1. 存储器的工作原理
这里只介绍动态存储器(DRAM)的工作原理。
动态存储器每片只有一条输入数据线，而地址引脚只有8条。为了形成64K地址，必须在系统地址总线和芯片地址引线之间专门设计一个地址形成电路。使系统地址总线信号能分时地加到8个地址的引脚上，借助芯片内部的行锁存器、列锁存器和译码电路选定芯片内的存储单元，锁存信号也靠着外部地址电路产生。
当要从DRAM芯片中读出数据时，CPU首先将行地址加在A0-A7上，而后送出RAS锁存信号，该信号的下降沿将地址锁存在芯片内部。接着将列地址加到芯片的A0-A7上，再送CAS锁存信号，也是在信号的下降沿将列地址锁存在芯片内部。然后保持WE=1，则在CAS有效期间数据输出并保持。
当需要把数据写入芯片时，行列地址先后将RAS和CAS锁存在芯片内部，然后，WE有效，加上要写入的数据，则将该数据写入选中的存贮单元。
由于电容不可能长期保持电荷不变，必须定时对动态存储电路的各存储单元执行重读操作，以保持电荷稳定，这个过程称为动态存储器刷新。PC/XT机中DRAM的刷新是利用DMA实现的。首先应用可编程定时器8253的计数器1，每隔1⒌12μs产生一次DMA请求，该请求加在DMA控制器的0通道上。当DMA控制器0通道的请求得到响应时，DMA控制器送出到刷新地址信号，对动态存储器执行读操作，每读一次刷新一行。
2. ram原理图
我们很多的Chip中都有ram作为存储器，存储器是能存储数据，并当给出地址码时能读出数据的装置。根据存储方式的不同，存储器可以分为随机存储器（ram）和只读存储器（rom）两大类。
ram的原意是不管对于哪一个存储单元，都可以以任意的顺序存取数据，而且存取所花的时间都相等。即使不能完全达到以任意的顺序存取，凡是能以相同的动作顺序和相同的动作时间进行存入和读出的半导体存储器都包括在ram中。
按照存放信息原理的不同，随机存储器又可分为静态和动态两种。静态ram是以双稳态元件作为基本的存储单元来保存信息的，因此，其保存的信息在不断电的情况下，是不会被破坏的；而动态ram是靠电容的充、放电原理来存放信息的，由于保存在电容上的电荷，会随着时间而泄露，因而会使得这种器件中存放的信息丢失，必须定时进行刷新。
一般一个存储器系统由以下几部分组成。
1．基本存储单元
一个基本存储单元可以存放一位二进制信息，其内部具有两个稳定的且相互对立的状态，并能够在外部对其状态进行识别和改变。不同类型的基本存储单元，决定了由其所组成的存储器件的类型不同。静态ram的基本存储单元是由两个增强型的nm0s反相器交叉耦合而成的触发器，每个基本的存储单元由六个mos管构成，所以，静态存储电路又称为六管静态存储电路。
图为六管静态存储单元的原理示意图。其中t1、t2为控制管，t3、t4为负载管。这个电路具有两个相对的稳态状态，若tl管截止则a＝“l”(高电平)，它使t2管开启，于是b＝“0”(低电平)，而b＝“0”又进一步保证了t1管的截止。所以，这种状态在没有外触发的条件下是稳定不变的。同样，t1管导通即a＝“0”(低电平)，t2管截止即b＝“1”(高电平)的状态也是稳定的。因此，可以用这个电路的两个相对稳定的状态来分别表示逻辑“1”和逻辑“0”。
当把触发器作为存储电路时，就要使其能够接收外界来的触发控制信号，用以读出或改变该存储单元的状态，这样就形成了如下右图所示的六管基本存储电路。其中t5、t6为门控管。
(a) 六管静态存储单元的原理示意图 (b) 六管基本存储电路
图 六管静态存储单元（我们常看到的还有把t3&t1的gate连到一起，把t2&t4的gate连到一起）
当x译码输出线为高电平时，t5、t6管导通，a、b端就分别与位线d0及 相连；若相应的y译码输出也是高电平，则t7、t8管(它们是一列公用的，不属于某一个存储单元)也是导通的，于是d0及 (这是存储单元内部的位线)就与输入/输出电路的i/o线及 线相通。
写入操作：写入信号自i/o线及 线输入，如要写入“1”，则i/o线为高电平而 线为低电平，它们通过t7、t8管和t5、t6管分别与a端和b端相连，使a=“1”，b=“0”，即强迫t2管导通，tl管截止，相当于把输入电荷存储于tl和t2管的栅级。当输入信号及地址选择信号消失之后，t5、t6、t7、t8都截止。由于存储单元有电源及负载管，可以不断地向栅极补充电荷，依靠两个反相器的交叉控制，只要不掉电，就能保持写入的信息“1”，而不用再生(刷新)。若要写入“0”，则 线为低电乎而i/o线为高电平，使tl管导通，t 2管截止即a=“0”，b=“1”。
读操作：只要某一单元被选中，相应的t5、t6、t7、t8均导通，a点与b点分别通过t5、t6管与d0及 相通，d0及 又进一步通过t7、t8管与i/o及 线相通，即将单元的状态传送到i/o及 线上。
由此可见，这种存储电路的读出过程是非破坏性的，即信息在读出之后，原存储电路的状态不变。
3. 存储器的原理是什么
存储器讲述工作原理及作用
介绍
存储器(Memory)是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。其概念很广，有很多层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器;在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等;在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。计算机中的存储器按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存),也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。
