存储系统
一、存储器的层次结构
计算机系统中有各种存储器，如CPU内部的通用寄存器组、CPU内的Cache（高速缓存）、CUP外部的Cache、主板上的主存储器、主板外的联机（在线）磁盘存储器以及脱机（离线）的磁带存储器和光盘存储器等。存储系统由适当的硬件和软件有机的结合组成。其中，Cache和主存之间的交互功能全部由硬件实现，主存和辅存之间的交互功能由硬件和软件结合起来实现。
存储系统的层次结构如下图：
二、存储器的分类
1.按存储器所处的位置可分为内存和外存。
- 内存：也称主存，设在主机内或主板上，用来存放机器当前运行所需的程序和数据，以便向CPU提供信息。相对于外存，其特点是容量小、速度快。
- 外存：也称辅存，如磁盘、磁带、硬盘和光盘等，用来存放当前不参加运行的大量信息，而在需要时调入内存。
2.按存储器的构成材料分类可分为磁存储器、半导体存储器和光存储器。
- 磁存储器：用磁性介质做成，如磁芯、磁泡、磁膜、磁鼓、磁带及磁盘等。
- 半导体存储器：根据所用元件又可分为双极型和MOS型；根据数据是否需要刷新又可分为静态和动态两类。
- 光存储器：利用光学方法读/写数据的存储器，如光盘。
3.按存储器的工作方式分类可分为读写存储器和只读存储器。
- 读写存储器（RAM）：Random Access Memory，也叫随机存取存储器。
- 只读存储器：根据数据的写入方式，又可细分为ROM、PROM、EPROM、EEPROM类型。
1）固定只读存储器（ROM）：Read Only Memory，厂家生产时就写好数据，其内容只能读不能写，一般用于存放系统程序BIOS和用于微程序控制。
2）可编程只读存储器（PROM）：Programmable Read Only Memory，内容由用户一次性写入，写入后不能再修改。
3）可擦除可编程的只读存储器（EPROM）：Erasable Programmable Read Only Memory，可读可写。写入前先用紫外线照射15-20分钟擦去所有信息，然后用特殊的电子设备写入信息。
4）电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）：Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，可读可写，用电擦除的方法进行数据的改写。
5）闪速存储器（Flash Memory）：闪存，可以使用电信号进行信息的擦除操作。整块闪存可以在数秒内删除。
4.按访问方式分类分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器。
5.按寻址方式分类分为随机存储器、顺序存储器和直接存储器。
- 随机存储器（RAM）
Ramdom Access Memorry，该存储器可对任何存储单元读写数据，访问任何一个存储单元所需的时间是相同的。 - 顺序存储器（SAM）
Sequentially Addressed Memory，访问数据所需的时间与数据所在的存储位置有关，磁带是典型的顺序存储器。 - 直接存储器（DAM）
Direct Addressed Memory，磁盘是一种直接存取存储器，它对磁道的寻址是随机的，而在一个磁道内则是顺序寻址。
三、相联存储器
相联存储器是一种按内容访问的存储器。其工作原理是把数据或数据的某一部分作为关键字，按顺序写入信息，读出时并行地将关键字与存储器中的每一单元进行比较，找出存储器中所有与关键字相同的数据字，特别适合于信息的检索和更新。
相联存储器可用在高速缓冲存储器中，在虚拟存储器中用来作为段表、页表或快表存储器，用在数据库和知识库中。
四、高速缓存
高速缓存用来存放当前最活跃的程序和数据，其特点是：位于CPU与主存之间；容量一般在几千字节到几兆字节之间；速度一般比主存快5-10倍，由快速半导体存储器构成；其内容是主存局部域的副本，对程序员来说是透明的。
五、虚拟存储器
在概念上，可以将主存存储器看作一个由若干个字节构成的存储空间，每个字节有一个地址编号，主存单元的该地址称为物理地址。当需要访问主存中的数据时，由CPU给出要访问数据所在的存储单元地址，然后由主存的读写控制部件定位对应的存储单元，对其进行读写操作。
现代系统提供了一种对主存的抽象，称为虚拟存储，使用虚拟地址（由CPU生成）的概念来访问主存，使用专门的MMU将虚拟地址转换为物理地址后访问主存。
虚拟存储器实际上是一种逻辑存储器，实质是对物理存储设备进行逻辑化的处理，并将统一的逻辑视图呈现给用户。因此，用户在使用时，操作的是虚拟设备，无需关心底层的物理环境，从而可以充分利用基于异构平台的存储空间，达到最优化的使用效率。
六、外存储器
外存储器用来存放暂时不用的程序和数据，并且以文件的形式存储。CPU不能直接访问外存中的程序和数据，只有将其以文件为单位调入主存才可访问。外存储器主要由磁表面存储器（如磁盘、磁带）、光盘存储器及固态硬盘（采用Flash芯片或DRAM作为存储介质的存储器）构成。
- 磁表面存储器
在磁表面存储器中，磁盘的存取速度较快，且具有较大的存储容量，是目前广泛使用的外存储器。
硬盘是最常见的外存储器。 - 光盘存储器
光盘存储器是一种采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息的新型存储装置。
根据性能和用途，光盘存储器可分为只读型光盘（CD-ROM）、只写一次型光盘（WORM）和可擦除型光盘。只读型光盘是由生产厂家预先用激光在盘片上蚀刻不能再改写的各种信息。 - 固态硬盘
固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（Flash芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。
固态硬盘具有传统机械硬盘不具备的读写快速、质量轻、能耗低以及体积小等特点，但其价格仍较昂贵，容量较低，一旦硬件损坏，数据较难恢复。
七、磁盘阵列技术
磁盘阵列是由多台磁盘存储器组成的一个快速、大容量、高可靠的外存子系统。现在常见的磁盘阵列称为廉价冗余磁盘阵列。
八、存储域网络
在大型服务器系统的背后都有一个网络，把一个或多个存储设备连接起来，每个存储设备可以是RAID、磁带备份系统、磁带库和CD-ROM库等，构成了存储域网络（Storage Area Network ，SAN）。这样的网络不仅解决了服务器对存储容量的要求，还可以使多个服务器之间共享文件系统和辅助存储空间，避免数据和程序代码的重复存储，提高辅助存储器的利用率。另外，SAN还实现了分布式存储系统的集中管理，降低了大容量存储系统的管理成本，提高了管理效率。存储域网络是连接服务器与存储设备的网络，它能够将多个分布在不同地点的RAID组织成一个逻辑存储设备，供多个服务器共享访问。
