计算器基础:计算机存储的层次结构

计算机存储的层次结构

由于不同介质的存储器读写效率、造价差异大,因此通常计算机会同时采用多种存储器。

一般来说,越是靠近CPU的存储器,所采用的的存储介质成本也越贵,对应的读写效率也越快,以至于存储容量也越小。这是效率和造价权衡的结果。

因此,计算机的存储结构最终达到了一个层次分化的结构。

计算机有哪些存储器?

计算机存储器通常包括:

  • 寄存器
    作为最靠近CPU的存储器,寄存器所采用材料的读写速度是最快的,对应的它的数量不可能会很多。

    • CPU中寄存器的数量通常在 几十到几百之间,每个寄存器可以用来存储一定字节的数据(32位CPU=4字节,64位CPU=8字节)

    • 寄存器的访问速度非常快,一般要求在 0.5 个CPU时钟周期内完成读写。

  • CPU Cache
    在CPU里,CPU-Cache分为3层:L1,L2,L3。其中,L1L2 每个CPU核心都有,L3 则为多个CPU核心共用。

    CPU Cache 用的是一种叫 SRAM(Static Random-Access Memory,静态随机存储器) 的芯片。

    • L1 高速缓存的访问速度几乎和寄存器一样快,通常只需要 2~4 个时钟周期,而大小在几十KB到几百KB不等。

    • L2 高速缓存位置比 L1 高速缓存距离CPU核心更远,大小也会更大些,通常大小在几百KB到几MB不等,访问速度则更慢,速度在 10~20 个时钟周期。

    • L3 位置比 L2 高速缓存距离CPU核心更远,大小也会更大些,通常大小在几MB到几十MB不等,速度相对也比较慢一些,访问速度在 20~60 个时钟周期。

  • 内存
    内存 使用的是一种叫作 DRAM (Dynamic Random Access Memory,动态随机存取存储器) 的芯片。

    • 相比 SRAMDRAM 的密度更高,功耗更低,有更大的容量,而且造价比 SRAM 芯片便宜很多。

    • DRAM 的数据访问电路和刷新电路都比 SRAM 更复杂,所以访问的速度会更慢,内存速度大概在 200~300 个 时钟周期之间。

  • 硬盘
    硬盘 是持久化存储设备,同时也是一个 I/O 设备,断电后也不会丢失数据。通常硬盘有两种:SSD、HDD。

    • SSD:固体硬盘,内存的读写速度比 SSD 大概快 10~1000 倍。
    • HDD:机械硬盘,内存的速度比内存慢 10W 倍左右
CPU会从硬盘直接加载数据吗?

不会!每一种存储器设备只和它相邻的存储器设备打交道。
硬盘 中的数据会先加载到 内存,再从 内存 加载到 CPU Cache
同理,CPU写回数据时,也是先从 CPU Cache -> 内存 -> 硬盘

如何查看CPU Cache的大小?
# 查看 L1 Cache 「数据」缓存的容量大小
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/size

# 查看 L1 Cache 「指令」缓存的容量大小
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index1/size

# 查看 L2 Cache 的容量大小
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index1/size

# 查看 L3 Cache 的容量大小
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index1/size

参考:存储器的层次结构

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 212,080评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,422评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,630评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,554评论 1 284
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,662评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,856评论 1 290
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,014评论 3 408
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,752评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,212评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,541评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,687评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,347评论 4 331
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,973评论 3 315
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,777评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,006评论 1 266
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,406评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,576评论 2 349