九种计算机存储的类型及工作原理

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不同类型的内存传输方式各有差异。

计算机内存有多种类型，是内置或外部连接到计算机设备或服务器的数据存储技术的总称。有些处理速度很快，中央处理单元 (CPU) 可以快速访问存储在其中的数据，而另一些设计成本较低，因此可以经济地存储大量数据。

所有计算机内存类型都属于两类之一：主要内存或次要内存，具体取决于其用途和用例。了解它们的不同应用和优势对于了解存储的工作原理以及如何充分利用它至关重要。

主要内存类型

主内存是计算机内存的一部分，可以直接访问以进行快速处理和更快的启动。它通常放置在物理上靠近 CPU 的位置，以最大限度地减少通信时间。主存储器类型的示例包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

RAM和ROM都用来存储数据供CPU直接访问。RAM 是易失性的，这意味着一旦系统断电，其数据就会被删除。ROM 是非易失性的，这意味着它在系统断电后仍保留其数据。

随机存取存储器

随机存取存储器 (RAM)的名称源自 CPU 访问它的方式，CPU对其进行随机扫描以获取适当的信息，而不是遵循严格的指示。这是为了均衡所有存储的数据位之间的访问时间。

RAM 内存的定义特征之一是它的速度快得令人难以置信，仅比 CPU 本身慢一点点。RAM用于保存CPU运行程序时所需的数据，这样可以节省CPU每次需要数据或指令时到达辅助存储器的时间。

然而，RAM 也是计算机设备中最昂贵的组件之一，成本通常按每 GB 来衡量。RAM 的高成本是计算机必须同时依赖主存储器和辅助存储器的主要原因。RAM 有两种主要类型。

动态内存（DRAM）

最常见的 RAM 类型的每个单元中都包含一个晶体管和一个电容器。所有计算机都必须包含 RAM 和DRAM才能有效运行。最古老的 DRAM 版本被称为单数据速率 (SDR) DRAM，但 DDR2、DDR3、DDR4 和 DDR5 等较新的版本往往更加节能且生产力更高。不同类型的 DRAM 不兼容，计算机只能使用一种类型的 DRAM。

静态随机存储器（SRAM）

SRAM 比RAM 或 DRAM更快，但价格要贵得多。它也更庞大，每个单元中有六个晶体管。因此，SRAM 仅少量使用，并且几乎总是作为高速缓存来协调设备的主 RAM 和 CPU 之间的通信，并缩小时钟速度的差距。SRAM 最快且最小的实现方式是作为 CPU 核心内部的高速缓存，以相同的速度工作以消除延迟。

只读存储器

ROM 之所以得名，是因为存储在其中的数据是不可变的——无法使用普通方法删除或更改。与 RAM 一样，它是一种速度非常快的计算机内存，可以在设备的 CPU 附近找到。但与 RAM 不同的是，ROM 是非易失性的（断电时不会丢失数据），这一点与辅助存储器相同。

当设备打开或启动时，CPU 首先读取的是 ROM 上的指令，其中通常包含“引导代码”，允许计算机执行在辅助存储器上启动操作系统的必要步骤。

从游戏机到汽车收音机和导航系统，所有类型的电子设备中都可以找到三种主要类型的 ROM。

可编程只读存储器 (PROM)

PROM 与真正的 ROM 不同，它是在空状态下制造的，而不是在其上已编程的指令的情况下出售和分发的。事后可以使用 PROM 编程器或刻录器对 PROM 进行编程。

可擦除可编程 ROM (EPROM)

EPROM 上存储的信息可以擦除然后重新编程。

电擦除可编程 ROM (EEPROM)

EEPROM 与 PROM 和 EPROM 的不同之处在于不需要取出来进行擦除和重新编程。虽然重新格式化过程可能很慢，但并不经常进行，而且通常只是为了更新固件或 BIOS 等关键代码。

此外，辅助内存是计算机内存中持久的、非易失性的部分，不由 CPU 直接访问。它专为以更经济实惠的方式长期存储大量数据而设计。示例包括硬盘驱动器 (HDD)、固态驱动器 (SSD)、云存储和磁带驱动器等。

辅助存储器往往比主存储器更便宜，并且容量更大。不同类型的辅助存储器使用户能够存储个人数据和信息以及可由计算机 CPU 通过 RAM 间接访问的软件、应用程序和服务。

硬盘驱动器 (HDD)

硬盘驱动器是能够长期保存和恢复数据的机电数据存储设备。它们由一堆由主轴固定到位的旋转盘构成。与其他长期辅助存储相比，HDD 是每 GB 最便宜的选择，但它们的耐用性较差。

HDD 有许多移动部件，所有这些部件都有自己可能的错误点。它们的噪音也很大，消耗大量电量，并且与平均 RAM 的速度相比，访问和写入速度可能更慢。也就是说，HDD 非常适合长期存储和归档。它们经常出现在较旧且经济实惠的台式电脑和笔记本电脑中。

