第一单元 任务2-2 存储器的分类（课件）-《计算机软件与硬件基础》（高等教育出版社）同步精品课堂

第一单元 任务2-2 存储器的分类 计算机软件与硬件基础 同步精品课堂 高等教育出版社 任务一 多层次存储系统 任务二 内存储器 任务三 外存储器 掌握国家标准《机械制图》中有关图幅、比例、字体图线等基本规定。 教学目标 一 1、了解多层次存储系统 2、理解内存储器和外存储器的作用 3、掌握内存储器和外存储器的组成 教学重难点 二 教学重点： 内存储器和外存储器的作用 教学难点： 内存储器和外存储器的组成 导入新课 三 思考： 超市进了一批货物，工作人员将部分货物整理到售货架上，那么剩下的货物应该放置在何处？ 仓库的货架上 导入新课 三 当售货架上的货物卖完，工作人员需要将仓库中的货物运到货架上，请问仓库里的货物应如何放置，能更方便工作人员找到货物？ 计算机中也需要类似仓库货架的部件，用来存放各种程序和数据。 分门别类，按序放置 任务一 多层次存储系统 新知讲授 四 1、存储器的作用： 存储器是计算机用来存放程序和数据的记忆部件，是计算机各种信息存放和交流的中心。它的基本功能是在控制器的控制下按照指定地址存入和取出信息。 控制器 存储器 输出设备 输入设备 运算器 控制信息 数据或指令 新知讲授 四 2、我们需要什么样的存储器： 从使用者的角度出发，我们需要什么样的存储器呢？ 存储容量大 存取速度快 价格低 由于技术原因，这两者是矛盾的 存取速度快的价格也会偏高 无法同时满足三个方面 新知讲授 四 2、我们需要什么样的存储器：多层次存储系统 利用局部性原理，将高频访问数据放在高速且昂贵的存储（如高速缓冲存储器），低频数据放在低速但廉价的存储（如硬盘），实现性能与成本的平衡。 存储容量大 存取速度快 价格低 解决存取速度、存储容量和存储器价格的矛盾 按多层次存储系统的概念，计算机的存储系统由高速缓冲存储器(Cache)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器、优盘(也写作U盘)组成 顶层存储器 第二级存储器 第三级存储器 任务二 内存储器 新知讲授 四 1、内存的作用与特点： 内存储器的作用是在计算机工作中存储正在运行的程序和程序所需要的数据。内存储器是CPU可直接访问的存储器，具有体积小、重量轻和存取速度快等特点。 新知讲授 四 2、内存的主要性能指标： ①容量（指RAM的容量，内存容量的大小直接影响程序的运行速度） ②速度（指访问时间，目前存储器的一次访问时间为几纳秒） 目前常见的内存容量 容量 适用场景 说明 4GB 老旧电脑、基础办公 已逐渐淘汰，仅适合运行轻量系统 8GB 日常办公、轻度游戏 Win10/11的最低流畅标准 16GB 主流游戏、视频剪辑 当前最均衡的选择 32GB 大型游戏、3D渲染 适合专业视频编辑需求 64GB 服务器、AI训练 适合专业领域，普通用户无需考虑 新知讲授 四 3、内存的组成：①随机读写存储器（RAM） RAM中的内容：其内容可以根据需要随时按地址读出或写入，读出后存储单元内容不变，写入后的存储单元中是新写入的内容。断电后RAM中的内容全部丢失。 回想一下复制粘贴操作过程中： 复制以后原数据是否有改变？ 粘贴以后现数据有无变化？ 新知讲授 四 3、内存的组成：①随机读写存储器（RAM） RAM分类：根据制造原理的不同，RAM可分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）两种。 静态与动态的区别 “静态”指存储器保持通电，里面的数据就可以保持。 ”动态“指即使存储器中保持通电，但里面的数据需要周期性地更新（即”刷新”）。 新知讲授 四 静态随机存储器（SRAM）：基本结构是一个双稳态电路，由写电路控制读、写的转换。