存儲器作為計算機系統的核心組件，承擔著存儲程序與數據的關鍵任務。根據不同的分類標準，存儲器可劃分為多種類型。本文將系統性地從作用層次、存儲介質、存取方式和信息可保存性四個維度進行解析，幫助讀者建立完整的存儲器知識體系。

一、按作用層次分類

1. 主存儲器（內存）

功能：

• 直接為CPU提供運行所需的程序和數據
• 作為Cache與輔助存儲器之間的數據交換樞紐

核心特性：

• 容量受限（通常GB級）但速度快（納秒級訪問）
• 采用半導體工藝，單位成本較高
• 易失性存儲（斷電后數據丟失）

技術演進：
從DDR3到DDR5的迭代，帶寬提升顯著

2. 輔助存儲器（外存）

功能：

• 長期保存操作系統、應用程序及用戶文件
• 數據必須加載到主存才能被CPU處理

典型特征：

• 容量可達TB級（2023年消費級HDD已達22TB）
• 訪問延遲在毫秒級（機械硬盤尋道時間約5-15ms）
• 非易失性存儲

技術對比（大致參數）：

類型	延遲	壽命	價格/GB
HDD	5-15ms	無寫入限制	$0.03
SATA SSD	0.1ms	500-3000次	$0.08
NVMe SSD	0.02ms	1000-5000次	$0.12

3. 高速緩沖存儲器（Cache）

層級架構：

• L1 Cache：分指令/數據緩存，約32-64KB
• L2 Cache：通常256KB-1MB
• L3 Cache：共享式設計，可達32MB

設計原理：

• 利用局部性原理（時間/空間局部性）
• 采用SRAM工藝，速度比DRAM快10倍

性能影響：
Cache命中率每提升10%，CPU性能可提高15-20%

二、按存儲介質分類

1. 半導體存儲器

MOS型存儲器：

• DRAM：1T1C結構，需每64ms刷新
• 3D NAND：堆疊層數已達232層（2023年）

新型技術：

• 相變存儲器（PCM）
• 阻變存儲器（ReRAM）

2. 磁存儲技術

硬盤技術參數：

• 面密度：最新HAMR技術達2Tb/in2
• 轉速：企業級15Krpm，消費級5400-7200rpm

3. 光存儲發展

• 藍光光盤單碟容量達128GB（四層記錄）
• 檔案級光盤壽命可達50年

三、按存取方式分類

1. 隨機存儲器技術細節

DRAM刷新機制：

• 分散刷新：每行刷新間隔=刷新周期/行數
• 透明刷新：利用CPU不訪問內存的周期

新型RAM技術：

• GDDR6X：帶寬達1TB/s（RTX 4090顯存）
• HBM3：堆疊式設計，帶寬突破819GB/s

2. ROM技術演進路線

3. 存儲層次結構優化

訪問時間對比（大致參數）：

存儲層級	典型訪問時間
L1 Cache	1ns
L2 Cache	4ns
DRAM	60ns
NVMe SSD	20μs
HDD	5ms

優化策略：

• 預取算法優化
• 緩存替換策略改進（LRU到ARC算法）

四、按信息可保存性分類

1. 易失性存儲器技術

• DRAM保持時間約64ms（需定期刷新）
• 新型非易失性RAM技術：MRAM保持時間>10年

2. 非易失性存儲可靠性

• SSD寫入耐久度：
  • 消費級TLC：500-1000次
  • 企業級3D XPoint：百萬次級別

五、前沿存儲技術

1. 存內計算：

• 三星HBM-PIM方案
• 計算延遲降低至傳統架構的1/10

2. 量子存儲器：

• 冷原子量子存儲保持時間突破1小時
• 光量子存儲效率達90%

3. DNA存儲：

• 微軟Demo實現1EB/mm3存儲密度
• 當前寫入速度約400bps