存储器层次结构（一）：存储技术 存储器系统（memory systrm）：是一个具有不同容量、成本和访问时间的存储设备层次结构。CPU寄存器保存最常用的数据，靠近CPU的高速缓存（cache memory）作为一部分存储在相对慢速的主存（main memory）中数据和指令的缓冲区。主存作为存储在容量较大的、慢速磁盘上数据的缓冲区。而这些磁盘作为通过网络连接的其他机器磁盘上数据的缓冲区。 一、随机访问存储器 随机访问存储器（Random-Access Memory，RAM）分为两类：静态RAM（SRAM）和动态（DRAM）。SRAM比DRAM访问速度更快，也更贵。一般SRAM用作CPU的高速缓存，DRAM用作主存以及图形系统的帧缓冲区。 SRAM： SRAM将每位存储在一个双稳态（bistable）存储器单中。每个单是用一个六晶体管电路实现。这样的电路有一个特点：可以无期限的保持在两个不同电压状态之中的一个状态，其他任何状态都是不稳定的。由于SRAM的双稳态特性，只要有电，它就永远保持它的值。 DRAM： DRAM将每位存储为对一个电容的充电。每个单由一个电容和一个访问晶体管构成。与SRAM相比DRAM对于干扰非常敏感，当电容的电压被扰乱后，它的值就永远不会恢复。内存系统必须周期性的通过读出，然后重写来刷新内存的每一位。 由于SRAM与DRAM相比不需要刷新，因此存取速度更快，抗干扰能力更强，代价就是SRAM每个单比DRAM每个单使用更多的晶体管，因而密度低，也更贵，功耗也更大。 DRAM分类： SDRAM（Synchronous DRAM）：同步动态随机访问存储器。一般 DRAM 都是采用异步时钟进行同步，而 SDRAM 则是采用同步时钟进行同步。通常，采用 SDRAM 结构的系统会使处理器和内存通过一个相同的时钟锁在一起，从而使处理器和内存能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作。 DDR（Double Data-Rate Synchronous DRAM）：DDR是对SDRAM的一种增强，通过使用两个时钟沿作为控制信号从而使DRAM的速度翻倍。不同类型的DDR是通过提高有效带宽的预取缓冲区的大小划分的：DDR2（2位）、DDR4（4位）、DDR8（8位）。 二、非易失性存储（Nonvolatile Memory）： SRAM与DRAM都是易失性存储器（Volatile Memory），非易失性存储（Nonvolatile Memory）即使在断电后仍可以存储它们的信息。非易失性存储统称为只读存储器（Read-Only Memory，ROM）。 PROM（Programmable ROM）：只能被编程一次，PROM的每个存储器单有一种熔丝（fuse），只能高电流熔断一次。 EPROM（Erasable Programmable ROM）：紫外线可擦除ROM，有一个透明石英窗，可以被紫外光擦除。EEPROM（Electrically Erasable ROM）：电子可擦除ROM，可以被电擦除。 闪存（Flash Memory）：一种非易失性存储器，基于EEPROM。SSD（Solid State Disk，固态硬盘）：一种基于闪存的磁盘驱动器。 三、磁盘： 磁盘由盘片构成。每个盘片有两面或者成为表面，表面覆盖着磁性记录材料。盘片中央有一个可以旋转的主轴，它使得盘片以固定的速率旋转。磁盘通常包含一个或多个这样的盘片，并封装在一个密封的容器内。每个磁盘表面由一组称为磁道的同心圆组成。每个磁道被划分为一组扇区。每个扇区包含相等数量的数据位，这些数据被编码在扇区上的磁性材料中。扇区之间由一些间隙分隔开，这些间隙中不存储数据位。间隙存储用来标识扇区的格式化位。 磁盘是由一个或多个叠放在一起的盘片组成的，它们被封装在一个密封的包装里，整个装置通常被称为磁盘驱动器，简称为磁盘。磁盘制造商通常使用术语柱面来描述多个盘片驱动器的构造，这里柱面是所有盘片表面上到主轴中心的距离相等的磁道的集合。例如，如果一个驱动器有三个盘片和六个面，每个表面上的磁道的编号都是一致的，那么柱面k就是6个磁道k的集合。
四、固态硬盘（Solid State Disk，SSD）： 固态硬盘是一种基于闪存的存储技术。SSD封装插到I/O总线上标准硬盘插槽中，行为与其他磁盘一样，处理来自CPU的读写逻辑磁盘块的请求。一个SSD封装由一个或多个闪存芯片和闪存翻译层组成，闪存芯片替代传统旋转磁盘中的机械驱动器，而闪存翻译层是一个硬件/固件设备，扮演与磁盘控制器相同的角色，将对逻辑块的请求翻译成对底层物理设备的访问。
五、存储技术趋势 不同的存储器与CPU性能属性以截然不同的速率变化着。从1985年到2010年，CPU的有效周期时间提升了大约2000倍，2003年附近的突变是由于多核处理器的出现。SRAM的访问时间提升了大约100倍，DRAM的访问时间提升了大约10倍，磁盘的访问时间提升了大约25倍。可以看出SRAM比DRAM与磁盘访问速率多跑出了一个数量级。DRAM与磁盘性能的提升远远滞后于CPU性能的提升。
磁盘、DRAM和CPU速度之间逐渐增加的差距 作者介绍： 个人：Flowlet，欢迎大家，一起探讨技术。 参考： 《深入理解计算机系统》是2016年机械工业出版社的图书，作者是（美）布赖恩特（Bryant,R.E.）。 《Computer Systems A Programmer’s perspective》：CSAPP。
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