计算机信息最终需要存储设备存储在时空区域，根据不使用的应用场景可以分为大小和速度。不同的存储技术构成了计算机的存储层模型，每个层次都有自己的责任和必要性。

随机访问存储器 Random Access Memory简称RAM，它分为静态和动态两类。速度，静态RAM比动态RAM访问速度更快，只需要几个时钟，但成本更贵。

事实上，内存是一个逻辑的线性一维数组，但它将是DRAM为了减少芯片上地址的引脚数量，设计成二维阵列，但也有一个缺点，那就是地址搜索分为两个步骤，增加了时钟周期。如图所示，如果要从内存中找到(0,2)单元的数据，DRAM将银行数据复制到内部缓冲区，然后发送到内存控制器，然后由内存控制器交互。

CPU通过总线电路和内存交互数据，交互步骤统称为总线事务。 读事务：从主存传输数据到CPU。 写事务：从CPU传回数据到主存。

如今，许多内存制造商会加速内存速度DRAM架构优化，优化手段常见快页模式、FPM DRAM模式、双倍速率同步DRAM等。

RAM如果断电会丢失数据，计算机需要一个可以在断电后保持数据的随机存储器，以支持计算机启动的准备。 ROM的特点是非易失、只读存储设备通常印在主板生成过程中。

现代工业，RAM不能完全支持计算机的存储需求，磁盘磁盘存储容量比的目的是解决大数据存储问题RAM大得多，现在磁盘成本低，工业技术要求不太高，现在磁盘容量往往是数百GB甚至数TB但磁盘最大的缺点是访问时间长。

           - 盘片 

盘片：多个磁盘形成基本磁盘，每个磁盘有两面，其表面覆盖着精密磁性材料 磁盘上的所有数据都存储在磁盘上。当计算机运行时，磁盘固定在主轴上 速运转。

           - 主轴 

主轴：中轴固定盘旋转，主轴旋转驱动盘旋转。转速一般为5400~15000 /分，主轴转速越快，磁盘读写效率越高，但功耗和噪音也会增加。

           - 磁臂 

磁臂：控制磁头在盘上方读取数据的设备 磁臂调度算法：详细回答后续文章

           - 磁头 

磁头：磁臂头位置的读写数据设备，跟随磁臂附着在盘子上方，通过盘子旋转，在盘子的磁道上读取磁信号。

           - 磁道 

磁道：盘子上密密麻麻的沟壑叫磁道。换句话说，磁道是一组同心圆，一起形成磁盘。严格来说，数据存储在磁道上。

           - 扇区 

扇区：将磁道细分为一段的逻辑概念伪连续空间，每个空间都叫扇区，它的数据大小通常是512字节，连续扇区之间有狭窄的间隙 不存储数据，而是识别风扇区域的格式位置。

           - 柱面 

柱面：这也是一个逻辑概念。柱面由多个磁盘组成，与主轴中心相等。

磁盘容量由记录密、磁道密度、面密度决定。

磁盘控制器控制磁臂寻找数据道(寻道) -> 等待盘片旋转到指定位置 -> 感知磁信息 磁盘读取数据主要由3部分组成

              - 寻道时间：平均3~9ms，最大可到几十毫秒
              - 旋转时间：和转速有关，转速越快，耗时越短，通常<10ms
              - 传输时间：通常<1ms，微妙级别

固态硬盘基于闪存技术实现，其内部工作逻辑和常规磁盘差别很大，其内部数据以块 为单位进行存储，因为其使用块擦除技术，所以相较之普通磁盘，读写次数大打折 扣，但是其读写效率通常比普通机械磁盘快许多，因为避免了寻道、旋转时间。

现代计算机为了提高磁盘的读写效率，提出了RAID磁盘阵列的概念，操作系统统一对 接RAID接口，屏蔽了具体实现。RAID是将多个磁盘进行阵列组合，达到并行读写、 数据冗余的特点。

