（二十七）存储器的层次结构

一、全貌

      计算机里面的存储器是通过各种不同的设备、不同的方法一层层组合起来的系统。

      CPU中的寄存器本质上也是一种存储设备，它使用SRAM（Static Random-Access Memory）芯片做成，但由于它集成在CPU的内部，因此其容量有限、速度极快、和CPU同步。

二、SRAM

      SRAM 中的数据在通电的状态下保持而一旦断点，数据就全部丢失了，且一个比特的数据需要6～8个晶体管存储，因此存储密度并不高，但电路非常简单，因此访问速度非常快。

      CPU 中的缓存一般分三层L1、L2、L3，每个CPU核心都有一个L1缓存在内部，且它被分为指令缓存和数据缓存两部分。L2缓存为CPU所有但通常不在CPU核心内，其访问速度较L1慢。L3缓存更大访问速度更慢，为所有核心共享。

三、DRAM

      和CPU缓存使用SRAM不同，内存是使用DRAM（Dynamic Random Access Memory）制作的，较之SRAM，其存储密度更高，容量更大，价格更低，当然速度也更慢。

      DRAM 的一个比特使用一个电容和一个晶体管存储，由于电容会漏电，因此需要定时刷电来保持数据。

三种存储设备层次关系如图：

四、存储器层级结构 

      总体上来说，SRAM更贵、速度更快，DRAM 更便宜，容量更大。L1缓存不仅仅受成本限制，由于电信号速度无法超过光速，所以传输速度有上限，因此离CPU距离越远，传输时间越长。

      SSD和HDD这种硬盘作为外部存储设备容量更大，成本更低离CPU更远。访问速度更慢。

      从 CPU Cache、内存到SSD和HDD，分层构成了计算机的存储体系，各层只和相邻的层交换数据。

       随着层级从高到低，访问速度变慢、容量变大、成本变低。