存储器系统
主存储器
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。
计算机中全部的信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。
存储器分为：
*寄存器
*Cache（高速缓冲存储器）
*主存储器
*辅存储器
一、存储器的存取方式
存取方式 读/写装置 数据块标志 访问特性 代表
1、顺序存取 共享读/写装置 无 特定线性顺序 磁盘
2.直接存取 共享读/写装置 数据分块。每块一个唯一标志 可以直接移到特定数据块 磁盘
3.随机存取 每个可寻址单元专有读/写装置 每个可寻址单元均有一个唯一地址 随时访问任何一个存储单元 主存储器
4.相联存取（属随机存取） 每个可寻址单元专用读/写装置 每个可寻址单元均有一个唯一地址 根据内容而分地址来选择读写点 Cache
二、存储器的性能
*存取时间：对于随机存取而言，就是完成一次读/写所花的时间；对非随机存取，就是将读/写装置移动到目的位置所花的时间。
*存储器带宽：每秒能访问的位数。通常存储器周期是纳秒级（ns）。计算公式是：1/存储器周期x每周期可访问的字节数。
例如：存储器周期是200ns，每个周期可访问4B，则带宽=1s/200ns x (4B x 8) = 160Mbps。
*数据传输率：每秒输入/输出的数据位数。
对于随机存取而言，传输率R=1/存储器周期
三、主存储器
（1）主存储器的种类
1.RAM：随机存储器，可读/写，只能暂存数据，断点后数据丢失。
>SRAM：静态随机存储器，在不断电时信息能够一直保持，读写速度快，生成成本高，多用于容量较小的高速缓冲存储器。
>DRAM：动态随机存储器，需要定时刷新以维持信息不丢失，读写速度较慢，集成度高，生产成本低，多用于容量较大的主存储器。
2.ROM：只读存储器，出厂前用掩膜技术写入，常用于存放BIOS和微程序控制。
3.PROM：可编程ROM，只能够一次写入，需用特殊电子设备进行写入。
4.EPROM：可擦除的PROM，用某种方法可擦去信息，可写入多次。
5.E的2次方PROM：电可擦除EPROM，可以写入，但速度慢。
6.闪存存储器（Flash Memory）：其特性介于EPROM和E的2次方PROM之间。但不能进行字节级别的删除操作。
7.CAM（相联存储器）：CAM是一种特殊的存储器，是一种基于数据内容进行访问的存储设备。其速度比基于地址进行读写的方式要快。
辅助存储器
一、磁带
磁带是一种顺序存取的设备
特点：存储容量大，价格便宜。适合数据的备份存储。
二、磁盘
三、RAID （独立磁盘冗余阵列）
把多个相对便宜的磁盘组合起来，成为一个磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性和整个磁盘系统效能。
*利用多个磁盘来提高数据传输率；
*通过数据冗余与校验实现可靠性。
RAID应用和主要技术：分块技术、交叉技术和重聚技术。
（1）RAID 0级（无冗余和无校验的数据分块）
RAID 0原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，数据请求被多个磁盘并行执行，每个磁盘执行属于自己的那部分数据请求。
这种数据上的并行操作充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。
*优点：具有最高的I/O性能和最高的磁盘空间利用率，易管理。
*缺点：不提供数据冗余，一旦数据损坏，损坏的数据将无法得到恢复。
RAID 0特别适用于对性能要求较高，对数据安全要求低的领域，
如图形工作站等。对于个人用户，也是提高硬盘存储性能的绝佳选择。
（2）RAID 1级（磁盘镜像阵列）
由磁盘对组成，每个工作盘都有其对应的镜像盘，上面保存着与工作盘完全相同的数据拷贝，具有最高的安全性，但磁盘空间利用率只有50%。RAID 1主要用于存放系统软件、数据及其他重要文件。
（3）RAID 2级（采用纠错海明码的磁盘阵列）
RAID 2 采用海明码纠错技术，用户增加校验盘来提供纠错和验错功能，磁盘驱动器组中的第1个、第2个、第4个......第2的n次方个磁盘驱动器是专门的校验盘，用于校验和纠错，其余的用于存放数据。
RAID 2最少是要三台磁盘驱动器方能运作。
（4）RAID 3级（采用带奇偶校验码的并行传送）
RAID 3把数据分成多个“块”，按照奇偶校验算法存放在N+1个硬盘上，实际数据占用的有效空间为N个硬盘的空间总和，第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息。
