存儲(chǔ)器系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為CPU存放指令和數(shù)據(jù)的地方，但是現(xiàn)實(shí)中，它是一個(gè)具有不同容量，成本和訪問(wèn)時(shí)間的存儲(chǔ)設(shè)備的層次結(jié)構(gòu)。CPU寄存器保存著最常用的數(shù)據(jù)，靠近CPU的小的快速的高速緩存存儲(chǔ)器作為存儲(chǔ)在相對(duì)慢速的主存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)和指令子集的緩沖區(qū)域。主存暫時(shí)存放存儲(chǔ)在較大的慢速磁盤上的數(shù)據(jù)，而這些磁盤又作為存儲(chǔ)在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接的其他機(jī)器的磁盤或磁帶上的數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)域。
如果你的程序需要的數(shù)據(jù)時(shí)存儲(chǔ)在CPU寄存器中的，那么在執(zhí)行期間，在0個(gè)周期內(nèi)，就能訪問(wèn)到它們。如果存儲(chǔ)在高速緩存中，需要1~10個(gè)周期，如果存儲(chǔ)在主存中，需要50~100個(gè)周期，如果存在磁盤上，需要大約20000000個(gè)周期！
存儲(chǔ)技術(shù)
隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器（random-access memory，RAM）分為兩類---靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的。靜態(tài)RAM，SRAM比動(dòng)態(tài)RAM，DRAM快，也貴。SRAM用來(lái)作為高速緩存存儲(chǔ)器，既可以在CPU芯片上，也可以不在CPU芯片上，DRAM用來(lái)作為主存以及圖形系統(tǒng)的幀緩沖區(qū)。
靜態(tài)RAM，SRAM
將每個(gè)位存儲(chǔ)在一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)的存儲(chǔ)器單元里，每個(gè)單元是用一個(gè)六晶體管電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于SRAM存儲(chǔ)器單元的雙穩(wěn)態(tài)特性，只要有點(diǎn)電，它就會(huì)永久地保持它的值，即使有干擾，例如電子噪音，來(lái)擾亂電壓，當(dāng)干擾消除時(shí)，電路就會(huì)恢復(fù)到穩(wěn)定值。
動(dòng)態(tài)RAM，DRAM
非易失性存儲(chǔ)器
如果斷電，SRAM和DRAM會(huì)丟失他們的信息，從這個(gè)意義上說(shuō)，他們是易失的（volatile），另一方面，非易失性存儲(chǔ)器（nonvolatile memory）即使是在關(guān)電后，仍然保持著他們的信息，有很多種非失性存儲(chǔ)器，整體上都是稱為ROM（read-only memory，只讀存儲(chǔ)器）。
總線和訪問(wèn)主存
數(shù)據(jù)流通過(guò)稱為總線的共享電，在處理器和DRAM主存之間來(lái)來(lái)回回，每次CPU都和主存之間的數(shù)據(jù)傳送都是通過(guò)一系列步驟來(lái)完成的，這些步驟稱為總線事務(wù)（bus transaction）。讀事務(wù)（read trnsaction）從主存?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)到CPU，寫事務(wù)（write transaction）從CPU傳送數(shù)據(jù)到主存。
一個(gè)指令：move A,%eax
這里，要求地址A的內(nèi)容，被加載到寄存器%eax中。CPU芯片上稱為總線接口的電路發(fā)起總線上的讀事務(wù)。讀事務(wù)時(shí)由三個(gè)步驟組成的：
首先CPU將地址A放到系統(tǒng)總線上，I/O連接器將信號(hào)傳遞到存儲(chǔ)器總線；
接下來(lái)，主存儲(chǔ)器感覺(jué)到存儲(chǔ)器總線上的地址信號(hào)，從存儲(chǔ)器總線讀地址，從DRAM取出數(shù)據(jù)字，并將數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)器總線。
I/O橋接器將存儲(chǔ)器總線信號(hào)翻譯成系統(tǒng)總線信號(hào)，然后傳遞到系統(tǒng)總線，
