第一单元 任务2-3 存储器的发展与存储空间的计算（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2-3 存储器的发展与存储空间的计算 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 存储器的发展过程 任务二 存储器的分类 任务三 存储空间的计算 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、了解存储器的发展过程 2、理解存储器的分类 3、掌握存储空间的计算 教学重难点 二 教学重点： 1、存储器的分类 2、存储空间的计算 教学难点： 存储空间的计算 导入新课 三 回顾之前任务一“初始计算机”中，第一台电子计算机“ENIAC”的输入输出是如何实现的？ 穿孔的纸带卡片，这也是最早期的存储器 任务一 存储器的发展过程 新知讲授 四 1、早期存储器 ①穿孔卡片：最早的外置存储器可以追溯到19世纪末，穿孔卡片被用于人口普查的数据记录。穿孔卡片在计算机系统里一直沿用到20世纪70年代，作为数据输入的一种方式。 探究存储器的发展 新知讲授 四 1725年，法国人巴斯勒·布乔发明了打孔卡（穿孔卡），用于织布机。织布机在编织过程中，编织针会往复滑动。根据打孔卡上的小孔，编织针可以勾起经线（没有孔，就不勾），从而绘制图案。换言之，打孔卡是存储了“图案程序”的存储器，对织布机进行控制。 这一发明，标志着人类机械化信息存储形式的开端。 新知讲授 四 德裔美国人赫尔曼·何乐礼在打孔卡的基础上，发明了打孔卡制表机，专门用于收集并统计人口普查数据。每张卡片记录个人的多项信息，通过打孔表示具体选项。统计时，卡片置于水银杯上，探针检测孔位，接通电路计数，实现自动统计。穿孔卡片采用二进制原理：有孔为“1”（接通计数），无孔为“0”（不计数）。 新知讲授 四 根据史料记载，在1890年的美国人口普查中，通过打孔制片和打孔机，仅6周就完成了统计工作，得出了准确的数据（62622250人）。而此前1880年的美国人口普查，数据全靠手工处理，历时7年才得出最终结果。 如此巨大的效率提升，使得制表机在各个行业迅速普及。它标志着半自动化数据处理时代的开始。穿孔卡片在计算机系统里一直沿用到20世纪70年代。 新知讲授 四 1、早期存储器 ②磁带：UNIVAC-I首次采用磁带机作为外存储器，用于存储数据和程序。磁带经历了快速发展，后来广泛应用于录音、影像领域。 新知讲授 四 2、中期存储器 ①磁鼓存储器：利用铝鼓筒表面涂覆磁性材料来存储数据，存取速度快。磁鼓不仅被用作内存储器，有时也被用于外存 新知讲授 四 2、中期存储器 ②软盘：1967年，IBM推出世界上第一张软盘，随着技术的发展，软盘的尺寸逐渐减小到3.5英寸，容量也提升到1.44MB，直到CD-ROM、USB存储设备出现后才逐渐退出市场 新知讲授 四 2、中期存储器 ③磁盘：第一台磁盘驱动器由IBM于1956年生产，可存储5MB数据，此后磁盘的容量不断提升，从MB到GB再到TB 新知讲授 四 2、中期存储器 ④光盘：CD（光盘、光碟）诞生于1982年，最初用于数字音频存储，1985年，飞利浦和索尼将其引入PC，称为CD-ROM（只读）。DVD（数字多功能光盘）起源于上世纪60年代，是一种光盘存储器，容量更大。 新知讲授 四 3、现在存储器 ①优盘：优盘不仅具有RAM存储器可擦、可写、可编程的优点，而且所写入的数据在断电后不会消失。优盘一般只有拇指大小，携带方便，不怕震动，任何带有USB接口的计算机都可以使用 新知讲授 四 3、现在存储器 ②移动硬盘：移动硬盘的特点是体积小，重量轻，容量大，存储速度快，使用方便。与优盘相比它最大的优点是容量大，数据存储安全可靠性高。 新知讲授 四 4、新型存储器 ①HBM（高带宽内存）：是一种高性能的堆叠式内存技术，专为解决传统内存带宽瓶颈问题而设计。它通过先进的3D封装和硅通孔（TSV）技术实现高带宽、低功耗和紧凑的尺寸，广泛应用于高性能计算、人工智能、图形处理等领域。目前仅用于高端市场。 