当N+1个硬盘中的第一个硬盘出现故障时，从其他N个硬盘中可以恢复原始数据。所以RAID 3，安全性可以得到保证。
RAID 3比较适合大文件类型且安全性要求较高的应用，如视频编辑、硬盘播放机和大型数据库等。
（5）RAID 4级（带奇偶校验码的独立磁盘结构）
RAID 4和RAID 3很像，不同的是，它对数据的访问是按数据块进行的（一个数据块是一个完整的数据集合，比如一个文件就是一个典型是数据块。衣蛾数据块存储在一个磁盘上），也就是按磁盘进行的，每次是一个盘。RAID 4使用一块磁盘作为奇偶校验盘，每次写操作都需要访问奇偶盘，这时奇偶校验盘成为写操作的瓶颈。
（6）RAID 5级（无独立校验盘的奇偶校验码磁盘阵列）
RAID 5把数据和奇偶校验信息存储到组成RAID 5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。
当RAID 5的一个磁盘数据损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。
RAID 5磁盘空间利用率较高：(N - 1) / N
RAID 4 和 RAID 5使用了独立存取技术，阵列中每一个磁盘都相互独立地操作，所以I/O请求可以并行处理。该技术非常适合于I/O请求率高的应用，不太适用于要求高的数据传输率的应用。
（7）RAID 6级（具有独立的数据硬盘与两个独立的分布式校验方案）
RAID 6技术是在RAID 5基础上，为了进一步加强数据保护而设计的一种RAID方式，是一种扩展RAID 5等级。
与RAID 5的不同之处：除了每个硬盘上都有同级数据XOR校验区外，还有一个针对每个数据块的XOR校验区。当前盘数据块的校验数据不是存在当前盘而是交错存储的，每个数据块有了两个校验保护，所以RAID 6的数据冗余性能相当好。
但是，由于增加了一个校验，所以写入的效率较RAID 5还差，而且控制系统的设计也更为复杂，第二块的校验区也减少了有效存储空间。
（8）RAID 10级
把RAID 0 和 RAID 1 技术结合起来，即RAID 0+1是磁盘分段及镜像的结合，结合了RAID 0及RAID 1的优点。
它采用两组RAID 0的磁盘阵列互为镜像，也就是它们之间又成为一个RAID 1阵列。
主存储器
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。
计算机中全部的信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。
存储器分为：
*寄存器
*Cache（高速缓冲存储器）
*主存储器
*辅存储器
一、存储器的存取方式
存取方式 读/写装置 数据块标志 访问特性 代表
1、顺序存取 共享读/写装置 无 特定线性顺序 磁盘
2.直接存取 共享读/写装置 数据分块。每块一个唯一标志 可以直接移到特定数据块 磁盘
3.随机存取 每个可寻址单元专有读/写装置 每个可寻址单元均有一个唯一地址 随时访问任何一个存储单元 主存储器
4.相联存取（属随机存取） 每个可寻址单元专用读/写装置 每个可寻址单元均有一个唯一地址 根据内容而分地址来选择读写点 Cache
二、存储器的性能
*存取时间：对于随机存取而言，就是完成一次读/写所花的时间；对非随机存取，就是将读/写装置移动到目的位置所花的时间。
*存储器带宽：每秒能访问的位数。通常存储器周期是纳秒级（ns）。计算公式是：1/存储器周期x每周期可访问的字节数。
例如：存储器周期是200ns，每个周期可访问4B，则带宽=1s/200ns x (4B x 8) = 160Mbps。
*数据传输率：每秒输入/输出的数据位数。
对于随机存取而言，传输率R=1/存储器周期
三、主存储器
（1）主存储器的种类
1.RAM：随机存储器，可读/写，只能暂存数据，断点后数据丢失。
>SRAM：静态随机存储器，在不断电时信息能够一直保持，读写速度快，生成成本高，多用于容量较小的高速缓冲存储器。
>DRAM：动态随机存储器，需要定时刷新以维持信息不丢失，读写速度较慢，集成度高，生产成本低，多用于容量较大的主存储器。
2.ROM：只读存储器，出厂前用掩膜技术写入，常用于存放BIOS和微程序控制。
3.PROM：可编程ROM，只能够一次写入，需用特殊电子设备进行写入。
4.EPROM：可擦除的PROM，用某种方法可擦去信息，可写入多次。
5.E的2次方PROM：电可擦除EPROM，可以写入，但速度慢。
6.闪存存储器（Flash Memory）：其特性介于EPROM和E的2次方PROM之间。但不能进行字节级别的删除操作。
