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存储器分类与层次结构
考情分析
存储层次结构属于概念性考点，常以选择题出现。重点掌握 SRAM/DRAM 用途、各层次特性对比，以及为什么越靠近 CPU 速度越快、容量越小、成本越高。
按存取方式分类
随机存取存储器（RAM）
任意地址的存取时间相同，与地址无关。
- SRAM（静态 RAM）：触发器存储，速度极快，用于 Cache
- DRAM（动态 RAM）：电容存储，需要定时刷新，用于主存
只读存储器（ROM）
只读，掉电不丢失。
| 类型 | 特点 |
|---|---|
| ROM | 出厂固化，不可修改 |
| PROM | 一次可编程，写入后不可更改 |
| EPROM | 紫外线擦除，可多次编程 |
| EEPROM | 电擦除，字节级操作，速度慢 |
| Flash | 块级擦除，速度快，U盘/SSD 常用 |
BIOS 芯片通常是 Flash ROM，掉电保存系统固件。
顺序存取存储器（SAM）
按顺序读写，无法随机访问。磁带是典型例子，存取时间与物理位置相关，平均时间长。
直接存取存储器（DAM）
磁盘属于 DAM：先定位磁道（粗略随机），然后在磁道内顺序搜索扇区。访问时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 传输时间。
存储层次结构
CPU 寄存器
↕ 极快，极小（字节级）
Cache（高速缓存）
↕ 很快，小（KB～MB）
主存（内存 DRAM）
↕ 较快，中（GB）
辅存（磁盘/SSD）
↕ 慢，大（TB）层次越高（靠近 CPU），速度越快，容量越小，每位成本越高。
各层特性对比
| 层次 | 典型器件 | 典型速度 | 典型容量 | 断电后 |
|---|---|---|---|---|
| 寄存器 | 触发器 | 0.3 ns | 几十字节 | 丢失 |
| Cache | SRAM | 0.5～2 ns | 32 KB～32 MB | 丢失 |
| 主存 | DRAM | 50～100 ns | 4～64 GB | 丢失 |
| 辅存 | HDD/SSD | 0.1～10 ms | 几百 GB～TB | 保留 |
CPU 可以直接访问的存储器：寄存器、Cache、主存。其中 Cache 和主存构成Cache-主存层次，主存和辅存构成主存-辅存层次。辅存不能被 CPU 直接寻址，数据必须先调入主存。
存储系统设计目标
同时追求三个目标：
三者相互矛盾，层次结构是解决这一矛盾的核心方案：利用程序的局部性，将频繁使用的数据放在高速小容量层，不常用的数据放在大容量低速层。
按位置分类
- 片内存储器：CPU 内部，含寄存器和一级 Cache
- 片外存储器：CPU 外部，含外部 Cache、主存、辅存
按信息可改写性分类
- 读写存储器（RWM）：RAM
- 只读存储器（ROM）：各类 ROM/Flash
考点清单
- SRAM 用于 Cache，DRAM 用于主存
- ROM 掉电不丢失，RAM 掉电丢失
- Flash 擦除单位是"块"，EEPROM 擦除单位是"字节"
- CPU 不能直接访问辅存，辅存数据必须先装入主存
- 磁盘属于 DAM，磁带属于 SAM
- 存储层次结构的依据是程序的局部性原理