开关元件由晶体管代替，而晶体管的转换时间一般都小于20ns。 双稳态电路指在没有外来触发信号作用下，电路始终处于原来的稳定状态，它具有两个稳定状态。 SRAM的元件组成：4个晶体管+2个电阻 读写速度快 集成度低，生产成本高 特点： 应用场合：高速缓冲存储器 新知讲授 四 动态随机存储器（DRAM）：DRAM的特点是在器件加有电源的情况下，其存储单元中的内容也不能保存较长时间，一般只能保存2ms。DRAM中存储的数据需要不断刷新，由硬件定时自动地重新写入。 DRAM的元件组成：1个晶体管+1个小电容 小电容 晶体管接通 晶体管断开 有电 没电 DRAM即通常所说的内存。包括地址寄存器、存储单元、数据寄存器。 新知讲授 四 存储器类型 结构 特点 静态随机存储器 (SRAM) 双稳态电路 4个晶体管和2个电阻 开关元件：晶体管，写电路控制 集成度低，生产成本高 不需要电流刷新 动态随机存储器 (DRAM) 一个晶体管和一个小电容 开关：小电容的电压有无 需要不断地充电，即“刷新” SRAM与DRAM的对比表 新知讲授 四 出现Cache的原因：CPU工作的速度比RAM读写速度快，CPU读写RAM时需要花费时间等待RAM进行读写，造成CPU工作速度下降。因此，在RAM和CPU之间增加了高速缓存部件。 3、内存的组成：②高速缓冲存储器(Cache) 探究Cache的作用 新知讲授 四 CPU:很快 RAM:相对较慢 提高 CPU 读写程序和数据的速度 Cache:较快 高速缓冲存储器(Cache，简称为高速缓存)是CPU 与主存储器之间的一种规模较小但速度很快的存储器 新知讲授 四 3、内存的组成：②高速缓冲存储器(Cache) Cache中的内容：是RAM中部分存储单元内容的副本。 高速缓存是否有所需的信息 CPU 访问高速缓存 是 否 CPU从Cache读数据 CPU访问RAM 把所需信息的副本送至Cache 请尝试将下面这段话转化为流程图： CPU读写程序或数据时先访问高速缓存，若高速缓存中没有所需的信息再访问RAM，读写RAM的同时把所需信息的副本送至高速缓存。 新知讲授 四 3、内存的组成：②高速缓冲存储器(Cache) Cache的分类：Cache存储器通常分为一级Cache、二级Cache和三级Cache。 类型 特点 一级缓存（L1 Cache） 最接近CPU核心，速度最快，但容量最小。通常每个CPU核心都有自己的L1 Cache。它分为数据缓存和指令缓存，分别用于存储最近访问过的数据和指令。 二级缓存（L2 Cache） 次于L1 Cache，但容量更大，速度稍慢。它可能是每个核心独有，也可能是多个核心共享。二级缓存位于主板上，与处理器相连，用于加快处理器访问主存储器的速度。 三级缓存（L3 Cache） 在多核处理器中常见，所有核心共享，容量更大，但访问速度更慢。三级缓存进一步扩大了缓存的容量，以容纳更多的数据和指令。 新知讲授 四 3、内存的组成：③只读存储器(ROM) 特点：只能读出，不能写入，断电后ROM中的内容依然保存。 类型 特点 普通ROM 其中的信息在芯片制造时由生产厂家写入，内容写入后不能被更改 可编程只读存储器（PROM） 出厂时没有写入信息，允许用户用特定设备将编写好的程序固化在PROM中，内容写入后不能被更改 可擦可编程只读存储器（EPROM） 芯片上有一个透明窗口，可通过紫外线擦除其中的内容，可多次改写 电式可擦编程只读存储器（EEPROM） 可通过加电擦除其内容，可多次改写且操作方便；可用一般计算机重新写入新的内容 闪速存储器 本质上属于EEPROM，闪速存储器改写电压较高，使用安全可靠，速度快，功耗低 任务三 外存储器 新知讲授 四 1、外存的作用与特点 外存储器也称为辅助存储器，作用是存储当前计算机运行中不使用的程序和数据。