計算機基礎方面的知識，對于一些非科班出身的同學來講，一直是他們心中的痛，而對于科班出身的同學，很多同學在工作之後，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。關于計算機基礎的課程很多，内容繁雜，但無論是相關書籍還是大學課程，都有點脫離工作。特别地，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。

有鑒于此，本系列文章将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、操作系統、計算機網絡，這些都是大學計算機課程裡面最重要的内容。文章對這些内容做了提煉和總結，摒棄了作為程序員不需要掌握的知識。

目的是：

• 幫助大家形成計算機知識的結構體系
• 幫助大家理解計算機底層原理
• 幫助大家在工作實踐中借鑒其中的優秀設計

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。

存儲器由一些編号的單元所組成，單元的編号叫做地址。打個比方，存儲器就像是一個大型倉庫，倉庫裡面有很多個房間存放着貨物，每個房間都有自己的房号；而存儲器單元好比房間，房間裡的貨物好比數據和指令，而單元的編号（地址）就好比房間号，我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。

按存儲介質分類

按存取方式來分類，可以将存儲器分為随機存儲器（RAM）、串行存儲器、隻讀存儲器（ROM）。

按存取方式分類

3.存儲器的層次結構

在選取計算機的存儲器時，通常需要考慮的因素是存儲器的讀寫速度、存儲容量、價格，我們希望讀寫速度越快越好、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，使用位價可以客觀地描述存儲器的性價比。

位價

按照位價和讀寫速度的關系，可以把存儲器劃分為幾個層次：緩存、主存、輔存。

緩存指的是CPU裡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裡的内存，速度适中，價格适中。

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。

存儲器的層次結構

之前文章裡已經提到過，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裡時速度慢，這會導緻CPU經常空轉等待數據傳輸，兩者在速度上是不匹配的。理論上，不考慮價格的話，我們肯定希望緩存越大越好，但是由于位價的存在，緩存不可能做的越大越好，因此才有了這個層次結構。

存儲器的層次結構也可以使用如下圖來表達：

圖示裡，CPU與高速緩存是直接通信的，也可以跟主存進行通信。而高速緩存和主存之間也可以相互通信，稱之為緩存-主存層次，除了緩存-主存層次，還有主存和輔存之間的通信，這個通信，CPU是不參與的，稱之為主存-輔存層次。

緩存-主存層次，是在CPU與主存之間增加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就可以通過一定的策略，盡可能地去訪問這個高速緩存而不是主存，從而有效提高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，是在主存之外增加輔助存儲器（磁盤、SD卡、U盤等），目的是解決主存容量不足的問題。假設我們運行一個超大型遊戲，而内存通常隻有8G，此時，就可以把遊戲當前使用的數據加載到内存中，把不使用的數據放在輔存中。

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