2.按存取方式分类
(1)随机存储器(RAM)：如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间与存储单元的物理位置无关，则这种存储器称为随机存储器(RAM)。RAM主要用来存放各种输入/输出的程序、数据、中间运算结果以及存放与外界交换的信息和做堆栈用。随机存储器主要充当高速缓冲存储器和主存储器。
(2)串行访问存储器(SAS)：如果存储器只能按某种顺序来存取，也就是说，存取时间与存储单元的物理位置有关，则这种存储器称为串行访问存储器。串行存储器又可分为顺序存取存储器(SAM)和直接存取存储器(DAM)。顺序存取存储器是完全的串行访问存储器，如磁带，信息以顺序的方式从存储介质的始端开始写入(或读出);直接存取存储器是部分串行访问存储器，如磁盘存储器，它介于顺序存取和随机存取之间。
(3)只读存储器(ROM)：只读存储器是一种对其内容只能读不能写入的存储器，即预先一次写入的存储器。通常用来存放固定不变的信息。如经常用作微程序控制存储器。目前已有可重写的只读存储器。常见的有掩模ROM(MROM)，可擦除可编程ROM(EPROM)，电可擦除可编程ROM(EEPROM).ROM的电路比RAM的简单、集成度高，成本低，且是一种非易失性存储器，计算机常把一些管理、监控程序、成熟的用户程序放在ROM中。
3.按信息的可保存性分类
非永久记忆的存储器：断电后信息就消失的存储器，如半导体读/写存储器RAM。
永久性记忆的存储器：断电后仍能保存信息的存储器，如磁性材料做成的存储器以及半导体ROM。
4.按在计算机系统中的作用分
根据存储器在计算机系统中所起的作用，可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。为了解决对存储器要求容量大，速度快，成本低三者之间的矛盾，目前通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。
能力影响
从写命令转换到读命令，在某个时间访问某个地址，以及刷新数据等操作都要求数据总线在一定时间内保持休止状态，这样就不能充分利用存储器通道。此外，宽并行总线和DRAM内核预取都经常导致不必要的大数据量存取。在指定的时间段内，存储器控制器能存取的有用数据称为有效数据速率，这很大程度上取决于系统的特定应用。有效数据速率随着时间而变化，常低于峰值数据速率。在某些系统中，有效数据速率可下降到峰值速率的10%以下。
通常，这些系统受益于那些能产生更高有效数据速率的存储器技术的变化。在CPU方面存在类似的现象，最近几年诸如AMD和 TRANSMETA等公司已经指出，在测量基于CPU的系统的性能时，时钟频率不是唯一的要素。存储器技术已经很成熟，峰值速率和有效数据速率或许并不比以前匹配的更好。尽管峰值速率依然是存储器技术最重要的参数之一，但其他结构参数也可以极大地影响存储器系统的性能。
影响有效数据速率的参数
有几类影响有效数据速率的参数，其一是导致数据总线进入若干周期的停止状态。在这类参数中，总线转换、行周期时间、CAS延时以及RAS到CAS的延时(tRCD)引发系统结构中的大部分延迟问题。
总线转换本身会在数据通道上产生非常长的停止时间。以GDDR3系统为例，该系统对存储器的开放页不断写入数据。在这期间，存储器系统的有效数据速率与其峰值速率相当。不过，假设100个时钟周期中，存储器控制器从读转换到写。由于这个转换需要6个时钟周期，有效的数据速率下降到峰值速率的 94%。在这100个时钟周期中，如果存储器控制器将总线从写转换到读的话，将会丢失更多的时钟周期。这种存储器技术在从写转换到读时需要15个空闲周期，这会将有效数据速率进一步降低到峰值速率的79%。表1显示出针几种高性能存储器技术类似的计算结果。
显然，所有的存储器技术并不相同。需要很多总线转换的系统设计师可以选用诸如XDR、RDRAM或者DDR2这些更高效的技术来提升性能。另一方面，如果系统能将处理事务分组成非常长的读写序列，那么总线转换对有效带宽的影响最小。不过，其他的增加延迟现象，例如库(bank)冲突会降低有效带宽，对性能产生负面影响。
DRAM技术要求库的页或行在存取之前开放。一旦开放，在一个最小周期时间，即行周期时间(tRC)结束之前，同一个库中的不同页不能开放。对存储器开放库的不同页存取被称为分页遗漏，这会导致与任何tRC间隔未满足部分相关的延迟。对于还没有开放足够周期以满足tRC间隙的库而言，分页遗漏被称为库冲突。而tRC决定了库冲突延迟时间的长短，在给定的DRAM上可用的库数量直接影响库冲突产生的频率。
大多数存储器技术有4个或者8个库，在数十个时钟周期具有tRC值。在随机负载情况下，那些具有8个库的内核比具有4个库的内核所发生的库冲突更少。尽管tRC与库数量之间的相互影响很复杂，但是其累计影响可用多种方法量化。
存储器读事务处理