// TODO，后续在操作系统章节详细剖析

总线是一个贯穿整个系统的电子管道的总称，他的职责是将链接总线的设备信息进行提供信息传递的功能。通常总线会被设计成定长的字节块，简称字。

CPU内部可分为2个总线结构，其中CPU本地总线负责CPU高速缓存和CPU计算单元通信，其速度较快；其叫法还有后端总线、存储总线等。

CPU和内存交互数据的总线线路的别称，CPU通过北桥的IO桥接器设备进行和内存数据交互。

I/O总线是基于PCI/PCIe协议的数据总线统称，计算机I/O设备均与I/O总线对接，进行数据传递。

总线根据功能可划分为：

     - 数据总线
     - 地址总线
     - 控制总线

I/O设备是系统与外部的联系通道，每个I/O设备都通过一个IO控制器/适配器与计算机的I/O总线相连。 控制器：插在电路板上的一组芯片，其功能是在IO设备和IO总线之间传递数据。

CPU使用一种内存I/O映射技术来向I/O设备发出命令。系统地址空间和I/O设备通信对应，每一个这样的地址称之为I/O端口，当一个设备注册连接到总线时，就会与一个或多个端口相关联。

        1. 用户程序发出一个系统调用
        1. 内核将其翻译为对应设备驱动程序的调用函数
        1. 驱动程序启动I/O，并不断轮询检查设备
        1. I/O结束，驱动程序将数据通过总线传送到指定内存地址

同普通模式一样，只不过设备驱动程序不需要轮询检查，在I/O进行过程中，CPU可以调度其它程序，等I/O完毕时，设备驱动程序发出中断通知CPU完成操作，CPU后续进行逻辑处理。

DMA是一种特殊的芯片，它可以控制设备控制器和内存数据交互的数据流，无需CPU干预。

        1. CPU通过设置DMA控制器的寄存器，告诉数据需要传送到目的地址、磁盘扇区信息等。
        1. DMA控制器负责和I/O控制器进行I/O数据交互。
        1. DMA每完成一个数据块，给CPU发出一个中断来通知CPU。

现代计算机几乎是使用二进制的表示形式来处理数据，逢二进一，只有0和1两个数字表示，每一个数字表示一位，bit;

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因为计算机只有加法运算，没有减法，所谓的减法都是通过二进制位加法运算进行，所以计算机对二进制的表示有了补码。

正数的原反补三码一致

对于负数而言，将其绝对值的原码取反，0变1,1变0，然后+1

规定了计算机表示字符的集合，常见的字符集有：

基于不同的字符集，每种字符集在计算机系统中可以有不同的编码规则，目前使用广泛的Unicode字符集的编码方式极为常见：

     - UTF-8编码
     - UTF-16编码

其中，UTF8和UTF16采用变长方案，UTF-8是1个字节的码元，UTF-16使用2个字节码元。UTF-8同样兼 容ASCII码，目前UTF-8编码已经超过ASCII的使用市场。

链接是将各种代码片段和数据片段收集、组合为一个单一的文件的过程，文件被加载到内存中可执行。现代的计算机系统是通过链接器程序工作完成。

每一个可重定位目标模块都有一个符号表，包含了模块定义和引用的符号信息，其中包括3类符号：

     - `全局符号`：能够被其它模块引用的符号
     - `外部符号`：有其它模块定义，并被本模块引用的符号
     - `局部符号`：只被本模块定义和引用的符号

     - `可重定位目标文件`：包含二进制代码和数据，在编译时与其它可重定位目标文件合并。
     - `可执行目标文件`：包含二进制代码和数据，可直接被复制到内存并执行。
     - `共享目标文件`：特殊的可重定位目标文件，可以再运行时被动态加载到内存。

静态库：编译器将相关目标模块打包成为一个单独的文件。

以一组可重定位目标文件和命令参数为输入，生成一个可运行的可执行文件为输出，其过程有2个主要任务：

     1. 符号解析：将文件每一个符号引用和符号表定义符号关联起来。
     1. 重定位：链接器通过吧每个符号定义与内存地址相关联，以修改这些符号引用，从而指向内存地址。

在程序运行时，加载共享库的函数代码资源，并和本程序践行链接，形成一个完整的程序。因为库函数是共享的，所以减少了程序大小，相较之静态链接，动态链接性能下降5%，但是节省了空间。