1.1 概述
1.1.1 存储器分类
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。随着计算机发展，存储器在系统中的地位越来越重要。由于超大规模集成电路的制作技术，这使计算机系统的运行速度在很大程度上受存储器速度的制约。此外由于I/O设备不断增多，如果它们与存储器交换信息都通过CPU来实现，这将大大降低CPU的工作效率。为此，出现了I/O与存储器的直接存取方式（DMA）,这也使存储器的地位更为突出，尤其在多处理机的系统中，各处理机本身都需与其主存交换信息，而且各处理机在互相通信中，也都需共享存放在存储器中的数据。因此，存储器的地位就更为显要。可见，从某种意义而言，存储器的性能已成为计算机系统的核心。
当今，存储器的种类繁多，从不同的角度对存储器可作不同的分类
1.按存储介质分类
- 存储介质是指能寄存“0”“1”两种代码并能区别两种状态的物质或元器件。存储介质主要有半导体器件，磁性材料和光盘等
- 半导体存储器
- 存储原件由半导体器件组成，现代半导体存储器都用超大规模集成电路工艺制成芯片，其优点是体积小，功耗低，存取时间短。其缺点是当电源消失时，所存信息也随即丢失，它是一种易失性存储器。近年来已研制出用非挥发性材料制成的半导体存储器，克服了信息易失的弊病。
- 半导体存储器又可按其材料的不同，分为双极型（TTL）半导体存储器和MOS半导体存储器两种。前者具有高速的特点；后者具有高集成度的特点，并且制造简单，成本低廉，功耗小，故MOS半导体存储器被广泛应用
- 磁表面存储器
- 磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为记录介质，工作时磁层随载磁体高速运转，用磁头在磁层上进行读/写操作，故称为磁表面存储器。按磁体形状不同，可分为磁盘，磁带和磁鼓。它们按其剩磁状态不同而区分“0”或“1”，而且剩磁状态不会轻易丢失，故这类存储器有非易失性的特点
- 磁芯存储器
- 磁芯是由硬磁材料做成的环状元件，磁芯属于磁性材料，故它也是不易失的永久记忆存储器。不过，磁芯存储器的体积过大，工艺复杂，功耗太大，故逐渐被半导体存储器取代，目前几乎不被采用
- 光盘存储器
- 光盘存储器是应用激光在记录介质上进行读/写的存储器，具有非易失性的特点。由于光盘记录密度高，耐用性好，可靠性高和可互换性强等特点，光盘存储器越来越被用于计算机系统。
2.按存取方式分类
按存取方式可把存储器分为随机存储器，只读存储器，顺序存取存储器和直接存取存储器。
- 随机存储器（RAM）
- RAM是一种可读/写存储器，其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关。计算机系统中的主存都采用这种随机存储器。由于存储信息原理的不同，RAM又分为静态RAM(以触发器原理寄存信息)和动态RAM(以电容充放电原理寄存信息)
- 只读存储器（ROM）
- 只读存取器是能对其存储的内容读出，而不能重新写入的存储器。因此，通常用它存放固定不变的程序，常数和汉字字库，甚至用于操作系统的固化。它与随机存储器可共同作为主存的一部分，统一构成主存的地址域
- 串行访问存储器
- 对存储单元进行读/写操作时，需按其物理位置的先后顺序寻找地址。
3.按在计算机中的作用分类
存储器主要分为主存储器（主存），辅助存储器（辅存），缓冲存储器（缓存）。
- 主存的主要特点是它可以和CPU直接交换信息
- 辅存是主存的后援存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，它不能与CPU直接交换信息
- 主存速度快，容量小，价格高；辅存速度慢，容量大，价格低。
- 缓存用在两个速度不同的部件中，如CPU与主存之间，起到缓冲作用
MROM:掩模型只读存储器
PROM:可编程只读存储器
EPROM:可擦除可编程只读存储器
EEPROM:电擦除可编程只读存储器
Flash Memory：闪速存储器，它具有EEPROM的特点，而速度比EEPROM快的多
4.1.2 存储器的层次结构
存储器有3个主要性能指标：速度，容量，每位价格（位价）
实际上，存储系统层次结构主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个存储层次上
CPU和缓存，主存能直接交换信息
缓存和CPU，主存能直接交换信息
主存和缓存，辅存能直接交换信息
缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题，由于缓存的速度比主存的速度高，只要将CPU近期要用的信息调入缓存，CPU便可以直接从缓存中获取信息，从而提高访存速度。但由于缓存的容量小，因此需不断地将主存的内容调入缓存，使缓存中原本的信息被替换掉。主存和缓存之间的数据调动由硬件自动完成的，对程序员是透明的。
主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题。辅存的速度比主存低，而且不能和CPU直接交换信息，但它的容量比主存大的多，可以存放大量暂时未用到的信息。当CPU需要时，再将辅存的内容调入主存，供CPU直接访问。主存和辅存之间的数据调动是由硬件和操作系统共同完成的。
从CPU角度来看，缓存-主存层次的速度接近于缓存，高于主存；其容量和位价却接近于主存，这从速度和成本的矛盾获得了理想的解决办法，主存-辅存层次，从整体分析，速度接近于主存，容量接近于辅存，平均位价也接近于低速，廉价的辅存位价，这又解决了速度，容量，成本这三者的矛盾。现代的计算机几乎都具有这两个存储层次，构成了缓存，主存，辅存三级存储系统。
在主存-辅存这一层次的不断发展中，逐渐形成了虚拟存储系统。在这个系统中，程序员编程的地址范围与虚拟存储器的地址空间相对应。例如，机器指令地址码为24位，则虚拟存储单元的个数可达16M.这个数比主存的实际存储单元的个数相比要大得多，称这类指令地址码为虚地址（虚存地址，虚拟地址）或逻辑地址，而主存的实际地址称为物理地址或实地址。对虚拟存储器而言，其逻辑地址变换为物理地址的工作是由计算机系统的硬件和操作系统自动完成的，对程序员是透明的。当虚地址的内容在主存时，机器便可立即使用；若虚地址的内容不在主存，则必须先将此虚地址的内容传递到主存的合适单元后再为机器所用。