新知讲授 四 4、新型存储器 ②QLC NAND（四层单元NAND闪存）：是NAND闪存技术的一种，通过在单个存储单元中存储4比特（16种状态）的数据，显著提升存储密度和成本效益，但牺牲了部分性能和耐用性。适合大容量存储需求，如消费级SSD、数据中心冷存储。 任务二 存储器的分类 新知讲授 四 1、按存储介质的材料分类： (1)半导体存储器：半导体存储器用半导体器件制成。其原理基于半导体材料的导电特性及电荷存储能力，由大量存储单元和外围电路构成。相较于传统磁盘，这类存储器具有体积小、重量轻、读写速度快等优势‌。 常见的半导体存储器有RAM、闪存（如U盘、SSD、手机存储芯片）、ROM等。 新知讲授 四 1、按存储介质的材料分类： (2)磁表面存储器：‌是一种利用磁性材料涂覆在载体表面，通过两种不同磁化状态存储数据的存储设备。其核心原理是磁性材料在磁头作用下发生磁化或感应电动势，实现“电-磁”信号转换‌。 常见的有磁盘（硬盘、软盘）、磁带。 新知讲授 四 1、按存储介质的材料分类： (3)光存储器：‌光存储器‌是指利用光学原理在介质表面或内部记录和读取数据的存储设备，其核心通过激光对存储介质（如光盘、全息材料等）进行物理标记或光学特性改变，实现二进制数据的存储与读取‌。 常见的有CD-ROM、DVD-ROM、CD-RW（可读可写光盘）等。 新知讲授 四 2、按存储器的工作方式分类： (1)随机读写存储器：可以按照要求对存储器中指定单元或指定区域进行读写。 常见的有主机中的RAM、Cache、软盘存储器、硬盘存储器和优盘等。 新知讲授 四 2、按存储器的工作方式分类： (2)顺序读写存储器：工作时只能按某一运动方向查找信息然后再读写信息。 常见的有磁带存储器。 新知讲授 四 2、按存储器的工作方式分类： (3)只读存储器：只能读出，不能写入。常见的有ROM、CD-ROM、DVD-ROM等。 新知讲授 四 3、按计算机系统结构分类： (1)内存储器：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。 由随机存储器(RAM)，高速缓冲存储器(Cache)和只读存储(ROM)组成。 新知讲授 四 3、按计算机系统结构分类： (2)外存储器：存储当前计算机运行中不使用的程序和数据。 如硬盘、光盘、磁带、U盘等。 任务三 存储空间的计算 新知讲授 四 1、内存的构成： 内存储器一般采用半导体存储器件，由存储单元构成，每个存储单元由若干个二进制位(8位，16位，32位)组成。 存储单元 ...... 探究内存器寻址的空间大小 存储单元 新知讲授 四 2、内存存储单元地址存在的意义： 为了查找存储单元，每个存储单元有一个地址，存储地址由二进制数表示。给存储单元进行编号，不仅能方便查找存储单元，还方便计算存储空间。 ...... 0000H 0001H 0002H 0003H 4FFDH 4FFEH 4FFFH 存储空间=（末地址-首地址+1）× 存储单元大小 存储单元地址： 存储单元大小取决于存储单元由几位二进制组成，以8位为例： 8位=8bit=1B 新知讲授 四 3、如何计算内存存储单元空间： ①给定地址线的根数（n）： 1根地址线 2根地址线 3根地址线 n根地址线 ...... ...... 0、1 00、01、10、11 000、001、010、 011、100、101、 110、111 2(21) 4(22) 8(23) 2n 存储空间=2nB 新知讲授 四 例1：某计算机有26根地址线，那么该计算机的寻址空间为多少？ 分析与解答 26根地址线，那么该计算机的存储单元个数=226 又因为题干中未说明存储单元的位数，默认为8位，8位=8bit=8B 因此，该计算机的寻址空间=226B=26*220B=26MB=64MB 做题小贴士：2^10 = 1024；2^10 = 1KB ；2^20 = 1MB ；2^30 = 1GB 新知讲授 四 3、如何计算内存存储单元空间： ②存储空间的起始地址编号、末地址编号、存储空间、存储单元大小，给定三个信息，求第四个值大小： 存储空间=（末地址-首地址+1）× 存储单元大小 新知讲授 四 例2：某计算机的地址编号为1000H~3FFFH，存储空间为多大？ 