2024版年精品《计算机的存储器》参考优秀教案

如NAS（网络附加存储）设备，可通过网络 访问和管理数据，适用于家庭或小型企业实 现文件共享和备份。
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04 存储器的层次结 构
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Cache的原理与作用
Cache的基本原 理
提高CPU访问数 据的速度
减少对主存的访 问次数
支持并发操作
Cache是位于CPU与主 存之间的高速缓冲存储 器，其容量远小于主存， 但速度接近CPU。通过 预测CPU将要访问的数 据，提前将数据从主存 加载到Cache中，从而 加快CPU的访问速度。
近场光学存储
利用近场光学原理，在极小的区 域内实现高密度数据存储，具有 高速、高密度和低功耗等优点。
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未来计算机存储技术展望
生物存储
利用生物分子的自组装和自修复能力， 开发出具有超高存储容量和稳定性的 生物存储器件。
量子存储
利用量子力学原理，实现数据的超高 速、超安全和高密度存储。
• 请求段页式存储管理：结合了请求分页和请求分段的优点，既支持分段又支持分页，同时实现了请求调页和页 面置换功能。
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存储器的层次结构优化
提高Cache命中率
通过改进Cache行匹配算法、增加Cache容量等方式提高Cache 命中率。
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降低Cache失效开销
采用写回法、写缓冲等方式减少Cache失效时对主存的写操作 次数。
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固态硬盘的优势与局限
• 低功耗：固态硬盘的功耗低于机械硬盘，有助于延长笔记 本电脑等移动设备的续航时间。
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固态硬盘的优势与局限
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价格较高
相同容量的固态硬盘价格 通常高于机械硬盘。
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容量限制
目前固态硬盘的最大容量 仍低于机械硬盘。
写入次数限制
闪存芯片的写入次数有限， 达到一定次数后性能会逐 渐下降。
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02 内存储器
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RAM的种类与特点
SRAM（静态随机存取存储器）
速度快，功耗大，价格高，常用作高速缓冲存储器Cache。
DRAM（动态随机存取存储器）
速度较慢，功耗低，价格适中，常用作计算机的主存。
SDRAM（同步动态随机存取存储器）
与CPU时钟同步，数据传输速率快，常用作中高端计算机的主存。
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存储器的层次结构优化
改进页面置换算法
根据程序的访问模式动态调整页面置 换算法，以提高页面置换效率。
支持内存映射文件
允许将文件的一部分或全部映射到内 存中，以便程序像访问内存一样直接 访问文件数据，从而提高I/O效率。
实现内存压缩
通过压缩技术减少内存占用空间，从 而扩大虚拟存储空间并提高内存利用 率。
探讨如何优化内存使用，如减少内 存碎片、提高内存利用率等，并介 绍内存保护机制以防止程序间的相 互干扰。
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硬盘的管理与维护方法
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硬盘分区与格式化
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解释硬盘分区的原因和方法，以及不同文件系统格式的选择和
特性。
硬盘维护工具
02
介绍常用的硬盘维护工具，如磁盘清理、磁盘碎片整理等，以
提高硬盘性能和寿命。
硬盘故障诊断与修复
03
阐述硬盘常见故障的诊断方法和修复策略，如坏道修复、数据
恢复等。
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数据备份与恢复策略
数据备份的重要性
强调定期备份数据的重要 性，以防止数据丢失或损 坏。
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备份策略与工具
介绍不同的备份策略，如 完全备份、增量备份和差 异备份，并提供一些常用 的备份工具。
数据恢复方法
固态硬盘（SSD）
采用闪存芯片存储数据，无机械运动部 件。具有读写速度快、抗震抗摔、低功 耗等优点，但价格相对较高，容量相对 较小。
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固态硬盘的优势与局限
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读写速度快
固态硬盘的读写速度远高于机械硬 盘，可大幅提高系统整体性能。
抗震抗摔
由于没有机械运动部件，固态硬盘 在震动或摔落时不易损坏。
2024年精品《计算机的存储 器》参考优秀教案
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目 录
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• 计算机存储器概述 • 内存储器 • 外存储器 • 存储器的层次结构 • 存储器的管理与维护 • 存储器新技术展望
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01 计算机存储器概 述
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存储器的定义与作用
定义
存储器是计算机系统中的记忆设 备，用来存放程序和数据。
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移动存储设备的种类与使用
U盘
移动硬盘
采用USB接口，体积小、携带方便。可用于 在不同设备间传输数据或作为系统启动盘。
采用USB或Type-C接口，容量大、价格适中。 适用于备份大量数据或在不同设备间共享文 件。
存储卡
网络存储设备
如SD卡、MicroSD卡等，主要用于数码相机、 手机等设备的数据存储和扩展。
随着计算机技术的不断发展，存储器的容量不断增 大、速度不断提高、功耗不断降低，同时出现了许 多新型的存储器技术，如闪存、相变存储器、光存 储器和生物存储器等。
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计算机存储体系结构
层次结构
访问速度与成本
计算机存储体系结构通常采用层次结 构，包括寄存器、高速缓存（Cache）、 主存储器（内存）、外存储器和后备 存储器等层次，各层次之间通过接口 进行连接和数据交换。