考虑三种简单的存储器读事务处理情况。第一种情况，存储器控制器发出每个事务处理，该事务处理与前一个事务处理产生一个库冲突。控制器必须在打开一个页和打开后续页之间等待一个tRC时间，这样增加了与页循环相关的最大延迟时间。在这种情况下的有效数据速率很大程度上决定于I/O，并主要受限于DRAM内核电路。最大的库冲突频率将有效带宽削减到当前最高端存储器技术峰值的20%到30%。
在第二种情况下，每个事务处理都以随机产生的地址为目标。此时，产生库冲突的机会取决于很多因素，包括tRC和存储器内核中库数量之间的相互作用。tRC值越小，开放页循环地越快，导致库冲突的损失越小。此外，存储器技术具有的库越多，随机地址存取库冲突的机率就越小。
第三种情况，每个事务处理就是一次页命中，在开放页中寻址不同的列地址。控制器不必访问关闭页，允许完全利用总线，这样就得到一种理想的情况，即有效数据速率等于峰值速率。
第一种和第三种情况都涉及到简单的计算，随机情况受其他的特性影响，这些特性没有包括在DRAM或者存储器接口中。存储器控制器仲裁和排队会极大地改善库冲突频率，因为更有可能出现不产生冲突的事务处理，而不是那些导致库冲突的事务处理。
然而，增加存储器队列深度未必增加不同存储器技术之间的相对有效数据速率。例如，即使增加存储器控制队列深度，XDR的有效数据速率也比 GDDR3高20%。存在这种增量主要是因为XDR具有更高的库数量以及更低的tRC值。一般而言，更短的tRC间隔、更多的库数量以及更大的控制器队列能产生更高的有效带宽。
实际上，很多效率限制现象是与行存取粒度相关的问题。tRC约束本质上要求存储器控制器从新开放的行中存取一定量的数据，以确保数据管线保持充满。事实上，为保持数据总线无中断地运行，在开放一个行之后，只须读取很少量的数据，即使不需要额外的数据。
另外一种减少存储器系统有效带宽的主要特性被归类到列存取粒度范畴，它规定了每次读写操作必须传输的数据量。与之相反，行存取粒度规定每个行激活(一般指每个RAS的CAS操作)需要多少单独的读写操作。列存取粒度对有效数据速率具有不易于量化的巨大影响。因为它规定一个读或写操作中需要传输的最小数据量，列存取粒度给那些一次只需要很少数据量的系统带来了问题。例如，一个需要来自两列各8字节的16字节存取粒度系统，必须读取总共32字节以存取两个位置。因为只需要32个字节中的16个字节，系统的有效数据速率降低到峰值速率的50%。总线带宽和脉冲时间长度这两个结构参数规定了存储器系统的存取粒度。
总线带宽是指连接存储器控制器和存储器件之间的数据线数量。它设定最小的存取粒度，因为对于一个指定的存储器事务处理，每条数据线必须至少传递一个数据位。而脉冲时间长度则规定对于指定的事务处理，每条数据线必须传递的位数量。每个事务处理中的每条数据线只传一个数据位的存储技术，其脉冲时间长度为1。总的列存取粒度很简单：列存取粒度=总线宽度×脉冲时间长度。
很多系统架构仅仅通过增加DRAM器件和存储总线带宽就能增加存储系统的可用带宽。毕竟，如果4个400MHz数据速率的连接可实现 1.6GHz的总峰值带宽，那么8个连接将得到3.2GHz。增加一个DRAM器件，电路板上的连线以及ASIC的管脚就会增多，总峰值带宽相应地倍增。
首要的是，架构师希望完全利用峰值带宽，这已经达到他们通过物理设计存储器总线所能达到的最大值。具有256位甚或512位存储总线的图形控制器已并不鲜见，这种控制器需要1,000个，甚至更多的管脚。封装设计师、ASIC底层规划工程师以及电路板设计工程师不能找到采用便宜的、商业上可行的方法来对这么多信号进行布线的硅片区域。仅仅增加总线宽度来获得更高的峰值数据速率，会导致因为列存取粒度限制而降低有效带宽。
假设某个特定存储技术的脉冲时间长度等于1，对于一个存储器处理，512位宽系统的存取粒度为512位(或者64字节)。如果控制器只需要一小段数据，那么剩下的数据就被浪费掉，这就降低了系统的有效数据速率。例如，只需要存储系统32字节数据的控制器将浪费剩余的32字节，进而导致有效的数据速率等于50%的峰值速率。这些计算都假定脉冲时间长度为1。随着存储器接口数据速率增加的趋势，大多数新技术的最低脉冲时间长度都大于1。
选择技巧
存储器的类型将决定整个嵌入式系统的操作和性能，因此存储器的选择是一个非常重要的决策。无论系统是采用电池供电还是由市电供电，应用需求将决定存储器的类型(易失性或非易失性)以及使用目的(存储代码、数据或者两者兼有)。另外，在选择过程中，存储器的尺寸和成本也是需要考虑的重要因素。对于较小的系统，微控制器自带的存储器就有可能满足系统要求，而较大的系统可能要求增加外部存储器。为嵌入式系统选择存储器类型时，需要考虑一些设计参数，包括微控制器的选择、电压范围、电池寿命、读写速度、存储器尺寸、存储器的特性、擦除/写入的耐久性以及系统总成本。
选择存储器时应遵循的基本原则
1、内部存储器与外部存储器
一般情况下，当确定了存储程序代码和数据所需要的存储空间之后，设计工程师将决定是采用内部存储器还是外部存储器。通常情况下，内部存储器的性价比最高但灵活性最低，因此设计工程师必须确定对存储的需求将来是否会增长，以及是否有某种途径可以升级到代码空间更大的微控制器。基于成本考虑，人们通常选择能满足应用要求的存储器容量最小的微控制器，因此在预测代码规模的时候要必须特别小心，因为代码规模增大可能要求更换微控制器。目前市场上存在各种规模的外部存储器器件，我们很容易通过增加存储器来适应代码规模的增加。有时这意味着以封装尺寸相同但容量更大的存储器替代现有的存储器，或者在总线上增加存储器。即使微控制器带有内部存储器，也可以通过增加外部串行EEPROM或闪存来满足系统对非易失性存储器的需求。