与主存相比，它的特点是存储容量大，成本低，存取速度慢，可以永久地脱机保存信息。 软盘 硬盘 光盘 U盘 移动硬盘 新知讲授 四 2、主流的移动存储器： ①U盘：只有拇指大小，携带方便，不怕震动，适温范围宽，运转安静没有噪音，兼容性好，速度快，容量大，任何带有USB接口的计算机都可以使用，已成为最常用的移动存储器。 是一种独特的材质，无论是热胀冷缩还是剧烈震动，都不会发生变形，并且表面光滑，减少摩擦，保证数据安全、稳定、快速；防磁防静电高达8000伏。 新知讲授 四 2、主流的移动存储器： ②移动硬盘：体积小，重量轻，容量大，存储速度快，使用方便，数据存储安全可靠性高。移动硬盘多采用硅氧盘片，比铝、磁更为坚固耐用，有更加平滑的盘面和更高的盘面硬度。 注：硅氧盘片是一种独特的材质，无论是热胀冷缩还是剧烈震动，都不会发生变形，并且表面光滑，减少摩擦，保证数据安全、稳定、快速；防磁防静电高达8000伏。 师生互动 五 1、内存储器与外存储器分别存储什么数据 2、内存储器由哪些部分组成 3、移动硬盘与U盘相比最大的优点是什么 答案： 1、内存存储正在运行的数据；外存存储长期不适用的数据。 2、内存储器由RAM、Cache、ROM组成 3、容量大、数据存储安全可靠性高 随堂练习 六 1 、计算机中，在控制器的控制下按照指定地址存入和取出信息的设备是（ ） A.运算器 B.存储器 C.控制器 D.CPU 答案：B 解析：存入和取出信息，指存储器 随堂练习 六 2 、多层次存储系统概念的提出所解决的矛盾不包括( )。 A.存储容量 B.存取速度 C.存储器价格 D.存储器存储介质 答案：D 解析：为了解决存取速度、存储容量、存储器件价格这三个方面的矛盾，人们提出了多层次存储系统的概念。 随堂练习 六 3 、断电会使原存信息丢失的存储器是( ) A.半导体RAM B.硬盘 C.ROM D.优盘 答案：A 解析：断电后RAM中的内容全部丢失 随堂练习 六 4 、下列关于SRAM的说法，错误的是( )。 A.SRAM表示静态随机存储器 B.一般用于比内存小得多的高速缓冲存储器等场合 C.SRAM的读写速度很快 D.SRAM中存储的数据需要不断的刷新 答案：D 解析：DRAM需要刷新，SRAM不用。 随堂练习 六 5 、用于存储计算机系统中固定的程序和数据的是( ) A.RAM B.ROM C.Cache D.DRAM 答案：B 解析：只读存储器一般用于存储计算机系统中固定的程序和数据。如主板上的基本输入输出系统(BIOS)就存放在ROM中。 随堂练习 六 6 、(是非选择题)可擦除式可编程只读存储器EPROM通过紫外线擦除其中的内容，可以多次改写。( ) A.正确 B.错误 答案：A 解析：可擦可编程只读存储器(EPROM)：芯片上有一个透明窗口，可通过紫外线擦除其中的内容，因而可多次改写。 随堂练习 六 7、(是非选择题)U盘的特点是只有拇指大小，携带方便，不怕震动，容量大，数据存储安全可靠性高。( ) A.正确 B.错误 答案：B 解析：数据存储安全可靠性高是移动硬盘的特点 随堂练习 六 8、存储器是计算机用来存放 和 的记忆部件，是计算机各种信息存放和交流的中心。 答案：程序 数据 解析：存储器是计算机用来存放程序和数据的记忆部件，是计算机各种信息存放和交流的中心。 随堂练习 六 9、外存储器也称为 存储器，作用是存储当前计算机运行中 的程序和数据。与主存相比，它的特点是存储容量 ，成本 ，存取速度 ，可以永久地脱机保存信息。 答案：辅助 不使用 大 低 慢 解析：外存储器也称为辅助存储器，作用是存储当前计算机运行中不使用的程序和数据。与主存相比，它的特点是存储容量大，成本低，存取速度慢，可以永久地脱机保存信息。 课堂小结 七 谢谢 $