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  • 外存中
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    2021-06-18 01:09:21

    处理速度:内存快,外存慢。 存储容量:内存小,外存大。 断电后:内存RAM中的信息丢失,外存中的信息不丢失。

    什么是内存

    什么是内存呢?在计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。

    存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器和辅助存储器,主存储器又称内存储器(简称内存),辅助存储器又称外存储器(简称外存)。外存通常是磁性介质或光盘,像硬盘,软盘,磁带,CD等,能长期保存信息,并且不依赖于电来保存信息,但是由机械部件带动,速度与CPU相比就显得慢的多。

    内存指的就是主板上的存储部件,是CPU直接与之沟通,并用其存储数据的部件,存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路,内存只用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的程序和数据就会丢失。

    既然内存是用来存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,那么它是怎么工作的呢?我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存(即DRAM),动态内存中所谓的“动态”,指的是当我们将数据写入DRAM后,经过一段时间,数据会丢失,因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。

    具体的工作过程是这样的:一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷,有电荷代表1,无电荷代表0。但时间一长,代表1的电容会放电,代表0的电容会吸收电荷,这就是数据丢失的原因;刷新操作定期对电容进行检查,若电量大于满电量的1/2,则认为其代表1,并把电容充满电;若电量小于1/2,则认为其代表0,并把电容放电,藉此来保持数据的连续性。

    从一有计算机开始,就有内存。内存发展到今天也经历了很多次的技术改进,从最早的DRAM一直到FPMDRAM、EDODRAM、SDRAM等,内存的速度一直在提高且容量也在不断的增加。今天,服务器主要使用的是什么样的内存呢?目前,IA架构的服务器普遍使用的是REG ISTEREDECCSDRAM,下一期我们将详细介绍这一全新的内存技术及它给服务器带来的独特的技术优势。

    外存包括一些老的软盘、现在的优盘以及不怎么常用的CD卡,MMC卡,CF卡,移动硬盘,光盘等。

    软盘是一个非常老的外部存储盘,容量1。44M,读写速度慢,现已淘汰,除非特别情况下,没有什么人再用这个软盘了;优盘,现在较为流行,容量从最当初的8M发展到现在的G级,现在流行的是128M-512M容量,读取速度比优盘快好多,尤其是USB2。

    0接口的优盘;CD卡,MMC卡,CF卡,应用方面很多,数码相机,MP4,数字DV等等,都用这个卡,速度也有快有慢之分,如果想让电脑读取这些卡的数据,一般需要一个多功能读卡器,现在我见过最多的有32合1读卡器;光盘是最常见的,这里不需要多说,需要光盘驱动器读取,移动硬盘是最省钱的外部存储器,与上面读写的外存卡相比,普通20G的也不过区区几百元,采用USB2。

    0,速度非常快,缺点就是抗震远不如上述几种外存。

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    我们的计算机中能够存储数据的东西有内存,外存等等

    内存的读写速度优于外存很多很多,但是由于其成本高的特点,一般只适用于做短时存储读取,也就是说,当我们的电脑关闭的时候,内存中的数据就全部消失了。与之相比,外存也就是磁盘,是致力于实现数据持久化技术的

    了解过一些硬件的人应该知道,我们的磁盘是由很多个个圆形磁道组成的,每个磁道上又分成很多个小块,用来存储数据,如下图所示:

    在这里插入图片描述

    因为小块的数量很多很多,再加上为了便于理解,我们可以将这些数据存储单元抽象为下图这样的平面矩形分块:

    在这里插入图片描述

    到现在为止,我们将基本的数据存储模型建立完毕了,下面我们来比较一下内存和外存中存储结构的差异

    外存

    假设我们有一段数据,大小需要占满3个格子,那么我们在外存中应该如何选择格子来存储呢?

    假如我们直接选择相邻的3个格子来存储数据,如下图棕色区域所示:

    在这里插入图片描述

    这样,我们当读取这段数据的时候,直接通过第一个棕色格子的地址,就可以找到这段数据把它读出来,这不是挺好的吗?