2、引导存储器
在较大的微控制器系统或基于处理器的系统中，设计工程师可以利用引导代码进行初始化。应用本身通常决定了是否需要引导代码，以及是否需要专门的引导存储器。例如，如果没有外部的寻址总线或串行引导接口，通常使用内部存储器，而不需要专门的引导器件。但在一些没有内部程序存储器的系统中，初始化是操作代码的一部分，因此所有代码都将驻留在同一个外部程序存储器中。某些微控制器既有内部存储器也有外部寻址总线，在这种情况下，引导代码将驻留在内部存储器中，而操作代码在外部存储器中。这很可能是最安全的方法，因为改变操作代码时不会出现意外地修改引导代码。在所有情况下，引导存储器都必须是非易失性存储器。
可以使用任何类型的存储器来满足嵌入式系统的要求，但终端应用和总成本要求通常是影响我们做出决策的主要因素。有时，把几个类型的存储器结合起来使用能更好地满足应用系统的要求。例如，一些PDA设计同时使用易失性存储器和非易失性存储器作为程序存储器和数据存储器。把永久的程序保存在非易失性ROM中，而把由用户下载的程序和数据存储在有电池支持的易失性DRAM中。不管选择哪种存储器类型，在确定将被用于最终应用系统的存储器之前，设计工程师必须仔细折中考虑各种设计因素。
4. 存储器是怎么存储东西的 到现在都不明白存储器是怎么存储的 现在都不知道为什么
硬盘是现在计算机上最常用的存储器之一。我们都知道，计算机之所以神奇，是因为它具有高速分析处理数据的能力。而这些数据都以文件的形式存储在硬盘里。不过，计算机可不像人那么聪明。在读取相应的文件时，你必须要给出相应的规则。这就是分区概念。分区从实质上说就是对硬盘的一种格式化。当我们创建分区时，就已经设置好了硬盘的各项物理参数，指定了硬盘主引导记录(即Master Boot Record，一般简称为MBR)和引导记录备份的存放位置。而对于文件系统以及其他操作系统管理硬盘所需要的信息则是通过以后的高级格式化，即Format命令来实现。
面、磁道和扇区
硬盘分区后，将会被划分为面(Side)、磁道(Track)和扇区(Sector)。需要注意的是，这些只是个虚拟的概念，并不是真正在硬盘上划轨道。先从面说起，硬盘一般是由一片或几片圆形薄膜叠加而成。我们所说，每个圆形薄膜都有两个“面”，这两个面都是用来存储数据的。按照面的多少，依次称为0面、1面、2面……由于每个面都专有一个读写磁头，也常用0头(head)、1头……称之。按照硬盘容量和规格的不同，硬盘面数(或头数)也不一定相同，少的只有2面，多的可达数十面。各面上磁道号相同的磁道合起来，称为一个柱面(Cylinder)(如图1)。(图)
上面我们提到了磁道的概念。那么究竟何为磁道呢？由于磁盘是旋转的，则连续写入的数据是排列在一个圆周上的。我们称这样的圆周为一个磁道。(如图2)如果读写磁头沿着圆形薄膜的半径方向移动一段距离，以后写入的数据又排列在另外一个磁道上。根据硬盘规格的不同，磁道数可以从几百到数千不等；一个磁道上可以容纳数KB的数据，而主机读写时往往并不需要一次读写那么多，于是，磁道又被划分成若干段，每段称为一个扇区。一个扇区一般存放512字节的数据。扇区也需要编号，同一磁道中的扇区，分别称为1扇区，2扇区……
计算机对硬盘的读写，处于效率的考虑，是以扇区为基本单位的。即使计算机只需要硬盘上存储的某个字节，也必须一次把这个字节所在的扇区中的512字节全部读入内存，再使用所需的那个字节。不过，在上文中我们也提到，硬盘上面、磁道、扇区的划分表面上是看不到任何痕迹的，虽然磁头可以根据某个磁道的应有半径来对准这个磁道，但怎样才能在首尾相连的一圈扇区中找出所需要的某一扇区呢？原来，每个扇区并不仅仅由512个字节组成的，在这些由计算机存取的数据的前、后两端，都另有一些特定的数据，这些数据构成了扇区的界限标志，标志中含有扇区的编号和其他信息。计算机就凭借着这些标志来识别扇区
硬盘的数据结构
在上文中，我们谈了数据在硬盘中的存储的一般原理。为了能更深入地了解硬盘，我们还必须对硬盘的数据结构有个简单的了解。硬盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为5部分：MBR区、DBR区、FAT区、DIR区和DATA区。我们来分别介绍一下：
1．MBR区
MBR(Main Boot Record 主引导记录区)�位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区。不过，在总共512字节的主引导扇区中，MBR只占用了其中的446个字节，另外的64个字节交给了DPT(Disk Partition Table硬盘分区表)(见表)，最后两个字节“55，AA”是分区的结束标志。这个整体构成了硬盘的主引导扇区。(图)
主引导记录中包含了硬盘的一系列参数和一段引导程序。其中的硬盘引导程序的主要作用是检查分区表是否正确并且在系统硬件完成自检以后引导具有激活标志的分区上的操作系统，并将控制权交给启动程序。MBR是由分区程序(如Fdisk．exe)所产生的，它不依赖任何操作系统，而且硬盘引导程序也是可以改变的，从而实现多系统共存。
下面，我们以一个实例让大家更直观地来了解主引导记录：
