什么是内存层次结构？

计算机内存层次结构看起来像一个金字塔结构，用于描述不同内存类型之间的差异。它根据层次结构将计算机存储分开。

第0级：CPU寄存器

第1级：缓存内存

第2级：主内存或主存储器

第3级：磁性磁盘或辅助存储器

第4级：光盘或磁带等三级存储器

在内存层次结构中，内存的成本和容量与速度成反比。此处设备的排列方式是从快到慢，即从寄存器到三级存储器。

让我们详细讨论每个级别

第0级 - 寄存器

寄存器位于CPU内部。由于它们位于CPU内部，因此它们的访问时间最短。寄存器通常以千字节为单位，是最昂贵且尺寸最小的。它们是使用触发器实现的。

第1级 - 缓存

缓存内存用于存储处理器经常访问的程序段。它价格昂贵且尺寸较小，通常以兆字节为单位，并使用静态RAM实现。

第2级 - 主内存或主存储器

它直接与CPU和通过I/O处理器与辅助存储设备通信。主内存比缓存内存便宜且尺寸更大，通常以千兆字节为单位。此内存是使用动态RAM实现的。

第3级 - 辅助存储

辅助存储设备，如磁性磁盘位于第3级。它们用作备份存储。它们比主内存便宜且尺寸更大，通常为几TB。

第4级 - 三级存储

三级存储设备，如磁带位于第4级。它们用于存储可移动文件，是最便宜且尺寸最大的（1-20 TB）。

让我们看看内存级别的大小、访问时间和带宽。

为什么系统中使用内存层次结构？

内存层次结构是根据访问速度对计算设备上存在的不同类型的存储进行排列。在最顶层，性能最高的存储是CPU寄存器，它们是读取和写入速度最快的。接下来是缓存内存，然后是传统的DRAM内存，然后是具有不同性能级别的磁盘存储，包括SSD、光盘和磁性磁盘驱动器。

为了弥合处理器内存性能差距，硬件设计人员越来越依赖内存层次结构顶部的内存来缩小/减少性能差距。这是通过越来越大的缓存层次结构（处理器可以更快地访问）来实现的，从而减少了对速度较慢的主内存的依赖。

Bhanu Priya

更新于：2023年10月31日

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