，尺寸为 24mm×18mm×1.4mm，重量也只有 0.8g 左右。

即Compact Flash，有可永久保存数据、无需电源、速度快等优点，价格低于其他类型的存储卡。常见的有两种规格，Type I型和Type II型，两者不同之处在于后者比前者厚，所以二者接口不同，Type II 型CF卡接口可兼容Type I 型，但Type I 型接口不兼容Type II 型接口。

即Memory Stick，它采用了单一平面的10针独立针槽设计，易于从插槽中插拔而不易损坏。从规格上看有普通Memory Stick、高速Memory Stick Pro和短棒Memory Stick DUO三种，其中普通棒和高速棒的外型尺寸同为50mm×21mm×2.8mm，不同在于高速棒在存储卡中加入了MagicGate版权保护技术，拥有更高的读写速度，存储容量上限也有所提升。而短棒将记忆棒的体积进一步缩减，长度约为普通棒的1/2，通过一个适配器，可以像普通棒一样使用，长棒不能在短棒的机型上使用。

XD卡全称为Extreme Digital Picture Card，是专为数码相机使用的小型存储卡，是目前体积最小的存储卡，它采用较为新型的闪存卡，相比于其他闪存卡，它拥有众多的优势特点。外形尺寸为20mm×25mm×1.7mm，约为2克重，是目前世界上最为轻便、体积最小的数字闪存卡。优秀的兼容性，配合各式的读卡器，可以方便地与个人电脑连接。

（6）移动硬盘与数码相机伴侣

采用小尺寸硬盘，通过USB接口、并行接口或者1394接口与计算机连接，由于大多采用USB接口与计算机连接，具有容量大、重量轻、体积小、携带方便、可热拔插等优点。

2）数码相机伴侣

简称数码伴侣，是一种大容量便携式数码照片存储器，它自身带有读卡器和大容量硬盘，能读取多种存储卡，如果要将数码相机上的照片转移到数码伴侣上，只需将数码相机中的存储卡取出，插入数码伴侣上相应的读卡器接口中，再按数码伴侣上的相关按键就能将照片复制到数码伴侣上，复制过程无需电脑的支持。数码伴侣通过USB接口与计算机连接，可以在它与电脑之间传输数据。数码伴侣体积小，重量轻，读卡过程速度快，耗电少，外出携带方便。

3．高速缓冲存储器（Cache）

微处理器每执行一条指令，都要一次或多次访问主存，现在普遍使用的微处理器，其工作速度远远高于主存储器DRAM的存取速度，这势必造成微处理器等待，严重降低了处理器的利用率。为了缓解微处理器与主存之间的速度不匹配的矛盾，现代微机系统中在微处理器与主存之间引入了Cache（高速缓冲存储器），它主要由SRAM构成，工作速度为微处理的一半或与微处理器同速工作，全部功能由硬件实现，用户编程不能直接访问。现在的微机系统中一般都采用有一级或二级缓存结构。一级缓存也称为L1 Cache，安装在处理器的内部，与处理器同频率工作，也叫片内Cache；二级缓存称为L2 Cache，安装在处理器与主存之间的总线上，可与处理器同频工作或以处理器一半的速度工作。当前的CPU已经将L2 Cache集成到CPU中，有的甚至集成了L3 Cache，这样，CPU性能则能够提高得更快。

经过对大量典型程序的运行情况的分析结果表明：在一个较短的时间间隔内，地址往往集中的存储器逻辑地址空间的很小范围内。于是，在Cache中，保存着被“估计”是下面即将要使用的存储器中内容的副本，处理器要访问存储器，首先访问Cache。由于Cache的速度几乎与处理器的速度相当，所以处理器基本上不用等待就可以完成对存储器的访问，大大提高了处理器的利用率。如果在Cache中找不到所需要的内容，就访问主存储器，并重新估计下面将要用到的主存内容，然后将该部分内容调入Cache。处理器在访问Cache时能找到所需的内容，称为“命中”。一般情况下，处理器访问Cache的命中率能保持在90%左右。