編程必備基礎知識|計算機組成原理篇(08)：存儲器

計算機基礎方面的知識，對於一些非科班出身的同窗來說，一直是他們心中的痛，而對於科班出身的同窗，不少同窗在工做以後，也意識到自身所學知識的不足與欠缺，想回頭補補基礎知識。關於計算機基礎的課程不少，內容繁雜，但不管是相關書籍仍是大學課程，都有點脫離工做。特別地，計算機基礎知識體系龐雜，想要從零學習或者複習都耗時耗力。

有鑑於此，本系列文章將帶你更快的補足編程必備基礎知識，涵蓋計算機領域三大基礎知識：計算機組成原理、操做系統、計算機網絡，這些都是大學計算機課程裏面最重要的內容。文章對這些內容作了提煉和總結，摒棄了做爲程序員不須要掌握的知識。

目的是：

• 幫助你們造成計算機知識的結構體系
• 幫助你們理解計算機底層原理
• 幫助你們在工做實踐中借鑑其中的優秀設計

本篇是計算機組成原理之計算機的存儲器

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1.什麼是存儲器

存儲器，顧名思義，是用來儲存物質的。在計算機中，這些儲存的物質就是數據和指令，有了存儲器，計算機就有了記憶功能。

存儲器由一些編號的單元所組成，單元的編號叫作地址。打個比方，存儲器就像是一個大型倉庫，倉庫裏面有不少個房間存放着貨物，每一個房間都有本身的房號；而存儲器單元比如房間，房間裏的貨物比如數據和指令，而單元的編號（地址）就比如房間號，咱們的計算機就是根據這個地址來存放或取出數據和指令的。

計算機中的所有信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。

2.存儲器的分類

按存儲介質來劃分，存儲器可分爲半導體存儲器和磁存儲器。其中，半導體存儲器存儲的元器件是由半導體組成的，常見的如：內存、U盤、固態硬盤等；磁存儲器，是由表面塗有磁性材料的存儲介質組成的，常見的有：磁帶、磁盤。

按存取方式來分類，能夠將存儲器分爲隨機存儲器（RAM）、串行存儲器、只讀存儲器（ROM），

3.存儲器的層次結構

在選取計算機的存儲器時，一般須要考慮的因素是存儲器的讀寫速度、存儲容量、價格，咱們但願讀寫速度越快越好、存儲容量越大越好、價格則越低越好。有一個專門的單位，用來量化存儲器的性價比——位價。位價綜合地把容量和價格都考慮進去了，它的含義是每比特位的價格，使用位價能夠客觀地描述存儲器的性價比。

按照位價和讀寫速度的關係，能夠把存儲器劃分爲幾個層次：緩存、主存、輔存。

緩存指的是CPU裏的寄存器以及高速緩存，速度快，位價高。

主存指的主要是計算機裏的內存，速度適中，價格適中。

輔存指的是外部儲存設備，如磁盤、U盤、移動硬盤等，速度慢，價格低。

以前文章裏已經提到過，CPU是高速運算的，處理速率極快，而存儲器沒有CPU快，傳輸數據和程序到CPU裏時速度慢，這會致使CPU常常空轉等待數據傳輸，二者在速度上是不匹配的。理論上，不考慮價格的話，咱們確定但願緩存越大越好，可是因爲位價的存在，緩存不可能作的越大越好，所以纔有了這個層次結構。

存儲器的層次結構也可使用以下圖來表達：

圖示裏，CPU與高速緩存是直接通訊的，也能夠跟主存進行通訊。而高速緩存和主存之間也能夠相互通訊，稱之爲緩存-主存層次，除了緩存-主存層次，還有主存和輔存之間的通訊，這個通訊，CPU是不參與的，稱之爲主存-輔存層次。

緩存-主存層次，是在CPU與主存之間增長一層速度快容量小的Cache，目的是解決主存與CPU速度不匹配的問題。有了高速緩存的存在，CPU就能夠經過必定的策略，儘量地去訪問這個高速緩存而不是主存，從而有效提升CPU的利用效率以及計算機的運行速度。CPU選取數據時，首先會從緩存中去取，緩存中沒有的話，再會去取主存中的。

主存-輔存層次，是在主存以外增長輔助存儲器（磁盤、SD卡、U盤等），目的是解決主存容量不足的問題。假設咱們運行一個超大型遊戲，而內存一般只有8G，此時，就能夠把遊戲當前使用的數據加載到內存中，把不使用的數據放在輔存中。