4.2. 儲存空間的族譜

事實上，目前的電腦使用了非常多種儲存技術。每種技術都為不同的功能所設計，好讓儲存空間的速度與容量能夠互相匹配。

這些技術有：

it55.com

• 處理器的暫存器 www.it55.com

• 快取記憶體 http://www.it55.com/

• 隨機存取記憶體（RAM） 45398 www.it55.com it55学习IT知识，享受IT生活 4dfkjn

• 硬碟 免费资源www.it55.com

4.2. 儲存空間的族譜

事實上，目前的電腦使用了非常多種儲存技術。每種技術都為不同的功能所設計，好讓儲存空間的速度與容量能夠互相匹配。 it55.com

這些技術有：

www.it55.com在线教程

• 處理器的暫存器

  www.it55.com

• 快取記憶體 免费资源www.it55.com

• 隨機存取記憶體（RAM）

  www.it55.com

• 硬碟

  IT资讯之家 www.it55.com

• 離線的備份儲存裝置（磁帶機、光碟機等等） www.it55.com

就功能與成本來說，這些技術形成了一個大家族。舉例來說，CPU 暫存器：

sflj www.it55.com kg^&fgd

• 速度非常快（存取時間只有幾個奈秒 - nanosecond） 免费资源www.it55.com

• 儲存空間不大（多半低於 200 位元組） it55.com

• 擴充性非常有限（得改變處理器的架構） www.it55.com

• 造價昂貴（每個位元組超過一美元）

  www.it55.com

然而，在這族譜上的另一端，離線備份裝置：

• 速度非常慢（如果備份資料必須送到很遠的地方去，那麼存取時間可以用「天」來計算） IT资讯之家 www.it55.com

• 容量非常大（數十到數百 GB） www.it55.com

• 基本上，擴充能力沒有上限（唯一的限制是存放備份磁帶的樓板面積）

  免费资源www.it55.com

• 非常便宜（每個位元組不到幾美分） sflj www.it55.com kg^&fgd

藉由這不同能力的技術，您就得以微調您的系統，用最小的成本，獲得最大的效能。以下章節將為您探索儲存家族中的每一項成員。 www.it55.com在线教程

4.2.1. CPU 暫存器

所有現今的處理器都包括了許多不同功能的暫存器，從儲存目前執行中指令的位址，到更一般的資料儲存與處理。CPU 暫存器的執行速度跟 CPU 的其他部份一樣；否則暫存器就會變成嚴重的瓶頸，影響系統效能。這是因為 CPU 的所有運作多少都跟暫存器有關。 www.it55.com

CPU 暫存器的數目（與使用方式）與 CPU 本身的架構有著非常緊密的依存關係。除非使用另一種架構的處理器，否則您沒有辦法改變 CPU 暫存器的數目。也因為如此，CPU 暫存器的數目可被視為是個常數，要改變的話，必須花上很多精力與成本。 45398 www.it55.com it55学习IT知识，享受IT生活 4dfkjn

4.2.2. 快取記憶體

快取記憶體的作用是在有限而高速的 CPU 暫存器，以及比起來速度慢但容量大的主系統記憶體 — 通常稱為 RAM[1] — 之間，建立一個緩衝區。快取記憶體的運作速度跟 CPU 一樣，當 CPU 從快取記憶體中存取資料時，就不用花時間等待。

快 取記憶體的設計理念在於當 CPU 要從 RAM 中讀取資料時，系統硬體會先看看資料是不是在快取中。如果是，系統就會直接從快取中讀出資料，交給 CPU 使用，速度非常快；反之，資料如果不在快取裡，系統就會從 RAM 中讀取，再轉給 CPU 使用，同時把這筆資料存放在快取記憶體中（以備不時之需）。從處理器的角度來看，CPU 根本不知道發生了什麼事；而從快取記憶體與主記憶體中讀取資料的分別，僅在於傳回資料所花的時間而已。 it55.com

就儲存容量而言，快取記憶體比 RAM 小得多。因此，主記憶體中的每筆資料不可能存放在快取中。因此，我們需要把快取切成數個區域，以對應 RAM 的不同區域。同時我們也需要一個機制，讓快取的每個區域在不同時間裡，將 RAM 中的資料讀入。即使快取記憶體與主記憶體的大小相差甚多，但以我們先前提到的循序存取、在近似地點發生的前提來看，一點點快取就可以有效改善大量主記憶體 的存取速度。 vd;k;l www.it55.com rdfg

當資料從 CPU 寫回記憶體時，情況就有些複雜了。目前有兩種方式可以採用。這兩種方式一開始都是把資料寫到快取記憶體中。然而，快取的作用是在手邊保留部份記憶體的資 料，存取速度才快；如果資料改變，那麼快取記憶體與主記憶體中的資料，也要一起跟著變動。否則的話，兩者的資料就不同步了。 www.it55.com在线教程

這兩種方法的不同處就在這裡。第一種快取方法稱為 write-through（寫透式、寫通式），會直接把資料寫回記憶體中。另一種快取方式是 write-back，會把資料寫回記憶體的時間延後，如果有個資料常常被修改，就可以降低不斷將資料寫回 RAM 的時間。 免费资源www.it55.com

前 者的作法比較簡單，也因此最常見。後者就需要點技巧：除了儲存實際資料外，還需要一些機制把快取資料分類為乾淨的（clean，表示快取中的資料跟記憶體 中的相同），或骯髒的（dirty，表示快取中的資料已經被修改，但尚未反應到主記憶體中）。同時，我們還需要系統定期將標示為骯髒的快取資料，寫回主記 憶體裡面。

IT资讯之家 www.it55.com

4.2.2.1. 快取的等級

目前電腦的快取子系統可能是多層式的架構；也就是說，CPU 與主記憶體之間，可能有好幾層快取記憶體。我們通常用數字來標示快取的等級，數字愈小，愈幾近 CPU。許多系統都有兩層快取記憶體：

• L1 快取多半位於處理器晶片中，執行速度跟 CPU 一樣 sflj www.it55.com kg^&fgd

• L2 快取通常是 CPU 模組的一部分，執行速度跟 CPU 一樣（或接近），同時容量比 L1 稍大，速度也稍慢

  it55.com

有些系統（通常是高效能的伺服器）也有 L3 快取，多半位於主機板上。您可以猜到，L3 快取會比 L2 來得大（也來得慢）。 IT资讯之家 www.it55.com

但不管是什麼樣的情形、也不管是單層或多層架構，所有快取子系統的作用都一樣 — 都是為了降低記憶體的平均存取時間。 vd;k;l www.it55.com rdfg

4.2.3. 主記憶體 — RAM

在現代的電腦中，RAM 是電子式儲存空間的大宗，紀錄了正在使用中的程式與資料。目前 RAM 的速度介於快取記憶體與硬碟之間，但大幅偏向前者，而非硬碟。 vd;k;l www.it55.com rdfg

RAM 的基本概念非常直接扼要。在最底層的是記憶體晶片 — 實際「記憶」資料的整合電子線路。這些晶片會以四種通道與外在世界連接： http://www.it55.com/

• 電源通道（提供電力讓晶片中的線路運作） www.it55.com在线教程

• 資料通道（讓資料可以寫入或傳出）

  45398 www.it55.com it55学习IT知识，享受IT生活 4dfkjn

• 讀 / 寫通道

  sflj www.it55.com kg^&fgd

  （编辑：IT资讯之家 www.it55.com）