以下内容参考自data whale 组队学习
存储器的层次结构
* CPU 寄存器保存最常用的数据。
* 靠近 CPU 的小的、 快速的高速缓存存储器作为相对慢速的主存储器中数据和指令的缓冲区域。
* 主存作为容量较大、速度较慢的磁盘上数据的缓冲区域。
* 磁盘可以作为通过网络中其他机器上数据的缓冲区域。
存储器层次结构的中心思想是，对于每个 k，位于 k 层的更快更小的存储设备作为位于 k + 1 层更大更慢的存储设备的缓存。
存储不同区域的性能区别：
假如数据存储在寄存器中，那么 0 个时钟周期内就能访问到它们; 如果存储在高速缓存中，则需要 4 ∼ 75 个周 期; 如果存储在主存中，需要上百个周期; 如果存储在磁盘上，则需要约几千万个周期。
性能区别的原因：存储技术的不同
随机访问存储器 RAM
有电的时候才能存取数据
* 静态RAM （SRAM）：快、贵、不受干扰（每个位存储在一个双稳态(bistable)存储器单元中，其中每个单元用一个 六晶体管电路来实现）
* 动态RAM （DRAM）：常用来作为主存以及图形系统的帧缓冲区。每个位存储为对一个电容的充电，存储器单元由一个电容和一个访问晶体管组成。（干扰敏感，干扰结束无法恢复）
磁盘
能够永久存储大量的数据。不过，从磁盘上读信息的时间为毫秒级，比从 DRAM 读数据慢了 10 万倍，比从 SRAM 读数据慢 100 万倍。
由一个或多个叠放盘片和可以旋转的主轴构成（全称磁盘驱动器：disk drive，又称旋转硬盘或者机械硬盘），通过读写头（连接到一个传动臂一端）来读写位。
盘片：两个表面，同心圆状的磁道(track)组成。每条磁道由存储数据的扇区 (sector)和标识扇区的间隙(gap)构成。其中每个扇区包含相等的数据位(通常为512 字节)，而间隙仅用于标识扇区的格式化位，并不存储数据。
盘容量主要由以下因素决定: 1 记录密度(recording density)(位/英寸):磁道一英寸的段中可以放入的位数。2 磁道密度(track density)(道/英寸):从盘片中心出发半径上一英寸的段内可以有的磁道数。3 面密度(areal density)(位/平方英寸):记录密度与磁道密度的乘积。
磁盘读写数据的时间主要受以下因素影响: 1 寻道时间:读写数据时，传动臂首先需要将读写头定位到包含目标扇区的磁道上，这个移动过程所花的时间称为寻道时间。寻道时间主要依赖于读写头的位置和传动臂在盘面上移动的速度。经过测量，现代驱动器中的平均寻道时间通常为 3 ∼ 9 ms。一次寻道的最大时间可高达 20 ms。2 旋转时间:当读写头移动到了目标磁道上，就需要等待目标扇区的第一个位旋转到读写头下。这个过程所花的时间称为旋转时间。旋转时间主要依赖于读写头到达目标磁道时目标扇区的位置以及磁盘的旋转速度。最坏的情况下读写头必须等待磁盘旋转一圈。3 传送时间:当目标扇区的第一个位位于读写头下时，驱动器开始读或写该扇区的内容。一个扇区的传送时间依赖于旋转速度和每条磁道的扇区数目。
固态硬盘
(Solid State Disk, SSD)，一种基于闪存的存储技术，在 SSD 中，一个闪存由 B 个块组成，每个块又由 P 页组成，擦除次数过多后，一页所属的块会因磨损而损坏。
局部性
局部性，指的是在每次引用数据时倾向于引用最近引用过的数据项邻近的数据 项，或最近引用过的数据项本身。一个编写良好的程序通常要求具有好的局部性。
局部性分为时间局部性和空间局部性。良好的时间局部性指的是被引用过一次的数 据项会在不远的将来再次被多次引用;良好的空间局部性指的是，如果某个数据在某个位置被引用了一次，那么在不远的将来将引用它附近的内存位置。
步长为 1 的引用模式时空间局部性较好的引用模式。一般来说，步长越大，空间局部性就越差。
通用高速缓存存储器组织结构
* 直接映射高速缓存: 根据每个组的高速缓存行数 E，高速缓存被分为不同的类。每个组只有一行的高速缓存被称为直接映射高速缓存。(操作步骤：1)组选择;2)行匹配;3)字抽取)
* 组相联高速缓存：每个组都有多于一个的高速缓存行。通常称 1 < E < C/B 的高速缓存为 E 路组相联高速缓存。（行匹配策略更复杂）
* 全相联高速缓存：由一个包含所有高速缓存行的组(E = C/B)组成。在全相联高速 缓存中，由于只有一个组，不需要进行组选择。（行匹配和字选择与组相联高速缓存都是一样的。）