7.CAM（相联存储器）：CAM是一种特殊的存储器，是一种基于数据内容进行访问的存储设备。其速度比基于地址进行读写的方式要快。
辅助存储器
一、磁带
磁带是一种顺序存取的设备
特点：存储容量大，价格便宜。适合数据的备份存储。
二、磁盘
三、RAID （独立磁盘冗余阵列）
把多个相对便宜的磁盘组合起来，成为一个磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性和整个磁盘系统效能。
*利用多个磁盘来提高数据传输率；
*通过数据冗余与校验实现可靠性。
RAID应用和主要技术：分块技术、交叉技术和重聚技术。
（1）RAID 0级（无冗余和无校验的数据分块）
RAID 0原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，数据请求被多个磁盘并行执行，每个磁盘执行属于自己的那部分数据请求。
这种数据上的并行操作充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。
*优点：具有最高的I/O性能和最高的磁盘空间利用率，易管理。
*缺点：不提供数据冗余，一旦数据损坏，损坏的数据将无法得到恢复。
RAID 0特别适用于对性能要求较高，对数据安全要求低的领域，
如图形工作站等。对于个人用户，也是提高硬盘存储性能的绝佳选择。
（2）RAID 1级（磁盘镜像阵列）
由磁盘对组成，每个工作盘都有其对应的镜像盘，上面保存着与工作盘完全相同的数据拷贝，具有最高的安全性，但磁盘空间利用率只有50%。RAID 1主要用于存放系统软件、数据及其他重要文件。
（3）RAID 2级（采用纠错海明码的磁盘阵列）
RAID 2 采用海明码纠错技术，用户增加校验盘来提供纠错和验错功能，磁盘驱动器组中的第1个、第2个、第4个......第2的n次方个磁盘驱动器是专门的校验盘，用于校验和纠错，其余的用于存放数据。
RAID 2最少是要三台磁盘驱动器方能运作。
（4）RAID 3级（采用带奇偶校验码的并行传送）
RAID 3把数据分成多个“块”，按照奇偶校验算法存放在N+1个硬盘上，实际数据占用的有效空间为N个硬盘的空间总和，第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息。
当N+1个硬盘中的第一个硬盘出现故障时，从其他N个硬盘中可以恢复原始数据。所以RAID 3，安全性可以得到保证。
RAID 3比较适合大文件类型且安全性要求较高的应用，如视频编辑、硬盘播放机和大型数据库等。
（5）RAID 4级（带奇偶校验码的独立磁盘结构）
RAID 4和RAID 3很像，不同的是，它对数据的访问是按数据块进行的（一个数据块是一个完整的数据集合，比如一个文件就是一个典型是数据块。衣蛾数据块存储在一个磁盘上），也就是按磁盘进行的，每次是一个盘。RAID 4使用一块磁盘作为奇偶校验盘，每次写操作都需要访问奇偶盘，这时奇偶校验盘成为写操作的瓶颈。
（6）RAID 5级（无独立校验盘的奇偶校验码磁盘阵列）
RAID 5把数据和奇偶校验信息存储到组成RAID 5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。
当RAID 5的一个磁盘数据损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。
RAID 5磁盘空间利用率较高：(N - 1) / N
RAID 4 和 RAID 5使用了独立存取技术，阵列中每一个磁盘都相互独立地操作，所以I/O请求可以并行处理。该技术非常适合于I/O请求率高的应用，不太适用于要求高的数据传输率的应用。
（7）RAID 6级（具有独立的数据硬盘与两个独立的分布式校验方案）
RAID 6技术是在RAID 5基础上，为了进一步加强数据保护而设计的一种RAID方式，是一种扩展RAID 5等级。
与RAID 5的不同之处：除了每个硬盘上都有同级数据XOR校验区外，还有一个针对每个数据块的XOR校验区。当前盘数据块的校验数据不是存在当前盘而是交错存储的，每个数据块有了两个校验保护，所以RAID 6的数据冗余性能相当好。
但是，由于增加了一个校验，所以写入的效率较RAID 5还差，而且控制系统的设计也更为复杂，第二块的校验区也减少了有效存储空间。
（8）RAID 10级
把RAID 0 和 RAID 1 技术结合起来，即RAID 0+1是磁盘分段及镜像的结合，结合了RAID 0及RAID 1的优点。
它采用两组RAID 0的磁盘阵列互为镜像，也就是它们之间又成为一个RAID 1阵列。