計算機基礎方面的知識，對於一些非科班出身的同學來講，一直是他們心中的痛，而對於科班出身的同學，很多同學在工作之後，也意識到自身所學知識的不足與欠缺，想回頭補補基礎知識。關於計算機基礎的課程很多，內容繁雜，但無論是相關書籍還是大學課程，都有點脫離工作。特別地，計算機基礎知識體系龐雜，想要從零學習或者複習都耗時耗力。

有鑑於此，本系列文章將帶你更快的補足程式設計必備基礎知識，涵蓋計算機領域三大基礎知識：計算機組成原理、作業系統、計算機網路，這些都是大學計算機課程裡面最重要的內容。文章對這些內容做了提煉和總結，摒棄了作為程式設計師不需要掌握的知識。

目的是：

• 幫助大家形成計算機知識的結構體系
• 幫助大家理解計算機底層原理
• 幫助大家在工作實踐中借鑑其中的優秀設計

本篇是計算機組成原理之計算機的儲存器

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1.什麼是儲存器

儲存器，顧名思義，是用來儲存物質的。在計算機中，這些儲存的物質就是資料和指令，有了儲存器，計算機就有了記憶功能。

儲存器由一些編號的單元所組成，單元的編號叫做地址。打個比方，儲存器就像是一個大型倉庫，倉庫裡面有很多個房間存放著貨物，每個房間都有自己的房號；而儲存器單元好比房間，房間裡的貨物好比資料和指令，而單元的編號（地址）就好比房間號，我們的計算機就是根據這個地址來存放或取出資料和指令的。

計算機中的全部資訊，包括輸入的原始資料、計算機程式、中間執行結果和最終執行結果都儲存在儲存器中。

2.儲存器的分類

按儲存介質來劃分，儲存器可分為半導體儲存器和磁儲存器。其中，半導體儲存器儲存的元器件是由半導體組成的，常見的如：記憶體、U盤、固態硬碟等；磁儲存器，是由表面塗有磁性材料的儲存介質組成的，常見的有：磁帶、磁碟。

按存取方式來分類，可以將儲存器分為隨機儲存器（RAM）、序列儲存器、只讀儲存器（ROM），

3.儲存器的層次結構

在選取計算機的儲存器時，通常需要考慮的因素是儲存器的讀寫速度、儲存容量、價格，我們希望讀寫速度越快越好、儲存容量越大越好、價格則越低越好。有一個專門的單位，用來量化儲存器的價效比——位價。位價綜合地把容量和價格都考慮進去了，它的含義是每位元位的價格，使用位價可以客觀地描述儲存器的價效比。

按照位價和讀寫速度的關係，可以把儲存器劃分為幾個層次：快取、主存、輔存。

快取指的是CPU裡的暫存器以及快取記憶體，速度快，位價高。

主存指的主要是計算機裡的記憶體，速度適中，價格適中。

輔存指的是外部儲存裝置，如磁碟、U盤、行動硬碟等，速度慢，價格低。

之前文章裡已經提到過，CPU是高速運算的，處理速率極快，而儲存器沒有CPU快，傳輸資料和程式到CPU裡時速度慢，這會導致CPU經常空轉等待資料傳輸，兩者在速度上是不匹配的。理論上，不考慮價格的話，我們肯定希望快取越大越好，但是由於位價的存在，快取不可能做的越大越好，因此才有了這個層次結構。

儲存器的層次結構也可以使用如下圖來表達：

圖示裡，CPU與快取記憶體是直接通訊的，也可以跟主存進行通訊。而快取記憶體和主存之間也可以相互通訊，稱之為快取-主存層次，除了快取-主存層次，還有主存和輔存之間的通訊，這個通訊，CPU是不參與的，稱之為主存-輔存層次。

快取-主存層次，是在CPU與主存之間增加一層速度快容量小的Cache，目的是解決主存與CPU速度不匹配的問題。有了快取記憶體的存在，CPU就可以通過一定的策略，儘可能地去訪問這個快取記憶體而不是主存，從而有效提高CPU的利用效率以及計算機的執行速度。CPU選取資料時，首先會從快取中去取，快取中沒有的話，再會去取主存中的。

主存-輔存層次，是在主存之外增加輔助儲存器（磁碟、SD卡、U盤等），目的是解決主存容量不足的問題。假設我們執行一個超大型遊戲，而記憶體通常只有8G，此時，就可以把遊戲當前使用的資料載入到記憶體中，把不使用的資料放在輔存中