计算机基本组成的内存缓存、磁盘硬盘区别

淡淡的烟草味﹌ 2024-04-17 19:59 48阅读 0赞

计算机的基本组成有：输入输出设备、存储器、CPU。其中CPU由控制器（CU）+运算器（ALU）

存储器的种类很多，按用途可以分为主存储器和辅助存储器，**主存储器又称内存**，是**CPU能直接寻址的存储空间，它的特点是存取速率快**。

计算机在运行程序时，必须将磁盘中的内容加载到内存中，不加载是不能运行程序的。  
在内存中有一部分数据存的是磁盘的缓存，这样做**可以加速磁盘访问速度**。就跟我们开发程序中使用的缓存作用一样。

内存一般采用半导体存储单元，包括**随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和高级缓存（Cache）**。

随机存储器（RAM）可以随机读写数据，但是电源关闭时存储的数据就会丢失；
    
    只读存储器（ROM）：（Read Only Memory）只能读取，不能更改，即使机器断电，数据也不会丢失；
    
    高级缓存（Cache）：它是介于CPU与内存之间，常用有一级缓存（L1）、二级缓存（L2）、三级缓存（L3）（一般存在于Intel系列）。它的读写速度比内存还快，当CPU在内存中读取或写入数据时，数据会被保存在高级缓冲存储器中，当下次访问该数据时，CPU直接读取高级缓冲存储器，而不是更慢的内存。

辅助存储器又称外存储器（简称**外存**），包括**磁盘、硬盘、光盘，也就是计算机上看到的Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ盘。**

磁盘是一种统称，即是一开始的软盘，又是现如今的硬盘，但是在现在，说起磁盘，都指的是硬盘。

**固态硬盘和机械硬盘对比**  
对比项目 固态硬盘 机械硬盘  
容量 较小 大  
读/写速度 极快 —般  
写入次数 5000〜100000 次 没有限制  
工作噪声 极低 有  
工作温度 极低 较高  
防震 很好 怕震动  
重量 低 高  
价格 高 低

机械硬盘包括盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。  
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机械硬盘是上下盘面同时进数据读取的。而且机械硬盘的旋转速度要远高于唱片（目前**机械硬盘的常见转速是 7200 r/min**），所以机械硬盘在读取或写入数据时，非常害怕晃动和磕碰。另外，因为机械硬盘的超高转速，如果内部有灰尘，则会造成磁头或盘片的损坏，所以机械硬盘内部是封闭的，如果不是在无尘环境下，则禁止拆开机械硬盘。

我们已经知道数据是写入磁盘盘片的，那么数据是按照什么结构写入的呢？机械硬盘的逻辑结构主要分为磁道、扇区和拄面。

什么是磁道呢？每个盘片都在逻辑上有很多的同心圆，最外面的同心圆就是 0 磁道。我们将每个同心圆称作磁道（注意，磁道只是逻辑结构，在盘面上并没有真正的同心圆）。\*\*硬盘的磁道密度非常高，通常一面上就有上千个磁道。\*\***但是相邻的磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近会相互产生影响。**

那扇区又是十么呢？扇区其实是很形象的，大家都见过折叠的纸扇吧，纸扇打开后是半圆形或扇形的，不过这个扇形是由每个扇骨组合形成的。在磁盘上每个同心圆是磁道，从圆心向外呈放射状地产生分割线（扇骨），将每个磁道等分为若干弧段，每个弧段就是一个扇区。**每个扇区的大小是固定的，为 512Byte**。**扇区也是磁盘的最小存储单位。**

柱面又是什么呢？如果硬盘是由多个盘片组成的，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，那么所有盘片都会从外向内进行磁道编号，最外侧的就是 0 磁道。具有相同编号的磁道会形成一个圆柱，这个圆柱就被称作磁盘的柱面。

**硬盘的大小是使用"磁头数 x 柱面数 x 扇区数 x 每个扇区的大小"这样的公式来计算的。其中，磁头数（Heads）表示硬盘共有几个磁头，也可以理解为硬盘有几个盘面，然后乘以 2；柱面数（Cylinders）表示硬盘每面盘片有几条磁道**；扇区数（Sectors）表示每条磁道上有几个扇区；每个扇区的大小一般是 512Byte。  
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固态硬盘由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMwMjQyOTg3_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
CPU相当于控制器（CU）+运算器（ALU）。

控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成。它是计算机指挥系统，完成计算机的指挥工作。主要有以下功能： 取指令 从内存中取出当前指令，并生成下一条指令在内存中的地址——分析指令——执行指令——发出各种微操作命令——改变指令的执行顺序——控制程序和数据的输入与结果输出——对异常情况和某些请求的处理。

而运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成。主要有以下功能：

执行所有的算术运算，如加、减、乘、除等基本运算及附加运算；  
执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试，如与、或、非、零值测试或两个值的比较等。

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