    但是,当我们存储了很多数据之后,我们就发现了问题所在了

    假设我们又存储了一段大小为4个格子的数据,存储了一段大小为两个格子的数据,存储了大小为7个格子的数据,存储了大小为1个格子的数据,存储了大小为8个格子的数据

    用一种颜色代表一段数据,可以看到,我们的磁盘存储容量已经被占满了:

    在这里插入图片描述

    这时,我们想要删除绿色的和蓝色的数据,如图:

    在这里插入图片描述

    删除之后,按理说我们的磁盘已经空出了三个格子的空间,可以存储大小为三个格子的数据了,但是由于我们是顺序存储,所以上面的两个格子和下面的一个格子连不到一起,意味着我们只能再存进去两个格子的数据和一个格子的数据,并不能存进去三个格子的。

    也就是说,如果按照顺序存储,用到最后,我们的磁盘只能存入比较小的数据了,明明容量充足,却没法存进去大的数据,岂不是很难受?

    有人可能要说了,我们可以通过删除之后把后面的数据移到前面来填补上前面的格子来达到,就像玩电脑游戏里的整理背包一样。但是如果这样的话,我们每次删除一个数据都要把这个数据后面的数据向前移动(更改数据的存储地址),这样对性能的影响非常严重,所以,显然,我们的磁盘不是用这种方式来存储数据的,而是用下面这种:

    在这里插入图片描述

    这就是磁盘的存储方式——链式存储,这种方式能最大限度的利用磁盘的空间。

    内存

    上述的链式存储方式虽然最大限度地利用了磁盘的存储空间但是毕竟在增删改查的数据操作上的速度不如顺序存储,对于内存来说,因为它的读写速度非常非常快,因此我们上述的每次删除之后的重新整理的速度也非常快,因此我们的内存使用的是顺序存储方式,这样不会速度很慢,而且也方便了增删改查的操作。

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    外存就是我们常见的硬盘、U盘等,现在计算机上所有外存上的数据,都要先被读取到内存—就是内存条中,才能被cpu处理。

    相关介绍:

    CPU,(Central Processing Unit)也叫做中央处理器,是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。是计算机内的电子电路,通过执行由指令指定的基本算术、逻辑、控制和输入/输出(I/O)操作来执行计算机程序的指令。计算机工业至少从20世纪60年代初就使用了术语“中央处理单元”。主存储器和I/O电路。

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    目录

     

    一:缓存

    二:CPU 

    (1)组成

    (2)为什么需要缓存

    (3)作用

    (4)CPU的多级缓存

     

    三:运行内存 与 物理内存 与虚拟内存 的区别

    四:内存与外存的区别

    五:参考文章


    一:缓存


    定义:凡是位于速度相差较大的两种硬件之间,用于协调两者数据传输速度差异的结构,均可称之为Cache
    被扩充概念:如今缓存的概念已被扩充,不仅在CPU和主内存之间有Cache,而且在内存和硬盘之间也有Cache(磁盘缓存),乃至在硬盘与网络之间也有某种意义上的Cache──称为Internet临时文件夹或网络内容缓存等。

    存放的数据:内存中被CPU访问最频繁的数据和指令被复制入CPU中的缓存

    作用:
    用于协调两者数据传输速度差异的结构

    实际例子:
    缓存是CPU(Central Processing Unit)的一部分
    缓存(Cache memory)是硬盘控制器上的一块内存芯片
    (硬盘上的缓存:当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据  )


    二:CPU 


    (1)组成

     

