九種計算機存儲的類型及工作原理

計算機內(nèi)存有多種類型，是內(nèi)置或外部連接到計算機設(shè)備或服務(wù)器的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的總稱。有些處理速度很快，中央處理單元 (CPU) 可以快速訪問存儲在其中的數(shù)據(jù)，而另一些設(shè)計成本較低，因此可以經(jīng)濟地存儲大量數(shù)據(jù)。

所有計算機內(nèi)存類型都屬于兩類之一：主要內(nèi)存或次要內(nèi)存，具體取決于其用途和用例。了解它們的不同應(yīng)用和優(yōu)勢對于了解存儲的工作原理以及如何充分利用它至關(guān)重要。

主要內(nèi)存類型

主內(nèi)存是計算機內(nèi)存的一部分，可以直接訪問以進行快速處理和更快的啟動。它通常放置在物理上靠近 CPU 的位置，以最大限度地減少通信時間。主存儲器類型的示例包括隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。

RAM和ROM都用來存儲數(shù)據(jù)供CPU直接訪問。RAM 是易失性的，這意味著一旦系統(tǒng)斷電，其數(shù)據(jù)就會被刪除。ROM 是非易失性的，這意味著它在系統(tǒng)斷電后仍保留其數(shù)據(jù)。

隨機存取存儲器

隨機存取存儲器 (RAM)的名稱源自 CPU 訪問它的方式，CPU對其進行隨機掃描以獲取適當?shù)?a target="_blank">信息，而不是遵循嚴格的指示。這是為了均衡所有存儲的數(shù)據(jù)位之間的訪問時間。

RAM 內(nèi)存的定義特征之一是它的速度快得令人難以置信，僅比 CPU 本身慢一點點。RAM用于保存CPU運行程序時所需的數(shù)據(jù)，這樣可以節(jié)省CPU每次需要數(shù)據(jù)或指令時到達輔助存儲器的時間。

然而，RAM 也是計算機設(shè)備中最昂貴的組件之一，成本通常按每 GB 來衡量。RAM 的高成本是計算機必須同時依賴主存儲器和輔助存儲器的主要原因。RAM 有兩種主要類型。

動態(tài)內(nèi)存（DRAM）

最常見的 RAM 類型的每個單元中都包含一個晶體管和一個電容器。所有計算機都必須包含 RAM 和DRAM才能有效運行。最古老的 DRAM 版本被稱為單數(shù)據(jù)速率 (SDR) DRAM，但 DDR2、DDR3、DDR4 和 DDR5 等較新的版本往往更加節(jié)能且生產(chǎn)力更高。不同類型的 DRAM 不兼容，計算機只能使用一種類型的 DRAM。

靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）

SRAM 比RAM 或 DRAM更快，但價格要貴得多。它也更龐大，每個單元中有六個晶體管。因此，SRAM 僅少量使用，并且?guī)缀蹩偸亲鳛楦咚倬彺鎭韰f(xié)調(diào)設(shè)備的主 RAM 和 CPU 之間的通信，并縮小時鐘速度的差距。SRAM 最快且最小的實現(xiàn)方式是作為 CPU 核心內(nèi)部的高速緩存，以相同的速度工作以消除延遲。

只讀存儲器

ROM 之所以得名，是因為存儲在其中的數(shù)據(jù)是不可變的——無法使用普通方法刪除或更改。與 RAM 一樣，它是一種速度非常快的計算機內(nèi)存，可以在設(shè)備的 CPU 附近找到。但與 RAM 不同的是，ROM 是非易失性的（斷電時不會丟失數(shù)據(jù)），這一點與輔助存儲器相同。

當設(shè)備打開或啟動時，CPU 首先讀取的是 ROM 上的指令，其中通常包含“引導(dǎo)代碼”，允許計算機執(zhí)行在輔助存儲器上啟動操作系統(tǒng)的必要步驟。

從游戲機到汽車收音機和導(dǎo)航系統(tǒng)，所有類型的電子設(shè)備中都可以找到三種主要類型的 ROM。

可編程只讀存儲器 (PROM)

PROM 與真正的 ROM 不同，它是在空狀態(tài)下制造的，而不是在其上已編程的指令的情況下出售和分發(fā)的。事后可以使用 PROM 編程器或刻錄器對 PROM 進行編程。

可擦除可編程 ROM (EPROM)