最后，CPU感覺(jué)到系統(tǒng)總線上的數(shù)據(jù)，從總線上讀數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)拷貝到寄存器%eax。
當(dāng)CPU執(zhí)行一個(gè)寫事務(wù)時(shí)：
首先，CPU將地址放到系統(tǒng)總線上，存儲(chǔ)器從主存從主存總線讀出地址，并等待數(shù)據(jù)到達(dá)
接下來(lái)，CPU將%eax中的數(shù)據(jù)字拷貝到系統(tǒng)總線
最后，主存從存儲(chǔ)器總線讀出數(shù)據(jù)字，然后再將這些存儲(chǔ)到DRAM中。
磁盤存儲(chǔ)
磁盤時(shí)為了保存大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)量級(jí)可以大大幾十到幾百千兆字節(jié)，而基于RAM的存儲(chǔ)器只能有幾百或者幾千兆字節(jié)，不過(guò)，從磁盤上讀取信息需要幾百毫秒，比從DRAM讀慢了10萬(wàn)倍，比從SRAM讀慢了100萬(wàn)倍。
磁盤構(gòu)造
磁盤時(shí)由盤片構(gòu)成的，每個(gè)盤片有兩面，表面覆蓋著磁性記錄材料，盤片中間，有一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)地主軸，它使得盤片以固定的旋轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)，通常是5400~15000（轉(zhuǎn)每分鐘）。磁 盤通常包含一個(gè)或者多個(gè)這樣的盤片，且裝在一個(gè)密封的容器內(nèi)。
磁盤時(shí)由一個(gè)或者多個(gè)疊放在一起的盤片組成的，他們存放在一個(gè)密封的包裝內(nèi)，如圖所示，整個(gè)裝置被稱為磁盤驅(qū)動(dòng)器（disk drive）。通常稱為磁盤。
術(shù)語(yǔ)柱面，用來(lái)描述多個(gè)盤片驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)造，這里，柱面是所有盤片表面上到中心主軸的距離相等的磁道的集合。
磁盤容量
由以下三個(gè)因素決定：
記錄密度（recording density位/英寸）：磁道一英寸的段中可以放入的位數(shù)
磁道密度（track density道/英寸）：從盤片中心出發(fā)半徑為一英寸的段內(nèi)可以有的磁道數(shù)。
面密度（areal density，位/平方米）：記錄密度與磁道密度的乘積。
磁盤操作：
磁盤用連接到一個(gè)傳動(dòng)臂（actuator arm）的讀/寫頭（read/write head）來(lái)讀寫存儲(chǔ)在磁性表面的位，驅(qū)動(dòng)器可以將讀/寫頭定位到任何期望的磁道上，讀/寫頭垂直排列，一直行動(dòng)，在任何時(shí)刻，所有的讀/寫頭都位于同一個(gè)柱面上。
存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)
一般而言，從高層往底層走，存儲(chǔ)設(shè)備變得越來(lái)越大，越來(lái)越慢，越來(lái)越便宜，在最高層是一少量的快速CPU寄存器，CPU可以在一個(gè)始終周期內(nèi)訪問(wèn)他們，接下來(lái)是一個(gè)或多個(gè)小型/中型的機(jī)遇SRAM的高速緩存存儲(chǔ)器，可以在幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)訪問(wèn)他們。然后是一個(gè)大的基于DRAM的主存，可以在幾十或者幾百個(gè)周期內(nèi)訪問(wèn)他們，接下來(lái)是慢速但是容量很大的本地磁盤。最后，有些系統(tǒng)甚至包括了一層附加的遠(yuǎn)程服務(wù)器上的磁盤，要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪問(wèn)他們
高速緩存存儲(chǔ)器
早期只有三層：CPU寄存器、主DRAM存儲(chǔ)器和磁盤存儲(chǔ)設(shè)備、不過(guò)由于CPU和主存之家逐漸增大的差距，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者被迫在CPU寄存器堆和主存之間插入了一個(gè)小的SRAM存儲(chǔ)區(qū)，稱為L1高速緩存，后來(lái)又插入了一個(gè)L2高速緩存。
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