编程必备基础知识|计算机组成原理篇(08)：存储器

计算机基础方面的知识，对于一些非科班出身的同窗来说，一直是他们心中的痛，而对于科班出身的同窗，不少同窗在工做以后，也意识到自身所学知识的不足与欠缺，想回头补补基础知识。关于计算机基础的课程不少，内容繁杂，但不管是相关书籍仍是大学课程，都有点脱离工做。特别地，计算机基础知识体系庞杂，想要从零学习或者复习都耗时耗力。

有鉴于此，本系列文章将带你更快的补足编程必备基础知识，涵盖计算机领域三大基础知识：计算机组成原理、操做系统、计算机网络，这些都是大学计算机课程里面最重要的内容。文章对这些内容作了提炼和总结，摒弃了做为程序员不须要掌握的知识。

目的是：

• 帮助你们造成计算机知识的结构体系
• 帮助你们理解计算机底层原理
• 帮助你们在工做实践中借鉴其中的优秀设计

本篇是计算机组成原理之计算机的存储器

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1.什么是存储器

存储器，顾名思义，是用来储存物质的。在计算机中，这些储存的物质就是数据和指令，有了存储器，计算机就有了记忆功能。

存储器由一些编号的单元所组成，单元的编号叫作地址。打个比方，存储器就像是一个大型仓库，仓库里面有不少个房间存放着货物，每一个房间都有本身的房号；而存储器单元比如房间，房间里的货物比如数据和指令，而单元的编号（地址）就比如房间号，咱们的计算机就是根据这个地址来存放或取出数据和指令的。

计算机中的所有信息，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。

2.存储器的分类

按存储介质来划分，存储器可分为半导体存储器和磁存储器。其中，半导体存储器存储的元器件是由半导体组成的，常见的如：内存、U盘、固态硬盘等；磁存储器，是由表面涂有磁性材料的存储介质组成的，常见的有：磁带、磁盘。

按存取方式来分类，能够将存储器分为随机存储器（RAM）、串行存储器、只读存储器（ROM），

3.存储器的层次结构

在选取计算机的存储器时，一般须要考虑的因素是存储器的读写速度、存储容量、价格，咱们但愿读写速度越快越好、存储容量越大越好、价格则越低越好。有一个专门的单位，用来量化存储器的性价比——位价。位价综合地把容量和价格都考虑进去了，它的含义是每比特位的价格，使用位价能够客观地描述存储器的性价比。

按照位价和读写速度的关系，能够把存储器划分为几个层次：缓存、主存、辅存。

缓存指的是CPU里的寄存器以及高速缓存，速度快，位价高。

主存指的主要是计算机里的内存，速度适中，价格适中。

辅存指的是外部储存设备，如磁盘、U盘、移动硬盘等，速度慢，价格低。

以前文章里已经提到过，CPU是高速运算的，处理速率极快，而存储器没有CPU快，传输数据和程序到CPU里时速度慢，这会致使CPU常常空转等待数据传输，二者在速度上是不匹配的。理论上，不考虑价格的话，咱们确定但愿缓存越大越好，可是因为位价的存在，缓存不可能作的越大越好，所以才有了这个层次结构。

存储器的层次结构也可使用以下图来表达：

图示里，CPU与高速缓存是直接通讯的，也能够跟主存进行通讯。而高速缓存和主存之间也能够相互通讯，称之为缓存-主存层次，除了缓存-主存层次，还有主存和辅存之间的通讯，这个通讯，CPU是不参与的，称之为主存-辅存层次。

缓存-主存层次，是在CPU与主存之间增长一层速度快容量小的Cache，目的是解决主存与CPU速度不匹配的问题。有了高速缓存的存在，CPU就能够经过必定的策略，尽量地去访问这个高速缓存而不是主存，从而有效提升CPU的利用效率以及计算机的运行速度。CPU选取数据时，首先会从缓存中去取，缓存中没有的话，再会去取主存中的。

主存-辅存层次，是在主存以外增长辅助存储器（磁盘、SD卡、U盘等），目的是解决主存容量不足的问题。假设咱们运行一个超大型游戏，而内存一般只有8G，此时，就能够把游戏当前使用的数据加载到内存中，把不使用的数据放在辅存中。