分析与解答 存储空间=（末地址-首地址+1）× 存储单元大小 题干未说明存储单元的位数，因此存储单元为默认的1B 存储空间 =（3FFFH-1000H+1）× 1B =（2FFFH+1）B = 3000HB = 3×163B = 3×212B = 3×22×210B = 12KB 新知讲授 四 例3：某计算机的存储空间为24KB，首地址为1000H，求末地址？ 分析与解答 存储空间=（末地址-首地址+1）× 存储单元大小 题干未说明存储单元的位数，因此存储单元为默认的1B 代入公式得：24KB=（末地址-1000H）×1B ∴末地址=24×210+1000H=6×212+1000H=6×163+1000H =6000H+1000H=7000H 师生互动 五 1、存储器的不同发展时期分别有哪些分类 2、存储器的分类有哪些分类角度 3、用公式来表示存储空间、存储单元大小、末地址、首地址的关系 答案： 1、早期（穿孔卡片、磁带）；中期（磁鼓、软盘、磁盘、光盘）； 现在（优盘、移动硬盘）；新型（HBM、QLC NAND） 2、存储介质材料、工作方式、系统结构三个分类角度 3、存储空间=（末地址-首地址+1）× 存储单元大小 随堂练习 六 1 、关于早期磁盘驱动器和光盘的描述，以下哪项是正确的( )。 A. 第一台磁盘驱动器由 IBM 在 1956 年生产，存储容量为 5MB。 B. CD-ROM 最初用于视频存储，1985 年才被引入 PC。 C. DVD 诞生于 1982 年，是 CD 的升级版本，容量更小。 D. 与U盘相比，移动硬盘的最大优势是读写速度远超 SSD。 答案：A 解析：第一台磁盘驱动器由 IBM 在 1956 年生产，存储容量为 5MB。 CD 最初用于音频存储；DVD 起源于 1960s，容量更大；移动硬盘的最大优势是容量大，数据安全可靠性高 随堂练习 六 2 、关于计算机存储器的演变，以下哪项描述是正确的 （ ） A. 穿孔卡片仅用于19世纪，20世纪后被完全淘汰。 B. 磁带最早用于UNIVAC-1计算机，作为外存储器。 C. 磁鼓存储器仅用作外存，存取速度较慢。 D. 软盘自发明以来尺寸始终为8英寸，容量未提升。 答案：A 解析：UNIVAC-1首次采用磁带作为外存。 穿孔卡片沿用至20世纪70年代；磁鼓既作内存也作外存，且存取速度快；软盘从8英寸逐步缩小到3.5英寸，容量提升至1.44MB 随堂练习 六 3 、按照（）分类，Cache、硬盘、优盘属于同一类。 A.存储介质 B.系统结构 C.工作方式 D.多层次存储系统 答案：C 解析：都属于随机读写的工作方式。 随堂练习 六 4 、（多项选择题）关于现代存储设备的优点，以下哪些描述是正确的( ) A. 优盘（U 盘）具有可擦写、断电数据不丢失的特性。 B. 移动硬盘的存储安全性低于光盘。 C. 优盘体积小、便携，兼容 USB 接口设备。 D. 移动硬盘的容量比传统光盘更大。 答案：ACD 解析：移动硬盘的存储安全性更高。光盘易受划伤、氧化或紫外线影响，长期保存可能因材料退化导致数据丢失。移动硬盘采用磁性存储或固态存储（如SSD），具有纠错机制和抗震设计（尤其SSD无机械部件），长期读写稳定性较好。 随堂练习 六 5 、下列存储器属于光存储器的是( )。 A.硬盘 B.软盘 C.RAM D.CD-ROM 答案：D 解析：光存储器：CD-ROM 随堂练习 六 6 、有一存储器，若用十六进制它的地址进行编码，起始编号为50000H，末地址为8FFFFH，则该存储器的容量为( )。 A.256KB B.128KB C.64KB D.32KB 答案：A 解析：8FFFF-50000+1=2^18=256KB 随堂练习 六 7、(是非选择题)计算机有36根地址线，既地址码由35位二进制数组成，它可寻址的空间是2611MB A.正确 B.错误 答案：B 解析：2^36=64GB=64*1024MB 随堂练习 六 8、按存储介质的材料分类有 存储器、 存储器和 存储器。 答案：半导体 磁表面 光 解析：按存储介质的材料分类有半导体存储器、磁表面存储器和光存储器。 课堂小结 七 谢谢 $$