磁盘、内存、闪存、缓存等物理存储介质的区别

计算机系统中存在多种物理存储介质，比较有代表性的有以下几种介质。

• 寄存器(register)
• 高速缓冲存储器(cache)，即缓存
• 主存储器(main memory)，即内存
• 快闪存储器(flash memory)，即闪存
• 磁盘存储器(magnetic-disk storage)，即硬盘、磁盘
• 光学存储器(optical storage)
• 磁带存储器(tape storage)

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寄存器

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寄存器是距离CPU最近、访问数据速度最快的存储介质，用来做一些最基本的指令和地址存储。寄存器从内存中获取数据，然后在CPU中进行处理，处理完后又将数据暂时存放在寄存器中，再从寄存器传输到内存中。寄存器不需要很大容量，但是必须有匹配CPU的数据传输速度，所以它被集成在了CPU内部以节省数据传输的时间，是CPU的一部分。寄存器具有高性能、高耗电的特点，所以造价成本较高。

对计算机存储结构不了解的人可能会问，既然寄存器的速度这么快，为什么不能用寄存器来存储所有数据呢？

一是由于上面说过的原因，容量小、造价高；二是这样的设计非常不合理。可以把数据源比作一个菜市场，处理数据的CPU、寄存器就相当于厨房，你不能为了方便，把整个菜市场的食材都搬回厨房。

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高速缓冲存储器

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高速缓冲存储器就是我们常说的“缓存”。

如果你的程序要获取的数据刚好在寄存器中，则你可以直接获得该数据。如果在内存中，则需50-200个周期。可见速度差别非常大。如果每次寄存器都从内存中去读取数据，则耗费时间将会相当多。为了弥补这一速度差异，工程师们设计了“缓存”这一工作方式。CPU频繁访问的数据被存储在了缓存中。CPU要获取数据时，首先访问缓存，如果命中则得到数据，如果没有命中则再去访问内存。至于缓存怎么判断哪些数据是会被频繁访问的，这就涉及到相关的算法问题了。

缓存使用的是比一般的RAM(Random Access Memory)存取速度更快的SRAM(Static Random Access Memory)。RAM一般分为静态RAM(static RAM, SRAM)和动态RAM(dynamic RAM, DRAM)。SRAM的速度虽然比DRAM快，但成本高得多，所以不可能将DRAM全部替换成SRAM。但是为了扩大缓存容量，工程师增加了多个高速动态RAM，将原来的SRAM叫做一级缓存，新增的DRAM叫做二级缓存。CPU访问数据先是在一级缓存中找，找不到再到二级缓存中找，再没有就去内存中找。

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主存储器

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主存储器就是我们常说的（狭义的）“内存”。使用的是DRAM。

它之所以叫动态，是因为将数据写入DRAM后，一段时间过后数据会丢失，需要一个额外的电路不断对其进行刷新操作才行。因为DRAM储存数据利用的是电容中是否有电荷，有代表1，无代表0。但是电容会放电或吸电，刷新操作会对其进行检查。如果电量大于满电量的1/2，则将电充满，否则将电全部放掉。

SRAM虽然不需要刷新操作，但是断电后仍会丢失数据。所以RAM都要在有电源时工作。

内存和缓存在广义上整体被称为内存储器（简称内存）或主存储器，而其他外部不依赖电存储数据的设备（如磁盘、光盘等）统称外存储器或辅助存储器。内存是CPU和外部存储设备之间的桥梁，用来存放那些将要被CPU处理的数据，以及与外部设备交换数据。

除了RAM，还有一种内存被称为ROM(Read Only Memory)。ROM的速度要远远慢于RAM，只能读取，不能写入，可在断电后保存数据。ROM一般用来存储一些固定的系统软件或字库，PC的BIOS芯片就是ROM。由于ROM不能改写、不能升级，现在已经很少使用。早期的游戏卡带也是ROM。

需要指出的是，由于ROM断电后可存储数据，很多人将ROM和硬盘混为一谈，实际上两者完全不同。ROM是内存储器，硬盘是外存储器。

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快闪存储器

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快闪存储器即是我们常说的”闪存“。不同于内存，它在电源关闭时（或故障时）数据可保存下来。
它是一种外部存储器，多用于照相机、音乐播放器、手机等设备（如SD卡，Secure Digital Memory Card）。现在的游戏卡一般都是闪存。U盘用的也是快闪技术。另外，快闪存储器也在作为磁盘存储器的替代品越来越多地被使用，即所谓的”固态硬盘（ssd，solid state disk）“。

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磁盘存储器

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磁盘存储器就是”磁盘“、”硬盘“或”机械硬盘“。

是长期联机存储数据的主要介质。为了能够访问数据，系统必须将数据从磁盘移到内存。完成处理后，数据要写回磁盘。由于访问磁盘非常耗时，而且频繁操作磁盘也会造成磁盘损伤，所以有了”磁盘缓存“这一设计。

移动硬盘是机械硬盘还是固态硬盘？

都有。固态的移动硬盘一般较贵，容量较小。

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光学存储器

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光学存储器最流行的形式就是光盘(Compact Disk, CD)。CD一般容量较小，数字视频光盘(Digital Video Disk, DVD)容量较大一些，可以存储任何数字数据。蓝光DVD拥有更高的容量。

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磁带存储器

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磁带存储器主要用于备份数据和归档数据，个人一般很少用到。

磁带存储器比磁盘便宜，访问数据比磁盘更慢，容量更大。

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最快的存储介质，如缓存和内存，被成为基本存储；磁盘被称为辅助存储或联机存储；磁带、光盘等被称为三级存储或脱机存储。