计算机存储器

计算机的计算机存储器或主存，是对包含要执行的程序或程序部分以及执行此操作所需数据的存储器的称呼. 主存储器是中央处理器的一个组成部分。 由于处理器直接访问主存，其性能和大小对整个计算机系统的性能有重大影响。

计算机存储器的特征在于访问时间或访问速度以及（与之相关的）数据传输速率和存储容量。 访问速度描述了可以读取请求的数据之前的时间。 数据传输速率表示每次可以读取的数据量。 可以有单独的写入和读取规范。 有两种不同形式的符号来命名计算机存储器大小，这是由所使用的数字基数决定的。 大小以 10 进制（作为十进制前缀；1 kByte 或 kB = 10 字节 = 1000 字节，SI 符号）或以 2 进制（作为二进制前缀；1 KiB = 2 字节 = 1024 字节，IEC 符号）指定. 由于计算机存储器n的二进制结构和寻址（字节寻址8位分区，字寻址16位分区，双字寻址32位分区等），后一种变体是更常见的形式，也没有中断。

就计算机存储器是通过处理器的地址总线寻址或直接集成在处理器中而言，我们称之为物理存储器。 更现代的处理器和操作系统可以使用虚拟内存管理来提供比物理内存更多的计算机存储器，方法是将部分地址空间与其他存储介质（例如交换文件、页面文件或交换等）一起存放。 这种额外的内存称为虚拟内存。 今天使用额外的缓冲存储器来加速内存访问——物理的或虚拟的。

计算机的计算机存储器是一个地址结构（表格）区域，可以容纳固定大小的二进制字。 由于二进制寻址，计算机存储器几乎总是具有“二进制”（基于 2 的幂）大小，否则区域将保持未使用状态。

计算机存储器现代计算机是易失性的，这意味着所有数据在关闭电源后都会丢失 - 主要原因在于 DRAM 技术。 然而，可用的替代品，如 MRAM 仍然太慢，无法用作计算器存储器。 出于这个原因，计算机还包含硬盘驱动器或 SSD 形式的xxx存储，当计算机关闭时，操作系统、应用程序和文件会保留在这些存储设备上。

计算机中最常见的设计是内存模块。 必须区分不同类型的 RAM，虽然 ZIP、SIPP 或 DIP 模块形式的内存在 1980 年代仍然很常见，但在 1990 年代主要使用带有 FPM 或 EDO RAM 的 SIMM。

xxx台计算机没有计算机存储器，只有几个寄存器，这些寄存器是用与算术单元相同的技术构建的，即电子管或继电器。 程序被硬连线（“插入”）或存储在其他媒体上，例如穿孔磁带或穿孔卡片，并在读取后立即执行。

“鼓式存储器在第二代计算系统中用作主存储器”。 在早期，还尝试了更多奇特的方法，例如在水银浴或玻璃棒螺旋（加载超声波）中存储时差。 后来，引入了磁芯存储器，将信息存储在小型铁氧体磁芯中。 它们被串在一个十字形矩阵中，地址线和字线分别穿过铁氧体磁芯的中间。 内存是非易失性的，但信息在读取时丢失，然后立即由控制逻辑写回。 只要内存没有被写入或读取，就没有电流流过。 它比现代半导体存储器大几个数量级，生产成本也更高。

核心内存作为一个整体提供了足够的空间，除了操作系统，当前运行的程序最初来自于计算器存储器中的外部介质加载并保留所有数据。 在这个模型中，从处理器的角度来看，程序和数据在同一个内存中；引入了当今最广泛使用的冯·诺依曼架构。

随着微电子技术的引入，计算机存储器越来越多地被集成电路（芯片）所取代。 每一位都存储在一个双稳态开关（触发器）中，这至少需要两个晶体管，但如果有控制逻辑则最多需要六个，并且占用的芯片面积也比较大。 这样的存储设备总是消耗电力。 典型尺寸为 1KiBit 集成电路 (IC)，一次将八个 IC 编址在一起。 访问时间约为 100 纳秒，比主频约为 1 兆赫兹的处理器要快。 一方面，这使得能够引入具有极少寄存器的处理器，另一方面，它使家庭计算机的构建成为可能，其视频逻辑使用部分计算机存储器作为屏幕存储器，并且可以与处理器并行访问它。

在 20 世纪 70 年代末，开发了动态计算机存储器，它将信息存储在电容器中，每个存储位只需要一个额外的场效应晶体管。 它们可以做得很小并且需要很少的功率。 然而，电容器会慢慢丢失信息，因此必须以几毫秒的间隔一次又一次地重写信息。 这是由定期读取内存并将其写回（刷新）的外部逻辑完成的。 由于 1980 年代的更高集成度，这种刷新逻辑可以廉价地构建并集成到处理器中。 80 年代中期的典型尺寸是每个 IC 64Kbits，八个芯片一起寻址。

动态 RAM 的访问时间也是 100 纳秒，采用廉价设计，此后几乎没有变化，但大小已增长到每个芯片几 Gbits。 处理器的时钟频率不再是兆赫兹，而是千兆赫兹范围。 因此，为了减少平均访问时间，使用了高速缓存，并增加了时钟速率和计算机存储器到处理器的连接宽度（参见前端总线）。

为了扩展物理计算机存储器，现代操作系统可以分配额外的虚拟计算机存储器到大容量存储设备。 此内存也称为交换内存。

为了透明地实现这种扩展，操作系统使用了一个虚拟内存空间，其中物理内存和虚拟内存都可用。 这个虚拟内存空间的一部分——一个或多个内存页——被映射到物理上可用的 RAM 或交换空间。 每个页面的利用率决定了哪些内存页面存在于换出且仅存在于大容量存储器中，哪些存在于快速 RAM 中。 当今的 CPU 支持这些功能，尽管在开发过程中支持的总内存量已显着增加。

交换内存是一种非常便宜但对物理计算机存储器的性能极差的扩展。两种类型的存储器之间的不匹配可以在频繁的“交换”中​​看到，即在批量和物理计算机存储器之间移动数据。 与计算机存储器相比，硬盘需要很长时间，几毫秒才能提供数据。 计算机存储器的访问时间只有几纳秒，相当于硬盘的百万分之一。

主处理器对计算机存储器的访问通常通过一个或多个缓冲存储器或缓存RAM（简称“缓存”）进行优化。 计算机在高速缓存中保留和使用最常访问的内存区域，代表原始主内存区域。 与其他内存相比，高速缓存速度非常快，因为它尽可能直接连接到处理器（或者直接位于现代处理器的管芯上）。 但是，它的大小通常只有几兆字节。