例：80 01 01 00 0B FE BF FC 3F 00 00 00 7E 86 BB 00
在这里我们可以看到，最前面的“80”是一个分区的激活标志，表示系统可引导；“01 01 00”表示分区开始的磁头号为01，开始的扇区号为01，开始的柱面号为00；“0B”表示分区的系统类型是FAT32，其他比较常用的有04(FAT16)、07(NTFS)；“FE BF FC”表示分区结束的磁头号为254，分区结束的扇区号为63、分区结束的柱面号为764；“3F 00 00 00”表示首扇区的相对扇区号为63；“7E 86 BB 00”表示总扇区数为12289622。
2．DBR区
DBR(Dos Boot Record)是操作系统引导记录区的意思。它通常位于硬盘的0磁道1柱面1扇区，是操作系统可以直接访问的第一个扇区，它包括一个引导程序和一个被称为BPB(Bios Parameter Block)的本分区参数记录表。引导程序的主要任务是当MBR将系统控制权交给它时，判断本分区跟目录前两个文件是不是操作系统的引导文件(以DOS为例，即是Io．sys和Msdos．sys)。如果确定存在，就把它读入内存，并把控制权 交给该文件。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数，分配单元的大小等重要参数。DBR是由高级格式化程序(即Format．com等程序)所产生的。
3．FAT区
在DBR之后的是我们比较熟悉的FAT(File Allocation Table文件分配表)区。在解释文件分配表的概念之前，我们先来谈谈簇(Cluster)的概念。文件占用磁盘空间时，基本单位不是字节而是簇。一般情况下，软盘每簇是1个扇区，硬盘每簇的扇区数与硬盘的总容量大小有关，可能是4、8、16、32、64……
同一个文件的数据并不一定完整地存放在磁盘的一个连续的区域内，而往往会分成若干段，像一条链子一样存放。这种存储方式称为文件的链式存储。由于硬盘上保存着段与段之间的连接信息(即FAT)，操作系统在读取文件时，总是能够准确地找到各段的位置并正确读出。
为了实现文件的链式存储，硬盘上必须准确地记录哪些簇已经被文件占用，还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内容的下一个簇的簇号。对一个文件的最后一簇，则要指明本簇无后继簇。这些都是由FAT表来保存的，表中有很多表项，每项记录一个簇的信息。由于FAT对于文件管理的重要性，所以FAT有一个备份，即在原FAT的后面再建一个同样的FAT。初形成的FAT中所有项都标明为“未占用”，但如果磁盘有局部损坏，那么格式化程序会检测出损坏的簇，在相应的项中标为“坏簇”，以后存文件时就不会再使用这个簇了。FAT的项数与硬盘上的总簇数相当，每一项占用的字节数也要与总簇数相适应，因为其中需要存放簇号。FAT的格式有多种，最为常见的是FAT16和FAT32。
4．DIR区
DIR(Directory)是根目录区，紧接着第二FAT表(即备份的FAT表)之后，记录着根目录下每个文件(目录)的起始单元，文件的属性等。定位文件位置时，操作系统根据DIR中的起始单元，结合FAT表就可以知道文件在硬盘中的具体位置和大小了。
5．数据(DATA)区
数据区是真正意义上的数据存储的地方，位于DIR区之后，占据硬盘上的大部分数据空间。
磁盘的文件系统
经常听高手们说到FAT16、FAT32、NTFS等名词，朋友们可能隐约知道这是文件系统的意思。可是，究竟这么多文件系统分别代表什么含义呢？今天，我们就一起来学习学习：
1.什么是文件系统？
所谓文件系统，它是操作系统中借以组织、存储和命名文件的结构。磁盘或分区和它所包括的文件系统的不同是很重要的，大部分应用程序都基于文件系统进行操作，在不同种文件系统上是不能工作的。
2.文件系统大家族
常用的文件系统有很多，MS-DOS和Windows 3.x使用FAT16文件系统，默认情况下Windows 98也使用FAT16，Windows 98和Me可以同时支持FAT16、FAT32两种文件系统，Windows NT则支持FAT16、NTFS两种文件系统，Windows 2000可以支持FAT16、FAT32、NTFS三种文件系统，Linux则可以支持多种文件系统，如FAT16、FAT32、NTFS、Minix、ext、ext2、xiafs、HPFS、VFAT等，不过Linux一般都使用ext2文件系统。下面，笔者就简要介绍这些文件系统的有关情况：
(1)FAT16
FAT的全称是“File Allocation Table(文件分配表系统)”，最早于1982年开始应用于MS-DOS中。FAT文件系统主要的优点就是它可以允许多种操作系统访问，如MS-DOS、Windows 3.x、Windows 9x、Windows NT和OS/2等。这一文件系统在使用时遵循8.3命名规则(即文件名最多为8个字符，扩展名为3个字符)。
(2)VFAT
VFAT是“扩展文件分配表系统”的意思，主要应用于在Windows 95中。它对FAT16文件系统进行扩展，并提供支持长文件名，文件名可长达255个字符，VFAT仍保留有扩展名，而且支持文件日期和时间属性，为每个文件保留了文件创建日期/时间、文件最近被修改的日期/时间和文件最近被打开的日期/时间这三个日期/时间。