EPROM 上存儲的信息可以擦除然后重新編程。

電擦除可編程 ROM (EEPROM)

EEPROM 與 PROM 和 EPROM 的不同之處在于不需要取出來進行擦除和重新編程。雖然重新格式化過程可能很慢，但并不經(jīng)常進行，而且通常只是為了更新固件或 BIOS 等關(guān)鍵代碼。

此外，輔助內(nèi)存是計算機內(nèi)存中持久的、非易失性的部分，不由 CPU 直接訪問。它專為以更經(jīng)濟實惠的方式長期存儲大量數(shù)據(jù)而設(shè)計。示例包括硬盤驅(qū)動器 (HDD)、固態(tài)驅(qū)動器 (SSD)、云存儲和磁帶驅(qū)動器等。

輔助存儲器往往比主存儲器更便宜，并且容量更大。不同類型的輔助存儲器使用戶能夠存儲個人數(shù)據(jù)和信息以及可由計算機 CPU 通過 RAM 間接訪問的軟件、應(yīng)用程序和服務(wù)。

硬盤驅(qū)動器 (HDD)

硬盤驅(qū)動器是能夠長期保存和恢復(fù)數(shù)據(jù)的機電數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。它們由一堆由主軸固定到位的旋轉(zhuǎn)盤構(gòu)成。與其他長期輔助存儲相比，HDD 是每 GB 最便宜的選擇，但它們的耐用性較差。

HDD 有許多移動部件，所有這些部件都有自己可能的錯誤點。它們的噪音也很大，消耗大量電量，并且與平均 RAM 的速度相比，訪問和寫入速度可能更慢。也就是說，HDD 非常適合長期存儲和歸檔。它們經(jīng)常出現(xiàn)在較舊且經(jīng)濟實惠的臺式電腦和筆記本電腦中。

固態(tài)硬盤

固態(tài)硬盤是一種基于半導(dǎo)體的長期非易失性存儲。它們在持久數(shù)據(jù)存儲中使用NAND 閃存，通常用作計算機中的輔助存儲來保存?zhèn)€人文件。SSD 使用閃存將數(shù)據(jù)保存在集成電路中。SSD 上的數(shù)據(jù)可以以電子方式寫入、讀取、復(fù)制和傳輸，而不會產(chǎn)生噪音或需要移動。

由于沒有 HDD 同類產(chǎn)品中的機械部件，SSD 能夠安靜、高效地運行，同時將物理損壞的可能性降至最低。雖然它們不那么耐用，但可以持續(xù)長達五年，這意味著它們對于檔案和長期存儲來說不那么有效。它們比 HDD 更快、更緊湊，但價格昂貴且容量往往更小。

光驅(qū)（CD 或 DVD）

光存儲是使用激光從 CD、DVD 和藍光光盤等光介質(zhì)中存儲和檢索數(shù)據(jù)的存儲的總稱。大多數(shù)光存儲光盤都是讀/寫的，允許您反復(fù)擦除新信息并將新信息重新刻錄到其表面，但需要專門的驅(qū)動器。

光驅(qū)的工作原理是發(fā)射低能激光束來掃描旋轉(zhuǎn)的光存儲介質(zhì)的表面。寫入和讀取過程的速度取決于光盤的旋轉(zhuǎn)速度。在微觀層面上，光盤具有凹槽和突起，光驅(qū)可以通過分析激光從其表面反射的方式來檢測。

磁帶機

磁帶驅(qū)動器是長期、持久、非易失性數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，使用磁帶來存儲、讀取和寫入數(shù)據(jù)位。它們由一個外殼組成，可保護承載數(shù)據(jù)的柔性材料環(huán)。與光存儲類似，沒有專用設(shè)備就無法訪問磁帶存儲。磁帶機使用線性磁帶技術(shù)或螺旋掃描來讀取磁帶上的磁性標記。

磁帶驅(qū)動器是長期和檔案存儲的理想選擇，因為平均單元可持續(xù)使用長達 30 年。它們還具有成本效益且易于維護，適合保存大量數(shù)據(jù)。也就是說，它們體積龐大且速度極其緩慢——驅(qū)動器必須倒帶并穿過整個磁帶的長度才能到達特定點并從中提取數(shù)據(jù)，這與可以更有效地訪問的 HDD 和 SSD 不同。

