1. 存储器⚓

1.1 存储器的层次结构⚓

存储器按照速度从快到慢通常可以分为这么几个级别：

寄存器是最靠近 CPU 的控制单元和逻辑计算单元的存储器。

寄存器的访问速度非常快，一般要求在半个 CPU 时钟周期内完成读写。

CPU Cache 用的是一种叫 SRAM（Static Random-Access Memory，静态随机存储器）的芯片。

是因为只要有电，数据就可以保持存在，而一旦断电，数据就会丢失了。

L1 高速缓存的访问速度通常只需要 2~4个时钟周期，而大小在几十 KB 到几百 KB 不等。

每个 CPU 核心都有一块属于自己的 L1 高速缓存，指令和数据在 L1 是分开存放的，所以 L1 高速缓存通常分成指令缓存和数据缓存。

查看 CPU 里的 L1 Cache「数据」缓存的容量大小：

$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/size
32K

查看 L1 Cache「指令」缓存的容量大小：

$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index1/size
32K

L2 高速缓存同样每个 CPU 核心都有，但是 L2 高速缓存位置比 L1 高速缓存距离 CPU 核心更远，它大小比 L1 高速缓存更大，CPU 型号不同大小也就不同，通常大小在几百 KB 到几 MB 不等，访问速度则更慢，速度在 10~20 个时钟周期。

$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index2/size
256K

L3 高速缓存通常是多个 CPU 核心共用的，位置比 L2 高速缓存距离 CPU 核心更远，大小也会更大些，通常大小在几 MB 到几十 MB 不等，具体值根据 CPU 型号而定。

访问速度相对也比较慢一些，访问速度在 20~60个时钟周期。

$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index3/size 
3072K

内存使用的是一种叫作 DRAM （Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器） 的芯片。

DRAM 存储一个 bit 数据，只需要一个晶体管和一个电容就能存储，但是因为数据会被存储在电容里，电容会不断漏电，所以需要「定时刷新」电容，才能保证数据不会被丢失，这就是 DRAM 之所以被称为「动态」存储器的原因，只有不断刷新，数据才能被存储起来。

内存速度大概在 200~300 个时钟周期之间。

SSD（Solid-state disk）就是我们常说的固体硬盘，结构和内存类似，但是它相比内存的优点是断电后数据还是存在的，而内存、寄存器、高速缓存断电后数据都会丢失。内存的读写速度比 SSD 大概快 10~1000 倍。

机械硬盘（Hard Disk Drive, HDD），它是通过物理读写的方式来访问数据的，因此它访问速度是非常慢的，它的速度比内存慢 10W 倍左右。

每个存储器只和相邻的一层存储器设备打交道。比如，CPU Cache 的数据是从内存加载过来的，写回数据的时候也只写回到内存，CPU Cache 不会直接把数据写到硬盘，也不会直接从硬盘加载数据，而是先加载到内存，再从内存加载到 CPU Cache 中。