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前言 ?

? ? ? ? ?一個計算機包含多種存儲器比如：寄存器、高速緩存、內存、硬盤、光盤等，為啥有這么多種存儲方式，對于不太了解的人，總是覺得云里霧里的，搞不明白原因。

? ? ? ? 計算機主要的功能就是運算（cpu），但是要完成一個任務，就要讀取運算指令，并將結果輸出給用戶；因此，指令的存儲、運算過程中中間狀態的存儲、結果的保存等都需要存儲器。

第一代計算機，接收指令是通過讀取穿孔卡片來實現的，這個穿孔卡片就可以理解為最老的用來存儲命令的存儲器。

理想狀態下，存儲器的執行速度應該快過計算機的運算速度，這樣才可以最大化的利用cpu的計算能力。比如：cpu的運算速度是每秒100條指令，但是如果存儲器的速度是每秒最多能讀取10條指令，那么cpu就有90%的時間是等待指令； 這樣的存儲器是有的，那就是寄存器，寄存器是和cpu同樣材質制作的，速度和cpu一樣快，當然價格也就和cpu一樣了。

但是如果一臺計算機，存儲器都是寄存器的話，那造出來的計算機，肯定就是天價了，普通人都買不起。計算機的設計著綜合：讀寫速度，空間大小，產品價格等因素采用了分層結構來實現，取了一個性價比最好的方案。

分層結構

如下所示，頂層的存儲器（寄存器）讀寫速度較高，但是空間較小。底層的讀寫（比如硬盤）速度較低，但是空間較大。

寄存器和cpu速度相當，空間比較小在kb級別。??????

高速緩存比寄存器要慢1倍左右，但是空間可以達到MB級別。

內存比緩存要慢10倍左右，但是空間可以達到GB級別，當前個人電腦一般都不小于4G

硬盤這個速度更慢，比內存要慢上萬被，千萬被級別，但是價格也比較偏移，空間也很大。

其他存儲光盤，軟盤，usb外接的其他存儲器，作為硬盤的一個補充，有便于攜帶的優點

總結：計算機的存儲設計的這么復雜，并不是設計者故意要搞得麻煩，而是要兼顧性能和價格綜合考量的一個因素，如果未來有一個存儲產品，能達到當前寄存器的讀取性能，而又可以做的空間極大，并且價格和硬盤一樣，或者說比硬盤還便宜，且數據是掉電不丟失的話，那么計算機的存儲結構肯定就被簡化了，直接就只有一個存儲器。

小貼士：現在買電腦時，存儲器上，大家主要關注在了 內存大小和硬盤大小，但是從分層結構圖上，可以看出緩存大小更加重要，（當然如果廠商公布寄存器大小的話，這個也要關注）。

寄存器

寄存器是CPU內部用來存放數據的一些小型存儲區域，用來暫時存放參與運算的數據和運算結果，寄存器雖然也能存儲數據，但同內存等存儲器相比，寄存器又有自己獨有的用途：其主要是CPU對內存中的數據進行處理時，往往先把數據取到寄存器中，而后再作處理，加快直接同內存讀取指令和讀寫數據的速度。

高速緩存

高速緩沖存儲器是存在于內存與CPU之間的存儲器，容量比較小但速度比內存高得多， 接近于CPU的速度。高速緩存是是加速讀取速度的一個橋梁（工具）。CPU向內存讀取數據時，首先查詢緩存區是否有對應數據，如果有則直接讀取，沒有再從內存中讀取。高速緩存中存儲的都是內存中的數據，這部分數據是cpu訪問比較頻繁的部分。

系統也會動態管理緩存中的數據，如果有數據訪問頻率降低到一定值，就從緩存中移除，而將內存中訪問更加頻發的數據替換進去。（高速緩存可以不只一級，可以有多級緩存區）

內存

這個才是計算機運行過程中的存儲主力，用于存儲 指令（編譯好的代碼段），運行中的各個靜態，動態，臨時變量，外部文件的指針等等。

前面提到的寄存器和高速緩存只是加速存儲速度的中間部件，原始運行文件肯定都是先加入到內存中的，因此內存的大小決定了一個可運行程序的最大大小。

舉例：如果內存大小是4G，一個程序裝入內存需要大于4G空間的話，改程序是無法運行的，當然實際是還要去掉操作系統占用的內存，因此連4G都無法滿足的。（當然現在有了虛擬內存，也就是將硬盤的一部分映射為內存空間，將不經常訪問的指令放到虛擬內存中，這樣其實是支持大于4G的程序的，這里只是在假設沒有虛擬內存的情況下的舉例說明）。

硬盤

硬盤這個東西，大家應該都比較熟悉，其優點是空間大，價格便宜，并且掉電數據不丟失。常常用來存儲需要永久存儲的文件。