计算机存储器详解：磁记录原理与存储层次结构

"本资源主要讲解了磁记录原理以及计算机存储器的相关知识，包括磁记录的工作机制、存储器的分类、存取方式、作用分类、存储器层次结构以及主存储器的基本组成和技术指标。" 在计算机科学中，磁记录是一种常见的数据存储方法，广泛应用于硬盘、磁带等辅助存储设备。磁记录原理主要依赖于载磁体上磁层的局部磁化。当电流通过写线圈时，会在载磁体上产生磁场，使磁层的磁化方向发生改变，形成“0”或“1”的二进制状态。写入“0”和“1”是通过改变磁场方向来实现的，这一过程称为写操作。 存储器在计算机系统中扮演着至关重要的角色。根据存储介质的不同，存储器可以分为半导体存储器（如RAM和ROM）、磁表面存储器（如硬盘）、磁芯存储器和光盘存储器。其中，半导体存储器分为易失性和非易失性，前者如RAM，在断电后数据会丢失，而后者如Flash Memory，即使断电也能保持数据。 按照存取方式，存储器分为随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）和顺序存取存储器（如磁带）。RAM允许在任何位置随机存取数据，而ROM则在制造时预编程，执行过程中只能读取不能修改。 存储器的层次结构是计算机设计中的核心概念，通常包括CPU寄存器、高速缓冲存储器（Cache）、主存储器和辅助存储器。这种层次结构旨在平衡存储器的速度、容量和价格。CPU寄存器是最快的，但容量最小；Cache作为缓冲，减少CPU与主存之间的延迟；主存提供较大容量，但速度较慢；辅助存储器如硬盘和磁带则提供大量存储空间，但访问速度最慢。 主存储器，即内存，是CPU直接访问的存储区域。它由存储体、驱动器、译码器、地址寄存器（MAR，Memory Address Register）、数据寄存器（MDR，Memory Data Register）和控制电路等组成。数据的读写通过地址总线和数据总线进行。主存储器的地址分配通常按照字节或字进行，字长可能为16位或32位。主存储器的技术指标主要包括存储容量（如24位地址线可寻址16MB）、存取速度（读出时间、写入时间）以及存储器的带宽，这些因素直接影响到系统的整体性能。 磁记录原理与计算机存储器的知识涵盖了数据存储的基础和计算机系统中的核心组件，理解这些概念对于深入学习计算机组成原理至关重要。