固态硬盘

固态硬盘是一种基于半导体的长期非易失性存储。它们在持久数据存储中使用NAND 闪存，通常用作计算机中的辅助存储来保存个人文件。SSD 使用闪存将数据保存在集成电路中。SSD 上的数据可以以电子方式写入、读取、复制和传输，而不会产生噪音或需要移动。

由于没有 HDD 同类产品中的机械部件，SSD 能够安静、高效地运行，同时将物理损坏的可能性降至最低。虽然它们不那么耐用，但可以持续长达五年，这意味着它们对于档案和长期存储来说不那么有效。它们比 HDD 更快、更紧凑，但价格昂贵且容量往往更小。

光驱（CD 或 DVD）

光存储是使用激光从 CD、DVD 和蓝光光盘等光介质中存储和检索数据的存储的总称。大多数光存储光盘都是读/写的，允许您反复擦除新信息并将新信息重新刻录到其表面，但需要专门的驱动器。

光驱的工作原理是发射低能激光束来扫描旋转的光存储介质的表面。写入和读取过程的速度取决于光盘的旋转速度。在微观层面上，光盘具有凹槽和突起，光驱可以通过分析激光从其表面反射的方式来检测。

磁带机

磁带驱动器是长期、持久、非易失性数据存储设备，使用磁带来存储、读取和写入数据位。它们由一个外壳组成，可保护承载数据的柔性材料环。与光存储类似，没有专用设备就无法访问磁带存储。磁带机使用线性磁带技术或螺旋扫描来读取磁带上的磁性标记。

磁带驱动器是长期和档案存储的理想选择，因为平均单元可持续使用长达 30 年。它们还具有成本效益且易于维护，适合保存大量数据。也就是说，它们体积庞大且速度极其缓慢——驱动器必须倒带并穿过整个磁带的长度才能到达特定点并从中提取数据，这与可以更有效地访问的 HDD 和 SSD 不同。

存储阵列

存储阵列，也称为磁盘阵列，由一组快速旋转的 HDD、SSD 或这两种存储类型的混合组成，主要用于存储基于对象、基于文件或基于块的数据。它们是服务器存储最常见的替代方案，因为阵列将多个驱动器组合成一个具有集中管理功能的单个大规模数据存储系统。

存储阵列能够一次存储并可靠地维护 PB 级的数据，使本地客户端节点以及远程计算机可以通过应用程序编程接口 (API) 或专用图形用户界面 (GUI) 控制面板访问数据。存储阵列适用于拥有大量数据的组织、企业和企业，这些数据需要集中管理，但需要由多个用户远程访问。

网络附加存储

网络附加存储 (NAS ) 是连接到更广泛的计算机网络的基于文件的存储，可供广泛的用户访问。虽然 NAS 主要由大型公司和企业使用，但它也可以进行调整以满足小型专业团队的需求。它非常适合多个设备需要同时访问相同数据的情况。它也非常适合协作工作，因为它只提供文件的最新版本。

云储存

在云存储中，数据远程保存在服务器上，可以使用任何设备通过互联网连接从任何地方访问这些服务器。它被企业和个人广泛用于存储他们需要定期访问的数据和文件，而无需将它们随身携带在本地或外部存储上。

主内存和辅助内存有什么区别？

如果计算机的 CPU 直接与某种类型的数据存储进行通信，则它被视为主存储，并且对于设备的功能和操作至关重要。另一方面，辅助存储器包含各种不由 CPU 直接访问而是通过主存储器访问的存储设备类型。以下是其他一些主要区别：

易失性——RAM 被认为是易失性存储，如果硬件断电，所有数据都会被擦除，而辅助存储器即使在断电后也能够保留其数据。

速度——主存储器需要足够快才能跟上CPU核心的速度，而辅助存储器相对较慢并且不适合CPU直接访问。

成本——由于主内存存储的设计速度令人难以置信，因此它的价格也很昂贵，并且存储容量较小，而单个辅助存储设备的大小可以达到 TB，而且价格仍然合理。

易失性内存和非易失性内存之间的差异

易失性存储器需要电力来维持存储的信息。当计算机关闭或断电时，易失性存储器中存储的所有数据都会丢失。它通常比非易失性内存更快，它是存储需要快速访问的数据（例如操作系统、正在运行的应用程序以及这些应用程序使用的数据）的地方。

易失性存储器的主要特征是其临时性。它用于需要立即访问但不需要保留的数据。易失性存储器还提供高速数据访问，使其成为需要快速数据处理的任务的理想选择。

即使在断电时，非易失性存储器也可以保留存储的信息。非易失性存储器的一个主要示例是计算机中的硬盘驱动器，其中存储不需要快速访问的数据（例如文件、操作系统、应用程序和软件）。非易失性存储器的特点是即使在断电的情况下也能保留数据。然而，它通常比易失性存储器慢，因为它不是为快速数据访问而设计的。

了解计算机内存的类型

技术依赖于多种类型的计算机内存来进行短期和长期存储。有些旨在快速访问，而另一些则旨在更经济地长时间保留大量数据。了解各种类型之间的差异及其应用程序和用例可以帮助您更好地最大化数据存储和数据管理工作。

审核编辑：黄飞