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05 存储器的管理与 维护
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内存的管理与维护方法
内存管理策略
介绍常见的内存管理策略，如分 页、分段和段页式管理，解释它
们如何有效地利用内存资源。
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虚拟内存技术
阐述虚拟内存的基本概念、工作原 理和实现方法，包括页面置换算法 和内存映射等。
内存优化与保护
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光量子存储
结合光学和量子力学原理，开发出具 有超高存储容量、超高速和超安全的 光量子存储器件。
柔性存储
开发出可弯曲、可折叠的柔性存储器 件，适应未来可穿戴设备和柔性电子 产品的需求。
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THANKS
感谢观看
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3速率同步动态随机…
在时钟周期的上升沿和下降沿都能传输数据，速度更快，是现代计算 机主流的内存类型。
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ROM的种类与特点
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MROM（掩模只 PROM（可编程 EPROM（可擦除 EEPROM（电可 Flash Memor…
读存储…
只读存…
可编…
主要存储介质。
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内存的性能指标与选购
容量
速度
数据宽度和带宽
CAS延迟
选购建议
内存的容量越大，可以存 储的数据和程序就越多， 有助于提高计算机的运行 速度和多任务处理能力。
内存的速度用存取时间或 频率来衡量，存取时间越 短或频率越高，内存的速 度就越快。
数据宽度指内存一次可以 传输的数据位数，带宽则 指内存的数据传输速率， 两者共同决定了内存的传 输性能。
指内存从接收命令到传输 数据的延迟时间，CAS延 迟越小，内存的反应速度 就越快。
在选购内存时，应根据自 己的需求和预算选择合适 的容量、速度和品牌，同 时要注意与主板和CPU的 兼容性。
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03 外存储器
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硬盘的种类与特点
机械硬盘（HDD）
采用磁碟存储数据，通过读写头在磁 碟表面进行读写操作。具有容量大、 价格相对较低的优点，但读写速度较 慢，且易受到震动和磁场干扰。
擦除…
由厂家在生产过程中直接写 入信息，用户无法更改，价 格便宜。
用户可以使用编程器将信息 写入，但只能写入一次，之 后无法更改。
用户可以使用编程器将信息 写入，也可以擦除重写，但 擦除需要使用紫外线照射一 定时间。
用户可以使用编程器将信息 一种特殊的EEPROM，可以 写入，也可以用电信号擦除 整块芯片擦除，速度快，密 重写，使用方便但价格较高。 度高，是现代便携式设备的
探讨在数据丢失或损坏时 如何进行数据恢复，包括 从备份中恢复、使用专业 数据恢复软件等。
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06 存储器新技术展 望
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新型非易失性存储器技术
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相变存储器（PCM） 利用材料在晶态和非晶态之间的快速相变来存储 数据，具有高速、高密度、低功耗和非易失性等 优点。
阻变存储器（RRAM） 通过改变材料的电阻状态来存储数据，具有结构 简单、高速、低功耗和可缩小性等优点。
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磁阻存储器（MRAM） 利用磁性材料的磁阻效应来存储数据，具有非易 失性、高速、高耐久性和低功耗等优点。
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光存储技术发展趋势
蓝光光盘
采用蓝色激光技术，提高了存储 容量和数据传输速度，同时降低
了成本。
全息存储
利用激光干涉原理在感光材料上 记录全息图像来存储数据，具有 极高的存储容量和数据传输速度。
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保存和访问数据
存储器能够保存计算机运行过程 中的程序和数据，并在需要时提 供对这些数据的快速访问。
实现程序控制
存储器中保存的程序代码能够控 制计算机的操作，实现各种复杂 的计算和处理任务。
提高计算机性能
通过合理设计存储器的结构和管 理方式，可以提高计算机的运算 速度、降低功耗并增加系统的可
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由于Cache的速度接近 CPU，因此可以显著减 少CPU等待数据的时间。
通过将频繁访问的数据 存储在Cache中，可以 减少对主存的访问次数， 从而延长主存的使用寿 命。
Cache可以同时为多个 CPU提供服务，支持多 核处理器系统的并发操 作。
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虚拟存储器的原理与实现
• 虚拟存储器的基本原理：虚拟存储器是一种基于程序局部性原理的存储管理技术。它将主存和辅存结合起来， 为用户提供一个比实际主存空间大得多的虚拟存储空间。当程序访问的数据不在主存中时，操作系统会将数据 从辅存调入主存，同时更新页表或段表等数据结构以反映数据的实际存放位置。
不同层次的存储器具有不同的访问速 度和成本。一般来说，越靠近CPU的 层次访问速度越快，但成本也越高； 而越远离CPU的层次访问速度越慢， 但成本也越低。因此，在设计计算机 存储体系结构时需要综合考虑性能、 成本和可靠性等因素。
存储管理策略
为了保证计算机系统的正常运行和高 效使用，需要采用一系列存储管理策 略来对各层次的存储器进行管理。这 些策略包括内存分配与回收、内存保 护、虚拟内存管理、缓存管理等。通 过这些策略可以实现对存储资源的合 理分配和高效利用，提高计算机系统 的整体性能。
• 请求分页存储管理：在分页存储管理的基础上，增加了请求调页和页面置换功能。当CPU访问的数据不在主存 中时，会产生缺页中断，操作系统根据某种算法将所需页面调入主存。
• 请求分段存储管理：在分段存储管理的基础上，增加了请求调段和段置换功能。与请求分页类似，当CPU访问 的数据不在主存中时，会产生缺段中断，操作系统将所需段调入主存。
靠性。 4
存储器的分类与发展
按存储介质分类
半导体存储器、磁表面存储器、光表面存储器等。
按在计算机中的作用分类
主存储器、辅助存储器、缓冲存储器和控制存储器 等。
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按存取方式分类
随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、 顺序存取存储器（SAM）和直接存取存储器 （DAM）等。
发展