1.存储器概览

1.1存储器的分类

1.1.1按存储介质分类

• 半导体存储器 U盘、固态硬盘、内存
• 磁存储器 磁带、磁盘

1.1.2按存取方式分类

• 随机存储器（RAM） 随机读取，与位置无关
• 串行存储器 与位置有关 按顺序查找
• 只读存储器 只读不写 BIOS、手机固件

手机的8G RAM，256 GROM分别是指什么？
此处的8G RAM 即为手机的运行内存
256G ROM 即为存储容量的大小

硬盘属于RAM还是ROM?
ROM和RAM是按半导体存储器的功能分类的，也就是说是半导体存储器按照其功能可分为ROM和RAM两种类型（ROM最大特点是断电信息不丢失，RAM最大特点是断电信息丢失）
机械硬盘属于磁介质存储器，也就无从谈起是ROM和RAM了。
不过固态硬盘却是半导体存储器，并且固态硬盘一般是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，所以固态硬盘主流是属于ROM类型存储器。

固态硬盘可以读取，写入为什么还是只读存储器ROM?
ROM的全称是Read Only Memory即只读存储器，但是后来随着技术的技术延伸出了很多种类的ROM，后来出现的一些ROM是可擦除的如EPROM。
电脑的硬盘如果是机械硬盘HDD的话不是ROM，它属于外部存储器。
现在的固态硬盘SSD使用的闪存技术其实是从EEPROM的基础上改进而来的，广义上来说属于ROM。

1.2存储器的层次

存储器的相关因素:

• 读写速度 5400转 7200转
• 存储容量 2T 512GB
• 价格

一般读写速度越快，容量越小，价格越高

缓存-主存层次
在CPU与主存之间层架一层速度快，容量小的高速缓存，解决主存速度不足（相对于CPU）的问题
在CPU运行过程中将需要经常访问的数据从主存存储到CPU缓存中

主存-辅存层次
主存之外增加辅助存储器 （磁盘、SD卡、U盘等），解决主存容量不足问题

2主存与辅存

计算机断电内存内数据丢失、计算机丢失磁盘数据不丢失

2.1 主存储器-内存

• RAM 通过电容存储数据，必须隔一段时间刷新一次，如果断电，数据就会丢失
  主存与CPU交互
  

32位系统 地址总线32位 寻址范围为0-2^32 = 4GB内存 2^30 = 1GB
64位系统 地址总线64为 寻址范围0-2^64 = 2^34 GB

2.2 辅助存储器-磁盘

2.2.1 磁盘的立体结构

表面是可磁化的磁特性材料,不像电容那样依赖于通电

2.2.2 盘片的平面结构

2.2.3 磁盘的调度算法：

• 先来先服务算法 按照进程读取磁道读写需求
  读取顺序： 1 4 2 3 1 5

• 最短寻道时间优先 优先去访问离磁头最近的位置
  读取顺序： 4 5 3 2 1 1

• 扫描算法(电梯算法) 每次直往一个方向移动，到达尽头后才会反方向
  读取顺序： 4 3 2 1 1 5

• 循环扫描算法 相对扫描算法读取只能往一个方向
  读取顺序： 4 5 1 1 2 3

3.CPU高速缓存

高速缓存位于CPU与主存之间，解决CPU与主存的速度不一致问题

3.1 高速缓存的工作原理

理解高速缓存需要先熟悉主存中的相关概念
字： 存储在一个存储单元中的二进制代码组合
字块：连续的一组字
假设一个字32位

寻址： 字块——>字
字的地址包含两部分 前m为表示字块，后b为表示字在字块总的位置

假设主存有M个字块，每个字块有B个字
2^m = M
2^b = B

缓存中的结构与主存类似，也分为字块、字，容量小很多，存储的时主存中内容的复制，读取速度更快

CPU需要尽可能从缓存中取

命中率（CPU从缓存中取数据的次数的占比）、平均访问时间、
访问效率 = 缓存访问时间/平均访问时间

3.2 高速缓存的替换策略

高速缓存替换的时机：CPU需要的数据不在缓存中，先从主存取到缓存再使用

替换策略： 缓存存入新数据，替换原有的数据
随机算法
先进先出算法（FIFO)： 队列的思想
最不经常使用算法(LFU)：额外空间计算每个数据使用的时间，优先替换最不经常使用的字块
最近最少使用算法(LRU):优先淘汰一段时间内没有使用的字块 多种实现放方法，一般使用双向链表，将最近使用的放在链表的头节点
实现思路：
FIFO、LRU借助双向链表来实现
双向链表：head、tail、data等属性，实现弹出头结点、尾节点、删除任意节点、添加到头结点、添加到尾节点等方法
FIFO 按照缓存放入的顺序,容量已满时删除头节点，其他节点前移
LRU把最近使用的缓存 放到双向链表头结点，尾节点为最近最少使用的，容量已满时删除尾节点