如果分析一下存储器的类型，您会惊讶地发现原来我们在日常生活中所使用的电子存储器的种类竟然有如此之多，其中很多存储器已经成为人们日常词汇中不可或缺的一部分。

• RAM
• ROM
• 缓存
• 动态RAM
• 静态RAM
• 闪存
• 记忆棒
• 虚拟内存
• 视频存储器
• BIOS

您应该已经知道您现在所使用的计算机内具有存储器。但是您可能不了解，我们日常使用的大部分电子设备也包含着某种形式的存储器。下面只是使用存储器的众多设备中的几个示例：

• 手机
• PDA
• 游戏机
• 车载无线电
• VCR
• 电视

这些设备中的每一个都以不同的方式使用不同类型的存储器！

在本文中，您将了解为什么会存在如此多的不同类型的存储器以及各个存储器术语的含义。

计算机存储器 BIOS工作原理 高速缓存工作原理 闪存工作原理 RAM的工作原理 可移动存储器工作原理 只读存储器工作原理 虚拟内存工作原理

尽管存储器从技术上是指任何形式的电子存储设备，但它更多的是用来表示快速、临时的存储形式。如果计算机的CPU需要经常访问硬盘以获得所需的每条数据，则整个系统的运行会非常缓慢。但是，如果将信息保存在存储器中，CPU读取这些信息的速度就可以大大加快，大多数的存储器形式都是用来存储临时数据的。

如上图所示，CPU根据不同的层级来访问存储器。不管数据是来自永久性存储设备（硬盘）还是来自输入设备（键盘），大部分数据都会首先进入随机存取存储器（RAM）。然后CPU存储需要访问的数据（通常存储在缓存中），并在寄存器中维护某些特殊的指令。我们稍后将讨论缓存和寄存器。

计算机中的所有部件（如CPU、硬盘驱动器和操作系统）作为一个团队协同工作，存储器是这个团队中最重要的成员之一。从你启动计算机一直到关机，CPU一直都在使用存储器。下面让我们来看一种典型的情况：

• 启动计算机。

• 计算机从只读存储器（ROM）中加载数据，然后执行通电自检 （POST），确认所有主要的部件都运行正常。作为自检的一部分，存储器控制器会通过一个快速的读/写操作来检查所有的存储器地址，以确保存储器芯片中没有错误。读/写操作意味着将数据写到一个位上，然后再从该位上读取出来。

• 计算机从ROM加载基本输入/输出系统（BIOS）。BIOS提供有关存储设备、启动顺序、安全性、即插即用（自动设备识别）功能和其他一些项目的最基本的信息。

• 计算机将操作系统从硬盘加载到系统的RAM中。通常来说，只要计算机处于开启状态，就会在RAM中维护操作系统的关键内容。这样有助于CPU立即访问操作系统，从而提高整个系统的性能和功能。

• 当您打开某个应用程序时，就会将其加载到RAM中。为了节省RAM，很多应用程序最初只加载程序最基本的部分，然后再根据需要加载程序的其他部分。

• 在某个应用程序加载完之后，在该应用程序中打开使用的任何文件将会加载到 RAM 中。

• 当您保存某个文件或关闭应用程序时，该文件会被写入到指定的存储设备，然后从RAM中清除该文件和应用程序。

在上例中，每当加载或者打开某个对象时，都会将其放入到RAM中。这就意味着已将这些对象放入了计算机的临时存储区域，这样CPU就可以更容易地读取相关信息。CPU从RAM中请求它需要的数据，处理这些数据，然后将新数据写回到RAM中，这样就形成了一个连续的循环。在大部分计算机中，CPU和RAM之间的这种数据交换每秒多达数百万次。在关闭一个应用程序之后，该应用程序及相关文件通常会从RAM中被清除，以便为新数据腾出空间。如果经过修改的文件在被清除之前没有保存到永久性存储设备上，这些文件则会丢失。

然而，大家普遍会问一个有关台式计算机的常见问题：“为什么一台计算机需要这么多存储系统？”典型的计算机具有：

• 一级缓存和二级缓存
• 标准系统RAM
• 虚拟内存
• 硬盘

为什么会有这么多存储器？您可以从这个问题的答案中获得很多关于存储器的知识！

快速而强大的CPU需要快速轻松地存取大量数据才能实现最优性能。如果CPU无法获得所需要的数据，则只能停下来等待这些数据。运行速度约为1 GHz的现代CPU可以处理大量的数据——每秒处理的数据有望达到数十亿字节。然而，计算机设计者所面临的难题是能够匹配1GHz的CPU的存储器非常昂贵——而这些大量昂贵存储器的费用远非人们可以负担。

聪明的计算机设计者采用“分级”存储器的方法解决了这一成本问题——使用少量的昂贵存储器并辅以大量较便宜的存储器。

目前，广泛应用的最便宜的读/写存储器就是硬盘。硬盘提供了大量便宜的永久存储容量，每兆字节的硬盘存储空间成本只需几美分，但是从硬盘上读取1兆数据时需要一些时间（接近一秒）。因为硬盘上的存储空间不仅便宜而且容量大，所以它处于CPU存储器层次的最末级，称作虚拟内存。

CPU存储器层次的下一层便是RAM。我们将在RAM的工作原理中详细讨论，但是在这里有必要先了解几点有关RAM的知识。

CPU位的大小是指它可以同时从RAM中存取多少个字节的信息。例如，一个16位的CPU一次可以处理2个字节的数据（1字节=8位，因此16位=2字节），一个64位的CPU一次可以处理8个字节的数据。

兆赫（MHz）是CPU处理速度（或称时钟周期）的一个度量，单位为百万次/每秒。因此，在一个32位800 MHz的奔腾Ⅲ，CPU可以同时处理4个字节的数据，每秒工作8亿次（可能更多地基于流水线技术），而存储器系统的目标是要满足这些要求。

然而，计算机的系统RAM自身的速度无法跟上CPU的速度，这就是我们需要缓存的原因。不过，RAM的速度是越快越好。现在的大部分芯片的运行周期为50-70纳秒。读/写速度通常与所使用的RAM类型（例如DRAM、SDRAM和RAMBUS）相关。我们稍后将讨论这些不同类型的存储器。

首先，让我们谈一谈系统RAM。