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计算机存储体系

作为计算机五大核心功能(运算、存储、控制、输入、输出)之一的存储,无疑在整个计算机体系结构中有着举足轻重的地位。

存储器属于计算机的记忆装置,用于存放程序和数据。在我看来程序是作为计算机的灵魂而存在的,它指导了计算机的一切行为,而数据则是这一切行为的基石。

本文将基于存储器对计算机的存储系统做简要介绍

存储器分类

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整体架构

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设计目的

通过存储器分类图不难看出存储器的种类繁多,而如何合理的使用每一种存储器组成庞大的存储体系结构无不体现着工程师们的智慧。

存储系统设计的核心问题在于:成本(存储1bit)、容量、速度三者平衡。恰好这三者之间又是相互矛盾的,主要体现在:容量越高,成本越低,而速度越慢;速度越块,成本就越高(其它情况可根据 2.2金字塔章节 理解),因此平衡成了关键。因此存储体系结构设计目的可总结为:将各种不同的器件组合成一个体系,让各种器件扬长避短,从而形成一种快速、大容量、低成本的内存系统

通过优化存储系统的组织来使得针对典型应用平均访存时间最短

金字塔

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越靠近金字塔顶,距离处理器越近,访问速度就越快,造价也就越高,同时容量也会更小

存储器种类 硬件(存储1bit) 速度
寄存器 触发器 十几个晶体管 300ps
缓存 sram 6个晶体管 L1-1ns;L2-10ns
内存 dram 1个mos管+1个电容 100ns
硬盘 flash/磁性存储… / SSD-25us;HDD-5ms

通过表格可以发现内存的组成有电容的存在,因此不再是单纯的逻辑电路更不能用CMOS工艺制造,而SRAM却可以。这也就是为什么缓存可以集成到芯片内部,而内存是和芯片分开制造的。