    一般由逻辑运算单元、控制单元和存储单元(寄存器)组成

    (2)为什么需要缓存


    事例:
    1.因为缓存只是内存中少部分数据的复制品,所以CPU到缓存中寻找数据时,也会出现找不到的情况(因为这些数据没有从内存复制到缓存中去),这时CPU还是会到内存中去找数据,这样系统的速度就慢下来了,不过CPU会把这些数据复制到缓存中去,以便下一次不要再到内存中去取。 2.因为随着时间的变化,被访问得最频繁的数据不是一成不变的,也就是说,刚才还不频繁的数据,此时已经需要被频繁的访问,刚才还是最频繁的数据,现在又不频繁了,所以说缓存中的数据要经常按照一定的算法来更换,这样才能保证缓存中的数据是被访问最频繁的

    (3)作用


    1、缩短延迟

    访问缓存的时间应该尽可能缩短,可以通过多种的方式缩短这个时间,比如能够通过减小缓存的大小或关联性来降低缓存的延迟,还有方式预测、增加带宽等方法。

    2、提升命中率
    所谓的命中率是在高速缓存中找到内存引用的速率,我们希望能够首先通过缓存中获得信息,以得到速度优势,所以缓存需要最大限度地实现这一目标。对于单个高速缓存,大小、关联性和块大小决定命中率。

    3、降低更低级别内存下的开销

    高速缓存是内存层次结构的一部分,其性能会影响其它性能,处理其它内存花费的时间越长,意味着系统性能越低,也就是说尽可能让处理在缓存中完成。

    4、减少错失惩罚

    缓存中不能命中是无法避免的事情,但是我们可以减少处理未命中所需的时间以获得更好的处理器性能,通过提升命中率并通过应用不同的优化,能够降低错失惩罚。

    高速缓存是CPU中十分重要的部分,占据了大量的资源开销和成本,如果您看过CPU架构图的话,您就会发现缓存占据了至少50%的面积,绝对至关重要。


    (4)CPU的多级缓存

     

    一级缓存(L1 Cache)

    CPU一级缓存,就是指CPU的第一层级的高速缓存,主要当担的工作是缓存指令和缓存数据。一级缓存的容量与结构对CPU性能影响十分大,但是由于它的结构比较复杂,又考虑到成本等因素,一般来说,CPU的一级缓存较小,通常CPU的一级缓存也就能做到256KB左右的水平。

    二级缓存(L2 Cache66)

    CPU二级缓存,就是指CPU的第二层级的高速缓存,而二级缓存的容量会直接影响到CPU的性能,二级缓存的容量越大越好。例如intel的第八代i7-8700处理器,共有六个核心数量,而每个核心都拥有256KB的二级缓存,属于各核心独享,这样二级缓存总数就达到了1.5MB。

    三级缓存(L3 Cache)

    CPU三级缓存,就是指CPU的第三层级的高速缓存,其作用是进一步降低内存的延迟,同时提升海量数据量计算时的性能。和一级缓存、二级缓存不同的是,三级缓存是核心共享的,能够将容量做的很大。

    CPU的核心数量、高频高低都会影响性能,但如果让CPU更聪明、更有效率的执行计算任务,那么缓存的作用就至关重要了。

    三:运行内存 与 物理内存 与虚拟内存 的区别


    运行内存就是指的物理内存

    事例:
    正在运行的一个进程,他所需的内存是有可能大于内存条容量之和的:比如你的内存条是256M,你的程序却要创建一个2G的数据区。
    那么不是所有数据都能一起加载到内存(物理内存)中,势必有一部分数据要放到其他介质中(比如硬盘)。
    待进程需要访问那部分数据时,在通过调度进入物理内存。

    虚拟内存是进程运行时所有内存空间的总和,并且可能有一部分不在物理内存中(也叫这个虚拟内存为内存交换区)
    物理内存就是我们平时所了解的内存条

    四:内存与外存的区别


    外存储器:磁性介质或光盘,像硬盘,软盘,磁带,CD
    内存储器(内存):物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路 


    五:参考文章


    https://blog.csdn.net/as02446418/article/details/47913387
    https://zhidao.baidu.com/question/4890990.html
     

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