(3)FAT32
FAT32主要应用于Windows 98系统，它可以增强磁盘性能并增加可用磁盘空间。因为与FAT16相比，它的一个簇的大小要比FAT16小很多，所以可以节省磁盘空间。而且它支持2G以上的分区大小。朋友们从附表中可以看出FAT16与FAT32的一不同。
(4)HPFS
高性能文件系统。OS/2的高性能文件系统(HPFS)主要克服了FAT文件系统不适合于高档操作系统这一缺点，HPFS支持长文件名，比FAT文件系统有更强的纠错能力。Windows NT也支持HPFS，使得从OS/2到Windows NT的过渡更为容易。HPFS和NTFS有包括长文件名在内的许多相同特性，但使用可靠性较差。
(5)NTFS
NTFS是专用于Windows NT/2000操作系统的高级文件系统，它支持文件系统故障恢复，尤其是大存储媒体、长文件名。NTFS的主要弱点是它只能被Windows NT/2000所识别，虽然它可以读取FAT文件系统和HPFS文件系统的文件，但其文件却不能被FAT文件系统和HPFS文件系统所存取，因此兼容性方面比较成问题。
ext2
这是Linux中使用最多的一种文件系统，因为它是专门为Linux设计，拥有最快的速度和最小的CPU占用率。ext2既可以用于标准的块设备(如硬盘)，也被应用在软盘等移动存储设备上。现在已经有新一代的Linux文件系统如SGI公司的XFS、ReiserFS、ext3文件系统等出现。
小结：虽然上面笔者介绍了6种文件系统，但占统治地位的却是FAT16/32、NTFS等少数几种，使用最多的当然就是FAT32啦。只要在“我的电脑”中右击某个驱动器的属性，就可以在“常规”选项中(图)看到所使用的文件系统。
明明白白识别硬盘编号
目前，电子市场上硬盘品牌最让大家熟悉的无非是IBM、昆腾(Quantum)、希捷(Seagate),迈拓(Maxtor)等“老字号”。而这些硬盘型号的编号则各不相同，令人眼花缭乱。其实，这些编号均有一定的规律，表示一些特定?的含义。一般来说，我们可以从其编号来了解硬盘的性能指标，包括接口?类型、转速、容量等。作为DIY朋友来说，只有自己真正掌握正确识别硬盘编号，在选购硬盘时，就方便得多(以致不被“黑”)，至少不会被卖的人说啥是啥。以下举例说明，供朋友们参考。
一、IBM
IBM是硬盘业的巨头，其产品几乎涵盖了所有硬盘领域。而且IBM还是去年硬盘容量、价格战的始作蛹者。我们今天能够用得上经济上既便宜，而且容量又大的硬盘可都得感谢IBM。
IBM的每一个产品又分为多个系列，它的命名方式为：产品名＋系列代号＋接口类型＋盘片尺寸＋转速＋容量。以Deskstar 22GXP的13.5GB硬盘为例，该硬盘的型号为：DJNA－371350，字母D代表Deskstar产品，JN代表Deskstar25GP与22GP系列，A代表ATA接口，3代表3寸盘片，7是7200转产品，最后四位数字为硬盘容量13.5GB。IBM系列代号(IDE)含义如下：
TT=Deskstar 16GP或14GXP JN=Deskstar 25GP或22GXP RV=Ultrastar 18LZX或36ZX
接口类型含义如下：A＝ATA
S与U＝Ultra SCSI、Ultra SCSI Wide、Ultra SCSI SCA、增强型SCSI、
增强扩展型SCSI（SCA）
C＝Serial Storage Architecture连续存储体系SCSI L＝光纤通道SCSI
二、MAXTOR(迈拓)
MAXTOR是韩国现代电子美国公司的一个独立子公司，以前该公司的产品也覆盖了IDE与SCSI两个方面，但由于SCSI方面的产品缺乏竟争力而最终放弃了这个高端市场从而主攻IDE硬盘，所以MAXTOR公司应该是如今硬盘厂商中最专一的了。
MAXTOR硬盘编号规则如下：首位＋容量＋接口类型＋磁头数，MAXTOR?从钻石四代开始，其首位数字就为9，一直延续到现在，所以大家如今能在电子市场上见到的MAXTOR硬盘首位基本上都为9。另外比较特殊的是MAXTOR编号中有磁头数这一概念，因为MAXTOR硬盘是大打单碟容量的发起人，所以其硬盘的型号中要将单碟容量从磁头数中体现出来。单碟容量＝2*硬盘总容量/磁头数。
现以金钻三代(DiamondMax Plus6800)10.2GB的硬盘为例说明：该硬盘?型号为91024U3，9是首位，1024是容量，U是接口类型UDMA66，3代表该硬盘有3个磁头，也就是说其中的一个盘片是单面有数据。这个单碟容量就为2*10.2/3=6.8GB。MAXTOR硬盘接口类型字母含义如：
A＝PIO模式 D＝UDMA33模式 U＝UDMA66模式
三、SEAGATE(希捷)
希捷科技公司(Seagate Technology)是世界上最大的磁盘驱动器、磁?盘和读写磁头生产厂家，该公司是一直是IBM、COMPAQ、SONY等业界大户的硬盘供应商。希捷还保持着业界第一款10000转硬盘的记录(積架Cheetah系列SCSI)与最大容量(積架三代73GB)的记录，公司的实力由此可见一斑。但?由于希捷一直是以高端应用为主(例如SCSI硬盘)，而并不是特别重视低端家用产品的开发，从而导致在DIY一族心目中的地位不如昆腾等硬盘供应商?。好在希捷公司及时注意到了这个问题，不久前投入市场的酷鱼(Barracuda)系列就一扫希捷硬盘以往在单碟容量、转速、噪音、非正常外频下工作稳?定性、综合性能上的劣势。
