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计算机组成原理 · 存储器层次结构

存储器分类

重要度 ⭐⭐⭐⭐存储器层次结构存储器分类RAMROM
速查
可按四维度分类:层次(寄存器→Cache→主存→磁盘→磁带,速度递减容量递增)、存取方式(随机/顺序/直接/相联)、可写性(RAM/ROM)、易失性(断电是否丢失)。RAM 中 SRAM 快不刷新、DRAM 慢要刷新;ROM 演进 MROM→PROM→EPROM→EEPROM→Flash。

速查

项目
按层次寄存器→Cache→主存→磁盘→光盘/磁带
按存取方式随机存取/顺序存取/直接存取
按可写性RAM(可读可写)/ ROM(只读)
RAM 分类SRAM(静态,快,贵)/ DRAM(动态,慢,便宜)
ROM 分类MROM→PROM→EPROM→EEPROM→Flash
易失性SRAM/DRAM 易失,ROM/磁盘/Flash 非易失

核心概念

按层次分类(由快到慢)

层次存储器特点
L0寄存器最快,容量最小,在 CPU 内
L1Cache(SRAM)高速缓冲,几 MB
L2主存(DRAM)几 GB~几十 GB
L3磁盘/SSD大容量,非易失
L4光盘/磁带离线存储,容量最大

按存取方式分类

类型说明例子
随机存取 RAM任意地址等时间访问主存、Cache
顺序存取 SAM按顺序访问,时间与位置有关磁带
直接存取 DAM先定位区域再顺序查找磁盘
相联存取 CAM按内容访问TLB、Cache 标签

按可读写性

类型说明
RAM可读可写,易失性
ROM只读(现代 ROM 也可写),非易失

RAM 的分类

比较项SRAMDRAM
存储元件触发器(6 管)电容 + 晶体管(1 管)
刷新不需要需要(64ms)
速度
集成度
价格便宜
用途Cache主存
破坏性读出

ROM 的演进

类型特点
MROM厂商写入,不可改
PROM用户一次性写入
EPROM紫外线擦除重写
EEPROM电擦除,可按字节擦写
Flash电擦除,按块擦写,速度快

关键性质

分类维度类别关键特征
层次寄存器~磁带速度递减,容量递增
存取方式随机/顺序/直接/相联访问时间特征不同
可读写RAM / ROMRAM 易失,ROM 非易失
易失性易失/非易失断电是否丢失数据

常见考法

考法解题套路
SRAM vs DRAM 对比SRAM 快/贵/不刷新,DRAM 慢/便宜/要刷新
存储器层次排列寄存器→Cache→主存→磁盘
判断存取方式RAM=随机,磁盘=直接,磁带=顺序
ROM 的演进MROM→PROM→EPROM→EEPROM→Flash
易失性判断SRAM/DRAM 易失,ROM/Flash/磁盘非易失

易错点

必记
  • ⚠️ Flash 属于 ROM 类(非易失),但可写可擦
  • ⚠️ DRAM 需要刷新是因为电容会漏电,不是因为读出破坏(虽然也是破坏性读出)
  • ⚠️ Cache 用 SRAM 不用 DRAM,因为不需要刷新且速度快
  • ⚠️ 磁盘是"直接存取"不是"随机存取"
  • ⚠️ ROM 也可写(现代 ROM 如 EEPROM、Flash),"只读"是历史名称

核心结论

  1. 存储器按层次:寄存器→Cache→主存→磁盘→磁带,速度递减容量递增
  2. SRAM 用于 Cache(快、不刷新),DRAM 用于主存(便宜、高密度)
  3. DRAM 必须定期刷新(典型 64ms),SRAM 不需要
  4. Flash 是按块擦写的 EEPROM 改进版
  5. 磁盘是直接存取,磁带是顺序存取

记忆卡片

SRAM 和 DRAM 的核心区别?
SRAM 不需刷新(触发器),DRAM 需刷新(电容漏电)。
为什么 Cache 用 SRAM?
速度快、不需要刷新。
Flash 属于 RAM 还是 ROM?
ROM 类(非易失),但可读可写。
磁盘的存取方式?
直接存取(先定位磁道再顺序读)。
DRAM 刷新周期?
约 64ms 必须全部刷新一遍。

交互动画 · 四种分类维度

选择一种分类维度,查看该维度下的存储器划分
同一存储器可从多个维度归类:如主存既是"随机存取"、又是"RAM"、"易失"的;磁盘是"直接存取"、"非易失"的。

相关知识点

hierarchical-memory-structure sram-and-dram flash-memory

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