存儲陣列

存儲陣列，也稱為磁盤陣列，由一組快速旋轉(zhuǎn)的 HDD、SSD 或這兩種存儲類型的混合組成，主要用于存儲基于對象、基于文件或基于塊的數(shù)據(jù)。它們是服務(wù)器存儲最常見的替代方案，因為陣列將多個驅(qū)動器組合成一個具有集中管理功能的單個大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。

存儲陣列能夠一次存儲并可靠地維護 PB 級的數(shù)據(jù)，使本地客戶端節(jié)點以及遠程計算機可以通過應(yīng)用程序編程接口 (API) 或?qū)Ｓ脠D形用戶界面 (GUI) 控制面板訪問數(shù)據(jù)。存儲陣列適用于擁有大量數(shù)據(jù)的組織、企業(yè)和企業(yè)，這些數(shù)據(jù)需要集中管理，但需要由多個用戶遠程訪問。

網(wǎng)絡(luò)附加存儲

網(wǎng)絡(luò)附加存儲 (NAS ) 是連接到更廣泛的計算機網(wǎng)絡(luò)的基于文件的存儲，可供廣泛的用戶訪問。雖然 NAS 主要由大型公司和企業(yè)使用，但它也可以進行調(diào)整以滿足小型專業(yè)團隊的需求。它非常適合多個設(shè)備需要同時訪問相同數(shù)據(jù)的情況。它也非常適合協(xié)作工作，因為它只提供文件的最新版本。

云儲存

在云存儲中，數(shù)據(jù)遠程保存在服務(wù)器上，可以使用任何設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)連接從任何地方訪問這些服務(wù)器。它被企業(yè)和個人廣泛用于存儲他們需要定期訪問的數(shù)據(jù)和文件，而無需將它們隨身攜帶在本地或外部存儲上。

主內(nèi)存和輔助內(nèi)存有什么區(qū)別？

如果計算機的 CPU 直接與某種類型的數(shù)據(jù)存儲進行通信，則它被視為主存儲，并且對于設(shè)備的功能和操作至關(guān)重要。另一方面，輔助存儲器包含各種不由 CPU 直接訪問而是通過主存儲器訪問的存儲設(shè)備類型。以下是其他一些主要區(qū)別：

易失性——RAM 被認為是易失性存儲，如果硬件斷電，所有數(shù)據(jù)都會被擦除，而輔助存儲器即使在斷電后也能夠保留其數(shù)據(jù)。

速度——主存儲器需要足夠快才能跟上CPU核心的速度，而輔助存儲器相對較慢并且不適合CPU直接訪問。

成本——由于主內(nèi)存存儲的設(shè)計速度令人難以置信，因此它的價格也很昂貴，并且存儲容量較小，而單個輔助存儲設(shè)備的大小可以達到 TB，而且價格仍然合理。

易失性內(nèi)存和非易失性內(nèi)存之間的差異

易失性存儲器需要電力來維持存儲的信息。當計算機關(guān)閉或斷電時，易失性存儲器中存儲的所有數(shù)據(jù)都會丟失。它通常比非易失性內(nèi)存更快，它是存儲需要快速訪問的數(shù)據(jù)（例如操作系統(tǒng)、正在運行的應(yīng)用程序以及這些應(yīng)用程序使用的數(shù)據(jù)）的地方。

易失性存儲器的主要特征是其臨時性。它用于需要立即訪問但不需要保留的數(shù)據(jù)。易失性存儲器還提供高速數(shù)據(jù)訪問，使其成為需要快速數(shù)據(jù)處理的任務(wù)的理想選擇。

即使在斷電時，非易失性存儲器也可以保留存儲的信息。非易失性存儲器的一個主要示例是計算機中的硬盤驅(qū)動器，其中存儲不需要快速訪問的數(shù)據(jù)（例如文件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和軟件）。非易失性存儲器的特點是即使在斷電的情況下也能保留數(shù)據(jù)。然而，它通常比易失性存儲器慢，因為它不是為快速數(shù)據(jù)訪問而設(shè)計的。

了解計算機內(nèi)存的類型

技術(shù)依賴于多種類型的計算機內(nèi)存來進行短期和長期存儲。有些旨在快速訪問，而另一些則旨在更經(jīng)濟地長時間保留大量數(shù)據(jù)。了解各種類型之間的差異及其應(yīng)用程序和用例可以幫助您更好地最大化數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)管理工作。

審核編輯：黃飛

?