希捷的硬盘系列从低端到高端的产品名称分别为：U4系列、Medalist(金牌)系列、U8系列、Medalist Pro(金牌Pro)系列、Barracuda(酷鱼)系列。其中Medalist Pro与Barracuda系列是7200转的产品，其他的是5400转的产品。硬盘的型号均以ST开头，现以酷鱼10.2GB硬盘为例来说明。该硬盘的型号是：ST310220A，在ST后第一位数字是代表硬盘的尺寸，3就是该硬盘采用3寸盘片，如今其他规格的硬盘已基本上没有了，所以大家能够见到?的绝大多数硬盘该位数字均不3，3后面的1022代表的是该硬盘的格式化容量是10.22GB，最后一位数字0是代表7200转产品。这一点不要混淆与希捷以前的入门级产品Medalist ST38420A混淆。多数希捷的Medalist Pro系列开始，以结尾的产品均代表7200转硬盘，其它数字结尾(包括1、2)代表5400转的产品。位于型号最后的字母是硬盘的接口类型。希捷硬盘的接口类型字母含义如下：
A=ATA UDMA33或UDMA66 IDE接口 AG为笔记本电脑专用的ATA接口硬盘。
W为ULTRA Wide SCSI，
其数据传输率为40MB每秒 N为ULTRA Narrow SCSI，其数据传输率为20MB每秒。
而ST34501W/FC和ST19101N/FC中的FC(Fibre Channel)表示光纤通道，可提供高达每秒100MB的数据传输率，并且支持热插拔。
硬盘及接口标准的发展历史
一、硬盘的历史
说起硬盘的历史，我们不能不首先提到蓝色巨人IBM所发挥的重要作用，正是IBM发明了硬盘，并且为硬盘的发展做出了一系列重大贡献。在发明磁盘系统之前，计算机使用穿孔纸带、磁带等来存储程序与数据，这些存储方式不仅容量低、速度慢，而且有个大缺陷：它们都是顺序存储，为了读取后面的数据，必须从头开始读，无法实现随机存取数据。
在1956年9月，IBM向世界展示了第一台商用硬盘IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），这套系统的总容量只有5MB，却是使用了50个直径为24英寸的磁盘组成的庞然大物。而在1968年IBM公司又首次提出了“温彻斯特”Winchester技术。“温彻斯特”技术的精髓是：“使用密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这便是现代硬盘的原型。在1973年IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术制造的硬盘，从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。1979年，IBM再次发明了薄膜磁头，为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。70年代末与80年代初是微型计算机的萌芽时期，包括希捷、昆腾、迈拓在内的许多着名硬盘厂商都诞生于这一段时间。1979年，IBM的两位员工Alan Shugart和Finis Conner决定要开发像5.25英寸软驱那样大小的硬盘驱动器，他们离开IBM后组建了希捷公司，次年，希捷发布了第一款适合于微型计算机使用的硬盘，容量为5MB，体积与软驱相仿。
PC时代之前的硬盘系统都具有体积大、容量小、速度慢和价格昂贵的特点，这是因为当时计算机的应用范围还太小，技术与市场之间是一种相互制约的关系，使得包括存储业在内的整个计算机产业的发展都受到了限制。 80年代末期IBM对硬盘发展的又一项重大贡献，即发明了MR（Magneto Resistive)磁头，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度能够比以往20MB每英寸提高了数十倍。1991年IBM生产的3.5英寸的硬盘使用了MR磁头，使硬盘的容量首次达到了1GB，从此硬盘容量开始进入了GB数量级的时代 。1999年9月7日，迈拓公司(Maxtor)_宣布了首块单碟容量高达10.2GB的ATA硬盘，从而把硬盘的容量引入了一个新里程碑。
二、接口标准的发展
（1）IDE和EIDE的由来
最早的IBM PC并不带有硬盘，它的BIOS及DOS 1.0操作系统也不支持任何硬盘，因为系统的内存只有16KB，就连软驱和DOS都是可选件。后来DOS 2引入了子目录系统，并添加了对“大容量”存储设备的支持，于是一些公司开始出售供IBM PC使用的硬盘系统，这些硬盘与一块控制卡、一个独立的电源被一起装在一个外置的盒子里，并通过一条电缆与插在扩展槽中的一块适配器相连，为了使用这样的硬盘，必须从软驱启动，并加载一个专用设备驱动程序。
1983年IBM公司推出了PC/XT，虽然XT仍然使用8088 CPU，但配置却要高得多，加上了一个10MB的内置硬盘，IBM把控制卡的功能集成到一块接口控制卡上，构成了我们常说的硬盘控制器。其接口控制卡上有一块ROM芯片，其中存有硬盘读写程序，直到基于80286处理器的PC/AT的推出，硬盘接口控制程序才被加入到了主板的BIOS中。
PC/XT和PC/AT机器使用的硬盘被称为MFM硬盘或ST－506/412硬盘，MFM（Modified Frequency Molation）是指一种编码方案，而ST－506/412则是希捷开发的一种硬盘接口，ST－506接口不需要任何特殊的电缆及接头，但是它支持的传输速度很低，因此到了1987年左右这种接口就基本上被淘汰了。
