[硬件概念]第六章·存储器层次结构

本章依然涉及的概念较多，做知识储备

---

在第一章内存外存的时候涉及到了存储器层次结构，今天对这一部分深入了解

首先做一个划分：
1 寄存器是CPU芯片内部的存储设备
2 高速缓存（SRAM）、内存存储（DRAM）以及图中没有标出的ROM都是内存（内存条）
3 磁盘是外存，磁盘分为硬盘（机械硬盘HDD 固态硬盘SSD）、U盘等等。。

根据这个划分，介绍内存外存各自使用的技术

---

---

内存

内存中使用的存储单元芯片主要是两种，RAM（随机访问存储器）、ROM（非易失性存储器）
其中RAM的访问读写的速度更快，但RAM有一个劣势：如果断电之后RAM会丧失它的所有信息
这也是为什么要引入ROM，ROM的意义在于关电之后依然能够保存它们的信息
ROM用来存储系统信息、BIOS程序等需要断电保留的程序信息（这些存储在ROM中的程序称为固件），计算机开机后先运行ROM中的固件。

RAM

RAM主要分为两类，静态RAM（SRAM），动态RAM（DRAM）
SRAM用来作为寄存器和主存之间的高速缓存存储器，具有双稳态特性，只要有电就可以保持它的值，它的硬件位置可能在内存条上，也有可能在CPU芯片上。
DRAM用来作为内存以及图形系统的帧缓存区，对电子干扰十分敏感，在有电情况下要通过周期性的读出来重写刷新内存中的每一位，它的位置就是内存条上。

SRAM比DRAM的容量小，但读写速度更快，同样更贵。

ROM

ROM称为只读存储器，但实际上他是可以进行读写操作的，依据它被重写的次数分类

PROM：编程ROM，只可以被编程一次，之后就只能读操作
EPROM：可擦除可编程ROM，可读可写，基于这种芯片开发出闪存（FLASH）芯片，为电子设备提供快速持久的非易失性存储（例如SSD固态硬盘）

外存

外存也就是磁盘，磁盘分为硬盘、U盘、软盘(目前已被淘汰)等等，是用来存储大量数据的存储设备,它的容量大了很多，同样它的读写速度就慢了很多

目前硬盘作为主流，主要分为两种，传统机械硬盘（HDD）固态硬盘（SSD）
SSD读写由于HDD，当然次于我们上面介绍的内存，例如DRAM

HDD

传统的机械硬盘是由盘片构成的，利用读写头读取存储在盘片表面的信息，磁盘中包含一个或多个这样的盘片并装封到密封的容器中

SSD

固态硬盘则是基于我们上面讲到的闪存FLASH存储技术，利用FLASH芯片代替盘片

SSD中的读操作优于写操作，SSD中的写操作是基于 块 的，经过一定次数的重复写之后，这个块就会被磨损，不可使用。这就是SSD的一个缺陷：底层闪存块会磨损，当然这个重复写的次数足够满足我们日常的操作

---

以上就是存储器硬件上的层次结构，和我们日常中名词联系起来
现在介绍在程序上的局部性

局部性

一个编写良好的计算机程序要具有良好的局部性，局部性分为两种：时间局部性 空间局部性

时间局部性： 一个引用过一次的内存位置，在不久之后再次被多次引用
空间局部性： 一个引用过一次的内存位置，在不久之后引用它附近的内存位置

所以我们有：
1 一旦从存储器读入了一个数据对象，就尽可能的多使用它，这样会使得程序中的时间局部性较大

2 按照数据对象存储在内存中的顺序，以步长为1的读取数据，可以使得程序中的空间局部性较大

 举个例子：如果数据对象是按行存储的（数组），那就一行一行的读取它
 步长尽可能为1，不要一会在最开头，一会在最末尾的来回跳着读取

3 把注意力放在内循环上，大部分计算和内存访问都发生在内循环上

高速缓存

这一部分还需要深入了解，先占坑