【思考】关于CPU缓存、内存、硬盘（电脑及手机）？

笔者想了解计算机的CPU高速缓存、内存和硬盘，以及手机中两种常见的存储直接的关系，所以查找和整理一些网上资料，整理如下：

外部存储器：外部存储器是指除了内存和CPU缓存以外的存储器，主要用于存放需要长期存储的数据和信息。主要包括硬盘、光驱和移动存储器等。

手机内存分类：

ROM（只读存储器Read Only Memory）：ROM空间的大小手机可以存放多少视频、音乐、软件等文件。大多数手机的ROM容量都可以通过扩展内存卡进行增容

RAM（随机存取存储器Random-Access-Memory）：（可读可写，存储速度快，但是容易丢失数据，bai断电后数据就会丢失，一般用来存储用户正在运行的程序。）RAM空间的大小决定了您的手机可以同时运行应用程序的数量。RAM的容量是手机出厂时就决定了的，后期无法增容。所以购买手机时，最好优先考虑RAM容量大小。

ROM类：硬盘，U盘，存储卡。

电脑存储：

内存：计算机中硬盘数据和CPU数据交换的中转站，存储介质是RAM，属于临时存储器，随操作随时改写存储内容。

硬盘：制用来存储数据的数据仓库。现在主流的硬盘有两种，一是机械硬盘，它的存储介质是磁存储，靠磁头读写；二是固态硬盘，使用NAND FLASH存储。它们共同的特点是断电后数据不会丢失。

两者区别：

1、速度区别： 内存由于需要与1653CPU交换数据，所以速度要求比较高。例如主流的单通道DDR4
2400内存条，读写速度均可达19000MB/S。如果组成双通道更可达到30000MB/S以上。
而目前主流比较高端的NVME协议固态硬盘读取速度也就3000MB/S左右，SATA协议的固态硬盘，则只有550MB/S左右。

2、材料区别：内存是半导体材料制作，硬盘是磁性材料制作。
3、容量区别：断电后，内存中的信息全部丢失，存储容量较小。硬盘可以长期存储数据，不受断电影响，存储容量大。

CPU高速缓存（英语：CPU Cache，在本文中简称缓存）是用于减少处理器访问内存所需平均时间的部件。在金字塔式存储体系中它位于自顶向下的第二层，仅次于CPU寄存器。其容量远小于内存，但速度却可以接近处理器的频率。

当处理器发出内存访问请求时，会先查看缓存内是否有请求数据。如果存在（命中），则不经访问内存直接返回该数据；如果不存在（失效），则要先把内存中的相应数据载入缓存，再将其返回处理器。在处理器看来，缓存是一个透明部件。因此，程序员通常无法直接干预对缓存的操作。但是，确实可以根据缓存的特点对程序代码实施特定优化，从而更好地利用缓存。

CPU缓存的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。

按照数据读取顺序和与CPU结合的紧密程度，CPU缓存可以分为一级缓存，二级缓存，部分高端CPU还具有三级缓存，每一级缓存中所储存的全部数据都是下一级缓存的一部分，这三种缓存的技术难度和制造成本是相对递减的，所以其容量也是相对递增的。当CPU要读取一个数据时，首先从一级缓存中查找，如果没有找到再从二级缓存中查找，如果还是没有就从三级缓存或内存中查找。一般来说，每级缓存的命中率大概都在80%左右，也就是说全部数据量的80%都可以在一级缓存中找到，只剩下20%的总数据量才需要从二级缓存、三级缓存或内存中读取，由此可见一级缓存是整个CPU缓存架构中最为重要的部分。

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