迈拓于1983年开发了ESDI（Enhanced Small Drive Interface）接口。这种接口把编解码器放在了硬盘本身之中，它的理论传输速度是ST－506的2～4倍。但由于成本比较高，九十年代后就逐步被淘汰掉了。
IDE（Integrated Drive Electronics）实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，这样减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE接口也叫ATA（Advanced Technology Attachment）接口。
ATA接口最初是在1986年由CDC、康柏和西部数据共同开发的，他们决定使用40芯的电缆，最早的IDE硬盘大小为5英寸，容量为40MB。ATA接口从80年代末期开始逐渐取代了其它老式接口。
80年代末期IBM发明了MR（Magneto Resistive）磁阻磁头，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度能够比以往的20MB/in2提高数十上百倍。1991年，IBM生产的3.5英寸硬盘0663－E12使用了MR磁头，容量首次达到了1GB，从此硬盘容量开始进入了GB数量级，直到今天，大多数硬盘仍然采用MR磁头。
人们在谈论硬盘时经常讲到PIO模式和DMA模式，它们是什么呢？目前硬盘与主机进行数据交换的方式有两种，一种是通过CPU执行I/O端口指令来进行数据的读写；另外，一种是不经过CPU的DMA方式。
PIO模式即Programming Input/Output Model。这种模式使用PC I/O端口指令来传送所有的命令、状态和数据。由于驱动器中有多个缓冲区，对硬盘的读写一般采用I/O串操作指令，这种指令只需一次取指令就可以重复多次地完成I/O操作，因此，达到高的数据传输率是可能的。
DMA即Direct Memory Access。它表示数据不经过CPU，而直接在硬盘和内存之间传送。在多任务操作系统内，如OS/2、Linux、Windows NT等，当磁盘传输数据时，CPU可腾出时间来做其它事情，而在DOS/Windows3.X环境里，CPU不得不等待数据传输完毕，所以在这种情况下，DMA方式的意义并不大。
DMA方式有两种类型：第三方DMA（third－party DMA）和第一方DMA（first－party DMA）(或称总线主控DMA，Busmastering DMA)。第三方DMA通过系统主板上的DMA控制器的仲裁来获得总线和传输数据。而第一方DMA，则完全由接口卡上的逻辑电路来完成，当然这样就增加了总线主控接口的复杂性和成本。现在，所有较新的芯片组均支持总线主控DMA。
（2）SCSI接口
（Small Computer System Interface小型计算机系统接口）是一种与ATA完全不同的接口，它不是专门为硬盘设计的，而是一种总线型的系统接口，每个SCSI总线上可以连接包括SCSI控制卡在内的8个SCSI设备。SCSI的优势在于它支持多种设备，传输速率比ATA接口快得多但价格也很高，独立的总线使得它对CPU的占用率很低。 最早的SCSI是于1979年由美国的Shugart公司（Seagate希捷公司的前身）制订的，90年代初，SCSI发展到了SCSI－2，1995年推出了SCSI－3，其俗称Ultra SCSI， 1997年推出了Ultra 2 SCSI(Fast－40)，其采用了LVD（Low Voltage Differential，低电平微分）传输模式，16位的Ultra2SCSI(LVD)接口的最高传输速率可达80MB/S,允许接口电缆的最长为12米，大大增加了设备的灵活性。1998年，更高数据传输率的Ultra160/m SCSI(Wide下的Fast－80)规格正式公布，其最高数据传输率为160MB/s，昆腾推出的Atlas10K和Atlas四代等产品支持Ultra3 SCSI的Ultra160/m传输模式。
SCSI硬盘具备有非常优秀的传输性能。但由于大多数的主板并不内置SCSI接口，这就使得连接SCSI硬盘必须安装相应的SCSI卡，目前关于SCSI卡有三个正式标准，SCSI－1，SCSI－2和SCSI－3，以及一些中间版本，要使SCSI硬盘获得最佳性能就必须保证SCSI卡与SCSI硬盘版本一致（目前较新生产的SCSI硬盘和SCSI卡都是向前兼容的，不一定必须版本一致）。
（3）IEEE1394：IEEE1394又称为Firewire（火线）或P1394，它是一种高速串行总线，现有的IEEE1394标准支持100Mbps、200Mbps和400Mbps的传输速率，将来会达到800Mbps、1600Mbps、3200Mbps甚至更高，如此高的速率使得它可以作为硬盘、DVD、CD－ROM等大容量存储设备的接口。IEEE1394将来有望取代现有的SCSI总线和IDE接口，但是由于成本较高和技术上还不够成熟等原因，目前仍然只有少量使用IEEE1394接口的产品，硬盘就更少了。
5. 存储器的原理\
由RS触发器存储的一个高低点位表示二进制的0或1，，，，，，，，，N个后就存储了信息。